基于视觉计算的扫描电子显微镜下微纳尺度三维形面测量方法研究

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基于计算机视觉的三维测量技术(文献翻译).

重庆理工大学文献翻译二级学院专业班级学生姓名学号译文：基于计算机视觉的三维测量技术摘要:本文根据计算机视觉原理，提出一种三维非接触测量技术。

该技术根据人眼感知事物的原理，利用神经网络拟合图像坐标与空间坐标的映射关系；以光栅投影曲线为特征，采用小波边缘检测和搜索式无监督聚类，结合视觉几何不变性，实现亚像素级的立体精确匹配；并采用小波多尺度多分辨率的特性，拼接图像，融合数据，对物体进行全方位测量。

实验表明，该技术设备简单，测量速度快，测量精度控制在0.5 mm/m以内。

关键词:计算机视觉，立体匹配，几何不变性，神经网络，小波变换，聚类1 引言目前，三维测量仍以三维坐标测量机为主。

但是它由于体积大、结构复杂而不能在线测量，是接触测量而不能测量柔软的物体。

因此，研究快速无损、非接触在线测量在工业上十分重要。

尽管现在有很多方法，如激光扫描法、结构光法、相位测量法，但是都不能同时满足测量精度、效率、成本、自动化和智能化等方面的要求。

因此，在本文使用双摄像机融合光学轴抓拍物体。

随着处理图像，立体匹配图像和数据集成，三维物体的信息就是从这个立体图像中获得。

三维测量技术已应用于测量系统中的多点压成型机的测量，并取得了良好的效果。

2 测量原理及系统设计本文介绍了基于计算机视觉的三维非接触测量技术，三维对象的信息是从一对立体图像中获取。

一般来说，有两个问题影响的三维物体获得确切的消息：一种是图像之间建立特殊点点和准确的映射关系，另一种是立体匹配问题。

本文神经网络是用来映射关系接近的情况下摄像机标定。

小波边缘检测，寻找非监督聚类和几何不变性适用于立体匹配。

在多尺度，多分辨率的小波属性应用于图像拼接和数据集成。

在实践中，这项技术包含了许多方法和技术，它可以测量任意大小和形状的对象。

然而，有一些物体的表面很光滑。

匹配功能不明显，因此用光栅对象预测。

而扭曲的条纹上创建的对象被视为匹配功能。

为了提高测量精度，用两个与融合光学轴相机，这两个相机和一小型自制的投影机就构成了一种灵活的测量头。

基于数字全息显微成像的微光学元件三维面形检测

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纳米尺度测量技术及其应用实例

纳米尺度测量技术及其应用实例纳米尺度测量技术是一项涉及到测量材料和物体特征在纳米级别上的科学技术，其在纳米科学和纳米技术领域具有重要的应用价值。

纳米尺度测量技术的出现填补了传统测量技术无法满足纳米级尺度要求的空白，并为纳米科学和技术的发展提供了强有力的支持。

本文将重点介绍几种常用的纳米尺度测量技术以及其应用实例。

首先，扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscopy，STM）是一种最早应用于纳米尺度测量的技术。

STM利用电子的量子隧穿效应，通过扫描探针与样品表面之间的隧穿电流来获取表面的原子级别信息。

它具有高分辨率、高灵敏度和原子级别表征等特点。

举例来说，SCM已被应用于原子尺度下的表面形貌研究、电子输运性质的测量、分析和纳米器件的研发等领域。

其次，原子力显微镜（Atomic Force Microscopy，AFM）是另一种常用的纳米尺度测量技术。

AFM通过使探针直接接触样品表面，通过探针与样品表面的相互作用力来测量和表征表面特征。

与STM相比，AFM不需要样品具有导电性，因此广泛应用于非导电性材料的测量领域。

例如，在生物医学研究中，AFM常用于研究细胞表面形貌、力学特性和分子间相互作用力。

此外，AFM还被广泛应用于纳米材料的表征，如碳纳米管、纳米颗粒等。

除了STM和AFM，场离子显微镜（Field Ion Microscopy，FIM）是另一种常见的纳米尺度测量技术。

FIM利用热电子离场技术和电子多次反射，通过对离散场离子云的图像分析，实现对纳米尺度物体的成像。

FIM在精细结构表征、纳米晶体学、表面科学等领域有着广泛的应用。

举例来说，FIM已被应用于金属合金的表面化学成分分析、生物材料的测量和纠正过程、金属与半导体材料的界面研究等方面。

此外，还有一些其他的纳米尺度测量技术，如电子束刻蚀技术（Electron Beam Lithography，EBL）、近场光学显微镜（Near-field Scanning Optical Microscopy，NSOM）等。

超导材料的微尺度分析与表征方法

超导材料的微尺度分析与表征方法引言：超导材料是一类具有低温下电阻为零的特殊材料，其在电子学、能源存储和传输等领域具有广泛的应用前景。

然而，超导材料的研究和应用面临着一些挑战，其中之一就是对其微尺度结构和性能进行准确的分析和表征。

本文将介绍一些常用的超导材料微尺度分析与表征方法，以及它们的原理和应用。

一、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）SEM和TEM是常用的超导材料微结构表征方法。

SEM通过扫描样品表面的电子束来获取样品表面的形貌信息，可以观察到超导材料的晶体结构、晶界和缺陷等微观特征。

TEM则通过透射电子束穿透样品来获取样品的内部结构信息，可以观察到超导材料的晶体结构、晶格缺陷和界面等微观特征。

这两种方法可以提供超导材料的微观形貌和结构信息，有助于理解超导机制和改善材料性能。

二、原子力显微镜（AFM）AFM是一种基于原子力相互作用的表征方法，可以在纳米尺度下获取样品表面的形貌和力学性质信息。

对于超导材料的研究，AFM可以用于观察样品表面的拓扑结构、晶体生长和晶界等微观特征，同时还可以测量样品的力学性质，如硬度、弹性模量等。

AFM的高分辨率和力学性质测量能力使其成为研究超导材料微观性质的重要工具。

三、X射线衍射（XRD）XRD是一种通过样品对入射X射线的衍射来分析样品的晶体结构和晶体学信息的方法。

对于超导材料的研究，XRD可以用于确定样品的晶体结构、晶格常数和晶体取向等信息，从而帮助理解超导机制和改善材料性能。

此外，XRD还可以用于研究超导材料的相变行为和晶体缺陷等微观特征。

四、拉曼光谱（Raman）拉曼光谱是一种通过样品对入射光的散射来分析样品的分子振动和晶格动力学信息的方法。

对于超导材料的研究，拉曼光谱可以用于研究样品的晶格振动、声子谱和电子-声子相互作用等信息，从而揭示超导机制和材料性能。

拉曼光谱的非侵入性和高分辨率使其成为研究超导材料微观性质的重要手段。

五、超导量子干涉仪（SQUID）SQUID是一种基于超导材料的量子干涉效应来测量样品磁性和电性性质的仪器。

基于光学图像识别技术控制微纳三维打印过程的方法与相关技术

本技术提供了一种基于光学图像识别技术控制微纳三维打印过程的方法，其将光学图像识别技术应用于微纳三维打印过程中，实现简便且可靠的打印过程精准控制。

经由光学系统，实时观测并量化微纳三维打印过程中微管内溶液与试样表面间形成的液柱的尺寸及形状，并经由反馈系统，控制微管和试样间相对位移速率，从而确保液柱尺寸及结构不变或者按照预设值改变，从而实现微纳三维物件的稳定及精确打印。

权利要求书1.一种基于光学图像识别技术控制微纳三维打印过程的方法，其特征在于：经由光学系统，实时观测并量化微纳三维打印过程中微管内溶液与试样表面间形成的液柱的尺寸及形状，并经由反馈系统，控制微管和试样间相对位移速率，从而确保液柱尺寸及结构不变或者按照预设值改变，从而实现微纳三维物件的稳定及精确打印。

2.如权利要求1所述的一种基于光学图像识别技术控制微纳三维打印过程的方法，其特征在于：光学系统包括物镜、目镜或CCD、镜筒、光源，所述镜筒方向平行于试样表面布置或与试样表面成一定夹角。

3.如权利要求2所述的一种基于光学图像识别技术控制微纳三维打印过程的方法，其特征在于：当光学系统包括有目镜时，由人工观测并确定液柱尺寸及形状，并经由手工调控逼近过程及打印过程中液柱尺寸及形状，进而控制打印物件的尺寸及精度；但经由人工观测及调控存在反馈时间慢、精度差的缺点，容易导致反馈不及时或过度反馈。

4.如权利要求2所述的一种基于光学图像识别技术控制微纳三维打印过程的方法，其特征在于：当光学系统包括有CCD时，光学图像可直接由电脑实时采集，并经由对应的软件算法开发，由电脑系统实时确定液柱尺寸及形状，并经由反馈设置控制压电或马达位移台，调节微管和试样表面相对位移速率，从而最终实现对打印物件尺寸和精度的精细调控。

5.如权利要求1所述的一种基于光学图像识别技术控制微纳三维打印过程的方法，其特征在于：其所适用的微纳三维打印系统包括基于填充有各类溶液的中空微管或MEMS微管阵列来进行三维打印的各类系统。

一种用于微纳尺度三维形貌测量的方法[发明专利]

(10)申请公布号(43)申请公布日 (21)申请号 201410086820.7(22)申请日 2014.03.07G01B 11/24(2006.01)(71)申请人中国科学院光电研究院地址100094 北京市海淀区邓庄南路9号(72)发明人周维虎黎尧纪荣祎劳达宝董登峰张滋黎袁江刘鑫胡坤(54)发明名称一种用于微纳尺度三维形貌测量的方法(57)摘要本发明公开了一种用于微纳尺度三维形貌测量的方法。

该方法主要用于半导体集成电路、MEMS器件等微纳尺度表面三维形貌特征的测量。

通过飞秒激光完成对样品表面的扫描测量，采用测量光路实现跨尺度微纳测量，测量得到干涉图样由高速CCD 探测，进行处理分析后得到表面三维形貌特征参量，进而还原样品表面三维形貌。

(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页说明书2页附图2页(10)申请公布号CN 104897076 A (43)申请公布日2015.09.09C N 104897076A1/1页1.一种用于微纳尺度三维形貌测量的方法，包括，重复频率可调的飞秒激光频率梳系统1，光纤光路和倍频系统组成的光路系统2，迈克尔逊干涉光路和扩束光路构成的测量系统3和高速CCD 相机组成的信号接收系统4。

2.根据权利要求1，得出涉及的飞秒激光频率梳三维面型测量系统，飞秒激光频率梳产生的飞秒脉冲通过光纤耦合器21分成两束光进入由参考光路和测量光路组成的光纤光路。

其中参考光路由一段长单模光纤23组成，同时结合使用色散补偿光纤24以补偿由于长距离传输引起的色散。

测量光路由一段短单模光纤22组成。

同时参考光路与测量光路之间设计有较大的光程差。

由光纤光路出射后的飞秒脉冲经平面镜25、分色镜26入射到倍频晶体27进行倍频，且只有倍频后的飞秒脉冲可以通过分色镜26反射进入测量系统。

测量系统是由平面镜31、分光棱镜32、透镜33和34、被测样品35构成的迈克尔逊干涉光路组成的，其中透镜33和34组成扩束光路以更好探测样品表面。

基于计算机图形学的电镜三维显微技术研究

基于计算机图形学的电镜三维显微技术研究随着科技的不断进步，人们对细胞、微生物等微观世界的研究越来越深入。

电镜技术是目前最为常见的微观尺度探测手段之一。

而基于计算机图形学的电镜三维显微技术则是近年来发展起来的一项创新技术，它在传统电镜成像技术的基础上，利用计算机图形学方法对图像进行处理、重建、还原，实现了对生物材料三维结构的表示与可视化，使得原本看似复杂无比、难以描述的微观结构变得清晰可见，为生物科学研究者提供了更加精细深入的工具与手段。

电镜三维显微技术的优势在于能够从多个角度塑造生物样品的三维形态，并耗时较少，而且将坐标轴巧妙地反映在图像上，使得观测者能够更加准确地了解样品的结构特征。

通过对获得的微观图像序列进行迭代恢复，设计合适的采样策略及配准算法，三维数字化模型数据的灵敏度与精度进一步得以提高。

三维数字化模型数据包含了大量的信息，对于生物科学研究者而言，这无疑是一项极大的财富。

例如，三维数字化模型数据可以帮助研究者更好地理解癌细胞、病毒、细菌等微生物的病理生理特征，为开发新型药物、疫苗、抗生素等医学手段提供了新的思路和途径；同时，此项技术还有望在动物行为学、生态学、神经科学等领域得到广泛应用，对于研究生命科学领域的一系列特别是生命起源与进化模式的根本问题，都将有不可估量的帮助。

虽然基于计算机图形学的电镜三维显微技术具有许多优点，但是其技术门槛相对较高，需要较高的计算机图形学、信号处理、计算机科学等领域专业知识。

另外，样品预处理、显微图像的采集和后期处理的标准化、细节控制等问题也需要注意。

随着技术的不断进步，这些问题相信也会得到解决。

综上所述，基于计算机图形学的电镜三维显微技术是当前最为前沿的电镜技术之一，其应用领域广泛，将在科学研究中发挥重要作用，是图形学、生物医学等领域相互融合的产物，给生命科学领域的研究带来了新的思路和突破。

未来，我们期待这一技术能够成为生命科学研究的有力武器，为人类健康事业和科技创新发展作出重要贡献。

利用电子显微镜进行纳米级观察的方法

利用电子显微镜进行纳米级观察的方法电子显微镜是一种非常重要的科学仪器，它可以帮助科学家们观察微观世界中的细小结构和微观现象。

在纳米科学和纳米技术领域，电子显微镜的应用尤为重要。

本文将介绍利用电子显微镜进行纳米级观察的方法。

首先，为了进行纳米级观察，我们需要准备样品。

通常，纳米级观察的样品需要制备成极薄的截面样品。

这可以通过切割、研磨和离子蚀刻等方法来实现。

制备好的样品应该具有平整的表面和透明的特性，以便电子束能够穿透并形成清晰的图像。

接下来，我们需要将样品放入电子显微镜的样品室中。

在样品室中，样品需要保持在真空环境下，以避免电子束与气体分子相互作用而产生散射。

同时，样品还需要通过特殊的支撑物来保持其形状和稳定性。

在样品放置好之后，我们需要调整电子显微镜的参数，以获得最佳的观察效果。

首先是调整电子束的亮度和聚焦，这可以通过控制电子源的电流和电压来实现。

亮度和聚焦的调整将决定图像的清晰度和对比度。

其次是调整样品和检测器之间的距离，以确保电子束能够正确地聚焦在样品上。

当所有参数调整完毕后，我们可以开始进行纳米级观察了。

在观察过程中，电子束会与样品相互作用，并产生信号。

这些信号可以分为两类：散射电子和透射电子。

散射电子是由于电子束与样品中的原子和分子发生散射而产生的，它们提供了关于样品表面的信息。

透射电子是穿透样品并被探测器接收的电子，它们提供了关于样品内部结构的信息。

通过收集和分析这些信号，我们可以获得关于样品的详细信息。

例如，通过分析散射电子的能谱，我们可以确定样品的化学成分和晶体结构。

通过分析透射电子的强度和相位信息，我们可以获得样品的形貌和结构特征。

除了传统的透射电子显微镜，近年来还出现了一种新型的电子显微镜技术，即扫描透射电子显微镜（STEM）。

与传统的透射电子显微镜相比，STEM具有更高的空间分辨率和更强的信号探测能力。

它可以通过探测散射电子、透射电子和能量散射谱等多种信号来提供更为详细的样品信息。

三维电子显微镜的研究与应用

三维电子显微镜的研究与应用三维电子显微镜（3DEM）是一种先进的显微镜技术，它利用电子束通过样品进行成像，并通过重建算法得到样品的三维结构信息。

相比传统的二维电子显微镜，三维电子显微镜能够提供更加准确、立体的样品结构信息，对于材料科学、生命科学等领域的研究和应用具有重要意义。

三维电子显微镜的研究主要包括两个方面：电子束的成像技术和三维重建算法。

关于电子束的成像技术，主要有传统的透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）两种。

透射电子显微镜通过样品的透射电子进行成像，可以达到较高的空间分辨率。

而扫描电子显微镜则通过电子束的散射电子进行成像，可以得到更加真实的表面形貌。

三维电子显微镜的重建算法则包括基于单片图片的重建算法和基于图像序列的重建算法。

基于单片图片的重建算法通过不同角度的图片进行投影和叠加，从而得到样品的三维信息。

而基于图像序列的重建算法则通过对一系列图片进行三维重建，可以得到更加准确的样品结构。

三维电子显微镜在材料科学方面的应用非常广泛。

首先，在纳米材料研究方面，三维电子显微镜可以观察纳米颗粒的形貌和结构，研究其成长机制以及对外界的响应。

其次，在材料的表面形貌和结构研究方面，三维电子显微镜可以观察材料的表面变形、断裂以及表面层的形成机制，对于材料的表面改性和表面工艺设计具有重要意义。

此外，三维电子显微镜还可以用于材料的化学成分分析，通过能谱技术可以对材料的化学元素进行分析，从而揭示材料的成分构成和物理性质。

在生命科学研究领域，三维电子显微镜也具有重要的应用价值。

首先，在细胞结构研究方面，三维电子显微镜可以观察细胞的形态、器官和细胞器的三维结构，研究细胞的功能和生物过程。

其次，在生物分子结构研究方面，三维电子显微镜可以观察蛋白质、核酸等生物分子的三维结构，揭示其功能和相互作用机制。

此外，三维电子显微镜还可用于病毒和细菌等微生物的研究，可以观察其形态和内部结构，研究其生物学特性和致病机制。

三维电子显微镜的研究与应用

三维电子显微镜的研究与应用随着现代科学技术的不断进步，人们对材料结构和性质研究的需求越来越高。

而电子显微镜（electron microscope）作为一种重要的物质表征手段，在材料科学领域中发挥着举足轻重的作用。

在传统的二维电子显微镜（2D-EM）的基础上，三维电子显微镜（3D-EM）的出现极大地拓展了我们对材料的认知，为我们的科学研究提供了更精确、更全面的视角。

本文将从三维电子显微镜的基本原理、技术进展以及应用领域等方面详细介绍其研究与应用情况。

一、三维电子显微镜的基本原理三维电子显微镜是通过记录材料中的电子衍射模式，推断出其精确的三维结构。

电子显微镜中，电子通过电磁透镜的聚焦控制，打到样品上，产生散射、反射等多种相互作用。

在此过程中，支持材料的结构和性质的原子排列顺序在电子束束的干涉下成为可识别的取向。

因此，我们可以看到材料的不同层次的结构，分析出其三维的信息。

需要说明的是，三维电子显微镜的分辨率较低，难以观察到微观物体的全部细节。

也存在材料损伤和其他一些问题，因此相对于其他电子显微镜技术和化学分析技术，它们未能发挥出更好的结果。

二、三维电子显微镜的技术进展一般来说，三维电子显微镜主要有两种形式：透射电子显微镜（TEM- tomography）和扫描电子显微镜（SEM- tomography）。

在TEM-tomography 中，精英队伍使用的电子束传了许多组合，基于每个原型像素的颜色操作**。

在SEM-tomography中，显微镜中透镜的扫描图像会在样品表面将一个体积扫描成三维图像。

但随着时间的推移，科学家们不断地创新和提升这些技术，使三维体积图像的分辨率达到了更高的水平。

在STEM-tomography中，能量损失谱和电子能用空间分辨率的应用技术，只需在SEM参数中进行一些调整就能够实现。

当然，这不是唯一的三维电子显微镜技术方案，还有一些诸如电子回旋共振(HREM)、低温扫描电镜(LVEM)等技术，但这些都是比较新的领域，需要更多的科研探索才能达到实际应用的阶段。

三维成像技术中的纳米级别采集研究

三维成像技术中的纳米级别采集研究随着科技的不断发展，生物科学领域的研究也被推向了一个新的高峰。

为了能够更好的了解细胞内成分、功能和结构，高精度的成像技术成为了很多科研工作者的追求。

而其中的三维成像技术在纳米级别采集研究中则受到了广泛关注。

由于纳米级别的结构和成分很小，传统的成像技术已经无法满足高精度的成像要求。

因此，三维成像技术应运而生。

三维成像技术利用数字化技术将物体的三维结构进行合成并呈现，可以将物体的内部结构展现出来，更直观地展示物体内可视部分的成分、功能和结构。

在三维成像技术中，纳米级别采集研究尤为重要。

纳米级别的结构和成分是物质的最基本单位，能够更加深入的了解细胞内微观结构，而且纳米级别的精度也更加高。

传统的采集方式因为工艺的限制很难达到纳米级别的采集。

这就要求采用一些新的高分辨率采集技术来达到。

仿生学靠的就是三维成像技术。

目前，纳米级别的采集主要有以下三种方式：一、原子力显微镜技术原子力显微镜技术是通过扫描物体表面来获取物体的结构信息。

在数据中，若干个点记录有物体的三维定位，通过这些点的精确的刻画，就能够更加准确地表达物体的精细结构。

这种方法的优点在于其分辨率很高，最高可达到0.1纳米级别。

二、透射电子显微镜技术通过透射电子显微镜从样本内部透过电子束，利用探针扫描来获取三维图像。

透射电子显微镜技术是一种成像技术，可以使材料内部结构的分辨率得到提高，精度高。

三、X射线显微镜技术X射线显微镜技术是将X光通过样品探测来采集其成像，反映出样品内部的结构。

传统的X射线成像技术难以分辨高密度分子，但随着技术进步，在成像分辨率上有了极大提高。

三维成像技术中的纳米级别采集研究有着广泛的应用，在生物医学领域能够更好的观察和研究细胞，疾病等；也能够帮助人们在工科领域做出更精细的材料和器件。

随着技术的持续进步，相信在不久的未来，三维成像技术中的纳米级别采集研究会有更多突破，为科研工作者带来更多的惊喜。

电子显微技术在纳米尺度下的观测

电子显微技术在纳米尺度下的观测纳米科技的迅速发展为人类带来了无数的机遇和挑战。

随着纳米材料和纳米结构的广泛应用，对于纳米尺度下的性质和结构的观测成为了重要课题之一。

在过去的几十年里，电子显微技术逐渐成为了研究纳米尺度下物质的重要工具。

本文将会介绍电子显微技术在纳米尺度下的观测方面的应用和进展。

电子显微技术是一种利用电子束而不是光束的显微技术。

相比传统光学显微镜，电子显微镜具有更高的分辨率和更大的深度。

这使得电子显微技术在纳米尺度下的观测成为可能。

其中，透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)是最为常用的电子显微技术。

TEM通过透过样品的电子束，再经过透镜的聚焦作用形成图像。

而SEM则是通过扫描样品表面的电子束，检测出散射的电子并生成图像。

在纳米尺度下的观测中，TEM和SEM能够提供非常细致的样品表面和结构信息。

通过TEM，研究人员可以观察到纳米粒子的形貌、尺寸和晶体结构。

此外，TEM还可以进行原子级的成分分析，通过使用能谱技术来确定样品的元素组成。

这使得TEM在纳米材料的研究中起到了至关重要的作用。

相比之下，SEM更适用于观察样品的表面形貌和纳米结构。

通过SEM，研究人员可以得到纳米颗粒和纳米结构的二维和三维形貌信息。

这对于纳米材料的设计和制备具有重要的意义。

除了TEM和SEM之外，近年来还出现了一些新的电子显微技术，如低压场发射扫描电子显微镜(LEEM)和原子力显微镜(AFM)等。

LEEM通过观察从样品表面发射的电子来获得图像信息，具有较高的分辨率和较大的视野。

而AFM则是利用探针在纳米尺度下感测样品表面的相互作用力，从而得到样品的拓扑和力学性质。

电子显微技术在纳米尺度下的观测方面不断取得了许多进展。

例如，近年来的技术发展使得TEM和SEM的分辨率大幅度提高，可以观察到更小尺寸的纳米材料。

此外，还出现了一些高级别的显微技术，如多模态电子显微镜(HMEM)、电子能谱显微镜(EEM)等，使得研究人员可以在同一平台上同时获得多种信息，进一步提高了观测的准确性和效率。

基于三维微触觉测头的纳米坐标测量系统的开题报告

基于三维微触觉测头的纳米坐标测量系统的开题报告一、研究背景随着纳米技术的快速发展和应用，纳米尺度下的精确测量成为研究和应用领域中的重要问题。

在纳米尺度下，常规的光学和机械测量方法不再适用，因此需要开发新型的高精度纳米坐标测量系统。

微触觉技术是一种基于微纳机电系统（MEMS）以及纳米尺度量测技术的新型精密测量方法。

微触觉技术通过探测物体表面微小的力和位移，实现对物体表面的形状、硬度和粗糙度等信息的测量。

而在纳米尺度下，微触觉技术的应用优势更加明显，能够实现高精度纳米坐标测量。

二、研究意义高精度纳米坐标测量系统在纳米技术领域的应用非常广泛，包括纳米制造、纳米加工、纳米测量等方面。

例如，在纳米制造和加工领域，纳米坐标测量系统可以用于监测加工工艺参数和检测产品质量；在纳米测量领域，纳米坐标测量系统可以用于量化表面形貌和结构等信息。

三、研究内容和方法本研究将基于三维微触觉测头，开发一种高精度纳米坐标测量系统。

主要包括以下研究内容和方法：1.设计制作三维微触觉测头：根据微触觉技术的基本原理和应用需求，设计制作一种三维微触觉测头，能够实现对物体表面形状、硬度和粗糙度等信息的测量。

2.开发纳米坐标测量系统：结合三维微触觉测头和纳米位移传感器等技术，开发一种高精度纳米坐标测量系统，能够实现在纳米尺度下对物体表面的三维坐标和形貌等信息进行测量。

3.性能测试和优化：对所开发的纳米坐标测量系统进行性能测试，包括分辨率、重复性等指标的测试，并对性能进行优化和改进。

四、预期结果和创新点本研究预期将开发一种高精度纳米坐标测量系统，能够实现在纳米尺度下对物体表面的形状、硬度和粗糙度等信息进行测量。

同时，该系统具有以下创新点：1.基于微触觉技术：利用微触觉技术的特点，实现对物体表面微小的力和位移的探测，从而实现高精度的纳米坐标测量。

2.三维测量：采用三维微触觉测头，能够实现对物体表面的三维坐标和形貌等信息进行测量。

3.高性能：结合纳米位移传感器等技术，能够实现高精度、高分辨率和高重复性的纳米坐标测量。

基于体视显微镜的三维显微表面测量系统

基于体视显微镜的三维显微表面测量系统李慧;左超;胡岩;张敏亮【摘要】Combining fringe projection profilometry and stereomicroscope,a system is setup which can measure three-dimensional topography of micro devices.This system consists of Greenough-type stereomicroscope,projector,CCD camera and mechanical translation table.After unambiguous phase is obtained by using phase shift algorithm and descrambling method,which is modulated by surface topography,height value is obtained by phase and height mapping relationship,so that surface morphology of micro devices can be reconstructed.At the time of calibration,ceramic calibration plate is set at different heights by means of a precision mechanical translation table,and several groups of corresponding phase and height values are obtained.Then polynomial fitting of each pixel is performed to determine phase-height st calibrated plane and micro ball grid array are measured.Results show that measurement error is within 10μm,and spherical structure is clearly seen from three-dimensional reconstruction of micro-ball grid array.It is proved that system can accurately measure both planar and complex three-dimensional structures.%将条纹投影轮廓测量术和体视显微镜相结合,搭建了一套能够对微小器件的表面三维形貌进行测量的系统.该系统由一台Greenough型的体视显微镜,一台DMD投影仪,一个CCD相机和一个机械平移台组成.在利用相移算法和降级去包裹算法得到被表面形貌调制过的无歧义相位后,通过相位和高度的映射关系,得到高度值,从而能够对微小器件的表面形貌进行重建.在标定时,通过精密的机械平移台将陶瓷标定板置于不同的高度,对其进行相位测量,得到多组相对应的相位和高度值,再对每个像素点进行多项式拟合来确定相位和高度的映射关系.实验测量了标定的最后一个平面以及微型的球栅阵列,平面测量结果显示测量误差在10μm以内,从微型球栅阵列的三维重建结果可以清晰地看到排列的球形结构.实验结果证明了该系统对于平面和复杂的三维结构都能够进行精确的测量.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2017(038)002【总页数】7页(P270-276)【关键词】三维测量;显微测量系统;条纹投影轮廓测量术;体视显微镜【作者】李慧;左超;胡岩;张敏亮【作者单位】南京理工大学电子工程与光电技术学院,江苏南京 210094;南京理工大学江苏省光谱成像与智能感知重点实验室,江苏南京 210094;南京理工大学电子工程与光电技术学院,江苏南京 210094;南京理工大学江苏省光谱成像与智能感知重点实验室,江苏南京 210094;南京理工大学电子工程与光电技术学院,江苏南京 210094;南京理工大学江苏省光谱成像与智能感知重点实验室,江苏南京210094;南京理工大学电子工程与光电技术学院,江苏南京 210094;南京理工大学江苏省光谱成像与智能感知重点实验室,江苏南京 210094【正文语种】中文【中图分类】TN206人们在生活生产中越来越多地用到微型器件，如果能够得到微型器件的表面三维信息，我们就可以更好地了解器件的性能。

扫描电镜下断口表面的三维重建及分形维数的测量_王怀文

第23卷第2期2008年4月实验力学JO U RN A L OF EX PERIM EN T A L M ECH A N ICSV o l.23No.2A pr.2008文章编号:1001-4888(2008)02-0118-07扫描电镜下断口表面的三维重建及分形维数的测量*王怀文1,周宏伟1,谢和平1,2,左建平1,李艳杰1(1.中国矿业大学(北京)岩石力学与分形研究所,北京100083;2.四川大学,成都610065)摘要:基于数字散斑相关方法,利用扫描电镜立体对技术和计算机视觉方法实现了物体表面的三维重建,讨论了影响其精度的原因,并且利用分形理论对表面的三维形貌进行了定量分析,由立方体覆盖法得到了三维形貌的分形维数。

作为应用的实例,将该方法应用到岩石断口的三维重建中,得到了重建后的高度云图和分形维数。

结果表明,利用扫描电镜立体对技术对断口表面进行三维重构并进行分形维数的计算是一种行之有效的断口定量分析方法。

这为研究材料断裂的微观机理、断裂过程和断裂性质等问题提供了一种途径。

关键词:扫描电镜;三维重建;分形维数;数字相关方法中图分类号:O348文献标识码:A0引言三维重建是计算机视觉领域中的一个重要研究方向,主要是由两幅或者多幅两维图像恢复物体的三维几何形貌。

目前由两个普通摄像机分别获取的两维图像进行三维重建的技术已经比较成熟[1],扫描电镜下的三维重建也在20世纪90年代开始起步并得到发展[2,3]。

由于SEM具有分辨率高、景深大和可以直接观察试样等特点,特别适合于对断口进行分析研究,从而使显微断口SEM成像技术成为一种广泛用于研究断裂的方法。

但是,扫描电镜的成像技术是将立体的景物经过透视投影在二维平面上,损失了景物的深度信息,这给断口图像的平面分析带来很大的局限性。

为了得到断口图像完整的三维信息,在SEM下进行断口的三维重建具有较大的实用性。

定量的断口分析可以为揭示断裂微观机理、断裂过程和断裂性质等问题提供可靠的依据,从而更好地研究材料和零部件的失效。