[发明专利]基于扫描电镜的纳米尺度三维形貌测量方法

权利要求书

1.一种基于扫描电镜的纳米尺度三维形貌测量方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：

第1步建立扫描电镜成像系统的成像模型；

第2步使用表面带有随机图案的平面标定块对上述成像模型进行系统参数标定；

第3步利用扫描电镜成像系统从多个角度拍摄样件的照片，得到一组样件图像；

第4步对拍摄的多幅样件图像进行图像矫正，消除图像中的时间漂移，然后从上述样件图像中提取特征点；

第5步对特征点进行匹配，得到各特征点的对应点；

第6步在完成特征点的匹配之后，使用同形矩阵确定多幅图像拍摄时的相对位置关系，确定运动参数；

第7步最后根据预先标定的系统参数、建立的对应点和运动参数进行三维重构，得到被测表面的完整三维点云数据。

2.根据权利要求1所述的纳米尺度三维形貌测量方法，其特征在于，第1步中，按照下述方式建立成像模型：

设扫描电镜成像系统拍摄的电子图像有W×H个像素，每个像素的坐标为(u，v)，其中u≤W，v≤H；二维图像中的每个像素对应三维空间中的一条射线L，该射线使用普朗克参数化法表示为：

L=DM=A-BA×B]]>

其中A，B为射线L上两点的非齐次坐标，D表示射线的方向，M为正交于由射线和坐标原点定义的平面。

3.根据权利要求1所述的纳米尺度三维形貌测量方法，其特征在于，第2步具体包括下述过程：

A1)使用原子力显微镜准确测量带随机图案的平面标定块的三维数据，并将三维数据中的每个点的三维坐标与微型平面上的随机图案的灰度值一一对应，即测量得到的标定块数据表示为(x，y，z，gray)，其中x，y，z为某点的空间三维坐标，gray为灰度值；

A2)设N≥2，在任意N个位置各拍摄一幅电子图像，得到N幅电子图像，并进行图像矫正；每次拍摄时标定块与电子扫描电镜的相对位置不同，定义每次拍摄时标定块的坐标系为局部坐标系；

A3)对于拍摄得到的每个电子图像中给定的某个像素S，根据表面的随机图案，从上述N幅图像中找出对应点，从而确定其对应的N个空间三维点在局部坐标系下的齐次坐标为p_i，i＝1，2，…，N；将拍摄的一幅电子图像时标定块的局部坐标系设为全局坐标系，设R_i和T_i分别为其它位置到全局坐标系的旋转平移矩阵，根据N幅电子图像中标定块上的特征点，计算标定块对应的同形矩阵H_i；

A4)根据同形矩阵计算对应的旋转平移矩阵R_i和T_i，确定拍摄时的其它位置与全局坐标系下的位置之间的相对位置关系；

A5)根据相对位置关系，确定电子图像中某个像素S在N个位置上对应的空间点的全局坐标；

A6)最后使用上述N个空间点拟合像素S对应的空间直线方程；

A7)重复步骤A5)和A6)，根据电子图像中的特征点和线性插值计算出所有像素对应的空间直线方程，完成模型的参数标定。