掃描探針顯微鏡全自動(dòng)智能標(biāo)定技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、納米科技作為21世紀(jì)初的核心技術(shù)之一發(fā)展迅速，各國已經(jīng)展開了激烈競(jìng)爭(zhēng)，掃描探針顯微鏡(SPM)就是納米科技工作者的有力武器之一，不斷提高它的測(cè)量和定位精度是納米儀器界始終追求的目標(biāo)。但是，由于掃描探針顯微鏡的壓電掃描器自身的非線性，往往會(huì)導(dǎo)致掃描圖像的扭曲和失真。以往我們采用人工標(biāo)定的方法來解決圖像失真，不但效率低，而且標(biāo)定過程受人為干擾因素很大。采用基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字圖像處理的SPM自動(dòng)標(biāo)定算法，不但可以大大提高標(biāo)定效率，有更高的

2、標(biāo)定精度，還可以解決非線性以及SPM掃描圖像拉伸等一系列問題。本文的主要研究工作及創(chuàng)新點(diǎn)有： 1.對(duì)掃描探針顯微鏡中的單管壓電執(zhí)行器在x-y平面掃描的電壓-位移特性進(jìn)行了物理和數(shù)據(jù)分析，提出了一種基于采集數(shù)據(jù)和Matlab數(shù)值計(jì)算的建模方法。該方法充分考慮了掃描速度、掃描角度、非正交和耦合誤差因素對(duì)單管壓電掃描器模型誤差的影響，解決了x、y方向的放大標(biāo)尺不等問題。 2.針對(duì)掃描探針顯微鏡中掃描圖像顯示的大小與實(shí)際大小存在

3、較大誤差，提出了基于圖像處理和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能標(biāo)定方案。經(jīng)過圖像處理提取標(biāo)準(zhǔn)光柵圖像的特征矩陣，用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練特征矩陣和真實(shí)矩陣，用于預(yù)測(cè)掃描圖像實(shí)際施加在壓電掃描器x、y軸的電壓值。該方法是不基于模型的方法，不僅對(duì)掃描范圍有標(biāo)定作用，而且對(duì)壓電陶瓷材料在制作時(shí)本身存在的非線性等也可以有很好的校正作用。 3.對(duì)標(biāo)準(zhǔn)光柵SPM圖像特征點(diǎn)的識(shí)別算法進(jìn)行了改進(jìn)，使其不僅能自動(dòng)識(shí)別出標(biāo)準(zhǔn)光柵SPM圖像的特征矩陣，還能計(jì)算出圖像的顯