[發(fā)明專利]一種基于Labview的二維材料掃描和視覺(jué)處理系統(tǒng)及其方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911073570.2
• 申請(qǐng)日: 2019-11-04
• 公開（公告）號(hào): CN110806407A
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程迎春;馬清偉;劉思召
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/84
• 分類號(hào): G01N21/84;G06K19/06
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開了一種基于Labview的二維材料掃描和視覺(jué)處理系統(tǒng)及其方法，包括：在上位機(jī)上安裝Labview、基于Labview控制的三軸步進(jìn)電機(jī)和工業(yè)相機(jī)的上位機(jī)軟件。將攜帶有目標(biāo)樣品的襯底放置在顯微鏡鏡頭下金屬掃描底座中，由上位機(jī)軟件控制三軸步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)和顯微鏡上工業(yè)相機(jī)抓取圖像。在上位機(jī)上設(shè)置好三軸步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)和工業(yè)相機(jī)拍照的相關(guān)參數(shù)，觸發(fā)運(yùn)行按鍵，對(duì)攜帶有目標(biāo)樣品的襯底進(jìn)行掃描，軟件前面板實(shí)時(shí)輸出襯底圖片掃描結(jié)果。本發(fā)明集成了顯微鏡高通量掃描和智能識(shí)別功能，一次性掃描多張襯底，并對(duì)襯底上目標(biāo)樣品的層厚進(jìn)行初步檢測(cè)和識(shí)別，克服了傳統(tǒng)二維材料尋樣經(jīng)驗(yàn)性要求高、速度慢、效率低的缺點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明實(shí)施涉及二維材料智能制造和識(shí)別領(lǐng)域，特別涉及一種基于Labview的二維材料掃描和視覺(jué)處理系統(tǒng)及其方法。

背景技術(shù)

二維材料因其載流子遷移和熱量擴(kuò)散都被限制在二維平面內(nèi)，使得這種材料展現(xiàn)出許多奇特的性質(zhì)。其帶隙可調(diào)的特性在場(chǎng)效應(yīng)管、光電器件、熱電器件等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛；其自旋自由度和谷自由度的可控性在自旋電子學(xué)和谷電子學(xué)領(lǐng)域引起深入研究；不同的二維材料由于晶體結(jié)構(gòu)的特殊性質(zhì)導(dǎo)致了不同的電學(xué)特性或光學(xué)特性的各向異性，包括拉曼光譜、光致發(fā)光光譜、二階諧波譜、光吸收譜、熱導(dǎo)率、電導(dǎo)率等性質(zhì)的各向異性，在偏振光電器件、偏振熱電器件、仿生器件、偏振光探測(cè)等領(lǐng)域具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

在制備高品質(zhì)的二維材料薄層樣品時(shí)，將二維材料晶體通過(guò)透明膠帶機(jī)械剝離的方式撕到襯底上以后，需要結(jié)合工業(yè)相機(jī)在顯微鏡下對(duì)剝離結(jié)果進(jìn)行目標(biāo)樣品檢測(cè)，然而，檢測(cè)過(guò)程不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，并且對(duì)于目標(biāo)樣品的層數(shù)驗(yàn)證也是手工操作很難解決的問(wèn)題。傳統(tǒng)的尋找目標(biāo)樣品的方法是通過(guò)在顯微鏡視野下手工搜索，且無(wú)法獲取襯底上樣品詳細(xì)的顏色及形態(tài)等信息進(jìn)行樣品層數(shù)鑒定，經(jīng)驗(yàn)性要求高、速度慢、效率低，無(wú)法滿足當(dāng)代高效、精準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)需求。

發(fā)明內(nèi)容

為了減少手工操作的經(jīng)驗(yàn)性和重復(fù)性，唯一的方法是使用自動(dòng)化設(shè)備和程序，因此，基于Labview的二維材料掃描和視覺(jué)處理系統(tǒng)成為替代手工尋樣的一種重要手段。通過(guò)自動(dòng)尋樣，可以獲取硅片上更多的二維材料信息，更準(zhǔn)確地分析和掌握不同層數(shù)的二維材料的信息特征。例如，通過(guò)檢測(cè)襯底上二維材料的樣品信息調(diào)整機(jī)械剝離參數(shù)；通過(guò)收集二維材料目標(biāo)樣品與不同SiO₂厚度的襯底的對(duì)比度信息，作為層數(shù)鑒別的分類特征。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是根據(jù)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種基于Labview的二維材料掃描和視覺(jué)處理系統(tǒng)，包括：上位機(jī)人機(jī)交互模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊、顯微成像模塊和圖像處理模塊；

上位機(jī)人機(jī)交互模塊，Labview平臺(tái)提供串口連接三軸步進(jìn)電機(jī)和工業(yè)相機(jī)，在Labview前面板中設(shè)置輸入?yún)?shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)三軸步進(jìn)電機(jī)和工業(yè)相機(jī)的集成控制；

運(yùn)動(dòng)控制模塊，由驅(qū)動(dòng)器、控制器、電源和三軸步進(jìn)電機(jī)組成；其中控制器接受上位機(jī)信號(hào)，并傳輸給驅(qū)動(dòng)器以驅(qū)動(dòng)三軸步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)電源為驅(qū)動(dòng)器提供電量；

顯微成像模塊，三軸步進(jìn)電機(jī)上的位移滑臺(tái)在顯微鏡的顯微成像區(qū)域下移動(dòng)，且位移滑臺(tái)上放置有攜帶二維材料襯底的金屬掃描底座，同時(shí)顯微鏡鏡筒上方的工業(yè)相機(jī)拍攝二維材料襯底的圖像；

圖像處理模塊，由操作面板和處理程序組成；在操作面板中選擇圖像路徑將圖像載入處理程序并設(shè)置圖像處理參數(shù)；處理程序依次分析圖像后，將目標(biāo)樣品的個(gè)數(shù)和具體位置反饋在操作面板上。

一種基于Labview的二維材料掃描和視覺(jué)處理方法，包括如下步驟：

步驟S1：制備二維材料樣品，使用透明膠帶將二維材料機(jī)械剝離到襯底上，并將襯底放置在位移滑臺(tái)上的金屬掃描底座中，然后將顯微成像區(qū)域通過(guò)步進(jìn)電機(jī)底座旋鈕校正到金屬掃描底座的左上角；