[发明专利]提高原子力显微镜图像质量的方法

说明书

本发明涉及一种提高原子力显微镜图像质量的方法。该方法的具体操作步骤是：首先通过像素值来消除大部分水印以及白斑；然后通过转变AFM图像为二值图像而消除大部分背景噪音；再利用形态学中的腐蚀方法来消除剩下的噪音；通过种子填充算法还原被观察物体的形状；最后，利用原AFM图像中的颜色对消除噪音后的二值图像进行颜色还原（参考摘要附图）。经过处理后的AFM图像可以消除绝大多数噪音以及水印，获得高质量的AFM图像。本发明可以帮助医生、研究者、科学家等对AFM图像进行准确分析，提高计算机对AFM图像中的物体作进一步识别和分析，实现大批量的AFM图像分析的高速度化和高质量化。

技术领域

本发明涉及一种提高原子力显微镜图像质量的方法。

背景技术

原子力显微镜（atomic force microscope，简称AFM）是由葛·宾尼（G·Binning）在1986年发明的。它利用原子之间的范德华力的作用来呈现样品的表面特性，可以在大气和液体环境下对样品进行形貌探测，从而实现纳米尺度下地进一步的操纵。原子力显微镜已经被大量地应用到生物学、物理学、材料学、化学、高分子研究等各个领域。用原子力显微镜拍摄的图像称为AFM图像。在利用原子力显微镜来获取物体表面形状的过程中，它生成的AFM图片不可避免地包含着各种噪声，这会严重影响计算机对AFM图像中的物体识别以及形态判定。

目前，关于AFM图像研究主要是依靠研究人员用双眼人工进行观察和识别，这种人工分类的方法在处理大批量的AFM图像时，不仅浪费了大量的时间和人力劳动，而且不可避免地产生人为的误差。基于此，一些研究者对AFM图像处理进行了部分研究，但还是不能够满足使用原子力显微镜的用户对AFM图像处理的需求。用计算机技术对AFM图像进行操作，消除噪音，获得必要的科学数据，已经越来越成为利用原子力显微镜进行科学研究的必要步骤。

AFM图像中包含的大量噪音，根据产生的原理和特性不同，表现形式上也千差万别。在AFM探针扫描的过程中，可能会产生微小的抖动，从而使产生的物体图像包含了大量的细微噪音，严重影响了计算机对AFM图像进一步操作。

另一种噪音是经常出现在AFM图像中的大面积的白斑。探针在扫描过程中，要求物体表面的高度变化在一个范围内，超出这个范围，就会在AFM图像上以白斑形式表示出来。在对AFM图像进行自动分析的时候，也需去除这些白斑噪音。

在整个AFM图像中，背景占了大部分，AFM图像的背景相对来说已经比较一致了，但是还是有规则性的类似于电视屏幕上的斜式条纹出现。这些斜式条纹噪音也需要删除。

另外一些噪声是人为造成的，例如水印。在生成AFM图像的同时，按照某些需求，需要给AFM图像增加水印，以帮助研究者采集AFM图像中的数据。例如一种水印类似于地图上的比例尺，帮助研究者测量被观察物体的大致长度。但是在计算机自动处理AFM图像时，需要消除这种水印。

图1显示的是AFM图像中的各种噪音。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术存在的问题，提供一种提高原子力显微镜图像质量的方法，利用图像处理技术，对原始AFM图像进行图像处理，去除AFM图像中的绝大多数噪音，在突出被观察物体的同时，提高AFM图像质量，为科学研究提供更清晰和更准确的信息。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案。

通过一种提高原子力显微镜摄取纳米级别物体图像质量的方法。其特征是：1）通过像素值来消除AFM图像中的水印以及白斑；2）通过转变AFM图像为二值图像而消除背景噪音；3）利用形态学中的腐蚀方法来消除剩下的噪音；4）用种子填充算法还原被观察物体的形状；5）利用原AFM图像中的颜色对消除噪音后的二值图像进行颜色还原，最终获得高质量的AFM图像。

具体操作步骤如下：

1. 通过像素值消除AFM图像中的白斑和水印；