CN113624358A - 用于光热反射显微热成像的三维位移补偿方法及控制装置 - Google Patents

用于光热反射显微热成像的三维位移补偿方法及控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于光热反射显微热成像的三维位移补偿方法及控制装置。该方法包括：获取被测件位于待补偿位置时的采集图像，及被测件位于参考位置时的参考图像；根据参考图像计算得到第一傅里叶变换，根据采集图像计算得到第二傅里叶变换；根据第一傅里叶变换和第二傅里叶变换，确定光热反射显微热成像装置中光学子系统的点扩散函数的峰值点坐标和拟合直径；根据峰值点坐标、拟合直径和光热反射显微热成像装置中光学子系统的成像参数，计算被测件位于待补偿位置时相对于参考位置的三维位移量，以对被测件进行三维位移补偿。本发明能够同时计算被测件位于待补偿位置时相对于参考位置的三维位移量，进而提高位移补偿的工作效率。

Description

用于光热反射显微热成像的三维位移补偿方法及控制装置
技术领域
本发明涉及显微温度成像技术领域，尤其涉及一种用于光热反射显微热成像的三维位移补偿方法及控制装置。
背景技术
光热反射测温技术是一种非接触测温技术，其基础是光热反射现象，光热反射现象基本的特征是物体的反射率会随物体的温度变化而变化，反射率随温度的变化通常可以用光热反射系数或光热反射校准系数CTR来表征。基于光热反射进行测温时，为了实现高空间分辨力的显微热成像，通常基于高性能的光学显微镜来组建光热反射显微成像装置。利用光学显微镜的照明系统提供探测光，使用高性能相机记录显微成像，输出的相机读数作为测量值。
但是测温过程中，为了保证测量精度，参考温度下的相机读数和待测温度下的相机读数通常需要多帧图像取均值。这就要求整个测量过程中相机各像素上的数据与被测表面空间位置要有稳定的对应关系，若对应关系受到干扰则会影响温度测量结果的准确性。测试过程中有若干次温度变化，同时存在振动、漂移等因素的影响，会使被测件相对初始位置发生位置偏移，包括水平方向的平移和竖直方向的离焦。由于CTR量值低，在图像灰度变化陡峭的部分，微小位移也可能导致最终温度数据产生明显的误差。
现有公开的亚像素图像配准算法和自动对焦算法可以用于光热反射显微热成像，其中图像配准算法用于补偿水平方向平移，自动对焦算法可以解决竖直方向位移亦即离焦问题。为保证良好的应用效果，亚像素图像配准需要在对焦完成后再进行，故需要先对焦再配准，工作效率较低，且不利于实现连续的实时跟焦和平移补偿。
发明内容
本发明实施例提供了一种用于光热反射显微热成像的三维位移补偿方法及控制装置，以解决现有技术在补偿光热反射显微热成像的水平方向的偏移和竖直方向的离焦时，工作效率不高，不利于实现连续的实时跟焦和平移补偿的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种用于光热反射显微热成像的三维位移补偿方法，包括：
获取光热反射显微热成像装置采集的被测件位于待补偿位置时的采集图像；
根据参考图像计算得到所述参考图像的第一傅里叶变换，根据所述采集图像计算得到所述采集图像的第二傅里叶变换；其中，所述参考图像为所述光热反射显微热成像装置采集的所述被测件位于参考位置时的图像；所述参考位置为所述被测件位于对焦位置且未发生水平位移的位置；
根据所述第一傅里叶变换和所述第二傅里叶变换，确定所述光热反射显微热成像装置中光学子系统的点扩散函数的峰值点坐标和拟合直径；
根据所述峰值点坐标、所述拟合直径和所述光热反射显微热成像装置中光学子系统的成像参数，计算所述待补偿位置相对于所述参考位置的三维位移量；所述三维位移量用于对所述被测件进行三维位移补偿。
在一种可能的实现方式中，所述根据所述第一傅里叶变换和第二傅里叶变换，确定所述光热反射显微热成像装置中光学子系统的点扩散函数的峰值点坐标和艾里斑直径，包括：
根据所述第一傅里叶变换和所述第二傅里叶变换，计算得到所述光热反射显微热成像装置中光学子系统的点扩散函数；
根据所述点扩散函数，确定所述点扩散函数的峰值点坐标和拟合直径。
在一种可能的实现方式中，所述根据所述第一傅里叶变换和所述第二傅里叶变换，计算得到所述光热反射显微热成像装置中光学子系统的点扩散函数，包括：
根据
Figure BDA0003163268960000031
或
Figure BDA0003163268960000032
计算得到所述光热反射显微热成像装置中光学子系统的点扩散函数；
其中，p(x,y)为所述光热反射显微热成像装置中光学子系统的点扩散函数，R(u,v)为所述第一傅里叶变换，C(u,v)为所述第二傅里叶变换，
Figure BDA0003163268960000033
为傅里叶反变换；
所述根据所述点扩散函数，确定所述点扩散函数的峰值点坐标和拟合直径，包括：
根据所述点扩散函数上的离散点，对预设拟合目标函数的解析式进行求解，确定所述预设拟合目标函数的解析式中的未知参数；
根据确定所述未知参数后的预设拟合目标函数的解析式，确定所述点扩散函数的峰值点坐标和拟合直径。
在一种可能的实现方式中，所述光热反射显微热成像装置中光学子系统的成像参数包括下述一项或多项：相机像元尺寸参数、放大倍率参数和物镜孔径角参数。
在一种可能的实现方式中，所述根据所述峰值点坐标、所述拟合直径和所述光热反射显微热成像装置中光学子系统的成像参数，计算所述采集图像的三维位移量，包括：
根据
Figure BDA0003163268960000034
计算所述采集图像的三维位移量；
其中，Δx、Δy和Δz分别为所述采集图像x、y和z三个方向对应的位移量，(xp,yp)为所述峰值点坐标，a为所述相机像元尺寸参数，m为所述放大倍率参数，θ为所述物镜孔径角参数的二分之一，d为所述拟合直径，s为显示所述采集图像的离焦方向参数。
在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：
根据所述三维位移量进行比例积分微分控制，获得所述待补偿位置相对于所述参考位置的三维位移补偿量；
根据所述三维位移补偿量控制位移台对所述被测件进行三维位移补偿。
第二方面，本发明实施例提供了一种控制装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所述方法的步骤。
第三方面，本发明实施例提供了一种光热反射显微热成像系统，包括如上第二方面所述的控制装置、光热反射显微热成像装置和位移台；
所述控制装置分别与所述光热反射显微热成像装置和所述位移台电连接；
所述光热反射显微热成像装置用于采集被测件位于待补偿位置时的采集图像，以及采集所述被测件位于参考位置时的参考图像；
所述位移台用于放置被测件，并根据三维位移量移动所述被测件，以对所述被测件进行三维位移补偿。
在一种可能的实现方式中，所述的光热反射显微热成像系统，还包括：控温台；所述光热反射显微热成像装置包括光学平台和光学子系统；
所述控温台位于所述位移台上，且所述控温台与所述控制装置电连接；所述光学子系统和所述位移台分别位于所述光学平台上；
所述控温台用于放置所述被测件；所述光学子系统用于采集所述被测件位于待补偿位置时的采集图像，以及采集所述被测件位于参考位置时的参考图像；所述光学平台用于为所述光学子系统和所述位移台提供支撑。
第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所述方法的步骤。
本发明实施例提供一种用于光热反射显微热成像的三维位移补偿方法及控制装置，通过获取光热反射显微热成像装置采集的被测件位于待补偿位置时的采集图像，及采集的被测件位于参考位置时的参考图像；根据参考图像计算得到参考图像的第一傅里叶变换，根据采集图像计算得到采集图像的第二傅里叶变换；根据第一傅里叶变换和第二傅里叶变换，确定光热反射显微热成像装置中光学子系统的点扩散函数的峰值点坐标和拟合直径；根据峰值点坐标、拟合直径和光热反射显微热成像装置中光学子系统的成像参数，同时计算被测件位于待补偿位置时相对于参考位置的三维位移量，以对被测件进行三维位移补偿。可以避免先对焦补偿竖直方向位移再配准补偿水平方向位移工作效率较低的问题，有效减少位移补偿过程的耗时，且由于可以同时计算采集图像的三维位移量，有利于实现连续的实时跟焦和平移补偿。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的用于光热反射显微热成像的三维位移补偿方法的应用场景图；
图2是本发明实施例提供的用于光热反射显微热成像的三维位移补偿方法的实现流程图；
图3是本发明实施例提供的用于光热反射显微热成像的三维位移补偿装置的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的控制装置的示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。
在已有的报道中，反射率随温度的变化可以认为是线性的，因此可以用一个变化率系数来表征，文献中通常称为光热反射系数(Thermoreflectance Coefficience)或光热反射校准系数(Thermoreflectance Calibration Coefficience)，用CTR来表示，定义式为：
Figure BDA0003163268960000061
式中，R为参考反射率，ΔR为反射率变化量，ΔT为温度变化量。
对于多数金属和半导体材料，CTR的范围通常在(10-2～10-5)K-1，并且与材料、入射光波长、入射角相关，若被测件表面有多层结构，则每层的材料构成以及光在多层材料之间的干涉也会直接影响CTR的量值，通常的做法是针对每个(类型或型号)的被测件样品，选择合适的测量波长，并测定CTR，通常称为CTR校准(CTR calibration)，并使用测定的CTR进行温度测量。
在CTR已知的情况下，可以通过测量被测件反射率的变化，根据下式计算温度：
Figure BDA0003163268960000062
式中，Tx为待测温度，T0为参考温度，Rx为待测温度下的反射率，R0为参考温度下的反射率。
由于实际上关心的是反射率的变化率
Figure BDA0003163268960000071
因而可以向被测件表面投射一束探测光(入射光)，然后测量反射光强度的变化率即可实现温度测量，这也是目前光热反射测温技术主流实现方式。假设探测光强度不变，计算温度的公式中的反射率变化率可以等效于探测器读数的变化率，即计算温度的公式变化成：
Figure BDA0003163268960000072
式中，cx为待测温度下的探测器读数，c0为参考温度下的探测器读数。
为了实现高空间分辨力的显微热成像，通常基于高性能的光学显微镜来组建光热反射显微热成像装置。利用光学显微镜的照明光路系统提供探测光，使用高性能相机记录显微成像，输出的相机读数作为测量值c。
由于CTR量值低，为了保证测量精度，在获取c0和cx时通常需要多帧图像取均值，测量总帧数记为N，则有：
Figure BDA0003163268960000073
从上述原理可知，整个测量过程中相机各像素上的数据与被测件表面空间位置要有稳定的对应关系，若对应关系受到干扰则会影响温度测量结果的准确性。测试过程中有若干次温度变化，同时存在振动、漂移等因素的影响，会使被测件相对初始位置发生位置偏移，包括水平方向的平移和竖直方向的离焦。由于CTR量值低，在图像灰度变化陡峭的部分，微小位移也可能导致最终温度数据产生明显的误差。
现有公开的亚像素图像配准算法和自动对焦算法可以用于光热反射显微热成像，其中图像配准算法用于补偿水平方向平移，自动对焦算法可以解决竖直方向位移亦即离焦问题。为保证良好的应用效果，亚像素图像配准需要在对焦完成后再进行，故需要先对焦再配准，工作效率较低，且不利于实现连续的实时跟焦和平移补偿。
为了解决上述问题，本发明实施例提出一种用于光热反射显微热成像的三维位移补偿方法，图1为本发明实施例提供的用于光热反射显微热成像的三维位移补偿方法的应用场景图。该方法可以应用但不限于该应用场景。
应用本发明实施例的用于光热反射显微热成像的三维位移补偿方法，结合光热反射显微热成像装置构成光热反射显微热成像系统。如图1所示，光热反射显微热成像系统包括控制装置10、光学平台21和光学子系统22构成的光热反射显微热成像装置和位移台30等。
其中，利用光热反射显微热成像装置采集被测件位于待补偿位置时的采集图像，以及采集被测件位于参考位置时的参考图像。光热反射显微热成像装置和位移台30均与控制装置10电连接。控制装置10获取光热反射显微热成像装置采集的采集图像和参考图像，执行本发明实施例的用于光热反射显微热成像的三维位移补偿方法的处理过程后，得到被测件的三维位移量。位移台30用于放置被测件，并根据控制装置10得到的三维位移量移动被测件，以对被测件进行三维位移补偿。
其中，位移台30和光学子系统22可以分别位于光学平台21上，光学平台21用于为光学子系统22和位移台30提供支撑。
可选的，位移台30可以为3轴纳米位移台，以便于补偿温度测试过程中温度变化等因素引起的被测件的位移，如水平方向的平移和竖直方向的离焦。
可选的，光热反射显微热成像系统还可以包括控温台40，其中，控温台40位于位移台30上，且控温台40也可以与控制装置10电连接，控温台30用于放置被测件，以便于控制被测件的温度环境。示例性的，控温台40可以为程控冷热台。
本发明实施例的光热反射显微热成像系统，由于控制装置为按照下述用于光热反射显微热成像的三维位移补偿方法进行处理的装置，因而可以同时计算被测件位于待补偿位置时相对于参考位置的三维位移量，以对被测件进行三维位移补偿。进而避免先对焦补偿竖直方向位移再配准补偿水平方向位移工作效率较低的问题，有效减少位移补偿过程的耗时，且由于可以同时计算采集图像的三维位移量，有利于实现连续的实时跟焦和平移补偿。
参见图2，其示出了本发明实施例提供的用于光热反射显微热成像的三维位移补偿方法的实现流程图，详述如下：
在步骤201中，获取光热反射显微热成像装置采集的被测件位于待补偿位置时的采集图像。
在步骤202中，根据参考图像计算得到参考图像的第一傅里叶变换，根据采集图像计算得到采集图像的第二傅里叶变换。
其中，参考图像为光热反射显微热成像装置采集的被测件位于参考位置时的图像；参考位置为被测件位于对焦位置且未发生水平位移的位置。
其中，首先可以先对被测件进行一次人工对焦或自动对焦，并调整被测件至合适的参考位置，进而利用光热反射显微热成像装置采集此时对应的参考图像。后续测试过程中需要进行位移补偿时，均以此参考图像为基准对采集图像进行处理。
可选的，根据参考图像计算得到参考图像的第一傅里叶变换，根据采集图像计算得到采集图像的第二傅里叶变换，可以包括：
根据
Figure BDA0003163268960000091
计算得到参考图像的第一傅里叶变换R(u,v)，根据
Figure BDA0003163268960000092
计算得到采集图像的第二傅里叶变换C(u,v)。其中，
Figure BDA0003163268960000093
为傅里叶变换。
在步骤203中，根据第一傅里叶变换和第二傅里叶变换，确定光热反射显微热成像装置中光学子系统的点扩散函数的峰值点坐标和拟合直径。
可选的，根据第一傅里叶变换和第二傅里叶变换，确定光热反射显微热成像装置中光学子系统的点扩散函数的峰值点坐标和艾里斑直径，可以包括：
根据第一傅里叶变换和第二傅里叶变换，计算得到光热反射显微热成像装置中光学子系统的点扩散函数；根据点扩散函数，确定点扩散函数的峰值点坐标和拟合直径。
其中，根据第一傅里叶变换和第二傅里叶变换，计算得到光热反射显微热成像装置中光学子系统的点扩散函数，可以包括：
根据
Figure BDA0003163268960000101
或
Figure BDA0003163268960000102
计算得到光热反射显微热成像装置中光学子系统的点扩散函数。
其中，p(x,y)为光热反射显微热成像装置中光学子系统的点扩散函数，R(u,v)为第一傅里叶变换，C(u,v)为第二傅里叶变换，
Figure BDA0003163268960000103
为傅里叶反变换。
其中，根据点扩散函数，确定点扩散函数的峰值点坐标和拟合直径，可以包括：对预设拟合目标函数的解析式进行求解，确定预设拟合目标函数的解析式中的未知参数；根据确定未知参数后的预设拟合目标函数的解析式，确定点扩散函数的峰值点坐标和拟合直径。
其中，点扩散函数p(x,y)是以其峰值点坐标(xp,yp)为中心的艾里斑或其他近似形式。根据点扩散函数p(x,y)上的离散点，按照艾里斑强度轮廓或其近似(如高斯型)的解析式作为预设拟合目标函数的解析式进行求解，确定预设拟合目标函数的解析式中的未知参数，进而确定拟合后的点扩散函数p(x,y)的峰值点坐标和拟合直径。
其中，直径对应的强度值根据定义方式不同而不同，如峰值降至一半时的直径、峰值降至1/e时的直径、峰值首次降至0时的直径等，在进行后续三维位移量的计算时均有明确的换算关系，不对三维位移量的计算结果构成实质影响。
在步骤204中，根据峰值点坐标、拟合直径和光热反射显微热成像装置中光学子系统的成像参数，计算待补偿位置相对于参考位置的三维位移量。
其中，三维位移量用于对被测件进行三维位移补偿。
可选的，光热反射显微热成像装置中光学子系统的成像参数包括下述一项或多项：相机像元尺寸参数、放大倍率参数和物镜孔径角参数。
可选的，根据峰值点坐标、拟合直径和光热反射显微热成像装置中光学子系统的成像参数，计算采集图像的三维位移量，可以包括：
根据
Figure BDA0003163268960000111
计算采集图像的三维位移量。
其中，Δx、Δy和Δz分别为采集图像x、y和z三个方向对应的位移量，(xp,yp)为峰值点坐标，a为相机像元尺寸参数，m为放大倍率参数，θ为物镜孔径角参数的二分之一，空气中有数值孔径N.A.＝sinθ，d为拟合直径，s＝±1为显示采集图像的离焦方向参数，具体取值根据离焦方向和z轴方向定义确定。
可选的，用于光热反射显微热成像的三维位移补偿方法，还可以包括：
根据三维位移量进行比例积分微分控制，获得待补偿位置相对于参考位置的三维位移补偿量；根据三维位移补偿量控制位移台对被测件进行三维位移补偿。
获得三维位移量后，可以通过比例积分微分控制算法，操作光热反射显微热成像系统中3轴纳米位移台的竖直方向，以进行闭环的位移补偿。
本发明实施例通过获取光热反射显微热成像装置采集的被测件位于待补偿位置时的采集图像，及采集的被测件位于参考位置时的参考图像；根据参考图像计算得到参考图像的第一傅里叶变换，根据采集图像计算得到采集图像的第二傅里叶变换；根据第一傅里叶变换和第二傅里叶变换，确定光热反射显微热成像装置中光学子系统的点扩散函数的峰值点坐标和拟合直径；根据峰值点坐标、拟合直径和光热反射显微热成像装置中光学子系统的成像参数，同时计算被测件位于待补偿位置时相对于参考位置的三维位移量，以对被测件进行三维位移补偿。可以避免先对焦补偿竖直方向位移再配准补偿水平方向位移工作效率较低的问题，有效减少位移补偿过程的耗时，且由于可以同时计算采集图像的三维位移量，有利于实现连续的实时跟焦和平移补偿。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
以下为本发明的装置实施例，对于其中未详尽描述的细节，可以参考上述对应的方法实施例。
图3示出了本发明实施例提供的用于光热反射显微热成像的三维位移补偿装置的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
如图3所示，用于光热反射显微热成像的三维位移补偿装置3包括：获取模块31、第一计算模块32、第二计算模块33和第三计算模块34。
获取模块31，用于获取光热反射显微热成像装置采集的被测件位于待补偿位置时的采集图像；
第一计算模块32，用于根据参考图像计算得到所述参考图像的第一傅里叶变换，根据所述采集图像计算得到所述采集图像的第二傅里叶变换；其中，所述参考图像为所述光热反射显微热成像装置采集的所述被测件位于参考位置时的图像；所述参考位置为所述被测件位于对焦位置且未发生水平位移的位置；
第二计算模块33，用于根据所述第一傅里叶变换和所述第二傅里叶变换，确定所述光热反射显微热成像装置中光学子系统的点扩散函数的峰值点坐标和拟合直径；
第三计算模块34，用于根据所述峰值点坐标、所述拟合直径和所述光热反射显微热成像装置中光学子系统的成像参数，计算所述待补偿位置相对于所述参考位置的三维位移量；所述三维位移量用于对所述被测件进行三维位移补偿。
本发明实施例通过获取光热反射显微热成像装置采集的被测件位于待补偿位置时的采集图像，及采集的被测件位于参考位置时的参考图像；根据参考图像计算得到参考图像的第一傅里叶变换，根据采集图像计算得到采集图像的第二傅里叶变换；根据第一傅里叶变换和第二傅里叶变换，确定光热反射显微热成像装置中光学子系统的点扩散函数的峰值点坐标和拟合直径；根据峰值点坐标、拟合直径和光热反射显微热成像装置中光学子系统的成像参数，同时计算被测件位于待补偿位置时相对于参考位置的三维位移量，以对被测件进行三维位移补偿。可以避免先对焦补偿竖直方向位移再配准补偿水平方向位移工作效率较低的问题，有效减少位移补偿过程的耗时，且由于可以同时计算采集图像的三维位移量，有利于实现连续的实时跟焦和平移补偿。
在一种可能的实现方式中，第二计算模块33，可以用于根据所述第一傅里叶变换和所述第二傅里叶变换，计算得到所述光热反射显微热成像装置中光学子系统的点扩散函数；
根据所述点扩散函数，确定所述点扩散函数的峰值点坐标和拟合直径。
在一种可能的实现方式中，第二计算模块33，可以用于根据
Figure BDA0003163268960000131
或
Figure BDA0003163268960000132
计算得到所述光热反射显微热成像装置中光学子系统的点扩散函数；
其中，p(x,y)为所述光热反射显微热成像装置中光学子系统的点扩散函数，R(u,v)为所述第一傅里叶变换，C(u,v)为所述第二傅里叶变换，
Figure BDA0003163268960000133
为傅里叶反变换；
根据所述点扩散函数上的离散点，对预设拟合目标函数的解析式进行求解，确定所述预设拟合目标函数的解析式中的未知参数；
根据确定所述未知参数后的预设拟合目标函数的解析式，确定所述点扩散函数的峰值点坐标和拟合直径。
在一种可能的实现方式中，所述光热反射显微热成像装置中光学子系统的成像参数包括下述一项或多项：相机像元尺寸参数、放大倍率参数和物镜孔径角参数。
在一种可能的实现方式中，第三计算模块34，可以用于根据
Figure BDA0003163268960000141
计算所述采集图像的三维位移量；
其中，Δx、Δy和Δz分别为所述采集图像x、y和z三个方向对应的位移量，(xp,yp)为所述峰值点坐标，a为所述相机像元尺寸参数，m为所述放大倍率参数，θ为所述物镜孔径角参数的二分之一，d为所述拟合直径，s为显示所述采集图像的离焦方向参数。
图4是本发明实施例提供的控制装置的示意图。如图4所示，该实施例的控制装置4包括：处理器40、存储器41以及存储在所述存储器41中并可在所述处理器40上运行的计算机程序42。所述处理器40执行所述计算机程序42时实现上述各个用于光热反射显微热成像的三维位移补偿方法实施例中的步骤，例如图2所示的步骤201至步骤204。或者，所述处理器40执行所述计算机程序42时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图3所示模块31至34的功能。
示例性的，所述计算机程序42可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器41中，并由所述处理器40执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序42在所述控制装置4中的执行过程。例如，所述计算机程序42可以被分割成图3所示的模块31至34。
所述控制装置4可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述控制装置4可包括，但不仅限于，处理器40、存储器41。本领域技术人员可以理解，图4仅仅是控制装置4的示例，并不构成对控制装置4的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述控制装置还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器40可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
所述存储器41可以是所述控制装置4的内部存储单元，例如控制装置4的硬盘或内存。所述存储器41也可以是所述控制装置4的外部存储设备，例如所述控制装置4上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器41还可以既包括所述控制装置4的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器41用于存储所述计算机程序以及所述控制装置所需的其他程序和数据。所述存储器41还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
本发明实施例还提供一种光热反射显微热成像系统，参考图1，该系统包括控制装置10、光学平台21和光学子系统22构成的光热反射显微热成像装置和位移台30。
控制装置10分别与光热反射显微热成像装置和位移台30电连接。
光热反射显微热成像装置用于采集被测件位于待补偿位置时的采集图像，以及采集被测件位于参考位置时的参考图像。
位移台30用于放置被测件，并根据三维位移量移动被测件，以对被测件进行三维位移补偿。
可选的，光热反射显微热成像系统，还可以包括：控温台40；光热反射显微热成像装置包括光学平台21和光学子系统22。
控温台40位于位移台30上，且控温台40与控制装置10电连接；光学子系统22和位移台30分别位于光学平台21上。
控温台40用于放置被测件；光学子系统22用于采集被测件位于待补偿位置时的采集图像，以及采集被测件位于参考位置时的参考图像；光学平台21用于为光学子系统22和位移台30提供支撑。
本发明实施例的光热反射显微热成像系统，由于控制装置为按照上述用于光热反射显微热成像的三维位移补偿方法进行处理的装置，因而可以同时计算被测件位于待补偿位置时相对于参考位置的三维位移量，以对被测件进行三维位移补偿。进而避免先对焦补偿竖直方向位移再配准补偿水平方向位移工作效率较低的问题，有效减少位移补偿过程的耗时，且由于可以同时计算采集图像的三维位移量，有利于实现连续的实时跟焦和平移补偿。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/控制装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/控制装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个用于光热反射显微热成像的三维位移补偿方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于光热反射显微热成像的三维位移补偿方法，其特征在于，包括：
获取光热反射显微热成像装置采集的被测件位于待补偿位置时的采集图像；
根据参考图像计算得到所述参考图像的第一傅里叶变换，根据所述采集图像计算得到所述采集图像的第二傅里叶变换；其中，所述参考图像为所述光热反射显微热成像装置采集的所述被测件位于参考位置时的图像；所述参考位置为所述被测件位于对焦位置且未发生水平位移的位置；
根据所述第一傅里叶变换和所述第二傅里叶变换，确定所述光热反射显微热成像装置中光学子系统的点扩散函数的峰值点坐标和拟合直径；
根据所述峰值点坐标、所述拟合直径和所述光热反射显微热成像装置中光学子系统的成像参数，计算所述待补偿位置相对于所述参考位置的三维位移量；所述三维位移量用于对所述被测件进行三维位移补偿。
2.根据权利要求1所述的用于光热反射显微热成像的三维位移补偿方法，其特征在于，所述根据所述第一傅里叶变换和第二傅里叶变换，确定所述光热反射显微热成像装置中光学子系统的点扩散函数的峰值点坐标和艾里斑直径，包括：
根据所述第一傅里叶变换和所述第二傅里叶变换，计算得到所述光热反射显微热成像装置中光学子系统的点扩散函数；
根据所述点扩散函数，确定所述点扩散函数的峰值点坐标和拟合直径。
3.根据权利要求2所述的用于光热反射显微热成像的三维位移补偿方法，其特征在于，所述根据所述第一傅里叶变换和所述第二傅里叶变换，计算得到所述光热反射显微热成像装置中光学子系统的点扩散函数，包括：
根据
Figure FDA0003163268950000011
或
Figure FDA0003163268950000012
计算得到所述光热反射显微热成像装置中光学子系统的点扩散函数；
其中，p(x,y)为所述光热反射显微热成像装置中光学子系统的点扩散函数，R(u,v)为所述第一傅里叶变换，C(u,v)为所述第二傅里叶变换，
Figure FDA0003163268950000021
为傅里叶反变换；
所述根据所述点扩散函数，确定所述点扩散函数的峰值点坐标和拟合直径，包括：
根据所述点扩散函数上的离散点，对预设拟合目标函数的解析式进行求解，确定所述预设拟合目标函数的解析式中的未知参数；
根据确定所述未知参数后的预设拟合目标函数的解析式，确定所述点扩散函数的峰值点坐标和拟合直径。
4.根据权利要求1-3任一项所述的用于光热反射显微热成像的三维位移补偿方法，其特征在于，所述光热反射显微热成像装置中光学子系统的成像参数包括下述一项或多项：相机像元尺寸参数、放大倍率参数和物镜孔径角参数。
5.根据权利要求4所述的用于光热反射显微热成像的三维位移补偿方法，其特征在于，所述根据所述峰值点坐标、所述拟合直径和所述光热反射显微热成像装置中光学子系统的成像参数，计算所述采集图像的三维位移量，包括：
根据
Figure FDA0003163268950000022
计算所述采集图像的三维位移量；
其中，Δx、Δy和Δz分别为所述采集图像x、y和z三个方向对应的位移量，(xp,yp)为所述峰值点坐标，a为所述相机像元尺寸参数，m为所述放大倍率参数，θ为所述物镜孔径角参数的二分之一，d为所述拟合直径，s为显示所述采集图像的离焦方向参数。
6.根据权利要求1-3任一项所述的用于光热反射显微热成像的三维位移补偿方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述三维位移量进行比例积分微分控制，获得所述待补偿位置相对于所述参考位置的三维位移补偿量；
根据所述三维位移补偿量控制位移台对所述被测件进行三维位移补偿。
7.一种控制装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上的权利要求1至6中任一项所述方法的步骤。
8.一种光热反射显微热成像系统，其特征在于，包括如权利要求7所述的控制装置、光热反射显微热成像装置和位移台；
所述控制装置分别与所述光热反射显微热成像装置和所述位移台电连接；
所述光热反射显微热成像装置用于采集被测件位于待补偿位置时的采集图像，以及采集所述被测件位于参考位置时的参考图像；
所述位移台用于放置被测件，并根据三维位移量移动所述被测件，以对所述被测件进行三维位移补偿。
9.根据权利要求8所述的光热反射显微热成像系统，其特征在于，还包括：控温台；所述光热反射显微热成像装置包括光学平台和光学子系统；
所述控温台位于所述位移台上，且所述控温台与所述控制装置电连接；所述光学子系统和所述位移台分别位于所述光学平台上；
所述控温台用于放置所述被测件；所述光学子系统用于采集所述被测件位于待补偿位置时的采集图像，以及采集所述被测件位于参考位置时的参考图像；所述光学平台用于为所述光学子系统和所述位移台提供支撑。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上的权利要求1至6中任一项所述方法的步骤。
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