CN102486478A - 高度色差分辨率动态可调的原子力扫描显微镜成像方法 - Google Patents
高度色差分辨率动态可调的原子力扫描显微镜成像方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102486478A CN102486478A CN2010105739609A CN201010573960A CN102486478A CN 102486478 A CN102486478 A CN 102486478A CN 2010105739609 A CN2010105739609 A CN 2010105739609A CN 201010573960 A CN201010573960 A CN 201010573960A CN 102486478 A CN102486478 A CN 102486478A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- data
- scan
- atomic force
- bitmap
- aberration
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Microscoopes, Condenser (AREA)
Abstract
本发明涉及一种高度色差分辨率动态可调的原子力扫描显微镜成像方法,包括以下步骤:建立原子力扫描显微镜扫描数据与位图图像数据之间的关系模型;在关系模型中引入样品表面预测高度H;根据所建立的关系模型和预测高度H,动态的将原子力扫描显微镜扫描数据转换成不同色差分辨率的色差位图,实现具有动态色差分辨率的样品形貌可视图形化显示。本方法所建的关系模型简单,计算量小,效率高,容易实现,可以在线进行图像高度色差分辨率动态调整。
Description
技术领域
本发明涉及一种纳米观测技术,具体的说是一种高度色差分辨率动态可调的原子力扫描显微镜成像方法。
背景技术
目前,基于AFM(原子力扫描显微镜)的纳米观测技术在纳米材料观测、纳米器件制造,纳米科学研究以及纳米加工应用中具有十分重要的作用,已成为目前纳米科学研究中的一个重要方向。基于AFM的纳米观测原理是,控制悬臂梁结构探针对样品表面产生接触或非接触状态作用,利用光电传感技术检测这种状态下探针的受力变形,并反馈给压电陶瓷驱动器,使其随样品表面起伏而上下移动,根据压电陶瓷的高度数据就可以得到样品的形貌特征,以达到对样品的纳米级形貌观测。在这个过程当中,非常重要的一个过程是要将扫描驱动器的高度数据(即扫描数据)转换为可以视觉观测的位图图像数据,从扫描数据转换到位图图像数据需要一个关系模型。而目前,由扫描数据转换为可以视觉观测的图像数据的技术方案运算量大,过程较为复杂,实现困难。
发明内容
针对现有技术中存在的原子力扫描显微镜扫描数据转换为可以视觉观测的图像数据的技术方案运算量大,过程较为复杂等不足之处,本发明要解决的技术问题是提供一种关系模型简单、计算量小、容易实现的高度色差分辨率动态可调的原子力扫描显微镜成像方法。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:
本发明一种高度色差分辨率动态可调的原子力扫描显微镜成像方法包括以下步骤:
建立原子力扫描显微镜扫描数据与位图图像数据之间的关系模型;
在关系模型中引入样品表面预测高度H;
根据所建立的关系模型和预测高度H,动态的将原子力扫描显微镜扫描数据转换成不同色差分辨率的色差位图,实现具有动态色差分辨率的样品形貌可视图形化显示。
所述原子力扫描显微镜扫描数据与位图图像数据之间的关系模型为:
其中,L(i,j)为原子力扫描显微镜扫描数据中第i行、第j列扫描数据,f(i,j)为对行扫描数据进行最小二乘曲线拟合后的曲线函数,C为位图调色板最大索引值;r为原子力扫描显微镜扫描驱动器位移分辨率,p(i,j)为扫描数据换算到位图调色板的颜色索引值,即位图图像数据,m为常量。
扫描数据到位图图像数据之间的关系模型建立过程如下:
(1)通过扫描数据变化量与扫描驱动器实际位移的关系得到经消除倾斜偏差后的扫描数据的实际位移(L(i,j)-f(i,j))r,其中L(i,j)为原子力扫描显微镜扫描数据中第i行、第j列扫描数据,f(i,j)为对行扫描数据进行最小二乘曲线拟合后的曲线函数,r为原子力扫描显微镜扫描驱动器位移分辨率;
(2)通过设定位图调色板索引值差(C-m)所代表的实际高度为样品表面预测高度H,得到高度色差分辨率(C-m/H);C为位图调色板最大索引值;m为常量。
(3)通过扫描数据的实际位移(L(i,j)-f(i,j))r及高度色差分辨率(C-m/H),得到原子力扫描显微镜扫描数据与位图图像数据之间的关系模型:
p(i,j)为扫描数据换算到位图调色板的颜色索引值,即位图图像数据。
本发明具有以下有益效果及优点:
1.本方法所建的关系模型简单,计算量小,效率高,容易实现,可以在线进行图像高度色差分辨率动态调整。
附图说明
图1A为在样品预测高度H=600nm时标准栅格扫描图像;
图1B为图1A中某一行对应的图像数据曲线图;
图2A为在样品预测高度H=400nm时标准栅格扫描图像;
图2B为图2A中某一行对应的图像数据曲线图;
图3A为在样品预测高度H=200nm时标准栅格扫描图像;
图3B为图3A中某一行对应的图像数据曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明方法作进一步详细说明。
本发明高度色差分辨率动态可调的原子力扫描显微镜成像方法包括以下步骤:
建立原子力扫描显微镜扫描数据与位图图像数据之间的关系模型;
在关系模型中引入样品表面预测高度H;
根据所建立的关系模型和预测高度H,动态的将原子力扫描显微镜扫描数据转换成不同色差分辨率的色差位图,实现具有动态色差分辨率的样品形貌可视图形化显示。
所述原子力扫描显微镜扫描数据与位图数据之间的关系模型为:
其中,L(i,j)为原子力扫描显微镜成像数据中第i行、第j列扫描数据,f(i,j)为对行扫描数据进行最小二乘曲线拟合后的曲线函数,C为位图调色板最大索引值;r为原子力扫描显微镜扫描驱动器位移分辨率,p(i,j)为扫描数据换算到位图调色板的颜色索引值,即位图图像数据,m为常量。
本发明就是建立这样一个模型,解决从扫描驱动器高度数据到位图数据的转换;另外,原子力扫描显微镜用户在样品扫描成像时,常常需要在感兴趣的区域把一些细节特征颜色色差放大或者缩小,以便更好的观察样品表面形貌特征,所以扫描图像需要能够实现高度色差分辨率动态可调。
扫描数据到位图数据的关系模型建立过程如下:
(1)通过扫描数据变化量与扫描驱动器实际位移的关系得到经消除倾斜偏差后的扫描数据的实际位移(L(i,j)-f(i,j))r,其中L(i,j)为第i行第j列AFM扫描数据,f(i,j)为对行扫描数据进行最小二乘曲线拟合后的曲线函数值,r为原子力扫描显微镜扫描驱动器位移分辨率;
(2)通过设定位图调色板索引值差(C-m)所代表的实际高度为样品表面预测高度H,得到高度色差分辨率(C-m/H);
(3)通过(1)中得到的扫描驱动器实际位移(L(i,j)-f(i,j))r及(2)中高度色差分辨率(C-m/H),得到扫描数据到位图图像数据的关系模型:
式中m为常量,是使样品基底的颜色为索引值m所代表的颜色。通过调节H值可以增大或缩小p(i,j)值,以达到实时调节图像高度色差分辨率的目的。
图1A、图2A和图3A是在样品预测高度H分别为600nm、400nm及200nm情况下利用上述模型所形成的扫描图像,图1B、图2B及和图3B是分别对应于扫描图像图1A、图2A和图3A中的图像数据行曲线图,成像样品为高度100nm的标准栅格。根据高度色差分辨率公式(C-m/H)可以得出三幅图像高度色差分辨率依次线性增大,从三幅扫描图像的实际视觉效果中也可以看出,标准栅格高低部分的色差依次增强;另外,从三幅图像中所选取的参考点A和B的图像数据差分别为28、42和84,即A和B之间的图像色差依次线性增大,此结果证明了通过上述模型不但可以实现扫描数据到位图图像数据的转换,而且用户可以通过调节H值得方法来实时调整图像的高度色差分辨率,从而最终调节扫描数据的的图像成像色差,实现高度色差分辨率动态可调的样品形貌可视图形化显示。
Claims (3)
1.一种高度色差分辨率动态可调的原子力扫描显微镜成像方法,其特征在于包括以下步骤:
建立原子力扫描显微镜扫描数据与位图图像数据之间的关系模型;
在关系模型中引入样品表面预测高度H;
根据所建立的关系模型和预测高度H,动态的将原子力扫描显微镜扫描数据转换成不同色差分辨率的色差位图,实现具有动态色差分辨率的样品形貌可视图形化显示。
2.按权利要求1所述的高度色差分辨率动态可调的原子力扫描显微镜成像方法,其特征在于:
所述原子力扫描显微镜扫描数据与位图图像数据之间的关系模型为:
其中,L(i,j)为原子力扫描显微镜扫描数据中第i行、第j列扫描数据,f(i,j)为对行扫描数据进行最小二乘曲线拟合后的曲线函数,C为位图调色板最大索引值;r为原子力扫描显微镜扫描驱动器位移分辨率,p(i,j)为扫描数据换算到位图调色板的颜色索引值,即位图图像数据,m为常量。
3.按权利要求1所述的高度色差分辨率动态可调的原子力扫描显微镜成像方法,其特征在于扫描数据到位图图像数据之间的关系模型,建立过程如下:
(1)通过扫描数据变化量与扫描驱动器实际位移的关系得到经消除倾斜偏差后的扫描数据的实际位移(L(i,j)-f(i,j))r,其中L(i,j)为原子力扫描显微镜扫描数据中第i行、第j列扫描数据,f(i,j)为对行扫描数据进行最小二乘曲线拟合后的曲线函数,r为原子力扫描显微镜扫描驱动器位移分辨率;
(2)通过设定位图调色板索引值差(C-m)所代表的实际高度为样品表面预测高度H,得到高度色差分辨率为(C-m/H);C为位图调色板最大索引值;m为常量。
(3)通过扫描数据的实际位移(L(i,j)-f(i,j))r及高度色差分辨率(C-m/H),得到原子力扫描显微镜扫描数据与位图图像数据之间的关系模型:
p(i,j)为扫描数据换算到位图调色板的颜色索引值,即位图图像数据。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN 201010573960 CN102486478B (zh) | 2010-12-04 | 2010-12-04 | 高度色差分辨率动态可调的原子力扫描显微镜成像方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN 201010573960 CN102486478B (zh) | 2010-12-04 | 2010-12-04 | 高度色差分辨率动态可调的原子力扫描显微镜成像方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN102486478A true CN102486478A (zh) | 2012-06-06 |
CN102486478B CN102486478B (zh) | 2013-04-17 |
Family
ID=46151996
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN 201010573960 Expired - Fee Related CN102486478B (zh) | 2010-12-04 | 2010-12-04 | 高度色差分辨率动态可调的原子力扫描显微镜成像方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN102486478B (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109387670A (zh) * | 2017-08-07 | 2019-02-26 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种基于差分降噪的sicm电压调制成像装置和方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004191277A (ja) * | 2002-12-13 | 2004-07-08 | Hitachi Ltd | 走査型プローブ顕微鏡及びその測定方法 |
US6818891B1 (en) * | 1998-04-03 | 2004-11-16 | Brookhaven Science Associates | Sensing mode atomic force microscope |
CN101441160A (zh) * | 2008-12-29 | 2009-05-27 | 北京航空航天大学 | 一种适用于原子力显微镜的连续成像自动选区方法 |
CN101855534A (zh) * | 2007-09-12 | 2010-10-06 | 威科仪器公司 | 自动扫描探针成像的方法和设备 |
-
2010
- 2010-12-04 CN CN 201010573960 patent/CN102486478B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6818891B1 (en) * | 1998-04-03 | 2004-11-16 | Brookhaven Science Associates | Sensing mode atomic force microscope |
JP2004191277A (ja) * | 2002-12-13 | 2004-07-08 | Hitachi Ltd | 走査型プローブ顕微鏡及びその測定方法 |
CN101855534A (zh) * | 2007-09-12 | 2010-10-06 | 威科仪器公司 | 自动扫描探针成像的方法和设备 |
CN101441160A (zh) * | 2008-12-29 | 2009-05-27 | 北京航空航天大学 | 一种适用于原子力显微镜的连续成像自动选区方法 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109387670A (zh) * | 2017-08-07 | 2019-02-26 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种基于差分降噪的sicm电压调制成像装置和方法 |
CN109387670B (zh) * | 2017-08-07 | 2020-12-29 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种基于差分降噪的sicm电压调制成像装置和方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN102486478B (zh) | 2013-04-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Sulchek et al. | High-speed atomic force microscopy in liquid | |
Yong et al. | High-speed cycloid-scan atomic force microscopy | |
Braunsmann et al. | High-speed atomic force microscopy for large scan sizes using small cantilevers | |
Ziegler et al. | Ideal scan path for high-speed atomic force microscopy | |
CN102735878A (zh) | 基于微悬臂与微球组合探针的超分辨显微成像方法及*** | |
CN105793776B (zh) | 扫描探针纳米光刻***和方法 | |
Barth et al. | Surface Double Layer on (001) Surfaces of Alkali Halide Crystals:<? format?> A Scanning Force Microscopy Study | |
CN101221375A (zh) | 用于步进光刻机对准***的机器视觉***及其标定方法 | |
CN107422068B (zh) | 一种用于微纳材料多场联合表征的应变加载*** | |
CN102095898A (zh) | 一种光学显微-原子力显微双探头成像方法及装置 | |
CN112955996A (zh) | 扫描速度动态变化的sem引导的afm形貌扫描方法 | |
CN102486478B (zh) | 高度色差分辨率动态可调的原子力扫描显微镜成像方法 | |
CN110763873B (zh) | 基于原子力显微镜技术的峰值力轻敲与扭转共振复合方法 | |
US9397587B2 (en) | Multi-actuator design and control for a high-speed/large-range nanopositioning system | |
Schimmel et al. | True atomic resolution under ambient conditions obtained by atomic force microscopy in the contact mode | |
CN103011185B (zh) | 具有纳米结构的云母薄片的制备方法 | |
Cai et al. | Computer correction for distorted STM images | |
Kim et al. | Accurate atomic-scale imaging of two-dimensional lattices using atomic force microscopy in ambient conditions | |
Wu et al. | A wavelet-based AFM fast imaging method with self-tuning scanning frequency | |
Schwab et al. | Atomic force microscopy of slip lines on the surface of a fatigued nickel single crystal | |
Kim et al. | Force-feedback high-speed atomic force microscope for studying large biological systems | |
CN208860310U (zh) | 基于数字散斑的多边形板变形检测装置及振动检测装置 | |
CN108732387A (zh) | 一种sicm的探针样品距离控制方法及*** | |
CN100582738C (zh) | 基于压电扫描管动态特性的原子力显微镜成像方法及装置 | |
CN202794222U (zh) | 基于微悬臂与微球组合探针的超分辨显微成像*** |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130417 Termination date: 20151204 |
|
EXPY | Termination of patent right or utility model |