纳米材料的移动目标位置的深度信息获取方法及系统

摘要

本发明公开一种纳米材料的移动目标位置的深度信息获取方法及系统。所述方法应用于纳米操作系统；所述纳米操作系统包括电子显微镜；所述纳米操作系统的操作器与所述目标位置所处平面的垂线形成夹角；所述方法包括：在深度方向上移动所述操作器；通过所述电子显微镜获取所述操作器的末端的俯视平面图像信息；监测所述操作器的末端在所述俯视平面图上的移动方向；判断所述移动方向是否发生改变，得到第一判断结果；当所述第一判断结果表示所述移动方向发生改变时，获取所述操作器的末端的第一深度方向位置信息作为所述纳米材料的移动目标位置的深度信息。采用本发明的方法及系统，能够准确获取纳米材料的移动目标位置的深度信息。

说明书

技术领域

本发明涉及精确控制领域，特别是涉及纳米材料的移动目标位置的深度信 息获取方法及系统。

背景技术

随着纳米技术的迅速发展，对于纳米尺度的物体(纳米材料)的操作的精 确性的要求也越来越高。在对纳米材料进行操作时，需要通过纳米操作系统将 纳米材料(如纳米线，纳米管，纳米粒子和纳米球)移动到预先指定的位置。 由于使用纳米操作系统时，必须首先将对纳米材料在三维空间移动的距离信息 输入纳米操作系统，纳米操作系统才能根据输入的距离信息对纳米材料进行精 确的移动，所以在使用纳米操作系统对纳米材料进行移动之前，首先要获取纳 米材料的移动目标位置的深度信息。

但是，现有技术中还没有一种行之有效的纳米材料的移动目标位置的深度 信息获取方法，对于纳米材料在深度方向(Z方向)上的操作主要取决于操作 者的经验。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳米材料的移动目标位置的深度信息获取方法 及系统，能够准确获取纳米材料在深度方向上的位置信息。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种纳米材料的移动目标位置的深度信息获取方法，应用于纳米操作系 统；所述纳米操作系统包括电子显微镜；所述纳米操作系统的操作器与所述目 标位置所处平面的垂线形成夹角；

所述方法包括：

在深度方向上移动所述操作器；

通过所述电子显微镜获取所述操作器的末端的俯视平面图像信息；

监测所述操作器的末端在所述俯视平面图上的移动方向；

判断所述移动方向是否发生改变，得到第一判断结果；

当所述第一判断结果表示所述移动方向发生改变时，获取所述操作器的末 端的第一深度方向位置信息作为所述纳米材料的移动目标位置的深度信息。

优选的，所述判断所述移动方向是否发生改变，包括：

记录上一时刻所述操作器的末端的移动方向；

获取当前时刻所述操作器的末端的移动方向；

判断当前时刻所述操作器的末端的移动方向是否与上一时刻的移动方向 相反。

优选的，所述方法还包括：

当所述移动方向发生改变后，在深度方向上沿相反方向移动所述操作器；

判断所述移动方向是否发生二次改变，得到第二判断结果；

当所述第二判断结果表示所述移动方向发生改变时，获取所述操作器的末 端的第二深度方向位置信息；

根据所述第一深度方向位置信息与所述第二深度方向位置信息，计算平均 值，得到所述纳米材料的移动目标位置的深度信息。

优选的，通过所述电子显微镜获取所述操作器的末端的俯视平面图像信 息，包括：

通过所述电子显微镜获取设定区域的图像信息；

对所述图像信息进行高斯平滑滤波，自适应阈值，腐蚀和扩张处理；

高斯平滑滤波取出图像中噪声干扰

获取处理后的所述图像信息的图形轮廓，将所述图形轮廓的顶点作为所述 操作器的末端。

一种纳米材料的移动目标位置的深度信息获取系统，应用于纳米操作系 统；所述纳米操作系统包括电子显微镜；所述纳米操作系统的操作器与所述目 标位置所处平面的垂线形成夹角；

所述深度信息获取系统包括：

操作器移动单元，用于在深度方向上移动所述操作器；

图像信息获取单元，用于通过所述电子显微镜获取所述操作器的末端的俯 视平面图像信息；

移动方向监测单元，用于监测所述操作器的末端在所述俯视平面图上的移 动方向；

第一判断单元，用于判断所述移动方向是否发生改变，得到第一判断结果；

第一深度信息获取单元，用于当所述第一判断结果表示所述移动方向发生 改变时，获取所述操作器的末端的第一深度方向位置信息作为所述纳米材料的 移动目标位置的深度信息。

优选的，所述第一判断单元包括：

上一时刻移动方向记录子单元，用于记录上一时刻所述操作器的末端的移 动方向；

当前时刻移动方向记录子单元，用于获取当前时刻所述操作器的末端的移 动方向；

移动方向判断子单元，用于判断当前时刻所述操作器的末端的移动方向是 否与上一时刻的移动方向相反。

优选的，所述系统还包括：

反方向操作器移动单元，用于当所述移动方向发生改变后，在深度方向上 沿相反方向移动所述操作器；

第二判断单元，用于判断所述移动方向是否发生二次改变，得到第二判断 结果；

第二深度信息获取单元，用于当所述第二判断结果表示所述移动方向发生 改变时，获取所述操作器的末端的第二深度方向位置信息；

深度信息获取单元，用于根据所述第一深度方向位置信息与所述第二深度 方向位置信息，计算平均值，得到所述纳米材料的移动目标位置的深度信息。

优选的，所述图像信息获取单元包括：

图像信息获取子单元，用于通过所述电子显微镜获取设定区域的图像信 息；

图像信息处理子单元，用于对所述图像信息进行高斯平滑滤波，自适应阈 值，腐蚀和扩张处理；

操作器末端识别子单元，用于获取处理后的所述图像信息的图形轮廓，将 所述图形轮廓的顶点作为所述操作器的末端。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明的方法及系统，通过监测操作器的末端在电子显微镜的成像平面上 的运动方向，将操作器的末端在电子显微镜的成像平面上的运动方向发生改变 时，操作器的末端的深度信息作为纳米材料的移动目标位置的深度信息，能够 准确获取纳米材料的移动目标位置的深度信息。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施 例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是 本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性 的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的纳米材料的移动目标位置的深度信息获取方法实施例1的 流程图；

图2为操作器的末端未接触到目标位置平面时的电子显微镜成像示意图；

图3为操作器的末端接触到目标位置平面时的电子显微镜成像示意图；

图4为本发明的纳米材料的移动目标位置的深度信息获取方法实施例2的 流程图；

图5为本发明的判断移动方向是否发生改变的流程图；

图6为本发明通过电子显微镜获取操作器的末端的俯视平面图像信息的 流程图；

图7为本发明的纳米材料的移动目标位置的深度信息获取系统实施例1的 结构图；

图8为本发明的纳米材料的移动目标位置的深度信息获取系统实施例2的 结构图；

图9为本发明的第一判断单元结构图；

图10为本发明的图像信息获取单元结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清 楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是 全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造 性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和 具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明的纳米材料的移动目标位置的深度信息获取方法，应用于纳米操作 系统；所述纳米操作系统包括电子显微镜；所述纳米操作系统的操作器与所述 目标位置所处平面的垂线形成夹角。

图1为本发明的纳米材料的移动目标位置的深度信息获取方法实施例1 的流程图。如图1所示，该方法包括步骤：

S101：在深度方向上移动所述操作器；

S102：通过所述电子显微镜获取所述操作器的末端的俯视平面图像信息；

S103：监测所述操作器的末端在所述俯视平面图上的移动方向；

S104：判断所述移动方向是否发生改变，得到第一判断结果；

S105：当所述第一判断结果表示所述移动方向发生改变时，获取所述操作 器的末端的第一深度方向位置信息作为所述纳米材料的移动目标位置的深度 信息。

为了便于理解本发明的方法的原理，下面结合电子显微镜的成像原理进行 具体说明。

图2为操作器的末端未接触到目标位置平面时的电子显微镜成像示意图。

图2中示出了，成像平面101、扫描线圈102、物镜103、操作器104和目标 平面105。目标平面105是纳米材料需要移动到的位置。本发明的方法的原理 主要是通过操作器104与目标平面相接触时，将操作器104的末端的深度信息 作为纳米材料的移动目标位置的深度信息。

在起始位置处，操作器104的末端处于位置1处。当在深度方向上移动操 作器104后，操作器104的末端处于位置2处。由电子显微镜的成像原理可知， 当操作器104的末端处于位置1处时，操作器104的末端的光线通过物镜103 的主光轴后，将投射到成像平面101的1’位置处；当操作器104的末端处于位 置2处时，操作器104的末端的光线通过物镜103的主光轴后，将投射到成像 平面101的2’位置处。因此，以图2为例，在深度方向上向下移动所述操作器 104时，在电子显微镜处的成像平面上，可以看到操作器104的末端由1’移动 到2’，即图2中从右至左的方向。

图3为操作器的末端接触到目标位置平面时的电子显微镜成像示意图。由 电子显微镜的成像原理可知，当操作器104的末端处于位置3处(刚刚接触目 标平面105)时，操作器104的末端的光线通过物镜103的主光轴后，将投射 到成像平面101的3’位置处；当操作器104的末端处于位置4处(接触到目标 平面105后操作器104发生形变)时，操作器104的末端的光线通过物镜103 的主光轴后，将投射到成像平面101的4’位置处。

需要说明的是，操作器104之所以会发生形变，是因为：所述纳米操作系 统的操作器104与所述目标位置所处平面的垂线形成夹角，并且，操作器104 本身具有弹性。所以当操作器104接触到目标平面105后，如果继续向下移动 操作器104，操作器104就会发生形变，并且操作器104的末端会在目标平面 105上产生相对滑动。

因此，以图3为例，在深度方向上向下移动所述操作器104时，在电子显 微镜处的成像平面上，可以看到操作器104的末端由3’移动到4’，即图3中 从左至右的方向。

可以看出，在操作器的末端向目标平面移动，直至与目标平面发生接触， 再发生相对滑动的过程中，操作器的末端在电子显微镜的成像平面上的运动方 向会发生改变，并且，当操作器的末端刚好与目标平面相接触时，运动方向才 会发生改变。因此，本发明的方法通过监测操作器的末端在电子显微镜的成像 平面上的运动方向，将操作器的末端在电子显微镜的成像平面上的运动方向发 生改变时，操作器的末端的深度信息作为纳米材料的移动目标位置的深度信 息，能够准确获取纳米材料的移动目标位置的深度信息。

图4为本发明的纳米材料的移动目标位置的深度信息获取方法实施例2 的流程图。如图4所示，该方法包括步骤：

S401：在深度方向上移动所述操作器；

S402：通过所述电子显微镜获取所述操作器的末端的俯视平面图像信息；

S403：监测所述操作器的末端在所述俯视平面图上的移动方向；

S404：判断所述移动方向是否发生改变，得到第一判断结果；

S405：当所述第一判断结果表示所述移动方向发生改变时，获取所述操作 器的末端的第一深度方向位置信息作为所述纳米材料的移动目标位置的深度 信息；

S406：当所述移动方向发生改变后，在深度方向上沿相反方向移动所述操 作器；

S407：判断所述移动方向是否发生二次改变，得到第二判断结果；

S408：当所述第二判断结果表示所述移动方向发生改变时，获取所述操作 器的末端的第二深度方向位置信息；

S409：根据所述第一深度方向位置信息与所述第二深度方向位置信息，计 算平均值，得到所述纳米材料的移动目标位置的深度信息。

本实施例中，当操作器的末端在成像平面上的移动方向第一次发生改变之 后，向反方向移动操作器。容易明白，以图2、3为例，在操作器反方向移动 的过程中，操作器的末端在成像平面上将从位置4’移动到位置3’，再从位置2’ 移动到位置1’。操作器的末端在成像平面上的移动方向首先是从右至左，当操 作器的末端恰好离开目标平面后，操作器的末端在成像平面上的移动方向变为 由左至右。因此，操作器的末端在成像平面上的移动方向第二次发生改变时， 操作器末端所处的深度位置也是目标平面的深度位置。

本实施例中，对第一深度方向位置信息和第二深度方向位置信息求平均 值，将该平均值作为纳米材料的移动目标位置的深度信息，能够进一步提高纳 米材料的移动目标位置的深度信息的精度。

图5为本发明的判断移动方向是否发生改变的流程图。如图5所示，该流 程包括步骤：

S501：记录上一时刻所述操作器的末端的移动方向；

S502：获取当前时刻所述操作器的末端的移动方向；

S503：判断当前时刻所述操作器的末端的移动方向是否与上一时刻的移动 方向相反。

图6为本发明通过电子显微镜获取操作器的末端的俯视平面图像信息的 流程图。如图6所示，该流程包括步骤：

S601：通过所述电子显微镜获取设定区域的图像信息；

S602：对所述图像信息进行高斯平滑滤波，自适应阈值，腐蚀和扩张处理；

其中，高斯平滑滤波可以对图像进行噪声剔除，平滑处理，得到较好的图 像边缘；自适应阈值可以根据图像局部特点动态地调整其阈值，将图像转换为 黑白二值图像，得到比较理想的阈值化处理效果；腐蚀处理可以将二值化的图 像边缘的“毛刺”剔除掉；扩张处理是将图像的边缘扩大，其作用就是将腐蚀 后图像的边缘或者是内部的坑填掉，通常腐蚀和扩张两种方法可以交替使用。

S603：获取处理后的所述图像信息的图形轮廓，将所述图形轮廓的顶点作 为所述操作器的末端。

采用图6的流程，可以获取更加清晰的操作器的末端的俯视平面图像信 息。

本发明同时公开了一种纳米材料的移动目标位置的深度信息获取系统。所 述深度信息获取系统应用于纳米操作系统；所述纳米操作系统包括电子显微 镜；所述纳米操作系统的操作器与所述目标位置所处平面的垂线形成夹角。

图7为本发明的纳米材料的移动目标位置的深度信息获取系统实施例1 的结构图。如图7所示，该系统包括：

操作器移动单元701，用于在深度方向上移动所述操作器；

图像信息获取单元702，用于通过所述电子显微镜获取所述操作器的末端 的俯视平面图像信息；

移动方向监测单元703，用于监测所述操作器的末端在所述俯视平面图上 的移动方向；

第一判断单元704，用于判断所述移动方向是否发生改变，得到第一判断 结果；

第一深度信息获取单元705，用于当所述第一判断结果表示所述移动方向 发生改变时，获取所述操作器的末端的第一深度方向位置信息作为所述纳米材 料的移动目标位置的深度信息。

本发明的系统通过监测操作器的末端在电子显微镜的成像平面上的运动 方向，将操作器的末端在电子显微镜的成像平面上的运动方向发生改变时，操 作器的末端的深度信息作为纳米材料的移动目标位置的深度信息，能够准确获 取纳米材料的移动目标位置的深度信息。

图8为本发明的纳米材料的移动目标位置的深度信息获取系统实施例2 的结构图。如图8所示，该系统还包括：

反方向操作器移动单元801，用于当所述移动方向发生改变后，在深度方 向上沿相反方向移动所述操作器；

第二判断单元802，用于判断所述移动方向是否发生二次改变，得到第二 判断结果；

第二深度信息获取单元803，用于当所述第二判断结果表示所述移动方向 发生改变时，获取所述操作器的末端的第二深度方向位置信息；

深度信息获取单元804，用于根据所述第一深度方向位置信息与所述第二 深度方向位置信息，计算平均值，得到所述纳米材料的移动目标位置的深度信 息。

本实施例中，对第一深度方向位置信息和第二深度方向位置信息求平均 值，将该平均值作为纳米材料的移动目标位置的深度信息，能够进一步提高纳 米材料的移动目标位置的深度信息的精度。

图9为本发明的第一判断单元结构图。如图9所示，该第一判断单元包括：

上一时刻移动方向记录子单元901，用于记录上一时刻所述操作器的末端 的移动方向；

当前时刻移动方向记录子单元902，用于获取当前时刻所述操作器的末端 的移动方向；

移动方向判断子单元903，用于判断当前时刻所述操作器的末端的移动方 向是否与上一时刻的移动方向相反。

图10为本发明的图像信息获取单元结构图。如图9所示，该图像信息获 取单元包括：

图像信息获取子单元1001，用于通过所述电子显微镜获取设定区域的图 像信息；

图像信息处理子单元1002，用于对所述图像信息进行高斯平滑滤波，自 适应阈值，腐蚀和扩张处理；

操作器末端识别子单元1003，用于获取处理后的所述图像信息的图形轮 廓，将所述图形轮廓的顶点作为所述操作器的末端。

采用图10的结构，可以获取更加清晰的操作器的末端的俯视平面图像信 息。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术 语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定 要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而 且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含， 从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素， 而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、 物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一 个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者 设备中还存在另外的相同要素。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本 发明可借助软件加必需的硬件平台的方式来实现，当然也可以全部通过硬 件来实施，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发 明的技术方案对背景技术做出贡献的全部或者部分可以以软件产品的形式 体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁 碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机， 服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分 所述的方法。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是 与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于 实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较 简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施 例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的 一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变 之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。