本文關(guān)鍵詞：基于探針模型的原子力顯微鏡圖像重構(gòu)研究

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【摘要】：原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope,AFM)因其高分辨率、高運(yùn)動(dòng)精度、作業(yè)方式可重復(fù)、機(jī)械力式操作機(jī)理以及任意環(huán)境可適用等優(yōu)點(diǎn),在納米研究領(lǐng)域獲得了大量的實(shí)際應(yīng)用。AFM觀測(cè)與操作的作用機(jī)理是將探針針尖作為終端執(zhí)行器,通過與探測(cè)區(qū)域之間的相互作用力對(duì)感興趣區(qū)域進(jìn)行高分辨率觀測(cè)和高精度操作。由于AFM在掃描操作中存在一些不確定因素,諸如探針驅(qū)動(dòng)器PZT非線性、系統(tǒng)溫漂以及探針針尖展寬效應(yīng)等因素的影響,導(dǎo)致AFM圖像精度達(dá)不到理想要求,掃描圖像與被掃描樣本真實(shí)形貌不完全一致,嚴(yán)重制約了AFM在納米操作領(lǐng)域的應(yīng)用。本文針對(duì)系統(tǒng)溫漂及探針針尖展寬效應(yīng)引起的AFM圖像失真問題進(jìn)行AFM圖像重構(gòu)研究。由于AFM圖像精度問題的重要性,國內(nèi)外研究人員針對(duì)AFM圖像重構(gòu)進(jìn)行了許多行之有效的研究。如基于圖像配準(zhǔn)的方式計(jì)算溫漂大小,補(bǔ)償系統(tǒng)溫漂;通過局部掃描實(shí)時(shí)反饋系統(tǒng)溫漂大小,對(duì)系統(tǒng)溫漂進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償;利用精準(zhǔn)的樣本表面作為掃描樣本,根據(jù)樣本表面估算建立探針模型;基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)手段,利用盲建模算法建立探針模型等。但目前這些主流算法針對(duì)系統(tǒng)溫漂的校正只局限于掃描圖像的局部校正。但針對(duì)探針針尖展寬效應(yīng)的研究多局限于探針針尖的建模,建模后多使用腐蝕運(yùn)算進(jìn)行圖像重構(gòu),但通過腐蝕運(yùn)算重構(gòu)的AFM圖像精度過低,無法達(dá)到預(yù)期的圖像精度要求。目前針對(duì)這兩方面的研究還不能完全解決系統(tǒng)溫漂和探針針尖展寬帶來的影響。本文針對(duì)系統(tǒng)溫漂問題,提出一種基于溫漂補(bǔ)償模型的AFM圖像重構(gòu)算法,將同一樣本兩個(gè)不同角度的掃描圖像相結(jié)合,利用其快速掃描方向精度相對(duì)較高的特點(diǎn)建立溫漂模型,定義偏移矢量,完成溫漂圖像的重構(gòu),通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證此方法能夠有效消除系統(tǒng)溫漂問題帶來的影響,提高圖像精度。針對(duì)探針針尖展寬效應(yīng)這一問題,采用目前較為有效的一種探針建模方法建立探針模型,應(yīng)用Lucy-Richardson算法,改善因探針針尖問題導(dǎo)致的掃描圖像膨脹問題,經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證重構(gòu)后納米顆粒的形貌更接近于生產(chǎn)廠家提供的納米顆粒形貌參數(shù),有效降低了探針針尖展寬效應(yīng)對(duì)于AFM掃描操作的影響,重構(gòu)后提高了AFM圖像精度,具有實(shí)際應(yīng)用的價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：原子力顯微鏡 系統(tǒng)溫漂 探針針尖展寬效應(yīng) 圖像重構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：沈陽建筑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TH742;TP391.41
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 原子力顯微鏡簡介11-13
• 1.1.1 AFM應(yīng)用及前景11
• 1.1.2 AFM工作原理11-13
• 1.2 AFM圖像存在問題及重構(gòu)意義13-16
• 1.2.1 AFM掃描過程13-14
• 1.2.2 AFM掃描特性分析14-15
• 1.2.3 AFM掃描成像中存在的問題15-16
• 1.2.4 AFM圖像重構(gòu)意義16
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-18
• 1.3.1 國外研究現(xiàn)狀17
• 1.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀17-18
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容18-19
• 1.5 論文組織結(jié)構(gòu)19-21
• 第二章 圖像重構(gòu)技術(shù)研究21-35
• 2.1 牛頓迭代法21-22
• 2.2 圖像插值方法22-29
• 2.2.1 圖像插值的應(yīng)用23-26
• 2.2.2 最近鄰點(diǎn)插值法26
• 2.2.3 雙線性插值法26-27
• 2.2.4 牛頓插值法27
• 2.2.5 雙三次B樣條插值27-29
• 2.3 系統(tǒng)溫漂校正方法29-32
• 2.3.1 基于圖像配準(zhǔn)的溫漂補(bǔ)償算法29-31
• 2.3.2 基于局部掃描的實(shí)時(shí)反饋算法31-32
• 2.4 探針建模方法32-33
• 2.5 本章小結(jié)33-35
• 第三章 基于溫漂補(bǔ)償模型的AFM圖像重構(gòu)算法35-45
• 3.1 圖像溫漂模型定義35-37
• 3.2 系統(tǒng)溫漂偏移矢量定義37-39
• 3.2.1 一階偏移矢量37
• 3.2.2 二階偏移矢量37-39
• 3.3 偏移矢量計(jì)算39-42
• 3.3.1 特征區(qū)域偏移矢量計(jì)算39-41
• 3.3.2 非特征區(qū)域偏移矢量計(jì)算41-42
• 3.4 整圖重構(gòu)方法42-43
• 3.5 本章小結(jié)43-45
• 第四章 基于Lucy-Richardson方法的AFM圖像重構(gòu)研究45-51
• 4.1 探針模型的選擇45-46
• 4.1.1 探針針尖展寬效應(yīng)45
• 4.1.2 探針模型選擇45-46
• 4.2 Lucy-Richardson方法研究46-50
• 4.2.1 L-R方法條件假設(shè)46-47
• 4.2.2 一維L-R方法定義47-48
• 4.2.3 二維L-R方法定義48-49
• 4.2.4 L-R方法邊緣去噪49-50
• 4.3 基于L-R方法的AFM圖像重構(gòu)50
• 4.4 本章小結(jié)50-51
• 第五章 算法仿真與實(shí)驗(yàn)分析51-61
• 5.1 溫漂圖像Matlab仿真實(shí)驗(yàn)51
• 5.2 AFM溫漂圖像重構(gòu)實(shí)驗(yàn)51-58
• 5.2.1 納米顆粒形貌變化52-55
• 5.2.2 溫漂速度驗(yàn)證55-56
• 5.2.3 整體重構(gòu)實(shí)驗(yàn)結(jié)果56-58
• 5.3 L-R方法重構(gòu)AFM圖像實(shí)驗(yàn)58-60
• 5.4 本章小結(jié)60-61
• 第六章 結(jié)論61-63
• 6.1 結(jié)論61
• 6.2 展望61-63
• 參考文獻(xiàn)63-67
• 作者簡介67
• 作者攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文67-69
• 致謝69-70

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