[发明专利]基于多重修正的荧光染色薄膜厚度测量标定方法

说明书

本发明以若干不同标准厚度薄膜的荧光照片作为样本，基于多项式并考虑荧光成像区域的光学特性，建立薄膜厚度与荧光强度之间的关系式，构建标定系数方程组并求解，使用统计学方法减小随机误差，得到标定系数表。拍摄待测薄膜的荧光照片，基于标定系数表以及薄膜厚度与荧光强度之间的关系式，计算得到每一像素单元对应的薄膜厚度。通过再次测量标准厚度薄膜，得到测量误差分布情况，对标定系数与测量值进行校正，可显著减小由非线性、荧光成像区域光学特性以及荧光强度随机性带来的测量误差，能有效提高荧光染色薄膜厚度的测量精度以及量程。

技术领域

本发明涉及测量标定技术领域，具体涉及一种基于多重修正的荧光染色薄膜厚度测量标定方法。

背景技术

荧光染色薄膜厚度测量技术是一种通过激发诱导荧光成像，测量透明荧光染色薄膜厚度的技术，可用于测量液体和固体薄膜的厚度，如测量结构间隙的高度、表面凹槽的深度以及LED荧光薄膜厚度等，在机械、电子、生物等行业中均有应用。

为定量测量薄膜厚度，需要通过标定得到薄膜厚度与荧光强度之间的关系式，确定关系式中各项标定系数，进而可由荧光强度计算出薄膜厚度。然而，在实际的测量过程中，荧光强度与薄膜厚度之间的非线性关系、荧光成像区域的光学特性、以及荧光强度的随机性等均会造成测量误差，使常规荧光厚度测量技术的量程受到限制，精度难以保证。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于多重修正的荧光染色薄膜厚度测量标定方法，能够显著减小由非线性、荧光成像区域光学特性以及荧光强度随机性带来的误差，能有效提高荧光染色薄膜厚度的测量精度以及量程。

本发明的一种基于多重修正的荧光染色薄膜厚度测量标定方法，以若干不同标准厚度薄膜的荧光照片作为样本，基于多项式并考虑荧光成像区域的光学特性，建立薄膜厚度与荧光强度之间的关系式，构建标定系数方程组并求解，使用统计学方法减小随机误差，得到标定系数表；

拍摄待测薄膜的荧光照片，基于标定系数表以及薄膜厚度与荧光强度之间的关系式，计算得到每一像素单元对应的薄膜厚度；

通过再次测量标准厚度薄膜，得到测量误差分布情况，对标定系数与测量值进行校正；

使用校正过的计算公式，重新计算薄膜厚度作为最终厚度。

其中，所建立的薄膜厚度与荧光强度之间的关系式为：

其中，i、j分别为像素单元所在行和列的编号；n为基函数阶次的编号，n＝0,1,2…N；N为基函数的总阶数；k为图片编号，k＝1,2,3…K；K为图片总数；为第k张图片的第i行、第j列像素单元对应的薄膜厚度；为第i行、第j列像素单元对应的第n阶标定系数；为第k张图片的第i行、第j列像素单元对应的第n阶基函数，其表达式为：

其中，N_p为考虑使用的多项式的阶数；为第k张图片的第i行、第j列像素单元对应的荧光强度；为第k张图片的第i行、第j列像素单元对应的第(n-N_p+1)阶荧光成像区域对应的像素单元的荧光强度之和，其表达式为：

其中，r为荧光成像区域阶次的编号。

其中，使用分组平均拟合法时，构建标定系数线性方程组为：

其中，m为图片分组编号，m＝1,2,3…M；M为图片总组数；为第m组第k张图片的第i行、第j列像素单元对应的第n阶基函数项；为第m组图片的第i行、第j列像素单元对应的第n阶标定系数；为第m组第k张图片的第i行、第j列像素单元对应的薄膜厚度；此时要求K＝N+1；

求解标定系数线性方程组，对各个样本组得到的标定系数计算均值如下：