AFM數(shù)據(jù)處理方法

現(xiàn)今市面上不同商家多種型號AFM設(shè)備并存，然而各自支持?jǐn)?shù)據(jù)格式卻不盡統(tǒng)一，這對AFM用戶進(jìn)行后期數(shù)據(jù)分析處理難免造成一些困擾。在此，謹(jǐn)整理一些不同的AFM數(shù)據(jù)后期處理方法，以方便有需求者。（需要說明的是，在此列舉的實(shí)例雖然受限于相關(guān)設(shè)備軟件，但其想法可推廣于其他AFM設(shè)備甚至其他掃描類顯微鏡如SPM、LSM等。）

01 設(shè)備配套后處理軟件（AFM數(shù)據(jù)處理方法）

一些成熟的AFM設(shè)備除了配備相應(yīng)的掃描控制軟件之外，還會配備專有的圖像后處理軟件，比如Bruker公司AFM設(shè)備往往配備掃描控制軟件Nanoscope及圖像后處理軟件Nanoscope Analysis，用戶可在相應(yīng)圖像處理軟件完成一些基本的圖像處理操作如校平、3D視圖、截面分析、濾波除燥、統(tǒng)計分析、頻域分析、圖像輸出等。

圖一：Nanoscope Analysis 1.5圖像處理軟件界面（AFM數(shù)據(jù)處理方法）

然而，此類軟件往往因設(shè)備商本身能力不同而導(dǎo)致質(zhì)量層次不齊、功能受限，且由于往往跟隨AFM控制器配備不提供公開版本而不便于用戶隨時隨地多終端使用。同時，如果用戶數(shù)據(jù)來源于多種設(shè)備，則對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范的處理將遭遇困難。

02 通用圖像處理軟件（AFM數(shù)據(jù)處理方法）

針對不同廠商設(shè)備數(shù)據(jù)格式相互不兼容以及設(shè)備配套處理軟件功能受限的問題，一個比較可行的解決方案是采用通用的圖像處理軟件。在此，推薦一款優(yōu)秀的掃描類顯微鏡圖像處理軟件——Gwyddion。Gwyddion是一款開源免費(fèi)的通用掃描類顯微鏡圖像處理軟件，體量小巧、小小界面整合十分全面的處理工具，基本能滿足AFM數(shù)據(jù)后期處理的幾乎所有基本需求。

另外，Gwyddion具備數(shù)據(jù)格式自動檢測功能，支持多種主流掃描類顯微鏡設(shè)備數(shù)據(jù)格式，如圖二為Gwyddion主界面及其數(shù)據(jù)打開對話框。

圖二：Gwyddion主界面及其數(shù)據(jù)打開對話框（AFM數(shù)據(jù)處理方法）

03 基于其他商業(yè)數(shù)學(xué)軟件的圖像處理（AFM數(shù)據(jù)處理方法）

盡管諸如Gwyddion等圖像處理軟件已經(jīng)足夠強(qiáng)大，但其并不能完全支持所有數(shù)據(jù)格式，同時其并不允許用戶對數(shù)據(jù)進(jìn)行真正隨心所欲的分析處理。為此，獲取AFM圖像所包含的所有“數(shù)據(jù)”，并用數(shù)學(xué)計算的方式進(jìn)行圖像處理成為必需。在此，介紹利用商業(yè)數(shù)學(xué)軟件Matlab對AFM數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理的方法。

圖三：在Nanoscope中將感興趣的曲線轉(zhuǎn)存為XZ文本數(shù)據(jù)格式（AFM數(shù)據(jù)處理方法）

圖四：在Nanoscope中將感興趣的圖像轉(zhuǎn)存為XYZ文本數(shù)據(jù)格式（AFM數(shù)據(jù)處理方法）

圖五：利用Gwyddion將AFM圖像轉(zhuǎn)存為XYZ型文本數(shù)據(jù)文件（AFM數(shù)據(jù)處理方法）

經(jīng)過轉(zhuǎn)存的XY、XYZ型文本數(shù)據(jù)文件便可直接導(dǎo)入Matlab（去除表頭）進(jìn)行強(qiáng)大的后期處理。如圖六、圖七分別為經(jīng)過轉(zhuǎn)存后的XY型數(shù)據(jù)及Matlab導(dǎo)入的XYZ型數(shù)據(jù)。

圖六：曲線經(jīng)過轉(zhuǎn)存后的XY型數(shù)據(jù)文本文件（AFM數(shù)據(jù)處理方法）

圖七：用Matlab導(dǎo)入XYZ型數(shù)據(jù)文件（AFM數(shù)據(jù)處理方法）

而在將數(shù)據(jù)成功導(dǎo)入Matlab之后，便可結(jié)合Matlab強(qiáng)大的圖像處理能力隨心所欲地對圖像進(jìn)行分析操作，如圖八顯示的是簡單的三維曲面繪圖。

以上便是一些對AFM數(shù)據(jù)進(jìn)行后期處理的不同方法的簡單描述，希望能對有需求者提供一定幫助。