专利摘要

本发明公开了一种提取峰值位置索引坐标的方法、系统及计算机可读介质，其利用光学测量系统获取归一化的离散单峰信号，利用预设强度阈值T获得截取后的离散单峰信号，计算截取后的离散单峰信号的动态阈值并对归一化的离散单峰信号进行滤除得到新的归一化的截取单峰信号，从而实现对归一化离散的单峰信号的峰值位置索引坐标的快速准确定位，以提高光学测量系统的测量准确度。

权利要求

1.一种提取峰值位置索引坐标的方法，其特征在于，具体步骤包括：

S1.利用光学测量系统获取离散单峰信号的索引坐标和强度信息，得到归一化的离散单峰信号，其中xk和Ik分别为归一化的离散单峰信号第k个采样点处的索引坐标和光强值，k＝1,...,i，i为归一化的离散信号的采样点个数；

S2.预设强度阈值T，截取归一化的离散单峰信号强度大于阈值T的采样点信息得到截取后的离散单峰信号，其中，xjc和Ijc分别为截取后的离散单峰信号中第j个采样点处的索引坐标和光强值，j＝1,...,n，n为截取后的离散单峰信号的采样点个数；

S3.计算截取后的离散单峰信号的动态阈值Td，动态阈值Td具体计算过程为：

其中，c1为第一权重参数，c2为第二权重参数，p0为参考峰值位置索引坐标；

所述第一权重参数为：

所述第二权重参数为：

其中，X为归一化的离散单峰信号的理想峰值位置索引坐标；

S4.滤除归一化的离散单峰信号中光强Ik小于动态阈值Td的离散点，得到新的归一化的截取单峰信号，其中，xl和Il分别为新的归一化的截取单峰信号第l个采样点处的索引坐标和光强值，l＝1,....,m，m为新的归一化离散单峰信号的采样点个数；

S5.利用新的归一化离散单峰信号及动态阈值Td求得归一化的离散单峰信号的峰值位置索引坐标从而实现对归一化离散的单峰信号的峰值位置索引坐标的快速准确定位，以提高光学测量系统的测量准确度。

2.根据权利要求1所述的一种提取峰值位置索引坐标的方法，其特征在于，所述光学测量系统为共聚焦显微镜、色散共焦显微镜、激光三角传感器、星空探测和哈特曼夏克波前传感器中的任意一种。

3.根据权利要求1或2所述的一种提取峰值位置索引坐标的方法，其特征在于，所述参考峰值位置索引坐标利用重心法或拟合法求得。

4.根据权利要求1或2所述的一种提取峰值位置索引坐标的方法，其特征在于，所述参考峰值位置索引坐标具体为：

5.一种提取峰值位置索引坐标的系统，其特征在于，包括至少一个处理单元、以及至少一个存储单元，其中，所述存储单元存储有计算机程序，当所述程序被所述处理单元执行时，使得所述处理单元执行权利要求1～4任一权利要求所述方法的步骤。

6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其存储有可由终端设备执行的计算机程序，当所述程序在终端设备上运行时，使得所述终端设备执行权利要求1～4任一权利要求所述方法的步骤。

说明书

技术领域

本发明属于光学测量领域，具体涉及利用一种提取峰值位置索引坐标的方法、系统及计算机可读介质。

背景技术

已知在众多光学精密测量技术如共聚焦显微镜、色散共焦显微镜、激光三角传感器、星空探测、哈特曼夏克(Shack-Hartmann)波前传感器和生物大分子定位等光学应用领域中，探测器如线阵探测器或面阵探测器上会采集得到一个一维或二维的单峰信号，上述测量技术中测量精度与单峰信号的峰值位置索引坐标定位精度直接相关。

如在共聚焦显微测量技术中，点光源经过共聚焦物镜在被测物体表面聚焦成光斑后沿原路返回，再通过分光镜将来自物体信号的光导入针孔探测器；当物体位于物镜的焦平面时，探测器接收到的光能最大；当物体偏离物镜的焦平面时，反射光被聚焦于针孔前或后的某一位置，此时探测器仅接收一小部分光能量；这样就可以通过探测器检测光强信号的强弱变化来反映物体相对于焦平面的位置。当物体沿物镜的光轴方向扫描运动时，可在不同的扫描高度获得不同光强度，其中以光轴扫描位置作为索引坐标，相应的针孔探测器强度即是强度信息，上述两者则组成了单峰信号。在测量中，通过定位单峰信号的峰值位置索引坐标，即可获得被测位置的高度。再比如在哈特曼夏克(Shack-Hartmann)波前传感器中，当光束入射到哈特曼-夏克波前传感器上时，传感器上的微透镜阵列将光束分割成许多微小的子孔径。每部分光波经过微透镜后分别汇聚在子孔径焦点上形成子孔径光斑阵列图像。当入射光波为理想平面波时，在微透镜阵列焦点上得到的将是一组均匀分布规则的光斑图，即二维单峰信号；当入射光波存在波前畸变的时候，在微透镜阵列焦平面处得到的阵列图像将不再均匀分布，而是与前述理想波前的光斑图存在一定的偏离。这种偏离是根据二维单峰信号的峰值位置索引坐标来衡量的，因此波前探测精度直接受制于峰值位置索引坐标定位精度。对于二维单峰信号如上述光斑图中，索引坐标存在两个维度，可分别表示一张图片中两个方向的像素索引值.从计算本质上看，对二维单峰信号的峰值位置索引坐标(两个坐标)其实就是对两个一维单峰信号的峰值位置索引坐标的定位。

一维单峰信号的峰值位置索引坐标的快速准确可靠提取直接影响最终测量结果准确度和可靠性以及测量频率，其要求峰值位置索引坐标算法同时具有优越的峰值性能(高准确性，高可靠性)和良好的计算效率。现有的峰值位置索引坐标算法包括大值法(MPM)，重心法(COM),抛物线拟合法(PFM),高斯拟合法(GFM)和sinc2拟合法(SFM)。其中最大值法(MPM)通过直接选取光强最大点所对应的光谱波长作为峰值，其极容易受到噪声的影响，但具有极高的计算效率；重心法(COM)具有较高的峰值提取准确性和可靠性，具有较高的计算效率；而拟合法如抛物线拟合法(PFM)、高斯拟合法(GFM)和sinc2拟合法(SFM)的峰值提取准确性和可靠性更高，但计算效率过低，难以实现快速在线测量。以发表于《Applied optics》上的《Influence of sample surface height for evaluation ofpeak extraction algorithms in confocal microscopy》(Chen C,Wang J,Liu X,etal.Influence of sample surface height for evaluation of peak extractionalgorithms in confocal microscopy[J].Applied optics,2018,57(22):6516-6526.)的结论为示例，在共焦显微测量领域，对轴向共焦响应信号峰值的准确可靠获取是实现高精度的共焦显微测量的前提。但由于实际的轴向响应信号的数学模型复杂，并非文献中所述的高斯形式或sinc2形式，而基于数学模型的拟合峰值定位精度取决于信号模型与数学拟合模型间的差异性。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种提取峰值位置索引坐标的方法、系统及计算机可读介质，其利用光学测量系统获取归一化的离散单峰信号，利用预设强度阈值T获得截取后的离散单峰信号，计算截取后的离散单峰信号的动态阈值并对归一化的离散单峰信号进行滤除得到新的归一化的截取单峰信号，从而实现对归一化离散的单峰信号的峰值位置索引坐标的快速准确定位，以提高光学测量系统的测量准确度。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种提取峰值位置索引坐标的方法，具体步骤包括：

S1.利用光学测量系统获取离散单峰信号的索引坐标和强度信息，得到归一化的离散单峰信号，其中xk和Ik分别为归一化的离散单峰信号第k个采样点处的索引坐标和光强值，k＝1,...,i，i为归一化的离散信号的采样点个数；

S2.预设强度阈值T，截取归一化的离散单峰信号强度大于等于阈值T的采样点信息得到截取后的离散单峰信号，其中，xjc和Ijc分别为截取后的离散单峰信号中第j个采样点处的索引坐标和光强值，j＝1,...,n，n为截取后的离散单峰信号的采样点个数；

S3.计算截取后的离散单峰信号的动态阈值Td，动态阈值Td具体计算过程为：

其中，c1为第一权重参数，c2为第二权重参数，p0为参考峰值位置索引坐标；

S4.滤除归一化的离散单峰信号中光强Ik小于动态阈值Td的离散点，得到新的归一化的截取单峰信号，其中，xl和Il分别为新的归一化的截取单峰信号第l个采样点处的索引坐标和光强值，l＝1,....,m，m为新的归一化离散单峰信号的采样点个数；

S5.利用新的归一化离散单峰信号的索引坐标和光强值及动态阈值Td求得归一化的离散单峰信号的峰值位置索引坐标 从而实现对归一化离散的单峰信号的峰值位置索引坐标的快速准确定位，以提高光学测量系统的测量准确度。

作为本发明的进一步改进，光学测量系统为共聚焦显微镜、色散共焦显微镜、激光三角传感器、星空探测和哈特曼夏克波前传感器中的任意一种。

作为本发明的进一步改进，参考峰值位置索引坐标利用重心法或拟合法求得。

作为本发明的进一步改进，参考峰值位置索引坐标具体为：

作为本发明的进一步改进，第一权重参数为： 第二权重参数为：

其中，X为归一化的离散单峰信号的理想峰值位置索引坐标。

为实现上述目的，按照本发明的另一个方面，提供了一种提取峰值位置索引坐标的系统，包括至少一个处理单元、以及至少一个存储单元，其中，存储单元存储有计算机程序，当程序被处理单元执行时，使得处理单元执行上述方法的步骤。

为实现上述目的，按照本发明的另一个方面，提供了一种计算机可读介质，其存储有可由终端设备执行的计算机程序，当程序在终端设备上运行时，使得终端设备执行上述方法的步骤。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.本发明的一种提取峰值位置索引坐标的方法、系统及计算机可读介质，其利用光学测量系统获取归一化的离散单峰信号，利用预设强度阈值T获得截取后的离散单峰信号，计算截取后的离散单峰信号的动态阈值并对归一化的离散单峰信号进行滤除得到新的归一化的截取单峰信号，从而实现对归一化离散的单峰信号的峰值位置索引坐标的快速准确定位，以提高光学测量系统的测量准确度，同时，由于动态阈值不仅仅与全局阈值前后的强度点有关，也与其他点有关，并且还涉及到离散信号的导数信息，即动态阈值的求取对原始离散信号的利用更充分，因此即使在采样间隔较大，即实际的离散采样点较少时，仍然具有很优越的峰值定位性能，适用于那些对计算效率特别敏感的应用领域。其可以大幅度的降低峰值提取的系统误差和标准差，并且不依赖于轴向响应信号的模型，可极大地提高峰值提取的准确性和可靠性。

2.本发明的一种提取峰值位置索引坐标的方法、系统及计算机可读介质，提出的动态阈值重心法具有算法简单，计算效率高等优点，虽然是围绕共焦显微镜中一维信号的处理展开，但根据共聚焦显微镜，色散共焦显微镜，激光三角传感器，星空探测，哈特曼夏克波前传感器，生物大分子定位等领域中一维和二维信号具有相同的信号特征和峰值定位需求，因此也可适用于上述应用中类高斯型信号的峰值的快速高准确性高可靠性提取。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。

为了清楚起见，方便的是对于贯穿本公开所使用的许多术语的定义进行介绍。一般说来，在此处定义的意义中这些术语都被一致地使用。然而，在某些实例中，可以依赖于这些术语的上下文，对其赋予不同的意义和/或进一步的解释。

单峰信号：指由探测器如线阵探测器或面阵探测器上接收的强度数据以及相应的索引坐标，且在索引坐标范围内只有一个最强位置；

索引坐标：指离散单峰信号中采样强度数据所对应的位置；对于一维离散单峰信号，索引坐标指代采样点的一维位置；而对于二维离散单峰信号，索引坐标指代采样点的二维位置；

强度数据：指在指定的索引坐标下的单峰信号中强度取值；

峰值位置索引坐标：指基于离散单峰信号应用某种规则确定的索引坐标，该索引坐标的取值近似于离散单峰信号中强度数据的峰值点所对应的索引坐标。

参考峰值位置索引坐标：指基于离散单峰信号确定的峰值位置索引坐标。

理想峰值位置索引坐标：指连续的单峰信号中强度数据最大点所对应的位置。

一种提取单峰信号峰值位置索引坐标的方法，具体步骤包括：

S1.利用光学测量系统获取离散单峰信号的索引坐标和强度信息，得到归一化的离散单峰信号，其中xk和Ik分别为归一化的离散单峰信号第k个采样点处的索引坐标和光强值，k＝1,...,i，i为归一化的离散信号的采样点个数；

作为一个优选的方案，光学测量系统可以为共聚焦显微镜、色散共焦显微镜、激光三角传感器、星空探测、哈特曼夏克波前传感器中的任意一种。

S2.预设强度阈值T，截取归一化的离散单峰信号强度大于等于阈值T的采样点信息得到截取后的离散单峰信号，其中，xjc和Ijc分别为截取后的离散单峰信号中第j个采样点处的索引坐标和光强值，j＝1,...,n，n为截取后的离散单峰信号的采样点个数；

作为一个示例，强度阈值T可依据经验值进行设定。

S3.计算截取后的离散单峰信号的动态阈值Td，动态阈值Td具体计算过程为：

其中，c1为第一权重参数，c2为第二权重参数，p0为参考峰值位置索引坐标；

参考峰值位置索引坐标p0可以利用现有技术中已有的求取参考峰值位置索引坐标的方法求得，作为一个优选的方案，可以利用重心法或拟合法求得；

作为一个更优选的方案，参考峰值位置索引坐标具体为：

进一步地，可利用现有的峰值定位计算公式的定位误差与理想峰值的关系式：

其中， X为归一化的离散单峰信号的理想峰值位置索引坐标，e为定位误差，p为归一化的离散单峰信号的峰值位置索引坐标；

进而，利用现有的峰值定位计算公式的定位误差与理想峰值的关系式得到第一权重参数和第二权重参数，分别为： 和

S4.滤除归一化的离散单峰信号中光强Ik小于动态阈值Td的离散点，得到新的归一化的截取单峰信号，其中，xl和Il分别为新的归一化的截取单峰信号第l个采样点处的索引坐标和光强值，l＝1,....,m，m为新的归一化离散单峰信号的采样点个数；

S5.利用新的归一化离散单峰信号及动态阈值Td求得归一化的离散单峰信号的峰值位置索引坐标 从而实现对归一化离散的单峰信号的峰值位置索引坐标的快速准确定位，以提高光学测量系统的测量准确度。

一种提取峰值位置索引坐标的系统，包括至少一个处理单元、以及至少一个存储单元，其中，存储单元存储有计算机程序，当程序被处理单元执行时，使得处理单元执行上述方法的步骤。

一种计算机可读介质，其存储有可由终端设备执行的计算机程序，当程序在终端设备上运行时，使得终端设备执行上述方法的步骤。

以现有技术中的两种峰值索引坐标算法为示例，其中，两种算法分别为全局阈值重心法(STCM)和sinc2拟合法(SFM)，分别计算其峰值索引坐标的系统误差、标准差以及计算效率，经过对比可知，本发明实施例的提取方法的计算效率和准确率远高于上述两种算法，因此，本发明实施例的提取方法具有快速高准确度高可靠性的峰值提取性能。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

一种提取峰值位置索引坐标的方法、系统及计算机可读介质专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。