CN111912835A - 一种具备烧蚀量测量功能的libs装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种具备烧蚀量测量功能的LIBS装置和方法，该装置包括：激光烧蚀组件、光学成像系统、LIBS信号采集组件。该装置将LIBS信号的采集处理同烧蚀量测量结合在一起，通过一套完整的系统在LIBS信号采集的同时分析烧蚀坑的形貌及烧蚀质量，为LIBS信号分析提供参考。本申请实施例中在采集LIBS信号的过程中可以获取与不同激光脉冲相对应的烧蚀体积或烧蚀质量，因而可以对烧蚀量和LIBS信号进行对比分析，可以高效获得大量光谱和取样量数据。

Description

一种具备烧蚀量测量功能的LIBS装置及方法

技术领域

本申请涉及LIBS技术领域，尤其涉及一种具备烧蚀量测量功能的LIBS装置及方法。

背景技术

激光诱导击穿光谱(Laser Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS)技术，利用高能激光脉冲激发目标材料产生等离子体，通过采集等离子体冷却过程中发射的光谱信号来分析探测目标中的元素。由于具有原位、快速、非接触、多元素同时探测等突出优势，LIBS技术被广泛探索应用于土壤、水体重金属污染监测、海底资源勘探、行星矿物分布等场景下的定性、定量分析。

LIBS技术作为一种微取样分析技术，单发激光脉冲的烧蚀量影响着光谱信号的强度，各种因素，如脉冲激光能量波动、离焦量等等，导致烧蚀量的波动影响单发激光脉冲LIBS信号的重复性，也限制了微区分析性能提高。因此，需要同时对LIBS信号以及烧蚀量进行监控，以提高LIBS的分析质量。但是，现有技术中进行烧蚀量测量的仪器与LIBS系统集成，无法实现同时高效率监控LIBS烧蚀量与LIBS信号采集。

发明内容

本申请提供了一种具备烧蚀量测量功能的LIBS装置及方法，以解决现有技术无法同时监控LIBS烧蚀量与LIBS信号的技术问题。

为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：

第一方面，本申请实施例公开了一种具备烧蚀量测量功能的LIBS装置，包括：

激光烧蚀组件，包括：激光器和扩束镜，所述激光器与样品垂直设置，所述扩束镜位于所述激光器与所述样品之间；

光学成像系统，包括：光源、物镜、二向镜、第一半反半透镜、成像镜、第二半反半透镜和图像采集单元；

所述第二半反半透镜倾斜设置于所述成像镜与所述第一半反半透镜之间，用于将所述光源的出射光线反射至所述第一半反半透镜；

所述二向镜设置于所述扩束镜与所述物镜之间，且所述第一半反半透镜与所述二向镜平行设置；

所述成像镜设置于所述图像采集单元与所述第一半反半透镜之间；

LIBS信号采集组件包括：光纤聚焦镜和光谱仪，所述光纤聚焦镜位于所述第一半反半透镜与所述光谱仪之间。

可选的，还包括：激光脉冲能量检测器和聚光镜，所述聚光镜位于所述激光脉冲能量检测器与所述二向镜之间。

可选的，所述光源为蓝色LED同轴光源。

可选的，还包括：对焦及运动控制组件，包括：三轴运动控制平台和压电陶瓷物镜定位器，所述三轴运动控制平台用于承载样品；所述压电陶瓷物镜定位器用于控制所述物镜在垂直于所述三轴运动控制平台方向上运动。

可选的，所述三轴运动控制平台在垂直于平台表面方向上的运动精度为单步1um，最大行程为±25mm。

可选的，所述激光器的激光波长为1064nm。

可选的，所述图像采集单元为对焦相机。

第二方面，本申请实施例公开了一种具备烧蚀量测量功能的LIBS方法，包括：发射激光信号，对样品进行烧蚀生成烧蚀坑；

采用步进式调节方法调整物镜高度，采集所述烧蚀坑的序列图像；应用聚焦分析方法对所述序列图像的各个像素点进行聚焦度评价，得到被测物点在图像序列每幅图像中的聚焦值，可得到该点的聚焦散点图；

根据所述聚焦散点图，记录对应物点聚焦值的最大值，以及所在图像的序列号，求得该点的焦点相对位移量和光照参数；

根据所述光照参数，通过图像融合算法提取被测表面每个点成像最清晰的像素，置于一幅图像上，得到全像素清晰图；

在根据所述相对位移量，确定各像素点高度值，得到烧蚀坑三维重建图像；

对各像素点高度值进行积分计算出烧蚀体积；

光谱仪采集LIBS信号，并将所述LIBS信号发送至数据处理器。

可选的，在应用聚焦分析方法对所述序列图像的各个像素点进行聚焦度评价前，还包括：

对所述序列图像进行序列图像配准和二维图像滤波。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

本申请公开了一种具备烧蚀量测量功能的LIBS装置和方法，其装置包括：激光烧蚀组件，包括：激光器和扩束镜，所述激光器与样品垂直设置，所述扩束镜位于所述激光器与所述样品之间。激光器发射的激光经过扩束镜扩束，透射于样品表面，对样品进行烧蚀。光学成像系统，包括：光源、物镜、二向镜、第一半反半透镜、成像镜、第二半反半透镜和图像采集单元。所述第二半反半透镜倾斜设置于所述成像镜与所述第一半反半透镜之间，用于将所述光源的出射光线反射至所述第一半反半透镜。所述二向镜设置于所述扩束镜与所述物镜之间，且所述第一半反半透镜与所述二向镜平行设置。所述成像镜设置于所述图像采集单元与所述第一半反半透镜之间。光源产生的照明光线分别经第二半反半透镜、第一半反半透镜、二分镜的反射后，再透过物镜照射于样品表面。经样品反射后沿原路返回至第二半反半透镜，经第二半反半透镜透射后到达成像镜成像。图像采集单元采集成像镜的图像。LIBS信号采集组件包括光纤聚焦镜和光谱仪，所述光纤聚焦镜位于所述第一半反半透镜与所述光谱仪之间。光谱仪采集LIBS信号。因此，本申请可同时监控LIBS烧蚀量与LIBS信号，提高LIBS分析性能。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例1提供的一种具备烧蚀量测量功能的LIBS装置结构示意图；

图2为本申请实施例1中激光烧蚀线路示意图；

图3为本申请实施例1中图像采集光路中照明光路示意图；

图4为本申请实施例1中图像采集光路中成像光路示意图；

图5为本申请实施例1中LIBS信号采集光路示意图；

图6为本申请实施例1中激光脉冲能量检测光路示意图；

图7为本申请实施例1提供的一种具备烧蚀量测量功能的LIBS方法流程示意图；

图8为聚焦高度值插值前烧蚀坑重建效果图；

图9为聚焦高度值插值后烧蚀坑重建效果图；

图10为本申请实施例中配准前序列图像中图片；

图11为本申请实施例利用二维图像滤波去燥前后三维重建图；

图12为本申请实施例利用二维图像滤波去燥前后全像素清晰图；

图13为本申请实施例2提供的一种具备烧蚀量测量功能的LIBS装置结构示意图；

图14为本申请实施例3提供的一种具备烧蚀量测量功能的LIBS装置结构示意图；

图15为本申请实施例4提供的一种具备烧蚀量测量功能的LIBS装置结构示意图；

其中，1-激光器，2-扩束镜，3-二向镜，4-物镜，5-三轴运动控制平台，6-压电陶瓷物镜定位器，7-第一半反半透镜，8-光纤聚焦镜，9-光谱仪，10-图像采集单元，11-成像镜，12-第二半反半透镜，13-光源，14-聚光镜，15-激光脉冲能量检测器，16-样品。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

实施例1

结合图1所示，本申请实施例提供了一种具备烧蚀量测量功能的LIBS装置，包括：

激光烧蚀组件，包括：激光器1和扩束镜2，所述激光器1与样品16垂直设置，所述扩束镜2位于所述激光器1与所述样品16之间。其光路图如图2所示，激光器发射的激光经过扩束镜扩束，透射于样品表面，对样品进行烧蚀。图中箭头为光线运动方向。

光学成像系统，包括光源13、物镜4、二向镜3、第一半反半透镜7、成像镜11、第二半反半透镜12和图像采集单元10。所述第二半反半透镜12倾斜设置于所述成像镜11与所述第一半反半透镜7之间，用于将所述光源13的出射光线反射至所述第一半反半透镜7。如图3中所示，光源为发出的光线为水平方向光线，经第二半反半透镜12反射后形成垂直光线，再经过第一半反半透镜7反射。所述二向镜3设置于所述扩束镜2与所述物镜4之间，且所述第一半反半透镜7与所述二向镜3平行设置。经第一半反半透镜7反射后的光线经二向镜3后，再经过物镜4透射达到样品16表面。

所述成像镜11设置于所述图像采集单元10与所述第二半反半透镜12之间。图像采集光路中成像光路示意图如图4所示。光线依次经过物镜、二向镜、第一半反半透镜、第二半反半透镜、成像镜，并在成像镜生成图像，由图像采集单元进行图像采集。LIBS信号采集组件包括：光纤聚焦镜8和光谱仪9，所述光纤聚焦镜8位于所述第一半反半透镜7与所述光谱仪9之间。LIBS信号采集光路如图5所示。为了兼顾显微成像视场和景深性能并更好与LIBS系统集成，本实施例采用了尼康的平场校正长工作距离物镜CF Plan 20X/0.40EPI ELWD，其放大倍数是20倍，数值孔径为0.4，工作距离为11mm，透镜表面和物体之间间距较宽。

所述光源可使用蓝色LED同轴光源，相比于白光有更短的波长，在保持良好的照明度的前提下可以提高极限分辨率。同时为了提高图像的对比度，增加一个辅助环形灯光源使得目标与背景边界更加清晰。图像采集单元为对焦相机，采用索尼E3ISP型号CMOS显微镜摄像头相机进行图像采集，其单元靶面尺寸1英寸像素尺寸为2.4um*2.4um，可提供2000万像素的分辨率，在选用最大分辨率的情况下，采集帧率为15帧/s。

为实现快速寻焦及清晰采集图像，还设有对焦及运动控制组件，包括：三轴运动控制平台5和压电陶瓷物镜定位器6，所述三轴运动控制平台5用于承载样品；所述压电陶瓷物镜定位器6用于控制所述物镜4在垂直于所述三轴运动控制平台5方向上运动。本实施例中采用用于承载样品的三轴精密运动控制平台，其Z轴运动精度为单步1um，最大行程为±25mm。该部分配合控制软件实现对被测物体的大范围对焦[29]，在Z轴方向可实现快速寻焦。另一部分是压电陶瓷物镜定位器，在采集图像时，控制物镜在Z方向以最小10nm运动精度步进采集序列图像，实现高精度测量。

本实施例中采用激光器1的激光波长为1064nm。二向镜可将少部分激光反射。为了能够及时检测激光脉冲能量，本装置还包括：激光脉冲能量检测器15和聚光镜14，所述聚光镜14位于所述激光脉冲能量检测器15与所述二向镜3之间。激光脉冲能量检测光路示意图如图6所示。本实施例还提供了一种具备烧蚀量测量功能的LIBS方法，如图7所示，包括：

S100：发射激光信号，对样品进行烧蚀生成烧蚀坑。激发光产生的光谱信号经过同光轴光路返回到光纤聚焦镜，由光谱仪完成对LIBS信号的采集，激光烧蚀会产生烧蚀坑。本装置中各个子系统相互配合，以实现LIBS信号的激发、采集以及烧蚀坑的3D测量。在具体的工作中，首先由对焦及运动控制系统带动被测物体完成对焦，然后开启激光器发射脉冲激光，经扩束准直系统提高光束的平行度。平行激光束在20倍的显微物镜汇聚到被测物体表面完成烧蚀过程。

S200：采用步进式调节方法调整物镜高度，采集所述烧蚀坑的序列图像。光源发出的光经准直镜后变为平行光束，经过分光镜和显微物镜后照射到被烧蚀坑上，烧蚀坑反射光再次进入物镜，经镜筒透镜后在图像传感器上成像。使用显微物镜成像时，只在物镜物方焦平面景深范围内很小的深度(5.8um)区域才可以清晰成像。

由于烧蚀坑直径非常小，首先使用对焦及运动控制系统进行大范围寻焦^[21]，确定烧蚀坑的位置，使得显微物镜焦平面位于烧蚀坑顶端。之后控制压电陶瓷在Z轴方向上单步运动，运动步进设置为500nm，并在单步步进结束后采集该位置的图像，进而得到样品烧蚀坑的序列图像。为了获得超大景深的测量，采用一个精密的Z轴垂直扫描系统改变烧蚀坑和成像物镜的距离。在一次完整的测量过程中，Z轴垂直扫描系统的扫描范围完全覆盖烧蚀坑的深度，获得一个序列图像。

S400：应用聚焦分析方法对所述序列图像的各个像素点进行聚焦度评价，得到被测物点在图像序列每幅图像中的聚焦值，可得到该点的聚焦散点图。

在显微镜成像过程中，在焦平面处获取的图像最为清晰而在焦平面前后获取的图像则存在不同程度模糊。相应地，理想的聚焦函数应该在焦平面处取得最大值，而在焦平面附近随着图像模糊程度的加剧，聚焦函数值单调下降。在实际应用中，有部分函数的最大值并不在焦平面处取得，而是偏离了焦平面，这时如果以该函数为依据进行焦平面的搜索，那么系统将无法找到真正的焦平面。其次，变焦显微三维测量情况不同于大视场角度测量，因为大视场中单幅图像的焦深比后者大得多，单幅图像中有比较大的区域范围处于有效焦深范围内，而变焦显微三维测量中焦深只有微米量级，因此聚焦评价函数受到的干扰大，在大视场中性能表现好的聚焦评价函数在变焦显微三维测量场合不一定效果好。另外，对于凸起和下凹的被测物体而言，不同的聚焦评价函数得到的聚焦效果也不同，因此需要根据具体情况选择聚焦评价函数。结合实际重建效果，本实施实例选择Roberts函数。

S500：根据所述聚焦散点图，记录对应物点聚焦值的最大值，以及所在图像的序列号，求得该点的焦点相对位移量和光照参数。

S600：根据所述光照参数，通过图像融合算法提取被测表面每个点成像最清晰的像素，置于一幅图像上，得到全像素清晰图。

多聚焦图像融合是将每幅图像中清晰的部分拼接到一起组成一幅全像素清晰重建图，这里采用遍历搜索法，这种方法直接比较每幅图像聚焦评价函数的大小，取聚焦评价函数值最大时所在的位置为聚焦点，原理简单，运算速度快，但聚焦点的精度取决于图像拍摄时每次的步进位移量和拍摄的图像张数。因此实验系统中采用压电陶瓷微运动平台来实现纳米级别的位移量，相比于步进电机运动平台增加了图像的张数，从而在深度方面增加了重建精度。

S700：根据所述相对位移量，确定各像素点高度值，得到烧蚀坑三维重建图像。由于图像噪声、聚焦评价误差等因素，可能导致聚焦评价曲线信噪比和灵敏度降低，甚至不具有单峰。此时若直接将聚焦评估曲线的最大值作为该点的聚焦位置，得到的深度图误差会很大。

为了得到更为准确的聚焦位置，就必须根据聚焦高度值进行插值拟合运算。在实际计算中，由于图像较多，对所有数据点进行插值拟合运算计算量会很大。并且由于图像噪声和放大率改变的影响，会出现多个较小的峰值，因此为了提高计算速度选取聚焦评估曲线最值附近的点来进行插值拟合。如图8-9所示，插值后图像层次分明，更加贴合实际烧蚀坑的形态。

S800：对各像素点高度值进行积分计算出烧蚀体积。对于不同的样品的密度，进而计算烧蚀质量。

S900：光谱仪采集LIBS信号，并将所述LIBS信号发送至数据处理器。

为了提高测量精度，S300前还可包括：

S300：对所述序列图像进行序列图像配准和二维图像滤波。

序列图像在运动平台位移过程中获取，由于环境的不稳定如载物台振动，光照条件的变化、放大率的改变等，相邻图像间可能存在错位情况，导致对应像素点不匹配，从而产生误差。因此有必要进行图像配准，修正不匹配使得图像在几何位置意义上对齐。

我们的系统中序列图像的获取是通过步进电机带动被测物体运动，在无外界条件干扰的条件下不存在错位和光照条件的变化，需要配准的是随着运动平台推进而逐渐变化的放大率。如图10所示，(a)为配准前第1张和(b)为第150张图像在中心部分清晰度明显增强，边缘轮廓可以看出第150张图像因为整体放大而丢失部分景物。将序列图像中首幅图像设为基准图像，其他图像设为浮动图像并对浮动图像进行修正，使用梯度下降算法作为度量准则，以均方误差判别相似度，通过尺度变换进行初步配准，使得变换后的图像与参考图像有相同的坐标分布；初步配准后修改优化器参数及迭代次数，得到配准后的图像。

本实施例采用基于Retinex去雾算法的二维图像滤波方式。

图像在生成和传输过程中常常因受到各种噪声的干扰和影响而使图像降质，这对后续图像的处理和图像视觉效应将产生不利影响。因此，为了抑制噪声，改善图像质量，便于更高层次的处理，必须对图像进行去噪预处理。

针对图像噪声，结合极小景深烧蚀坑图像整体偏暗，对比度低，图像中有用信息量少，可辨别性低等特点，常见的空间域滤波、频域滤波、偏微分方程、形态学噪声滤除器等方法不适用于该类图像去燥。

根据Edwin Land提出的Retinex理论，一幅给定的图像S(x，y)分解成两幅不同的图像：反射物体图像R(x，y)和入射光图像L(x，y)，对于观察图像S中的每个点(x，y)，用公式可以表示为：

S(x，y)＝R(x，y)×L(x，y)

实际上，Retinex理论就是通过图像S来得到物体的反射性质R，也就是去除了入射光L的性质从而得到物体原本该有的样子。考虑到烧蚀坑图像特征与照明条件相关提出运用基于Retinex理论的图像增强技术对烧蚀坑图像进行滤波。

首先，利用取对数的方法将照射光分量和反射光分量分离，即：

S′(x，y)＝r(x，y)+l(x，y)＝log(R(x，y))+log(L(x，y))

用高斯模板对原图像做卷积，即相当于对原图像做低通滤波，得到低通滤波后的图像D(x，y)，F(x，y)表示高斯滤波函数：

D(x，y)＝S(x，y)×F(x，y)

在对数域中，用原图像减去低通滤波后的图像，得到高频增强的图像G(x，y)：

G(x，y)＝S′(x，y)-log(D(x，y))

对G(x，y)取反对数，得到增强后的图像R(x，y)：

R(x，y)＝exp(G(x，y))

最后对R(x，y)做对比度增强，得到最终的结果图像。二维图像滤波前后的烧蚀坑三维重建图与全像素清晰图如图11和图12所示。

其中，图11中(a)为本申请实施例利用二维图像滤波去燥前三维重建图；(b)为本申请实施例利用二维图像滤波去燥后三维重建图。

图12中(a)为本申请实施例利用二维图像滤波去燥前全像素清晰图；(b)为本申请实施例利用二维图像滤波去燥后全像素清晰图。

经过对比可以发现，经过Retinex图像增强之后烧蚀坑的精细度有了较大提升，部分噪声被滤除，同时图像暗部细节也能够凸显出来，重建效果明显提高。

综上所述，本申请实施例公开了一种具备烧蚀量测量功能的LIBS装置和方法，该方法基于我们搭建的集成微区LIBS分析系统，相比于其他测量方法，该方法适用于高增横比烧蚀坑测量，且测量方法简单，可满足现场测量的需求。该方法主要包括序列图像的采集、预处理、聚焦评价以及多图像融合等步骤。同时，在图像预处理过程中利用图像配准、基于Retinex理论的图像增强技术显微镜所采集到的序列图像进行预处理，分析并证明了该算法相比于原有的图像去噪、滤波等预处理方法具有更明显的优势。进一步提高三维重建精度的手段是使用高精度的平移机构，如电动平移台进行程序移步控制，从而进行量级更小的平移采样。目前应用压电陶瓷微运动平台来实现纳米量级的采样，配合高精度成像系统能够分辨出位移前后图像的差别；同时，后续可以通过提高显微镜的放大倍率，降低显微镜的景深长度，使采集到的一幅图像中含有更少的清晰信息和更多的模糊部分，以此来增加三维拟合过程中所使用的序列图像样本，从而达到提高精度的目的。

本申请实施例中在采集LIBS信号的过程中可以获取与脉冲次数相对应的烧蚀体积，进而计算或估算烧蚀量，因而可以在测试现场对烧蚀量和LIBS信号进行对比分析，可以高效获得大量光谱和取样量数据。同时利用本装置可输出重建后的烧蚀坑三维图及二维全像素清晰图，以便研究人员清晰直观的看到烧蚀坑的细节。

实施例2

如图13所示，本实施例还示出了另一种具备烧蚀量测量功能的LIBS装置结构示意图，其光学成像系统中，第二半反半透镜12设置于二向镜3与第一半反半透镜7之间，用于述光源13的出射光线反射至所述第一半反半透镜7。光源13发出的光线经第二半反半透镜12反射后形成水平光线，再经过二向镜3反射、物镜4透射达到样品16表面。

实施例3

如图14所示，本实施例还示出了另一种具备烧蚀量测量功能的LIBS装置结构示意图，其光学成像系统中，第二半反半透镜12设置于二向镜3与物镜4之间，用于光源13的出射光线反射至物镜4。光源13发出的光线经第二半反半透镜12反射后再经过物镜4透射达到样品16表面。

实施例4

如图15所示，基于上述实施例3，为提供照明光路，还可将光源13设置为环形光源，位于二向镜3与物镜4之间。光源13发出的光线经过物镜4的透射达到样品16表面。

由于以上实施方式均是在其他方式之上引用结合进行说明，不同实施例之间均具有相同的部分，本说明书中各个实施例之间相同、相似的部分互相参见即可。在此不再详细阐述。

需要说明的是，在本说明书中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的电路结构、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种电路结构、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，有语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的电路结构、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本申请的其他实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求的内容指出。

以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (9)

1.一种具备烧蚀量测量功能的LIBS装置，其特征在于，包括：

激光烧蚀组件，包括：激光器(1)和扩束镜(2)，所述激光器(1)与样品(16)垂直设置，所述扩束镜(2)位于所述激光器(1)与所述样品(16)之间；

光学成像系统，包括：光源(13)、物镜(4)、二向镜(3)、第一半反半透镜(7)、成像镜(11)、第二半反半透镜(12)和图像采集单元(10)；

所述第二半反半透镜(12)倾斜设置于所述成像镜(11)与所述第一半反半透镜(7)之间，用于将所述光源(13)的出射光线反射至所述第一半反半透镜(7)；

所述二向镜(3)设置于所述扩束镜(2)与所述物镜(4)之间，且所述第一半反半透镜(7)与所述二向镜(3)平行设置；

所述成像镜(11)设置于所述图像采集单元(10)与所述第二半反半透镜(12)之间；

LIBS信号采集组件，包括：光纤聚焦镜(8)和光谱仪(9)，所述光纤聚焦镜(8)位于所述第一半反半透镜(7)与所述光谱仪(9)之间。

2.根据权利要求1所述的具备烧蚀量测量功能的LIBS装置，其特征在于，还包括：激光脉冲能量检测器(15)和聚光镜(14)，所述聚光镜(14)位于所述激光脉冲能量检测器(15)与所述二向镜(3)之间。

3.根据权利要求1所述的具备烧蚀量测量功能的LIBS装置，其特征在于，所述光源(13)为蓝色LED同轴光源。

4.根据权利要求1所述的具备烧蚀量测量功能的LIBS装置，其特征在于，还包括：对焦及运动控制组件，包括：三轴运动控制平台(5)和压电陶瓷物镜定位器(6)，所述三轴运动控制平台(5)用于承载样品；所述压电陶瓷物镜定位器(6)用于控制所述物镜(4)在垂直于所述三轴运动控制平台(5)方向上运动。

5.根据权利要求4所述的具备烧蚀量测量功能的LIBS装置，其特征在于，所述三轴运动控制平台(5)在垂直于平台表面方向上的运动精度为单步1um，最大行程为±25mm。

6.根据权利要求1所述的具备烧蚀量测量功能的LIBS装置，其特征在于，所述激光器(1)的激光波长为1064nm。

7.根据权利要求1所述的具备烧蚀量测量功能的LIBS装置，其特征在于，所述图像采集单元(10)为对焦相机。

8.一种具备烧蚀量测量功能的LIBS方法，其特征在于，包括：

发射激光信号，对样品进行烧蚀生成烧蚀坑；

采用步进式调节方法调整物镜高度，采集所述烧蚀坑的序列图像；

应用聚焦分析方法对所述序列图像的各个像素点进行聚焦度评价，得到被测物点在图像序列每幅图像中的聚焦值，可得到该点的聚焦散点图；

根据所述聚焦散点图，记录对应物点聚焦值的最大值，以及所在图像的序列号，求得该点的焦点相对位移量和光照参数；

根据所述光照参数，通过图像融合算法提取被测表面每个点成像最清晰的像素，置于一幅图像上，得到全像素清晰图；

在根据所述相对位移量，确定各像素点高度值，得到烧蚀坑三维重建图像；

对各像素点高度值进行积分计算出烧蚀体积；

光谱仪采集LIBS信号，并将所述LIBS信号发送至数据处理器。

9.根据权利要求8所述的具备烧蚀量测量功能的LIBS方法，其特征在于，在应用聚焦分析方法对所述序列图像的各个像素点进行聚焦度评价前，还包括：

对所述序列图像进行序列图像配准和二维图像滤波。

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