扫描探针显微镜能实现样品表面形貌原子的成像以及纳米级的测量,在精密机械、材料科学、纳米技术和生物化学等基础领域得到了广泛的应用。然而在扫描过程中由温度变化等原因引起的漂移严重影响了扫描到的图像质量以及测量的精度。目前校正漂移的方法大都局限于对某一区域进行连续跟踪扫描,或者使用后处理的方法对采集到的图像进行漂移校正,限制了扫描探针显微镜实时获取低漂移图像的能力。为此,本论文提出了微相关导引扫描的方法,可以在扫描探针显微镜扫描的过程中进行实时的三维方向的漂移计算和补偿。本论文围绕所提出的微相关导引扫描方法,对其工作原理进行了理论研究,并使用MATLAB软件对工作过程进行了仿真验证和分析。使用LabVIEW虚拟仪器和MATLAB图像处理的混合编程实现了该方法在基于AFM的实验平台中的应用,并对使用该方法扫描得到的图像进行了对比和分析。论文的主要研究内容和创新点如下：(1)本论文对微相关导引扫描方法的工作原理进行了理论研究。该方法在扫描整个目标区域时,使用逐条窄带扫描的方式。相邻的两条窄带的扫描区域部分重复,并且慢轴扫描方向相反。对于横向漂移,每条窄带被人为分成若干个微块,每扫描完当前窄带的一个微块区域,使用与上条窄带中重叠区域的图像进行数字相关计算得到该微块的漂移量,并实时的补偿,实现对下一个微块的导引扫描。扫描完每条窄带后,使用每个微块的漂移校正图像中的横向漂移影响。竖向漂移对每条窄带的影响可以视为是线性的,使用拟合背景参考平面的方式进行校正。(2)本论文使用MATLAB软件对微相关导引扫描方法的可行性进行了仿真分析。在获取像素点的坐标时,加入随扫描时间变化的坐标偏移量来模拟扫描过程中漂移的影响。使用相关计算,可以准确的得到扫描过程中的人为设置的漂移量,误差与初始设置的漂移不超过0.5个像素点。通过得到的漂移量对扫描的图像进行漂移校正,恢复得到了和原始图像一样的图像,证明了该方法的可行性。通过仿真分析了窄带之间的重叠率和预设漂移速度对最终恢复的图像质量的影响,对于较大的漂移速度,需要使用较大的重叠率,而较大的重叠率会减小扫描区域的面积。(3)本论文在商用原子力显微镜的基础上搭建了实验平台,并通过LabVIEW和MATLAB混合编程的方式进行控制。LabVIEW程序连接NI的PCI-6024E板卡实现了对原子力显微镜横向x-y平面的驱动以及对垂直方向z轴高度数据的采集。LabVIEW程序内部嵌入的MATLAB代码可以方便灵活的对采集的高度数据进行整合得到图像。该控制方法实现了对原子力显微镜的基本控制,为微相关导航扫描方法在原子力显微镜的应用打下了基础。(4)本论文还对电压驱动带来的压电陶瓷迟滞和漂移补偿带来的漏扫描的问题进行了研究。建立了压电陶瓷管的正弦迟滞模型,并使用图像校正的方法消除掉大部分的迟滞的影响。未消除的较小的残余迟滞,和漂移一起在扫描过程中使用相关计算的方法得到,并进行校正。针对漏扫描问题,提出了“虚偏移”的思想,即在实际扫描过程中,每次扫描稍大区域的一整条窄带,根据漂移量的大小来选择微块在扫描的窄带中的位置,并通过进行相关计算得到漂移量,来导引下一个微块在窄带中的位置。每条窄带累积的漂移在窄带扫描完成后校正。通过这种方式,既可以保证扫描的图像中没有蠕变的影响,而且那些原本被漏扫描的区域也包含在整个窄带中,进行漂移校正后可以得到完整的没有畸变的图像。(5)本论文在原子力显微镜中实现了微相关导引扫描方法并扫描得到了图像。使用蓝光光盘样品,扫描了15条160×1000的窄带,并组合成了一幅720x1000的图像。使用多项式和一阶正弦函数来拟合总漂移量趋势中漂移和残余迟滞的影响,得到了第一条窄带的漂移速度,并用来校正整个图像中第一条窄带的漂移畸变。与传统光栅式扫描方法得到的图像对比,该方法扫描得到的图像表现出了更小的漂移和迟滞影响,基于图像的测量误差小于1.5%。基于以上研究,本论文提出和实现的微相关导引扫描方法可以很好的解决扫描探针显微镜扫描过程中的三维方向的漂移问题。由于实现了扫描过程中的漂移计算和补偿,该方法可以在纳米的精度下扫描大范围的图像,对于扩展扫描探针显微镜扫描的应用具有一定的理论价值和实用意义。