[发明专利]一种基于图像的迟滞模型校正AFM扫描图像迟滞的方法

说明书

本发明公开了一种基于图像的迟滞模型校正AFM扫描图像迟滞的方法。包括如下步骤：1）建立基于图像的迟滞模型。2）获取原子力显微镜的正向扫描图像和反向扫描图像，对这两幅图像进行特征点匹配，得到多组匹配的特征点的坐标信息。3）根据匹配的特征点在两幅图像中的坐标信息，计算迟滞模型中的参数。4）根据迟滞模型分别对正向扫描图像和反向扫描图像进行坐标变换重构，得到校正迟滞后的图像。本发明提出了一种合理、简单的基于扫描图像的迟滞模型，使用原始扫描得到的图像即可进行迟滞校正，无需对原子力显微镜进行硬件上的改造，节约了成本，可以为原子力显微镜提供低迟滞的高品质图像。

技术领域

本发明涉及原子力显微镜成像技术领域，尤其涉及一种基于图像的迟滞模型校正AFM扫描图像迟滞的方法。

背景技术

扫描探针显微镜大都使用压电陶瓷作为驱动器来对试样表面进行扫描得到三维形貌图像，例如隧道扫描显微镜和原子力显微镜。然而，由于压电陶瓷的迟滞带来的非线性产生的误差严重影响了扫描图像的质量，产生扭曲的扫描图像。

压电陶瓷迟滞现象是个复杂的过程，输出不但和当前的输入相关，还和历史输入相关。压电陶瓷还具有擦除特性和一致性。原子力显微镜使用压电陶瓷进行试样三维形貌扫描时，导致正向扫描图像和反向扫描图像出现扭曲且扭曲方向不一致，都不能反映试样的真实形貌。

常规的解决方案有前馈控制方法，反馈控制方法，电荷控制方法。然而，现有的解决方案中：前馈控制方法计算量大，模型参数易受环境影响，精度有限；反馈控制方法需要特殊的固定装置来安装传感器，导致结构复杂，成本增加；电荷控制方法需要特殊的驱动器，带宽窄，控制难度较高，导致结构复杂，影响了效果。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种基于图像的迟滞模型校正AFM扫描图像迟滞的方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于图像迟滞模型校正AFM扫描图像迟滞的方法，具体步骤如下：

(1)建立基于图像的迟滞模型；

(2)使用原子力显微镜获得试样同一目标区域的正向扫描图像和反向扫描图像；

(3)根据步骤(2)获取的正向扫描图像和反向扫描图像进行特征点匹配，获得多组匹配的特征点分别在正向扫描图像和反向扫描图像中的坐标信息；

(4)根据步骤(3)获取的多组匹配的特征点的坐标信息，求解步骤(1)建立的迟滞模型的参数；

(5)根据步骤(4)求解的迟滞模型分别对步骤(2)获取的正向扫描图像和反向扫描图像进行坐标变换重构，获得校正迟滞后的图像。

步骤(1)建立的基于图像的迟滞模型的过程如下：原子力显微镜使用压电陶瓷进行试样三维形貌扫描时，构造如下基于图像的迟滞模型：

其中p_max为扫描图像横坐标最大值，p₁为试样上任意一点D在反向扫描图像中的横坐标，p₂为试样上同一任意点D在校正迟滞后的图像中的横坐标，p₃为试样上该任意点D在正向扫描图像的横坐标。

步骤(4)使用步骤(3)获得的多组匹配的特征点坐标信息求取迟滞模型参数：