[發(fā)明專利]基于掃描電鏡的納米尺度三維形貌測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010595952.4
• 申請日: 2010-12-17
• 公開（公告）號: CN102155909A
• 公開（公告）日: 2011-08-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 史玉升;李中偉;王從軍;鐘凱;周鋼;朱曉鵬;湛承誠
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: G01B7/28
• 分類號: G01B7/28
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

1.一種基于掃描電鏡的納米尺度三維形貌測量方法，其特征在于，該方法包括下述步驟：

第1步建立掃描電鏡成像系統(tǒng)的成像模型；

第2步使用表面帶有隨機圖案的平面標定塊對上述成像模型進行系統(tǒng)參數(shù)標定；

第3步利用掃描電鏡成像系統(tǒng)從多個角度拍攝樣件的照片，得到一組樣件圖像；

第4步對拍攝的多幅樣件圖像進行圖像矯正，消除圖像中的時間漂移，然后從上述樣件圖像中提取特征點；

第5步對特征點進行匹配，得到各特征點的對應(yīng)點；

第6步在完成特征點的匹配之后，使用同形矩陣確定多幅圖像拍攝時的相對位置關(guān)系，確定運動參數(shù)；

第7步最后根據(jù)預(yù)先標定的系統(tǒng)參數(shù)、建立的對應(yīng)點和運動參數(shù)進行三維重構(gòu)，得到被測表面的完整三維點云數(shù)據(jù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米尺度三維形貌測量方法，其特征在于，第1步中，按照下述方式建立成像模型：

設(shè)掃描電鏡成像系統(tǒng)拍攝的電子圖像有W×H個像素，每個像素的坐標為(u，v)，其中u≤W，v≤H；二維圖像中的每個像素對應(yīng)三維空間中的一條射線L，該射線使用普朗克參數(shù)化法表示為：

L=DM=A-BA×B]]>

其中A，B為射線L上兩點的非齊次坐標，D表示射線的方向，M為正交于由射線和坐標原點定義的平面。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米尺度三維形貌測量方法，其特征在于，第2步具體包括下述過程：

A1)使用原子力顯微鏡準確測量帶隨機圖案的平面標定塊的三維數(shù)據(jù)，并將三維數(shù)據(jù)中的每個點的三維坐標與微型平面上的隨機圖案的灰度值一一對應(yīng)，即測量得到的標定塊數(shù)據(jù)表示為(x，y，z，gray)，其中x，y，z為某點的空間三維坐標，gray為灰度值；

A2)設(shè)N≥2，在任意N個位置各拍攝一幅電子圖像，得到N幅電子圖像，并進行圖像矯正；每次拍攝時標定塊與電子掃描電鏡的相對位置不同，定義每次拍攝時標定塊的坐標系為局部坐標系；

A3)對于拍攝得到的每個電子圖像中給定的某個像素S，根據(jù)表面的隨機圖案，從上述N幅圖像中找出對應(yīng)點，從而確定其對應(yīng)的N個空間三維點在局部坐標系下的齊次坐標為p_i，i＝1，2，…，N；將拍攝的一幅電子圖像時標定塊的局部坐標系設(shè)為全局坐標系，設(shè)R_i和T_i分別為其它位置到全局坐標系的旋轉(zhuǎn)平移矩陣，根據(jù)N幅電子圖像中標定塊上的特征點，計算標定塊對應(yīng)的同形矩陣H_i；

A4)根據(jù)同形矩陣計算對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)平移矩陣R_i和T_i，確定拍攝時的其它位置與全局坐標系下的位置之間的相對位置關(guān)系；

A5)根據(jù)相對位置關(guān)系，確定電子圖像中某個像素S在N個位置上對應(yīng)的空間點的全局坐標；

A6)最后使用上述N個空間點擬合像素S對應(yīng)的空間直線方程；

A7)重復(fù)步驟A5)和A6)，根據(jù)電子圖像中的特征點和線性插值計算出所有像素對應(yīng)的空間直線方程，完成模型的參數(shù)標定。