[發明專利]一種基于最小二乘和閾值分割的磁力顯微鏡氣相光路自動調整方法

在審

• 申請號: 201810933940.4
• 申請日: 2018-08-16
• 公開（公告）號: CN109118496A
• 公開（公告）日: 2019-01-01
• 發明（設計）人: 程利群;王作斌;翁占坤;宋正勛;許紅梅;曲英敏;楊煥洲;孫佰順
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: G06T7/11
• 分類號: G06T7/11;G06T7/13;G06T7/136;G06T7/90
• 代理公司: 北京華仲龍騰專利代理事務所(普通合伙) 11548
• 代理人: 李靜

1.一種基于最小二乘和閾值分割的磁力顯微鏡氣相光路自動調整方法，其特征在于，首先在探針架裝設能通過計算機控制進行二維移動的步進電機；然后利用步進電機進行光路自動調整的自動調整，調整過程包括標定階段和實施階段，其中標定階段包括以下步驟：

A1、手動調節激光光路，保證激光光斑和微懸臂在CCD視場內可見；

A2、調整帶有CCD的顯微鏡到合適放大倍率，保證在成像過程中能夠觀察到被測樣品；

A3、識別激光光斑在CCD圖像的位置坐標

A3-1、移動探針架電機至微懸臂后的反光片全部進入CCD視場，保存圖像為I1；

A3-2、運用圖像差分法I2－I1得出差分圖像，用連通域算法對差分圖像進行標記得出光斑輪廓，根據輪廓坐標利用重心法在圖像I2計算光斑質心，公式如下：

其中x_c、y_c代表x和y方向質心，I(x,y)代表圖像(x,y)點灰度值；

A4、利用自適應閾值分割算法識別微懸臂

A4-1、對CCD圖像進行灰度變換，公式如下：

I(x,y)＝0.3×I_R(x,y)+0.59×I_G(x,y)+0.11×I_B(x,y)

其中I_R(x,y),I_G(x,y),I_B(x,y)分別為彩色圖像的紅綠藍分量，I(x,y)為變換后的灰度值(x,y)代表圖像橫縱坐標；

A4-2、對灰度直方圖進行增強，原圖像直方圖k級灰度值I_k(x,y)經增強后為：

其中n_i為灰度值為i的像素個數，n為圖像總像素值個數；

A4-3、對圖像數值取反對應公式G(x,y)＝255-I(x,y)；

A4-4、利用自適應閾值算法將圖像中的微懸臂進行分割，自適應閾值公式為：

σ²＝ω₀(μ₀-μ)²+ω₁(μ₁-μ)²

其中ω₀代表目標像素所占的比例，μ₀為目標像素的灰度均值，ω₁為背景像素所占的比例，μ₁背景像素的灰度均值，μ為整個圖像的灰度均值，σ²為類間方差。圖像共有N個灰度級，在[0,N-1]內依次選取T閾值，使類間方差最大的值為最佳閾值；

利用連通域算法對分割后的圖像做標記，根據輪廓坐標標記大小為100×100像素探針上方微懸臂區域。

A5、擬定關系式

A5-1、利用步驟A4計算得出微懸臂區域最邊緣點的橫坐標并保存作為基準點X；

A5-2、移動橫向電機距離控制在100μm以內，利用步驟5.1得出橫坐標X₁，ΔX₀＝|X₀－X₁|同時也得到電機移動距離|L_x0|以上的值全部為絕對值不含符號；

A5-3、重復步驟A5-2多次，得到多組對應關系式ΔX₁＝|X₁－X₂|、|L_x1|，ΔX₂＝|X₂－X₃|、|L_x2|……，利用線性回歸即可擬合出圖像像素與電機移動微米之間的關系式，公式如下：

其中a,b為待求解系數，矩陣A為B為

執行階段包括以下步驟：

B1、執行步驟A4；

B2、根據步驟5得出的關系式分別移動橫向和縱向電機使微懸臂區域與激光光斑區域重合，并讀取四象限探測器的數值對電機移動距離進行微調。

2.根據權利要求1所述的基于最小二乘和閾值分割的磁力顯微鏡氣相光路自動調整方法，其特征在于，所述電機的移動精度為1μm。

3.根據權利要求1所述的基于最小二乘和閾值分割的磁力顯微鏡氣相光路自動調整方法，其特征在于，所述步驟A1、A2和A3在磁力顯微鏡的硬件條件不變的情況下無需每次執行。