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一种基于临近点集数据融合的AFM动态成像方法
引用本文:董晓坤,方勇纯,张玉东.一种基于临近点集数据融合的AFM动态成像方法[J].自动化学报,2011,37(2):214-221.
作者姓名:董晓坤  方勇纯  张玉东
作者单位:1.南开大学机器人与信息自动化研究所 天津 300071
基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)(2009AA043703); 国家自然科学基金(60875055); 天津市自然科学基金(08JCZDJC21800)~~
摘    要:原子力显微镜(Atomic force microscopy, AFM)是纳米技术和纳米操作领域中最重要的研究工具之一. 本文针对扫描成像的原子力显微镜, 提出了一种改进的AFM动态成像方法, 该方法分析了AFM系统中样品与针尖之间的非线性力对成像精度的影响, 通过对扫描过程中获得的成像数据进行融合滤波, 有效地提高了快速AFM的成像精度. 具体而言, 论文首先分析了原子力显微镜当前成像方法存在的主要问题, 然后针对在高速扫描或者样品形貌高度有突变时, 因AFM系统中非线性因素而引起的成像误差, 提出了一种基于临近点集数据融合的改进动态成像方法, 以提高AFM对于样品表面形貌的成像精度. 最后分别利用原子力显微镜仿真平台数据和实验数据, 验证了本文提出的改进成像方法的性能.

关 键 词:原子力显微镜    扫描成像技术    数据融合    滤波技术    动态特性
收稿时间:2010-6-12
修稿时间:2010-8-26

An Improved AFM Dynamic Imaging Method Based on Data Fusion of Neighboring Point Set
DONG Xiao-Kun,FANG Yong-Chun,ZHANG Yu-Dong.An Improved AFM Dynamic Imaging Method Based on Data Fusion of Neighboring Point Set[J].Acta Automatica Sinica,2011,37(2):214-221.
Authors:DONG Xiao-Kun  FANG Yong-Chun  ZHANG Yu-Dong
Affiliation:1.Institute of Robotics and Automatic Information System, Nankai University, Tianjin 300071
Abstract:The atomic force microscopy (AFM) is an important tool in the field of nanotechnology and nanomanipulation. Based on the filtering and data fusion methods, this paper proposes an innovative imaging method to enhance the imaging precision of AFM along the Z direction. Specifically, this article first introduces the common imaging method utilized by commercial AFMs, then presents an improved dynamic imaging method based on data fusion of neighboring point set to deal with the large imaging error along the Z direction due to the AFM nonlinear characteristics when scanning a highly coarse surface or scanning with a high speed. Finally, some simulation and experimental results are included to demonstrate the superior performance of the proposed imaging method.
Keywords:Atomic force microscopy (AFM)  imaging technology  data fusion  filtering technology  dynamics
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