[发明专利]一种基于最小二乘和阈值分割的磁力显微镜气相光路自动调整方法

权利要求书

1.一种基于最小二乘和阈值分割的磁力显微镜气相光路自动调整方法，其特征在于，首先在探针架装设能通过计算机控制进行二维移动的步进电机；然后利用步进电机进行光路自动调整的自动调整，调整过程包括标定阶段和实施阶段，其中标定阶段包括以下步骤：

A1、手动调节激光光路，保证激光光斑和微悬臂在CCD视场内可见；

A2、调整带有CCD的显微镜到合适放大倍率，保证在成像过程中能够观察到被测样品；

A3、识别激光光斑在CCD图像的位置坐标

A3-1、移动探针架电机至微悬臂后的反光片全部进入CCD视场，保存图像为I1；

A3-2、运用图像差分法I2－I1得出差分图像，用连通域算法对差分图像进行标记得出光斑轮廓，根据轮廓坐标利用重心法在图像I2计算光斑质心，公式如下：

其中x_c、y_c代表x和y方向质心，I(x,y)代表图像(x,y)点灰度值；

A4、利用自适应阈值分割算法识别微悬臂

A4-1、对CCD图像进行灰度变换，公式如下：

I(x,y)＝0.3×I_R(x,y)+0.59×I_G(x,y)+0.11×I_B(x,y)

其中I_R(x,y),I_G(x,y),I_B(x,y)分别为彩色图像的红绿蓝分量，I(x,y)为变换后的灰度值(x,y)代表图像横纵坐标；

A4-2、对灰度直方图进行增强，原图像直方图k级灰度值I_k(x,y)经增强后为：

其中n_i为灰度值为i的像素个数，n为图像总像素值个数；

A4-3、对图像数值取反对应公式G(x,y)＝255-I(x,y)；

A4-4、利用自适应阈值算法将图像中的微悬臂进行分割，自适应阈值公式为：

σ²＝ω₀(μ₀-μ)²+ω₁(μ₁-μ)²

其中ω₀代表目标像素所占的比例，μ₀为目标像素的灰度均值，ω₁为背景像素所占的比例，μ₁背景像素的灰度均值，μ为整个图像的灰度均值，σ²为类间方差。图像共有N个灰度级，在[0,N-1]内依次选取T阈值，使类间方差最大的值为最佳阈值；

利用连通域算法对分割后的图像做标记，根据轮廓坐标标记大小为100×100像素探针上方微悬臂区域。

A5、拟定关系式

A5-1、利用步骤A4计算得出微悬臂区域最边缘点的横坐标并保存作为基准点X；

A5-2、移动横向电机距离控制在100μm以内，利用步骤5.1得出横坐标X₁，ΔX₀＝|X₀－X₁|同时也得到电机移动距离|L_x0|以上的值全部为绝对值不含符号；

A5-3、重复步骤A5-2多次，得到多组对应关系式ΔX₁＝|X₁－X₂|、|L_x1|，ΔX₂＝|X₂－X₃|、|L_x2|……，利用线性回归即可拟合出图像像素与电机移动微米之间的关系式，公式如下：

其中a,b为待求解系数，矩阵A为B为

执行阶段包括以下步骤：

B1、执行步骤A4；

B2、根据步骤5得出的关系式分别移动横向和纵向电机使微悬臂区域与激光光斑区域重合，并读取四象限探测器的数值对电机移动距离进行微调。

2.根据权利要求1所述的基于最小二乘和阈值分割的磁力显微镜气相光路自动调整方法，其特征在于，所述电机的移动精度为1μm。

3.根据权利要求1所述的基于最小二乘和阈值分割的磁力显微镜气相光路自动调整方法，其特征在于，所述步骤A1、A2和A3在磁力显微镜的硬件条件不变的情况下无需每次执行。