[发明专利]基于数学形态学的量子点检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，特别是一种基于数学形态学的量子点检测方法。

背景技术

以量子点为代表的半导体纳米结构有着重要的应用前景。而量子点的形状，几何尺寸，密度等都是很重要的材料参数，对器件性能有很大的影响，获得这些数据对器件研究有着重大的意义。目前，对这些重要材料参数的检测和评价，都是在较大半导体表面对大数量的量子点进行统计测量，获得测量的平均结果。而量子点尺寸，几何形貌等不均匀性会掩盖许多量子点独特的量子物理特性，而这些量子物理特性又是构筑许多纳米光电子器件及单电子器件的基础。

目前，表征量子点表面形貌最常用的手段是原子力显微镜(AFM)，比如说量子点的高度的提取，如果仅以量子点顶点的高度直接测量值作为量子点的高度，那样的结果是十分粗糙的，误差很大。而AFM给出的数据的测量基准是所有采样点的高度的平均值，所以测量的高度值完全依赖于这个平均值基准。

虽然AFM设备具有一般颗粒检测算法，但是由于基准衬底高度的变化，AFM针尖在平衡位置附近振动等问题，迄今为止，还没能全自动地精确的测量量子点的尺寸，形状，密度等工具，必须依赖手工或者半手工方式。然而手工或者半手工测量量子点大小强烈地依赖于测量者的经验，在决定量子点的大小的过程中，存在诸多产生错误结果的可能性，因此我们需要更可靠的，不依赖于测量者经验判断的方法，实现全自动地精确测量量子点形状，尺寸，密度等几何形貌参数。

近年来，AFM硬件技术的进步使AFM在分辨精度和测量速度方面都有了打的提升。另一方面，随着图像处理技术的发展，为更精确地分析和解读样本表面几何形貌提供了可能。但是到目前为止，绝大部分的AFM的图像增强工作都是采用手工操作离线处理模式，其主要方法是采用专业图像处理软件系统综合应用各种空域和频域滤波技术。而这些方法都只是在AFM中引入数据处理技术，并不是以数据分析为基础，不能正确分析和评价AFM测量各种影响因素的分布，增加了测量的不确定度，同时减小了测量结果的可信性。本专利基于数学形态学方法，以分析AFM原始数据为基础，研究AFM数据中几何形貌信息的提取，实现量子点等颗粒的自动分析和几何形貌参数的计算。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种基于数学形态学的量子点检测方法，以分析AFM原始数据为基础，实现量子点等颗粒的自动分析和几何形貌参数的计算。该方法能有效分割出量子点边界，准确提取量子点，快速统计量子点的各几何形貌参数；具有对背景噪声不敏感的优点。

本发明提供一种基于数学形态学的量子点检测方法，包括如下步骤：

步骤1：对原始量子点图像做预处理，增强图像对比度；

步骤2：利用带标记的分水岭分割方法对量子点图像进行初步分割，使每个量子点划分到不同的区域；

步骤3：将量子点从各自区域中提取出来；

步骤4：对提取出来的每个量子点去除衬底；

步骤5：得到去除衬底后的量子点，对每个量子点进行标记，提取量子点的各几何形貌特征参数，完成量子点检测。

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下技术效果：

1、本发明提供的基于数学形态学的量子点检测方法，对AFM针尖在平衡位置附近振动，衬底基准高度变化等多种噪声的干扰有较强的容错性和抗干扰性，测量准确度较高。

2、本发明提供的基于数学形态学的量子点检测方法，提取量子点过程中采用原始量子点高度减去边界上高度的中值的方法提取量子点，能更大程度上得到量子点真实高度，减小因量子点粘连而导致的量子点提取误差。

3、本发明提供的基于数学形态学的量子点检测方法，对有粘连的量子点仍有很好的统计结果。

4、本发明提供的基于数学形态学的量子点检测方法，采用数学形态学方法提取量子点，过程简单，计算速度快。

附图说明

为进一步说明本发明的技术内容，以下结合附图及实施案例对本发明详细说明如后，其中：

图1是本发明提供的一种基于数学形态学的量子点检测方法的具体实施步骤；

图2是本发明提供的利用带标记的分水岭分割方法对量子点图像进行初步分割的具体实施步骤；

图3是本发明实施案例中的实验样本，为待处理的原始AFM图像；

图4是本发明实施案例中增强处理后的AFM图像；

图5是本发明实施案例中得到的量子点分割结果；

图6是本发明实施案例中量子点提取结果。

具体实施方式