(44-3) 13 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Применение реперных отметок для координатной привязки к поверхности в сканирующей зондовой микроскопии
П.В. Гуляев 1

1 Удмуртский федеральный исследовательский центр УрО РАН, Ижевск, Россия

 PDF, 1451 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-CO-641

Страницы: 420-426.

Аннотация:
Статья посвящена координатной привязке сканирующего зондового микроскопа к исследуемой поверхности. Координатная привязка имеет большое значение при исследованиях одних и тех же объектов различными зондами и в различных средах. В качестве объекта такой привязки предложено использовать реперные отметки, нанесённые на поверхность наноиндентором вдоль прямой линии через равные промежутки. Описан порядок смещения поля зрения микроскопа в процессе обнаружения реперных отметок. Представлен алгоритм их распознавания. Алгоритм основан на корреляционном анализе изображения с помощью эталонного изображения отметки с последующим выделением особых точек изображения по локальным максимумам коэффициента корреляции. При этом использовались дескриптор взаимных расстояний между парами особых точек и коэффициент Пирсона в качестве количественного критерия распознавания. Рассмотрено три варианта эталонов: окружность, круг с градиентной заливкой и круг со сплошной заливкой. Установлено, что количество особых точек может существенно превышать количество реперных отметок. Описан метод пороговой фильтрации особых точек по значениям коэффициента корреляции. Данная фильтрация подразумевает исключение особых точек, в окрестностях которых разность максимального и минимального значения коэффициента корреляции не превышает заданного порога. Представлены результаты, подтверждающие работоспособность предложенных алгоритмов. Выработаны рекомендации по выбору настроек алгоритмов распознавания и фильтрации.

Ключевые слова:
сканирующая зондовая микроскопия, коэффициент корреляции, особые точки, эталонные изображения, реперные отметки, распознавание.

Благодарности
Работа выполнена при поддержке комплексной программы фундаментальных исследований УрО РАН: номер проекта 18-10-1-29 «Исследование процессов формирования порошковых пористых наноматериалов и контроль их структуры и свойств».

Цитирование:
Гуляев, П.В. Применение реперных отметок для координатной привязки к поверхности в сканирующей зондовой микроскопии / П.В. Гуляев // Компьютерная оптика. – 2020. – Т. 44, № 3. – С. 420-426. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-641.

Литература:
  1. Kucharski, S.T. Depth dependence of nanoindentation pile-up patterns in copper single crystals / S.T. Kucharski, D. Jarza // Metallurgical and Materials Transactions. – 2014. – Vol. 45, Issue 11. – P. 4997-5008. – DOI: 10.1007/s11661-014-2437-4.
  2. Daphalapurkar, N.P. Determination of mechanical properties of sand grains by nanoindentation / N.P. Daphalapurkar, F. Wang, B. Fu, H. Lu, R. Komanduri // Experimental Mechanics. – 2011. – Vol. 51, Issue 5. – P. 719-728. – DOI: 10.1007/s11340-010-9373-z.
  3. Tranchida, D. Mechanical characterization of polymers on a nanometer scale through nanoindentation. A study on pile-up and viscoelasticity / D. Tranchida, S. Piccarolo, J. Loos, A. Alexeev // Macromolecules. – 2007. – Vol. 40, Issue 4. – P. 1259-1267. – DOI: 10.1021/ma062140k.
  4. Гуляев, П.В. Особенности применения детекторов кривизны поверхности для анализа размеров наночастиц / П.В. Гуляев, Е.Ю. Шелковников, А.В. Тюриков [и др.] // Химическая физика и мезоскопия. – 2013. – Т. 15, № 1. – С. 138-143.
  5. Шелковников, Ю.К. Применение сферического детектора для анализа СТМ-изображений / Ю.К. Шелковников, П.В. Гуляев, А.В. Тюриков, С.Р. Кизнерцев, А.И. Кириллов // Ползуновский вестник.– 2012. – № 3. – С. 96-99.
  6. Ramer, U. An iterative procedure for the polygonal approximation of plane closed curves / U. Ramer // Computer Graphics Image Processing. – 1972. – Vol. 1, Issue 3. – P. 244-256.
  7. Liu, H.C. Partial shape classification using contour matching in distance transformer / H.C. Liu, M.D. Srinath // IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. – 1990. – Vol. 12, Issue 11. – P. 1072-1079. – DOI: 10.1109/34.61706.
  8. Kimori, Y. Extended morphological processing: a practical method for automatic spot detection of biological markers from microscopic images / Y. Kimori, N. Baba, N. Morone // BMC Bioinformatics. – 2010. – Vol. 11. – 373. – DOI: 10.1186/1471-2105-11-373.
  9. Elbehiery, H. Surface defects detection for ceramic tiles using image processing and morphological techniques / H. Elbehiery, A. Hefnawy, M. Elewa // International Journal of Computer, Electrical, Automation, Control and Information Engineering. – 2007. – Vol. 1, Issue 5. – P. 1488-1492. – DOI: 10.5281/zenodo.1084534.
  10. Фурман, Я.А. Введение в контурный анализ / Я.А. Фурман, А.В. Кревецкий, А.К. Передреев. – 2-е изд., испр. – М.: Физматлит, 2003. – 592 с.
  11. Canny, J.F. Finding edges and lines in images. Master's thesis. Cambridge: MIT, 1983. – P. 50-67.
  12. Warnekar, C.S. A heuristic clustering algorithm using union of overlapping pattern-cells / C.S. Warnekar, G. Krishna // Pattern Recognition. – 2000. – Vol. 11, Issue 2. – P. 85-93. – DOI: 10.1016/0031-3203(79)90054-2.
  13. Omachi, S. Fast template matching with polynomials / S. Omachi, M. Omachi // IEEE Transactions on Image Processing. – 2007. – Vol. 16, Issue 8. – P. 2139-2149. – DOI: 10.1109/TIP.2007.901243.
  14. Ronneberger, O. U-Net: Convolutional networks for biomedical image segmentation / O. Ronneberger, P. Fischer, Т. Brox. – In: Medical image computing and computer-assisted intervention – MICCAI 2015 / ed. by N. Navab, J. Hornegger, W. Wells, A. Frangi. – Cham: Springer, 2015. – P. 234-241. – DOI: 10.1007/978-3-319-24574-4_28.
  15. Peng, H. Document image recognition based on template matching of component block projections / H. Peng, L. Fulmi, C. Zheru // IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. – 2003. – Vol. 25, Issue 9. – P. 1188-1192. – DOI: 10.1109/TPAMI.2003.1227996.
  16. Dufour, R.M. Template matching based object recognition with unknown geometric parameters / R.M. Dufour, E.L. Miller, N.P. Galatsanos // IEEE Transactions on Image Processing. – 2002. – Vol. 11, Issue 12. – P. 1385-1396. – DOI: 10.1109/TIP.2002.806245.
  17. Цветков, О.В. Метод предварительного кодирования изображений в корреляционно-экстремальных системах / О.В. Цветков, Л.В. Тананыкина // Компьютерная оптика. – 2015. – Т. 39, № 5. – С. 738-743. – DOI: 10.18287/0134-2452-2015-39-5-738-743.
  18. Zitova, B. Image registration methods: A survey / B. Zitova, J. Flusser // Image and Vision Computing. – 2003. – Vol. 21, Issue 11. – P. 977-1000.

© 2009, IPSI RAS
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: ko@smr.ru ; тел: +7 (846) 242-41-24 (ответственный секретарь), +7 (846) 332-56-22 (технический редактор), факс: +7 (846) 332-56-20