基于向量机的AFM热漂移图像修正方法、系统、介质及设备技术方案

本发明专利技术公开了一种基于向量机的AFM热漂移图像修正方法、系统、介质及设备，该方法包括：采用Douglas

【技术实现步骤摘要】
基于向量机的AFM热漂移图像修正方法、系统、介质及设备


[0001]本专利技术涉及原子力显微镜成像的
，尤其是指一种基于向量机的AFM热漂移图像修正方法、系统、介质及设备。

技术介绍

[0002]原子力显微镜(Atomic Force Microscope，AFM)，作为原子级显微工具以扫描隧道显微镜为基础，观察纳米尺寸级高分子材料样品表面的形貌结构，分析材料表面性质，同时可以通过对AFM微悬臂探针与样品表面原子之间的相互作用力，完成如原子间斥力、范德华力、摩擦力等的测量。现如今，AFM已逐步渗透到高分子研究领域的各个层面。但是由于扫描过程中由于受温度影响造成图像的热漂移，成像过程中目标物体不断偏移，所得AFM图像失真严重、模糊，无法反映标物体的真实形貌，无法完成升温环境下高分子材料的动态测量。
[0003]使用数字图像相关技术处理AFM图像成为一种流行技术。Keller等人提出通过再次扫描已经精确标定的样品表面的方式，进行探针形貌建模。Villarrubia等人发表多篇论文阐述了通过扫描尖锐变化参考表面和采用盲建模算法建立探针针尖模型的方法。Dongmo等人使用盲建模方法，对三坐标仪探针针尖形貌进行建模，并且通过对比实验，与扫描电子显微镜获得的探针针尖图像进行对比，验证了该算法的有效性。Todd等人对盲建模算法中噪声数据带来的影响进行了分析，并据此提出了一种改善噪声影响消除噪声的盲建模方法，然后利用此方法对纳米级的探针针尖进行了建模。
[0004]AFM的扫描精度关系到AFM能否在纳米器件加工制造等实际应用中发挥更大价值。提高AFM扫描图像精度有助于分析AFM扫描特性，针对AFM扫描过程中遇到的问题加以分析和改进，以便于AFM可以更广泛的应用于工业生产制造，推动纳米科技发展。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于向量机的AFM热漂移图像修正方法、系统、介质及设备，采用Douglas
‑
Peuker算法，提取扫描图像中的特征点，并采用SVM算法，构建AFM的表面形貌探测系统的20～35℃的图像校核向量机，该图像校核向量机可通过环境温度辨识偏移模式，完成扫描图像校核修正，推动AFM的表面形貌探测系统进行高温操作实验，提高AFM的表面形貌探测系统的纳米操作环境与效率。
[0006]本专利技术的第一目的在于提供一种基于向量机的AFM热漂移图像修正方法；
[0007]本专利技术的第二目的在于提供一种基于向量机的AFM热漂移图像修正系统；
[0008]本专利技术的第三目的在于提供一种存储介质；
[0009]本专利技术的第四目的在于提供一种计算机设备。
[0010]为了到达上述第一目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0011]一种基于向量机的AFM热漂移图像修正方法，包括以下步骤，
[0012]S1、对材料标准样本进行表面特征图像采集，得到AFM的扫描图像，采用Douglas
‑
Peuker算法，提取扫描图像中的特征点；
[0013]S2、基于步骤S1提取的特征点，连续扫描样本，并选取参照图和形变图，得到扫描样本图像数据库；
[0014]S3、基于步骤S2得到的扫描样本图像数据库，采用p值估计，建立AFM的表面形貌探测系统的偏移矢量模型；
[0015]S4、基于步骤S3得到的偏移矢量模型，采用SVM算法建立AFM的表面形貌探测系统的图像校核向量机；
[0016]S5、基于步骤S4得到图像校核向量机，采用Lucy
‑
Richardson算法，依赖于参照图和形变图的相对位置关系修正AFM热漂移图像。
[0017]进一步，在步骤S1中，具体执行以下操作：
[0018]S101、在设定温差条件下，对材料标准样本进行表面特征图像采集，得到AFM的扫描图像；
[0019]S102、采用Douglas
‑
Peuker算法提取扫描图像特征，确定该样本的特征点。
[0020]进一步，在步骤S2中，具体执行以下操作：
[0021]在设定时间内连续扫描样本，并记录温度变化曲线，选取任一时刻的AFM扫描图像为参照图，其余时刻的AFM扫描图像为形变图，得到扫描样本图像数据库。
[0022]进一步，在步骤S3中，具体执行以下操作：
[0023]S301、采用一阶矢量形式，表达对特征点在参照图和形变图之间变化的映射关系，该映射关系定义为偏移矢量p的映射函数；
[0024]偏移矢量p(p0,p1,p2,p3,p4,p5)为六维矢量，其中，p0和p1分别表示参照图和形变图中心位置的水平/竖直偏移量，p2和p4分别表示行扫描线上水平、竖直方向的偏移量，p3和p5分别表示列扫描线上水平、竖直方向的偏移量；
[0025]参照图与形变图产生了关于偏移矢量p的映射关系：
[0026]u(x,y,p)＝p0+p2(x
‑
x0)+p4(y
‑
y0)
[0027]v(x,y,p)＝p1+p3(x
‑
x0)+p5(y
‑
y0)
[0028]式中，x和y表示参照图中特征点的坐标；x0和y0表示参照图的中心点坐标；u(x,y,p)和v(x,y,p)为位移函数，分别表示形变图和参照图中特征点在扫描图像之间的变化位移；
[0029]S302、利用最大交叉相关系数法，将参照图和形变图相结合，计算特征区域的相似度，建立AFM的表面形貌探测系统的偏移矢量模型：
[0030][0031]式中，M和N分别表示图像x方向与y方向像素点的个数，g(x,y)表示点(x,y)的高度值，点(x,y)在校正图像中的映射点高度值为h(x+u(x,y,p),y+v(x,y,p))。
[0032]进一步，在步骤S4中，具体执行以下操作：
[0033]S401、在不同温度条件下，不断重复步骤S2和步骤S3，建立偏移矢量模型库，容纳了不同操作温度T
i
条件下的偏移矢量模型其中，i＝1,2,...,n；
[0034]S402、基于步骤S401得到的不同操作温度T
i
条件下的偏移矢量模型并采用SVM算法构造AFM的表面形貌探测系统的图像校核向量机，其框架如下：
[0035][0036][0037][0038]d
i
≥0,ξ
i
≥0
[0039]其中，C为惩罚参数，ξ为松弛变量，d
i
为不同温度的偏移矢量的权重，M为温度条件的数目，同时满足各种温度条件的偏移函数权重和为1；w，b为向量机参数；
[0040]S403、求解分成两步完成：
[0041]第一步先求解图像校核向量机目标值J(d)的最优值，此时认为偏移矢量的权重是不变的，求解图像校核向量机的参数w，b，接着第二步计算J(d)的梯度，求解偏移矢量的权重d
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于向量机的AFM热漂移图像修正方法，其特征在于，包括以下步骤，S1、对材料标准样本进行表面特征图像采集，得到AFM的扫描图像，采用Douglas
‑
Peuker算法，提取扫描图像中的特征点；S2、基于步骤S1提取的特征点，连续扫描样本，并选取参照图和形变图，得到扫描样本图像数据库；S3、基于步骤S2得到的扫描样本图像数据库，采用p值估计，建立AFM的表面形貌探测系统的偏移矢量模型；S4、基于步骤S3得到的偏移矢量模型，采用SVM算法建立AFM的表面形貌探测系统的图像校核向量机；S5、基于步骤S4得到图像校核向量机，采用Lucy
‑
Richardson算法，依赖于参照图和形变图的相对位置关系修正AFM热漂移图像。2.根据权利要求1所述的基于向量机的AFM热漂移图像修正方法，其特征在于，在步骤S1中，具体执行以下操作：S101、在设定温差条件下，对材料标准样本进行表面特征图像采集，得到AFM的扫描图像；S102、采用Douglas
‑
Peuker算法提取扫描图像特征，确定该样本的特征点。3.根据权利要求1所述的基于向量机的AFM热漂移图像修正方法，其特征在于，在步骤S2中，具体执行以下操作：在设定时间内连续扫描样本，并记录温度变化曲线，选取任一时刻的AFM扫描图像为参照图，其余时刻的AFM扫描图像为形变图，得到扫描样本图像数据库。4.根据权利要求1所述的基于向量机的AFM热漂移图像修正方法，其特征在于，在步骤S3中，具体执行以下操作：S301、采用一阶矢量形式，表达对特征点在参照图和形变图之间变化的映射关系，该映射关系定义为偏移矢量p的映射函数；偏移矢量p(p0,p1,p2,p3,p4,p5)为六维矢量，其中，p0和p1分别表示参照图和形变图中心位置的水平/竖直偏移量，p2和p4分别表示行扫描线上水平、竖直方向的偏移量，p3和p5分别表示列扫描线上水平、竖直方向的偏移量；参照图与形变图产生了关于偏移矢量p的映射关系：u(x,y,p)＝p0+p2(x
‑
x0)+p4(y
‑
y0)v(x,y,p)＝p1+p3(x
‑
x0)+p5(y
‑
y0)式中，x和y表示参照图中特征点的坐标；x0和y0表示参照图的中心点坐标；u(x,y,p)和v(x,y,p)为位移函数，分别表示形变图和参照图中特征点在扫描图像之间的变化位移；S302、利用最大交叉相关系数法，将参照图和形变图相结合，计算特征区域的相似度，建立AFM的表面形貌探测系统的偏移矢量模型：
式中，M和N分别表示图像x方向与y方向像素点的个数，g(x,y)表示点(x,y)的高度值，点(x,y)在校正图像中的映射点高度值为h(x+u(x,y,p),y+v(x,y,p))。5.根据权利要求1所述的基于向量机的AFM热漂移图像修正方法，其特征在于，在步骤S4中，具体执行以下操作：S401、在不同温度条件下，不断重复步骤S2和步骤S3，建立偏移矢量模型库，容纳了不同操作温度T
i
条件下的偏移矢量模型其中，i＝1,2,...,n；S402、基于步骤S401...

【专利技术属性】
技术研发人员：褚燕燕，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：