一种一维光阱微粒位移检测方法

摘要

本发明公开了一种一维光阱微粒位移检测方法。本方法通过CCD采集得到光阱中微粒的运动视频，对视频的每一帧提取图像信息，并对每一帧提取的图像进行数字图像处理，从而得到光阱中微粒的实时位移信息。本发明采用图像数据降维处理的方法，将复杂的二维运算转换为简单的一维运算，大大降低了运算的复杂度，并通过数字图像处理方法得到亚像素级别的光阱微粒位移信息，为分析光阱中粒子位置稳定度和光阱力传感技术奠定了基础。本发明的方法同样适用于二维光阱的微粒位移检测。

主权项

1.一种一维光阱微粒位移检测方法，其特征在于它的步骤如下：1) 调整显微镜使微粒在拍摄过程中始终处于视场中，将显微镜物镜对准包含微粒的一维光阱区域，打开CCD采集光阱中微粒位移视频，并由计算机进行处理； 2)取视频各帧图像进行处理，对于一维光阱，只考虑x方向的微粒位移，将每帧图像的二维数据进行降维处理，即将每列的数据相加求平均作为该列的像素值，由此得到x方向的一维等效图像数据，若所取帧为视频第一帧，则在缓存中保存该帧一维等效图像数据，并将第一帧微粒所处位置定义为初始参考位置；3)若所取帧不是第一帧，设定归一化互相关函数参数的范围[-a,a]，a为正整数，其值大于微粒可能取到的最大位移，归一化互相关函数参数范围的选择根据CCD分辨率、微粒尺寸及微粒最大位移确定，在参数属于[-a,a]范围内计算该帧一维等效图像数据与第一帧一维等效图像数据的归一化互相关函数，则归一化互相关函数取最大值时对应的参数的值即为微粒的相对于初始参考位置的位移，此位移的精度为像素级别；4)取左右各b个点的值作为自变量，对应的归一化互相关函数值作为应变量进行二次曲线拟合，拟合可采用最小二乘法进行，找出拟合得到的二次曲线的最高点，此最高点对应的参数的值即为微粒的相对于初始参考位置的亚像素精度的位移，其中b为正整数，其取值规则为：若且，令b=10；否则，令b=min(,)；5)取下一帧，重复步骤3)、步骤4)，若该帧为不是视频最后一帧，重复步骤5)，否则进行步骤6)；6)视频处理结束，汇总并保存微粒位移信息。