[发明专利]一种针对扫描探针显微镜的自动化图像畸变评估方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种扫描探针显微镜扫描图像后，图像畸变的自动化评价方法。

背景技术

自从上世纪八十年代末扫描探针显微镜发明以来，由于它的纳米级分辨率，它已经需要用在越来越多的领域。它从一个测量和分析的工具，逐渐发展为一个操作及加工的工具。然而，由于扫描探针显微镜的控制对象是一个压电陶瓷，在一个没有严格温湿度环境控制的条件下使用其对围观物体进行观察或者加工时，仍有很多压电陶瓷固有的非线性特性需要人为进行干预和补偿。譬如迟滞，蠕变以及温漂。这些非线性特性直接导致扫描出的图像产生畸变。

针对扫描探针显微镜扫描图像的畸变问题，前人提出了许多控制算法。但如何去评价这些算法成为一个难题。前人大多采用提取某一扫描行对比或者图像对比的方式来让读者去评定一个方法的好坏。没有人提出过一种评价方法，可以直观地量化图像的畸变，从而评定控制算法的优劣。

发明内容

为了克服现有的方法不能直观量化图像的畸变，本发明提出一种针对扫描探针显微镜的自动化图像畸变评估方法，使得图像的畸变可以直观的呈现为指标，从而方便对比图像的畸变量，进而评定控制算法的优劣,包括以下步骤：

步骤1，使用扫描探针显微镜采用接触或轻敲方式扫描得到原始图像，记为F1，对原始图像进行截取，使得截取后的图像宽度为光栅周期宽度的整数倍，记截取后图像为F2。

步骤2，对截取后图像F2进行频域滤波。将图像F2进行图像傅里叶变换后幅值次大值的1/8倍数作为滤波阈值进行滤波，图像F2傅里叶变换后幅值小于滤波阈值的部分全部舍弃，滤波后图像记为F3。

步骤3，对滤波后图像F3进行评价：将图像F3进行傅里叶变换后幅值次大值的1/4倍数作为评价阈值，图像F3傅里叶变换后幅值大于评价阈值部分之和与幅值小于评价阈值部分之和的比值作为最终评估指标。

进一步地，所述步骤1具体为：记扫描得到的原始图像宽度为L₁，截取方法为：将原始图像进行傅里叶变换；构造指标其中R₁为图像傅里叶变换后幅值大于次大值的部分，R₂为图像傅里叶变换后幅值小于次大值的部分；设定截取宽度寻找范围为至L₁，将截取宽度寻找范围为至L₁内所有宽度截取后的图像均进行一次指标Index₁的计算，选取Index₁最大值所对应的宽度作为最终截取图像宽度，记为L₂，记截取后图像为F2。

进一步地，所述步骤1的目的是保证后续评价指标计算的准确性，如果没有步骤1，最终评价指标计算结果可能会有很大偏差。

进一步地，所述步骤2具体为：将图像F2进行傅里叶变换，变换后以幅值次大值的1/8倍数作为滤波阈值进行滤波，图像F2傅里叶变换后幅值小于阈值的部分视为噪声全部舍弃。

进一步地，所述步骤3具体为：以图像F3的傅里叶变换后幅值次大值的1/4倍数作为评价阈值，图像F3的傅里叶变换后幅值大于评价阈值部分之和与幅值小于评价阈值部分之和的比值作为最终评价指标，即最终评价指标为公式其中R₃为图像F3经过傅里叶变换后幅值大于评价阈值的部分，R₄为图像F3经过傅里叶变换后幅值小于评价阈值的部分。

本发明的有益效果是，本发明的方法可以在无需人工参与的情况下有效地评价扫描探针显微镜扫描光栅图像内产生的畸变，将图像内的畸变量化为一个指标，从而有效对比两幅图像的畸变量，实现畸变的自动评估，进而评定控制算法的优劣，在探头损毁时，可以提醒用户及时更换探头。

附图说明

图1为本发明实施例中扫描探针显微镜扫描得到的光栅图像；

图2为本发明实施例中扫描探针显微镜扫描得到的光栅图像的傅里叶变换复平面图；

图3为本发明实施例中标准光栅图，其图像宽度为光栅周期的整数倍；

图4为本发明实施例中标准光栅图，其图像宽度为光栅周期的非整数倍。

图5为本发明实施例中图3所示光栅图傅里叶变换复平面图。

图6为本发明实施例中图4所示光栅图傅里叶变换复平面图。

图7为本发明实施例中截取图像宽度示意图。

图8为本发明实施例中图1所示图像滤波前傅里叶变换复平面图。

图9为本发明实施例中图1所示图像滤波后傅里叶变换复平面图。

图10为本发明实施例中图1所示图像滤波后空间域图。

具体实施方法