[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

说明书

本发明公开了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，首先需要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。本发明通过在原子力显微镜系统中加设用于移动探针架的电机，并通过相关计算实现对磁力显微镜反射光路的自动调整，具有操作简便、定位精准的优点，避免操作者眼疲劳甚至出现损伤的情况。

技术领域

本发明涉及信息科学、控制科学和信号处理领域，具体是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。

背景技术

磁力显微镜(MFM，Magnetic Force Microscope)是原子力显微镜(Atomic ForceMicroscope，AFM)生的一系列力显微镜之一，1987年发明以来已广泛应用于各种磁性材料的研究。近年在磁记录体系、磁性薄膜磁畴结构、磁铁学基本现象、磁盘测试和生物分子磁性等方面应用越来越广。

AFM是依靠原子、分子之间相互作用力对微纳尺度物体进行成像的仪器，主要由微米尺度的微悬臂其下方带有曲率半径为纳米量级的探针、四象限探测器、激光器及压电陶瓷扫描器组成。MFM与AFM不同的是其探针具有磁性，其工作原理：激光光斑照射到探针上方的微悬臂，光斑经微悬臂反射到四象限探测器中心位置。当磁性探针与磁性样品相互作用时，使微悬臂产生偏移导致反射到四象限探测器的光斑偏离中心，控制压电陶瓷扫描器使反射到四象限的光斑保持在中心位置，通过特定的控制算法计算出样品表面形貌和磁力数据。

MFM激光反射光路目前主要依靠手动调节，具体实施步骤为：首先调整激光器或探针模组使激光光斑照射在微悬臂后方毫米级的反光片上，然后逐渐调整激光光斑位置使其照射在探针上方的微悬臂上，再调整四象限探测器使光斑反射在其中心位置，调节过程中可利用带有显微镜的CCD对光斑位置进行辅助观察。手动调节方法可操作性差，过程繁琐，每次更换磁力探针时都需要重新调整光路，易使操作者眼睛疲劳甚至出现损伤的状况。

发明内容

本发明的目的在于提供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，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

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，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)