CN106767503A - 一种捕捉薄膜非规则球面曲线的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种捕捉薄膜非规则球面曲线的装置及方法。装置包括二维移动平台，承载样品池以使样品池移动，样品池上设有薄膜安装孔；可垂直移动的显微镜，在样品池上方；两组图像采集系统，采集显示镜及薄膜投影图像；两组平行光源，在两组图像采集系统相对侧，对形变的被标识的薄膜及显微镜发射平行光照射，在图像采集上分别形成投影；曲面控制系统，向样品池内注入液体，使样品池上的薄膜发生形变；图像处理装置，根据投影图像输出当前液体压力下被标识的薄膜曲面上的曲线。本发明解决了测试过程中对于不同曲面曲线捕捉来更换物件的步骤繁琐以及捕捉过程中曲面变化致使实验结果不精确的缺陷。

Description

一种捕捉薄膜非规则球面曲线的装置及方法

技术领域

本发明属于薄膜形变曲面曲线捕捉技术领域，具体涉及一种捕捉薄膜非规则球面曲线的装置及方法。

背景技术

柔性可延展电子器件为新一代半导体器件的发展提供了新方向，并且具有许多重要的和新兴的应用，包括柔性显示器、半球电子眼数码相机、传感器薄膜等。薄膜作为传感器薄膜里的一个重要内容，对传感器工作时性能有很大的影响。而柔性传感器薄膜，在工作时，薄膜会发生弯曲形变，由于传感器附于薄膜上，薄膜的形变自然会对传感器的性能造成影响。通过大量的薄膜形变检测测试，找出柔性传感器薄膜在形变时传感器性能的改变，模拟传感器工作时薄膜对传感器性能的影响，并针对这些影响对柔性传感器进行改进。

由于薄膜进行曲面形变时，曲面为非规则球面，这样一来，对于薄膜形变曲面曲率与传感器性能之间的关系的测定就较为复杂。可以捕捉薄膜弯曲变形时通过中心最高点的曲线，这样不仅可以分析在此曲线上传感器工作状况，同时也可通过此曲线计算出相应点的曲率，分析曲率对该点处传感器性能的影响。但针对于曲线的捕捉也要考虑准确性及简易性等，通过点的捕捉来确定曲线需保证捕捉的点在过中心最高点的曲线上，且该曲线处于与该实验台水平面垂直的平面内，不可随意找点。同时也要考虑到薄膜自身较小，较薄，不可用肉眼去判断捕捉点的位置，增大误差。而借助仪器捕捉点时，由于薄膜自身材料的性质，难以根据视觉精确地捕捉具体点。不仅如此，薄膜在形变时曲面是随机的，不会以一固定的曲面持续不变，所以应保证薄膜可多次曲线变化，这样会使实验更加复杂，耗时也增加了实验的难度。

因此，针对以上不足，提供一种捕捉薄膜非规则球面曲线的装置，很有必要。

发明内容

本发明的目的在于解决上述的技术问题而提供一种捕捉薄膜非规则球面曲线的装置及方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种捕捉薄膜非规则球面曲线的装置，包括

二维移动平台，用于承载样品池以使样品池二维水平移动，样品池上端设有薄膜安装孔，用于安装被检测的被标识的薄膜；

可垂直移动的显微镜，与图像处理装置连接，安装在样品池上方，可将薄膜图像显示在图像处理装置中，用于基于显微镜所观察的被标识的薄膜图像的清晰度，规定显微镜的镜头与被标识的薄膜之间距离；

图像采集系统，与图像处理装置相连接，用于采集显示镜及形变的标识的薄膜的投影图像，包括第一微距成像系统及第二微距成像系统；

平行光源，包括第一平行光源以及第二平行光源，分别设在所述第一微距成像系统以及第二微距成像系统的相对侧，第一平行光源及第一微距成像系统的中心连线与第二平行光源及第二微距成像系统的中心连线垂直，用于对形变的被标识的薄膜以及显微镜发射平行光照射，在第一微距成像系统以及第二微距成像系统上形成对应的投影；

曲面控制系统，用于向样品池内注入液体，使安装在样品池上的被标识的薄膜发生相应的形变；

图像处理装置，用于根据图像采集系统采集的投影图像，获得样品池的X轴或Y轴方向移动距离以及显微镜的垂直移动距离，根据该移动距离计算被标识的薄膜上多个点的坐标，再根据该点的坐标绘制输出当前液体压力下被标识的薄膜曲面上的曲线。

其中，所述曲面控制系统包括微泵，微泵与储液池和样品池通过液体输送管相连。

其中，所述图像处理装置为计算机。

其中，所述第一微距成像系统及第二微距成像系统为CCD图像采集器。

本发明的目的还在于提供一种所述捕捉薄膜非规则球面曲线的装置的捕捉方法，包括以下步骤：

S1；标识需要进行测试的薄膜，将薄膜安装固定在样品池上，样品池放在二维移动平台上；

S2：安装微距成像系统以及平行光源，使第一光源、薄膜、第一微距成像系统位于水平同一直线，且与第二微距成像系统、第二光源以及薄膜所构成的水平直线相互垂直；将微距成像系统与图像处理装置连接，在图像处理装置上呈现出经距成像系统处理的图像；

S3；将显微镜垂直放于薄膜上方，将显微镜的镜头与薄膜同时投影到微距成像系统，并使显微镜与图像处理装置相连；

S4；连接曲面控制系统，起初以一合适液压使薄膜鼓起，然后保持该液压稳定，使薄膜的曲面恒定不变；

S5；调节薄膜与显微镜的相对位置：首先，观察一个微距成像系统所接收到的图像，通过在水平X轴和Y轴方向上移动二维移动平台，保证图像中薄膜中心最高点经过显微镜的中心线；其次，观察另一微距成像系统所接收到的图像，检验薄膜中心是否经过显微镜中心线；若不在同一直线，继续调整薄膜位置，直到使薄膜中心经过显微镜中心线；

S6：调节显微镜的位置：在S5基础上，通过Z轴方向移动显微镜，在图像处理装置上接受到显微镜传来的不同清晰的图像，图像处理装置对图像经二值化处理，选取清晰度极值位置，计算清晰度范围坐标平均值并将平均值定为显微镜呈现清晰像的距离H；

S7：捕捉薄膜的曲面上的各个点并绘制曲线：在S6的基础上，以此时的最高点为原点建立一个二维坐标，沿X轴或Y轴方向以固定的距离a移动二维移动平台，再沿Z轴方向移动显微镜，使显微镜移动距离h后图像为S6中所述的清晰像，且与薄膜距离为H；则镜头当前观察的薄膜上的点的坐标为(a*n,-h)，将记录下的点绘制成曲线，即为当前水压下薄膜曲面上的曲线；

S8：调动曲面控制系统，改变水压，从而改变薄膜曲面，重复S4-S7步骤，捕捉在薄膜不同曲面下的曲线。

本发明基于微距成像系统对薄膜与显微镜投影图像的接收，确定薄膜与显微镜的相对位置，并通过薄膜在X轴或Y轴移动距离和显微镜头在Z轴移动的距离，共同确定薄膜曲面上任意一点的坐标，通过捕捉到的点的坐标连制出所要捕捉的曲面的曲线；同时通过曲面控制系统改变曲面，进行不同曲面条件下的曲线捕捉，并通过控制样品池内液体的液压保证实验过程中曲面恒定，解决了测试过程中对于不同曲面曲线捕捉来更换物件的步骤繁琐以及捕捉过程中曲面变化致使实验结果不精确的缺陷。

附图说明

图1是本发明的捕捉薄膜非规则球面曲线的装置的结构原理图；

图2是被标识的薄膜的示意图；

图3A-3B是确定曲面上点的坐标的示意图；

图4是通过点绘制坐标及曲线的示意图；

图中：1-图像处理装置，2-第一微距成像系统，3-显微镜；4-第二平行光源；5-第一平行光源，6-被标识的薄膜；7-样品池；8-二维移动平台；9-第二微距成像系统，10-微泵；11-储液池。

具体实施方式

下面，结合实例对本发明的实质性特点和优势作进一步的说明，但本发明并不局限于所列的实施例。

参见图1所示，一种捕捉薄膜非规则球面曲线的装置，包括：

二维移动平台8，用于承载样品池7以使样品池7二维水平移动，样品池7上端设有薄膜安装孔，用于安装被检测的被标识的薄膜6；

可垂直移动的显微镜3，与图像处理装置1连接，安装在样品池7上方，可以实现将薄膜图像显示在图像处理装置中，用于基于显微镜所观察的被标识的薄膜图像的清晰度，规定显微镜的镜头与被标识的薄膜之间距离；

图像采集系统，与图像处理装置1相连接，用于采集显示镜及形变的标识的薄膜的投影图像，包括第一微距成像系统2及第二微距成像系统9；

平行光源，包括第一平行光源5以及第二平行光源4，分别设在所述第一微距成像系统2以及第二微距成像系统9的相对侧，第一平行光源及第一微距成像系统的中心连线与第二平行光源及第二微距成像系统的中心连线垂直，用于对形变的被标识的薄膜6以及显微镜3发射平行光照射，在第一微距成像系统2以及第二微距成像系统9上形成对应的投影；

曲面控制系统，用于向样品池内注入液体，使安装在样品池上的被标识的薄膜发生相应的形变；

图像处理装置，用于根据图像采集系统采集的投影图像，获得样品池7的X轴或Y轴方向移动距离以及显微镜3的垂直移动距离，根据该移动距离计算被标识的薄膜上多个点的坐标，再根据该点的坐标绘制输出当前液体压力下被标识的薄膜曲面上的曲线。

所述的图像处理装置，可以是计算机，内置有相应的处理程序，通过图像获得薄膜上多个点的坐标，再根据该点的坐标绘制输出当前液体压力下被标识的薄膜曲面上的曲线

本发明中，通过图像处理装置处理投影图像，利用二维移动平台在水平面内的两个垂直方向(X轴或Y轴方向)相对移动，配合在竖直方向上移动显微镜，从而就可精确地确定捕捉薄膜曲面上的第一点的坐标，且记为原点；同时，在水平面内以单向固定位移移动，配合显微镜的镜头竖直移动，从图像处理装置所接收图像确定位移，继而可以确定曲面上的其他点的坐标，从而根据该些点的坐标绘制曲面的曲线。

本发明二维移动平台8在水平面能够进行水平(X)和垂直(Y)移动，样品池7与被标识的薄膜6随二维移动平台移动。控制在X和Y方向的移动距离，继而可控制被标识的薄膜与显微镜的镜头的相对位置。

本发明中，所述显微镜3主要是用于基于显微镜所观察的被标识的薄膜图像的清晰度，规定显微镜的镜头与被标识的薄膜之间距离。捕捉被标识的薄膜曲面上的点时，适当移动显微镜的镜头到与被标识的薄膜固定的距离，保证图像清晰度相同，从图像处理装置上可以读出显微镜的镜头在竖直方向所移动的距离，作为捕捉点的纵坐标，与二维移动平台8在水平面上移动距离，作为横坐标，从而就可以实现对被标识的薄膜曲面上各点的坐标的确定，从而利用各点的坐标就可以形成被标识的薄膜曲面的曲线。

本发明中，在第一平行光源5，第一平行光源4的作用下，显微镜的镜头与被标识的薄膜的投影将呈现在垂直设置的所述第一微距成像系统2,第一微距成像系统9上，试验中在两个相垂直方向上分别设置的两个微距成像系统，通过所接收的投影图像，配合二维移动平台，调整显微镜的镜头在竖直方向上位于被标识的薄膜的中心点。同时，在捕捉薄膜上的点时，可从投影图像中读出显微镜在竖直方向上达到与薄膜的固定距离H所需移动的距离h作为点的纵坐标。

本发明中，所述曲面控制系统包括微泵10，微泵与储液池11和样品池通过液体输送管相连，并且通过在储液池11与样品池7之间液体量的交换，如水，达到改变样品池内液体压的改变，从而改变被标识的薄膜的曲率。同时，在捕捉点的过程中，保证微泵对水压的恒定控制，从而控制曲面不发生改变。

本发明中，被标识的薄膜6上设有均匀的圆形的标记61，可以是采用相应的颜色在薄膜上通过涂覆而形成，这主要是基于薄膜上点的捕捉需借助显微镜对薄膜所观察图像的清晰度而设的，标记薄膜有利于对薄膜图像清晰度的确定，准确找到薄膜上相应点的与镜头之间的固定距离H。

所述的样品池7固定在二维移动平台上，可随二维移动平台在X和Y方向上进行移动，并且样品池上表面必须固定好薄膜，保证薄膜在捕捉过程中曲面稳定不变。同时，样品池与微泵相连，可通过微泵改变曲面，从而进行多组捕捉实验。

本发明的目的还在于提供一种捕捉薄膜非规则球面曲线的装置的捕捉方法，包括以下步骤：

S1；标识需要进行测试的薄膜，将薄膜安装固定在样品池上，样品池放在二维移动平台；

S2：安装微距成像系统以及平行光源，使第一光源、薄膜、第一微距成像系统位于水平同一直线，且与第二微距成像系统、第二光源以及薄膜所构成的水平直线相互垂直；将微距成像系统与图像处理装置连接，在图像处理装置上呈现出经距成像系统处理的图像；

S3；将显微镜垂直放于薄膜上方，将显微镜的镜头与薄膜同时投影到微距成像系统，并使显微镜与图像处理装置相连；

S4；连接曲面控制系统，起初以一合适液压使薄膜鼓起，然后用微泵保持该液压稳定，使薄膜的曲面恒定不变；

S5；调节薄膜与显微镜的相对位置：首先，观察一个微距成像系统所接收到的图像，通过在水平X轴和Y轴方向上移动二维移动平台，保证图像中薄膜中心最高点经过显微镜的中心线31；其次，观察另一微距成像系统所接收到的图像，检验薄膜中心是否经过显微镜中心线；若不在同一直线，继续调整薄膜位置，直到使薄膜中心经过显微镜中心线；

S6：调节显微镜的位置：在S5基础上，通过Z轴方向移动显微镜，在图像处理装置上接受到显微镜传来的不同清晰的图像，图像处理装置对不同清晰的图像经二值化处理，选取该图像的清晰度极值位置(包括清晰度上极值位置与清晰度下极值位置)，(利用清晰度上极值位置与清晰度下极值位置)计算清晰度范围坐标平均值，并将该平均值定为显微镜呈现清晰像的距离H；

S7：捕捉薄膜的曲面60上的各个点并绘制曲线：在S6的基础上，以此时的最高点为原点建立一个二维坐标，沿X轴或Y轴方向以固定的距离a移动二维移动平台，再沿Z轴方向移动显微镜，使显微镜移动距离h后图像为S6中所述清晰像，且与薄膜距离为H；如图3A-3B所示；

假设二维移动平台以某个方向移动n次，显微镜下移的距离为h，则镜头当前观察的薄膜曲面60上的点62的坐标为(a*n,-h)，记录多次移动的多个点的坐标，然后将记录下的点绘制成曲线，即为当前水压下薄膜曲面上的曲线；

S8：调动微泵，改变水压，从而改变薄膜曲面，重复S4-S7步骤，捕捉在不同曲面下的曲线。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种捕捉薄膜非规则球面曲线的装置，其特征在于，包括：

二维移动平台，用于承载样品池以使样品池二维水平移动，样品池上端设有薄膜安装孔，用于安装被检测的被标识的薄膜；

可垂直移动的显微镜，与图像处理装置连接，安装在样品池上方，可将薄膜图像显示在图像处理装置中，用于基于显微镜所观察的被标识的薄膜图像的清晰度，规定显微镜的镜头与被标识的薄膜之间距离；

图像采集系统，与图像处理装置相连接，用于采集显示镜及形变的标识的薄膜的投影图像，包括第一微距成像系统及第二微距成像系统；

平行光源，包括第一平行光源以及第二平行光源，分别设在所述第一微距成像系统以及第二微距成像系统的相对侧，第一平行光源及第一微距成像系统的中心连线与第二平行光源及第二微距成像系统的中心连线垂直，用于对形变的被标识的薄膜以及显微镜发射平行光照射，在第一微距成像系统以及第二微距成像系统上形成对应的投影；

曲面控制系统，用于向样品池内注入液体，使安装在样品池上的被标识的薄膜发生相应的形变；

图像处理装置，用于根据图像采集系统采集的投影图像，获得样品池的X轴或Y轴方向移动距离以及显微镜的垂直移动距离，根据该移动距离计算被标识的薄膜上多个点的坐标，再根据该点的坐标绘制输出当前液体压力下被标识的薄膜曲面上的曲线。

2.根据权利要求1所述捕捉薄膜非规则球面曲线的装置，其特征在于，所述曲面控制系统包括微泵，微泵与储液池和样品池通过液体输送管相连。

3.根据权利要求1所述捕捉薄膜非规则球面曲线的装置，其特征在于，所述图像处理装置为计算机。

4.根据权利要求1所述捕捉薄膜非规则球面曲线的装置，其特征在于，所述第一微距成像系统及第二微距成像系统为CCD图像采集器。

5.一种权利要求1-4任一项所述捕捉薄膜非规则球面曲线的装置的捕捉方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1；标识需要进行测试的薄膜，将薄膜安装固定在样品池上，样品池放在二维移动平台上；

S2：安装微距成像系统以及平行光源，使第一光源、薄膜、第一微距成像系统位于水平同一直线，且与第二微距成像系统、第二光源以及薄膜所构成的水平直线相互垂直；将微距成像系统与图像处理装置连接，在图像处理装置上呈现出经距成像系统处理的图像；

S3；将显微镜垂直放于薄膜上方，将显微镜的镜头与薄膜同时投影到微距成像系统，并使显微镜与图像处理装置相连；

S4；连接曲面控制系统，起初以一合适液压使薄膜鼓起，然后保持该液压稳定，使薄膜的曲面恒定不变；

S5；调节薄膜与显微镜的相对位置：首先，观察一个微距成像系统所接收到的图像，通过在水平X轴和Y轴方向上移动二维移动平台，保证图像中薄膜中心最高点经过显微镜的中心线；其次，观察另一微距成像系统所接收到的图像，检验薄膜中心是否经过显微镜中心线；若不在同一直线，继续调整薄膜位置，直到使薄膜中心经过显微镜中心线；

S6：调节显微镜的位置：在S5基础上，通过Z轴方向移动显微镜，在图像处理装置上接受到显微镜传来的不同清晰的图像，图像处理装置对图像经二值化处理，选取清晰度极值位置，计算清晰度范围坐标平均值并将平均值定为显微镜呈现清晰像的距离H；

S7：捕捉薄膜的曲面上的各个点并绘制曲线：在S6的基础上，以此时的最高点为原点建立一个二维坐标，沿X轴或Y轴方向以固定的距离a移动二维移动平台，再沿Z轴方向移动显微镜，使显微镜移动距离h后图像为S6中所述的清晰像，且与薄膜距离为H；则镜头当前观察的薄膜上的点的坐标为(a*n,-h)，将记录下的点绘制成曲线，即为当前水压下薄膜曲面上的曲线；

S8：调动曲面控制系统，改变水压，从而改变薄膜曲面，重复S4-S7步骤，捕捉在薄膜不同曲面下的曲线。