本发明专利技术公开了一种用于高速原子力显微成像的实时校正方法与系统，属于高速原子力显微技术领域。所述的方法在实时相位校正模块中，使用双压电片的一侧作为检测片，检测每次扫描产生的相位滞后角度θ，然后通过对采集的数据进行移位来实现相位滞后的校正；在实时非线性校正模块中，通过设定的每周期采样点数，首先计算出正弦扫描采集的每个数据点所在的真实空间位置，然后通过一定的映射关系，得到校正后的探针偏转信号。本发明专利技术可以在扫描过程中对图像进行处理而不是后期处理，具有很好的实时性；使用LabVIEW软件设计，操作过程简单。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及扫描显微成像
，特别涉及一种实时的图像校正系统，属于高速原子力显微
技术介绍
随着科技的发展，生物、化学、材料以及纳米科技等领域迫切需要能够在微纳米尺度实现快速检测或高速成像的技术。扫描探针显微镜(SPM)是目前开展纳米检测与表征的重要工具，是实现微纳米尺度成像、检测和加工的主要技术之一。原子力显微镜属于扫描探针显微镜家族，是在扫描隧道显微镜的基础上改进而来。然而，传统原子力显微镜的成像速度太慢，限制了其对一些动态过程如生物大分子运动等的检测与控制。因此，如何提高传统原子力显微镜的扫描速度近年来成为研究的热点。对于高速原子力显微镜，三维扫描装置是影响扫描速度的一个重要因素。扫描装置通常采用压电陶瓷材料或者石英音叉。压电陶瓷材料具有性能稳定、使用简便以及很高的位移分辨率和动态响应速度等优点，已成为目前制作三维扫描装置的主要材料。要实现高速扫描，一般是使用基频频率很高的压电陶瓷堆来实现，但这种装置的驱动电路复杂，需要大功率的高压功放和高压电源，另外还存在成本高、扫描范围小等问题。另一种方法是使用石英音叉实现高速扫描，即在石英音叉受到交流信号激励并发生共振的情况下实现高速扫描。但是音叉尺寸很小，安放样品困难，并且扫描范围小、负载能力低。此外由于音叉的品质因数很高，在其共振扫描时极易受外界干扰。所以，基于以上分析，参考文献[I](专利文献CN101576466A)使用双压电片和压电陶瓷管，设计出一种组合式三维高速扫描装置。在该装置中，双压电片用于在X方向进行快速扫描，压电陶瓷管用于调节Y和Z两个方向。由于激励双压电片所使用的驱动信号为正弦信号而非三角波信号，所以造成采集的图像呈现出非线性的几何失真。同时，双压电片是通过工作在共振模式下实现快速扫描的，所以引起采集图像产生相位滞后。因此，参考文献[I]设计的组合式三维高速器采集的图像存在相位滞后和非线性的几何失真，需要对图像进行校正。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有的组合式三维高速扫描装置采集的图像存在相位滞后与非线性的几何失真，发展一种实时图像校正方法和系统。该方法可以在整个数据采集过程中，对采集的图像进行实时校正，而不是后期再对图像进行处理。本专利技术所述的实时图像校正系统主要包括两个方面一个实时相位校正模块和一个实时非线性校正模块。这两个模块都是基于现有硬件和LabVIEW软件实现的。所述的实时图像校正方法和系统用于对正弦扫描获得的探针偏转信号进行实时相位校正和实时非线性校正，其工作原理为在实时相位校正模块中，使用双压电片的一侧作为检测片，检测每次扫描产生的相位滞后角度Θ，然后通过对采集的数据进行移位来实现相位滞后的校正；在实时非线性校正模块中，通过设定的每周期采样点数，首先计算出正弦扫描采集的每个数据点所在的真实空间位置，然后通过一定的映射关系，得到真实的样品 目息。具体地说，所述的实时图像校正方法包括对探针偏转信号进行实时相位校正和实时非线性校正两部分，所述的实时相位校正在实时相位校正模块中进行，具体为通过双压电片的检测信号，得到双压电片的相位滞后角度Θ，利用相位滞后角度Θ和每周期采样点数N，得到相位滞后的点数k，最后将采集的数据顺序移动k位，即可实现对初始采集数据进行相位滞后的校正。所述的点数k通过如下公式计算得到k = ( θ /180)*N/2所述的实时非线性校正，在实时非线性校正模块中进行，具体为首先设定每周期采样点数N，确定每个采样点所在的空间位置i。其次，确定每个采样点的空间位置i与真实的样品信息(即探针偏转信号)之间的映射关系，这其中包含三种映射的关系多对一映射、一对一映射和无法映射。本专利技术的优点在于(I)实时性可以在扫描过程中对图像进行处理而不是后期处理；(2)简易性使用LabVIEW软件设计，操作过程简单。附图说明图I是本专利技术提供的实时图像校正系统的硬件构成图；图2是本专利技术中进行实时相位校正的流程图；图3是本专利技术中进行实时非线性校正的流程图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术是一种实时图像校正方法和系统，所述的校正系统包括实时相位校正模块和实时非线性校正模块。所述的实时相位校正模块用于对探针偏转信号进行相位滞后校正，所述的实时非线性校正模块用于对实时相位校正模块输出的信号进行非线性校正。所述的实时校正系统的具体实现方式如下如图I所示，高速数据采集卡可以采集双压电片的检测信号和探针偏转检测系统的探针偏转信号，并将这两种信号通过PCI总线输送给安装LabVIEW的PC机，在所述的PC机中，包含有本专利技术提供的实时图像校正系统，用于对所述的探针偏转信号进行校正。对于实时相位校正模块，如图2所示，其工作过程为首先通过双压电片的检测信号，得到双压电片的相位滞后角度Θ，利用相位滞后角度Θ和每周期采样点数N，得到相位滞后的点数k，最后将采集的数据顺序移动k位，即可实现对初始采集数据进行相位滞后的校正。所述的点数k通过如下公式计算取整得到k = ( θ /180)*N/2对于实时非线性校正模块，是在进行相位滞后校正的基础上进行的，其工作过程如图3所示，首先，对于正弦扫描，通过设定的每周期采样点数N，确定每个采样点所在的空间位置i。其次，确定每个采样点的空间位置i与真实的样品信息(即探针偏转信号)之间的映射关系，这其中包含三种映射的关系多对一映射、一对一映射和无法映射。5对于多对一映射的情况，将空间位置相同的采集的数值求均值，作为校正后的数据；对于一对一映射的情况，将在该空间位置上的数值直接作为校正后的数据；对于无法映射的情况，由于正弦扫描的最大速度不会超过线性扫描速度的两倍，所以，相邻区域之间最多只会出现一个区域无法对应的情况，因此，我们把该区域相邻的两个数值取平均值作为校正后的数据。整个图像校正过程是与数据采集、存储同时进行的，不需要对采集的数据进行后期的处理。实施例一个实时的图像校正系统是基于现有硬件和LabVIEW软件实现的。硬件构成如图I所示，高速数据采集卡DA输出正弦驱动信号驱动双压电片共振，同步采集双压电片的检测信号和探针偏转检测系统的探针偏转信号，高速数据采集卡通过PCI总线与装有LabVIEff的PC连接。使用LabVIEW软件，设计出实时相位校正模块和实时非线性校正模块。在实时相位校正模块中，如图2所示，对于双压电片检测信号，利用LabVIEW中的提取单频信号模块，检测所述的检测信号相位滞后的角度Θ (度)，利用公式k =(0/180)/~2，取整计算出数据需移位的个数1其中，N为每周期采样点数。然后利用LabVIEff中的一维数组移位模块，将采集的探针偏转信号数据依次移动k位，即可实现对所述检测信号相位滞后的校正。在实时非线性校正模块中，如图3所示。第一步，利用公式本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于高速原子力显微成像的实时校正方法，其特征在于：包括对正弦扫描获得的探针偏转信号进行实时相位校正和实时非线性校正；所述的实时相位校正具体为：通过双压电片的检测信号，得到双压电片的相位滞后角度θ，利用相位滞后角度θ和每周期采样点数N，得到相位滞后的点数k，最后将采集的数据顺序移动k位，即实现对初始采集数据进行相位滞后的校正；所述的实时非线性校正具体为：首先设定每周期采样点数N，确定每个采样点所在的空间位置i；其次，确定每个采样点的空间位置i与探针偏转信号之间的映射关系，根据所述的映射关系对探针偏转信号进行校正。
【技术特征摘要】
1.一种用于高速原子力显微成像的实时校正方法，其特征在于包括对正弦扫描获得的探针偏转信号进行实时相位校正和实时非线性校正；所述的实时相位校正具体为通过双压电片的检测信号，得到双压电片的相位滞后角度Θ，利用相位滞后角度Θ和每周期采样点数N，得到相位滞后的点数k，最后将采集的数据顺序移动k位，即实现对初始采集数据进行相位滞后的校正；所述的实时非线性校正具体为首先设定每周期采样点数N，确定每个采样点所在的空间位置i ;其次，确定每个采样点的空间位置i与探针偏转信号之间的映射关系，根据所述的映射关系对探针偏转信号进行校正。2.根据权利要求I所述的一种用于高速原子力显微成像的实时校正方法，其特征在于所述的相位滞后的点数k通过如下公式计算得到k = ( Θ /180) XN/2。3.根据权利要求I所述的一种用于高速原子力显微成像的实时校正方法，其特征在于所述映射的关系包括多对一映射同一个空间位置对应多个探针偏转信号；一对一映射一个空间位置对应一个探针偏转信号；无法映射某个空间位置处没有对应探针偏转信号。4.根据权利要求I或3所述的一种用于高速原子力显微成像的实时校正方法，其特征在于对于多对一映射的情况，将空间位置相同的采集的数值求均值，作为校正后的数据；对于一对一映射的情况，将在该空间位置上的数值直接作为校正后的数据；对于无法映射的情况，把空间位置相邻的两个数值取平均值作为校正后的数据。5.根据权利要求I所述的一种用于高速原子力显微成像的实时校正方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：商广义，赵剑勇，公为涛，蔡微，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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