[發明專利]一種基于圖像的遲滯模型校正AFM掃描圖像遲滯的方法

有效

• 申請號: 201711068122.4
• 申請日: 2017-11-03
• 公開（公告）號: CN108009995B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 張連生;陳小波;黃繼超;黃強先;程真英;李紅莉;李瑞君
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06K9/62
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

本發明公開了一種基于圖像的遲滯模型校正AFM掃描圖像遲滯的方法。包括如下步驟：1）建立基于圖像的遲滯模型。2）獲取原子力顯微鏡的正向掃描圖像和反向掃描圖像，對這兩幅圖像進行特征點匹配，得到多組匹配的特征點的坐標信息。3）根據匹配的特征點在兩幅圖像中的坐標信息，計算遲滯模型中的參數。4）根據遲滯模型分別對正向掃描圖像和反向掃描圖像進行坐標變換重構，得到校正遲滯后的圖像。本發明提出了一種合理、簡單的基于掃描圖像的遲滯模型，使用原始掃描得到的圖像即可進行遲滯校正，無需對原子力顯微鏡進行硬件上的改造，節約了成本，可以為原子力顯微鏡提供低遲滯的高品質圖像。

技術領域

本發明涉及原子力顯微鏡成像技術領域，尤其涉及一種基于圖像的遲滯模型校正AFM掃描圖像遲滯的方法。

背景技術

掃描探針顯微鏡大都使用壓電陶瓷作為驅動器來對試樣表面進行掃描得到三維形貌圖像，例如隧道掃描顯微鏡和原子力顯微鏡。然而，由于壓電陶瓷的遲滯帶來的非線性產生的誤差嚴重影響了掃描圖像的質量，產生扭曲的掃描圖像。

壓電陶瓷遲滯現象是個復雜的過程，輸出不但和當前的輸入相關，還和歷史輸入相關。壓電陶瓷還具有擦除特性和一致性。原子力顯微鏡使用壓電陶瓷進行試樣三維形貌掃描時，導致正向掃描圖像和反向掃描圖像出現扭曲且扭曲方向不一致，都不能反映試樣的真實形貌。

常規的解決方案有前饋控制方法，反饋控制方法，電荷控制方法。然而，現有的解決方案中：前饋控制方法計算量大，模型參數易受環境影響，精度有限；反饋控制方法需要特殊的固定裝置來安裝傳感器，導致結構復雜，成本增加；電荷控制方法需要特殊的驅動器，帶寬窄，控制難度較高，導致結構復雜，影響了效果。

發明內容

本發明目的就是為了彌補已有技術的缺陷，提供一種基于圖像的遲滯模型校正AFM掃描圖像遲滯的方法。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種基于圖像遲滯模型校正AFM掃描圖像遲滯的方法，具體步驟如下：

(1)建立基于圖像的遲滯模型；

(2)使用原子力顯微鏡獲得試樣同一目標區域的正向掃描圖像和反向掃描圖像；

(3)根據步驟(2)獲取的正向掃描圖像和反向掃描圖像進行特征點匹配，獲得多組匹配的特征點分別在正向掃描圖像和反向掃描圖像中的坐標信息；

(4)根據步驟(3)獲取的多組匹配的特征點的坐標信息，求解步驟(1)建立的遲滯模型的參數；

(5)根據步驟(4)求解的遲滯模型分別對步驟(2)獲取的正向掃描圖像和反向掃描圖像進行坐標變換重構，獲得校正遲滯后的圖像。

步驟(1)建立的基于圖像的遲滯模型的過程如下：原子力顯微鏡使用壓電陶瓷進行試樣三維形貌掃描時，構造如下基于圖像的遲滯模型：

其中p_max為掃描圖像橫坐標最大值，p₁為試樣上任意一點D在反向掃描圖像中的橫坐標，p₂為試樣上同一任意點D在校正遲滯后的圖像中的橫坐標，p₃為試樣上該任意點D在正向掃描圖像的橫坐標。

步驟(4)使用步驟(3)獲得的多組匹配的特征點坐標信息求取遲滯模型參數：