随着半导体、纳米功能材料、生物、化工、食品、医药等研究深入到纳米尺度,作为纳米检测和纳米加工的重要工具,原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)因其分辨率高、重复性好与可控性强的特点,在纳米研究领域获得了大量的实际应用。AFM观测与操作的作用机理是将探针针尖作为终端执行器,通过与样品表面之间的相互作用力对感兴趣区域进行高分辨率观测和高精度操作。由于AFM在扫描图像中存在一些不确定因素,诸如探针驱动器PZT非线性、系统温漂以及探针针尖展宽效应等因素的影响,导致AFM图像精度达不到理想要求,扫描图像与被扫描样本真实形貌不完全一致,严重制约了 AFM在纳米操作领域的应用。AFM图像是探针针尖和样品表面相互作用的结果,原子力显微镜测量不确定度主要来自于针尖形貌不确定度。因此,本文针对探针针尖形貌及探针针尖展宽效应引起的AFM图像失真问题进行AFM图像重构研究。研究内容如下:本文针对探针针尖形貌不精确的问题,开展基于数学形态学的盲建模方法探针模型重构研究,针对盲建模方法计算复杂、运算时间长、建模效率低等问题,提出一种可提高运算速度与精度的探针盲建模算法精确建立探针针尖形貌,从而有效地应用于AFM成像的修正和重构。针对探针针尖展宽效应这一问题,提出一种基于Lucy-Richardson(L-R)算法的AFM图像重构算法,改善因探针针尖问题导致的扫描图像膨胀问题,并对L-R算法存在的收敛速度慢、放大噪声的问题,采用一种新的算法—加速正则化L-R复原算法。该算法采用矢量外推方法提高算法的收敛速度,同时通过正则化处理分离原L-R算法迭代过程中的噪声残差对噪声进行处理,从而弥补原L-R算法存在的缺陷,并经实验验证重构后纳米颗粒的形貌更接近于生产厂家提供的纳米颗粒形貌参数,有效降低了探针针尖展宽效应对于AFM扫描操作的影响,重构后图像具有较好的图像精度,具有实际应用的价值。