Способ коррекции искаженных дрейфом изображений поверхности, полученных на сканирующем зондовом микроскопе

Изобретение относится к области сканирующей зондовой микроскопии и может использоваться на любом приборе из семейства сканирующих зондовых микроскопов, возможно также применение способа на растровом электронном микроскопе. Коррекция дрейфа осуществляется в автоматическом режиме. Вызываемые дрейфом искажения описываются линейными преобразованиями, которые справедливы в случае, когда скорость дрейфа микроскопа изменяется достаточно медленно. В качестве исходных данных используется одна или две пары встречно-сканированных изображений (ВСИ) рельефа поверхности. При встречном сканировании перемещение по строке растра и перемещение от строки к строке в одном изображении производят в направлении, противоположном направлению перемещения в другом. Согласно предложенному способу для исправления искажений необходимо в каждом ВСИ распознать одну и ту же особенность поверхности и определить ее латеральные координаты. Находя коэффициенты линейных преобразований, производят коррекцию ВСИ в латеральной и вертикальной плоскостях. Совместив исправленные ВСИ, выполняют усреднение рельефа в области их перекрытия. Способ позволяет оценивать погрешность исправления дрейфа и получать исправленные изображения, погрешность в которых не превышает некоторого заранее заданного значения. 21 з.п. ф-лы, 23 ил., 4 табл.

 

Текст описания приведен в факсимильном виде.

1. Способ коррекции искаженных дрейфом изображений поверхности, полученных на сканирующем зондовом микроскопе, при котором два раза производят сканирование одной и той же области поверхности так, чтобы перемещение от одной строки растра к другой во втором скане происходило в направлении, противоположном направлению перемещения в первом, после чего трансформируют полученную пару изображений таким образом, чтобы особенности типа "холм" на этих изображениях совпали друг с другом, отличающийся тем, что перемещение по строке во втором скане производят в направлении, противоположном направлению перемещения в первом, а трансформацию встречно-сканированных изображений выполняют следующим образом: вначале распознают одни и те же особенности поверхности типа "холм" или "яма" в каждом изображении в автоматическом режиме, затем по найденным в ходе распознавания латеральным координатам пар особенностей (х₁, у₁) и (x₂, y₂), определяют латеральные коэффициенты линейных преобразований по формулам

,

,

К2_x=2-К1_x,

К2_y=2-К1_y,

где цифры 1 и 2 в обозначениях указывают на принадлежность величины первому или второму изображению соответственно;

m_х, m_у - число точек в строке и в столбце искаженного изображения соответственно;

k - отношение скорости перемещения зонда в строке при прямом ходе к скорости перемещения при обратном ходе;

после чего, используя нижеследующие линейные преобразования

,

,

где , - латеральные координаты точек исправленного изображения; x, y - латеральные координаты точек искаженного дрейфом изображения: исправляют в автоматическом режиме каждое из встречно-сканированных изображений в латеральной плоскости с заранее заданной погрешностью; затем, временно совместив полученные изображения в точке совмещения, определяют для каждой точки , из области перекрытия этих изображений, соответствующие ей точки с координатами (x₁, y₁), (x₂, y₂) на искаженных встречно-сканированных изображениях, используя нижеследующие обратные преобразования

,

,

после чего вычисляют вертикальные коэффициенты линейного преобразования по формулам

,

,

где z - вертикальная координата точки искаженного дрейфом изображения; которые затем усредняют; после этого каждое из встречно-сканированных изображений, исправленных в латеральной плоскости, исправляют в вертикальной плоскости посредством нижеследующего линейного преобразования

,

где - вертикальная координата точки исправленного изображения; наконец, совмещают исправленные встречно-сканированные изображения в точке совмещения и усредняют в области перекрытия этих изображений.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что из исправленных встречно-сканированных изображений вырезают небольшие окрестности особенностей - сегменты рельефа, такого размера, что соседние сегменты частично перекрывают друг друга; после чего полученные сегменты укладывают в позиции, являющиеся средними арифметическими исправленных позиций соответствующих особенностей, а затем усредняют рельеф в местах наложения сегментов.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в позиции, являющиеся средними арифметическими исправленных позиций соответствующих особенностей, помещают стилизованные изображения этих особенностей.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что для каждой особенности встречно-сканированных изображений определяют локальные коэффициенты линейного преобразования, по которым вычисляют локальные смещения, как разности между исправленным положением особенности и искаженным, после чего проводят через найденные локальные смещения регрессионные поверхности, по которым для каждой точки искаженного изображения определяют соответствующее корректирующее смещение.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что из исправленных встречно-сканированных изображений вырезают небольшие окрестности особенностей - сегменты рельефа, такого размера, что соседние сегменты частично перекрывают друг друга, после чего полученные сегменты укладывают в позиции, являющиеся средними арифметическими исправленных позиций соответствующих особенностей, а затем усредняют рельеф в местах наложения сегментов.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что в позиции, являющиеся средними арифметическими исправленных позиций соответствующих особенностей, помещают стилизованные изображения этих особенностей.

7. Способ по пп.1 или 2, или 3, или 4, или 5, или 6, отличающийся тем, что перед началом встречного сканирования зонд микроскопа перемещают несколько раз вперед и назад по первой строке растра.

8. Способ по пп.1 или 2, или 4, или 5, отличающийся тем, что встречное сканирование выполняют в сегментах и/или в апертурах, получаемых в процессе особенность-ориентированного сканирования.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что перед началом встречного сканирования в сегментах и/или в апертурах зонд микроскопа перемещают несколько раз вперед и назад по первой строке растра.

10. Способ по п.8, отличающийся тем, что особенность-ориентированное сканирование производят без использования операции скиппинга особенностей, а изображение поверхности собирают, используя относительные координаты особенностей в исправленной апертуре и исправленный рельеф в сегменте/апертуре.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что перед началом встречного сканирования в сегментах и/или в апертурах зонд микроскопа перемещают несколько раз вперед и назад по первой строке растра.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что в каждом из встречно-сканированных изображений во время холостого обратного хода в строке производят считывание рельефа, получая таким образом еще одну пару встречно-сканированных изображений; после исправления изображений в каждой паре выполняют совмещение исправленных пар путем наложения изображений так, чтобы совпали "центры тяжести" используемых совокупностей особенностей; после чего рельеф поверхности снова усредняют в области перекрытия изображений.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что из исправленных встречно-сканированных изображений вырезают небольшие окрестности особенностей - сегменты рельефа, такого размера, что соседние сегменты частично перекрывают друг друга; после чего полученные сегменты укладывают в позиции, являющиеся средними арифметическими исправленных позиций соответствующих особенностей, а затем усредняют рельеф в местах наложения сегментов.

14. Способ по п.12, отличающийся тем, что в позиции, являющиеся средними арифметическими исправленных позиций соответствующих особенностей, помещают стилизованные изображения этих особенностей.

15. Способ по п.12, отличающийся тем, что для каждой особенности встречно-сканированных изображений определяют локальные коэффициенты линейного преобразования, по которым вычисляют локальные смещения, как разности между исправленным положением особенности и искаженным, после чего проводят через найденные локальные смещения регрессионные поверхности, по которым для каждой точки искаженного изображения определяют соответствующее корректирующее смещение.

16. Способ по п.15, отличающийся тем, что из исправленных встречно-сканированных изображений вырезают небольшие окрестности особенностей - сегменты рельефа, такого размера, что соседние сегменты частично перекрывают друг друга, после чего полученные сегменты укладывают в позиции, являющиеся средними арифметическими исправленных позиций соответствующих особенностей, а затем усредняют рельеф в местах наложения сегментов.

17. Способ по п.16, отличающийся тем, что в позиции, являющиеся средними арифметическими исправленных позиций соответствующих особенностей, помещают стилизованные изображения этих особенностей.

18. Способ по пп.12 или 13, или 14, или 15, или 16, или 17, отличающийся тем, что перед началом встречного сканирования зонд микроскопа перемещают несколько раз вперед и назад по первой строке растра.

19. Способ по пп.12 или 13, или 15, или 16, отличающийся тем, что встречное сканирование выполняют в сегментах и/или в апертурах, получаемых в процессе особенность-ориентированного сканирования.

20. Способ по п.19, отличающийся тем, что перед началом встречного сканирования в сегментах и/или в апертурах зонд микроскопа перемещают несколько раз вперед и назад по первой строке растра.

21. Способ по п.19, отличающийся тем, что особенность-ориентированное сканирование производят без использования операции скиппинга особенностей, а изображение поверхности собирают, используя относительные координаты особенностей в исправленной апертуре и исправленный рельеф в сегменте/апертуре.

22. Способ по п.21, отличающийся тем, что перед началом встречного сканирования в сегментах и/или в апертурах зонд микроскопа перемещают несколько раз вперед и назад по первой строке растра.