基于LabVIEW的显微红外图像温度信息分析软件

【核心介绍】为了实现对显微红外热像仪测温结果的温度信息提取，基于LabVIEW平台开发了温度分析软件。研究了显微红外热像仪输出TIFF（Tag Image File Format）图像与温度信息之间的联系，确定温度与图像索引值存在线性的关系，给出了通过图像索引值确定温度的方法。编写了图像温度信息分析软件，实现了对某一线段或某一矩形区域内全部像素点温度数据的提取和分析，并自动存储在Excel文件中。自主开发的分析软件与显微红外热像仪软件的分析结果最大误差小于1℃。 　

基于LabVIEW的显微红外图像温度信息分析软件

翟玉卫，梁法国，郑世棋，刘霞美，吴爱华

（中国电子科技集团公司第十三研究所，石家庄050051）

摘要 为了实现对显微红外热像仪测温结果的温度信息提取，基于LabVIEW平台开发了温度分析软件。研究了显微红外热像仪输出TIFF（Tag Image File Format）图像与温度信息之间的联系，确定温度与图像索引值存在线性的关系，给出了通过图像索引值确定温度的方法。编写了图像温度信息分析软件，实现了对某一线段或某一矩形区域内全部像素点温度数据的提取和分析，并自动存储在Excel文件中。自主开发的分析软件与显微红外热像仪软件的分析结果最大误差小于1℃。

关键词显微红外热像仪；图像；温度；LabVIEW

中图分类号 TP391.41

Software for Analyzing the Temperature Information of Image Measured by Infrared Microscope based on LabVIEW

Zhai Yuwei, Liang Faguo, Zheng Shiqi, Liu Xiamei, Wu Aihua

(The 13th Research Institute, CETC,Shijiazhuang 050051,China)

Abstract In order to obtain the temperature information in image measured by infrared microscope, the software based on LabVIEW was developed. The relationship between TIFF (Tag Image File Format) image exported by infrared microscope and temperature has been studied, the linearity relationship was //confirm/i/ied, a method to obtain the temperature by index value was proposed. The software for analyzing temperature information of image was developed which can obtain the temperature of all pixels along a line or within a rectangular area, all temperature data were stored in a Excel document automatically. The maximum error of self-developed software was less than 1℃ compared to the software of infrared microscope.

Keywords infrared microscope, image, temperature, LabVIEW

对于半导体器件，结温特性是非常重要的参数^[1][2]。目前，显微红外热像仪是国际上应用最为普遍的半导体器件结温检测仪器之一，尤其在新兴的GaN HEMT等大功率器件结温检测方面，显微红外热像仪目前处于不可替代的地位。美国Cree公司、RFMD公司等世界著名的半导体器件生产厂家都采用显微红外热像仪进行结温检测^{[3] [4]}。

我国主流的半导体器件生产厂家也广泛采用了显微红外热像仪进行器件的结温检测，对元器件的性能评定和质量提升起到了巨大的推动作用^{[5] [6] [7]}。但是，显微红外热像仪造价昂贵，国内大部分半导体器件的研发、使用单位不具备此类仪器，一般采用委托其他单位进行温度测量。显微红外热像仪的检测结果以伪彩色图像的形式给出，对图像各像素点包含的温度信息的提取和分析只能在显微红外热像仪原厂配备的工控机及处理软件上进行，数据导出难度大。这导致大多数单位无法对图像进行自定义的分析和研究，使得显微红外图像所包含的温度信息不能被充分利用。

本文研究了显微红外图像颜色与温度之间的对应关系，利用LabVIEW语言编写了显微红外图像温度信息分析软件，实现了脱离显微红外热像仪软硬件的条件下对图像进行自定义的分析。

1 分析软件的开发

1.1分析图像颜色与温度之间存在的对应关系

显微红外热像仪检测图像用伪彩色来表示温度，热像仪软件本身提供了一定的分析能力，如图1所，能够提取白框区域内的最大值、最小值、平均值等统计信息，能够提取某条线段上各个像素点的温度数据，并以txt文件格式导出。但是，这些工作只能在热像仪工控机的操作软件上进行，不具备热像仪的单位无法对图像开展自主的分析。

图1显微红外热像仪测温结果

除上述功能外，热像仪软件还可以输出TIFF格式的图像，该图像可以将温度分布情况显示出来，如图2。但是，此时的图像只能观察到温度的高低，无法提供任何与准确温度值有关的信息。

由于显微红外热像仪采用的探测器阵列是512×512阵列，其每幅图像中包含真实的像素点为500×500，而TIFF图像的像素数也是500×500。因此，每个TIFF图像每个像素点的颜色应对应着一个探测器单元的温度。根据数字图像处理理论^[8]，TIFF图像采用的是索引色编码方式，共256个索引值，分别对应着不同的颜色，而不同的颜色又对应着相应的温度。这样就可以将颜色与温度之间的对应关系转化为索引值与温度之间的对应关系。

图2显微红外热像仪输出的TIFF图像

利用LabVIEW自带的图像处理工具^[9,10]，编制了索引色提取软件，发现索引值与温度之间存在线性的对应关系，如图3。温度越低索引值越低，温度越高索引值越高，且只有128个索引值对应着彩色。也就是说，整幅图像的最高温度和最低温度可以等分为128份，只要提取出某一像素点的索引值就可以根据式(1)得到其温度值。由此，项目组认为只要找到图像中温度的最大值和最小值，根据索引值就可以确定各个颜色对应的温度值。

式中：T_i为TIFF图像某像素点对应的温度，单位为℃；T_L为整幅图像的最低温度，单位为℃；T_H为整幅图像的最高温度，单位为℃；n为该像素点对应的索引值。

1.2 软件的实现

依据上述理论和算法，利用LabVIEW开发了图像分析软件。部分程序流程如图4所示。

图4 温度提取和分析部分程序

该软件具备两个功能，一是提取某条线段上各个像素点的温度数据，将所有的数据以柱状图的形式显示并存储在Excel文中，既覆盖了热像仪原有软件的功能，又降低了数据处理的难度，程序界面如图5；二是能够提取某一矩形区域的全部温度数据并将其存储在Excel文件中，程序界面如图6，区域数据则可以以三维曲面图的形式显示和存储，如图7。

图 5 线分析程序前面板

图 6区域分析程序前面板

图 7 区域分析数据存储文件

数据存储在excel表格中，便于后续对于数据的处理和运算。这相比热像仪软件只能将分析数据以文本形式存储在txt文件中又是一个进步之处。

1.3 软件的验证

为了验证软件分析结果的准确性，分别利用热像仪软件和自主开发的软件提取了图1所示线段上各点的温度值，其对比情况如图8，其差值如图9。

图 8 自编软件与热像仪软件分析结果比对

图 9自编软件与热像仪软件分析结果之差

上述对比可见，二者之差最大不超过1℃，说明该软件分析结果是准确的、可靠的。

2 结论

上述软件实现了对显微红外热像仪测得的温度分布图像的温度提取和分析功能，一方面，该软件使得对于图像的分析不必依赖于显微红外热像仪，大大方便了不具备该设备的单位对图像进行各种自定义的分析；另一方面补充了仪器软件本身不具备对于区域温度逐点提取的能力，使得我们可以获取某一较大区域的温度分布数据，以进行更加详细的分析。

参考文献

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[8]杨帆。数字图像处理与分析【M】。北京航空航天大学出版社，2010.

[9]赵玲、姚金宝. 信号与系统虚拟实验平台架构设计[J ] . 现代科学仪器,2012 ,2 :34-40.

[10]杨文祥，杜昭平，庄肖波。基于LabVIEW平台的实时图像采集与处理系统的应用[J]。电子设计工程。2016,24(12):159-164.

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