【科研方法27】拿到AFM数据之后，应该怎样处理？

科研sci绘图 2022-05-19

现今市面上不同商家多种型号AFM设备并存，然而各自支持数据格式却不尽统一，这对AFM用户进行后期数据分析处理难免造成一些困扰。在此，谨整理一些不同的AFM数据后期处理方法，以方便有需求者。（需要说明的是，在此列举的实例虽然受限于相关设备软件，但其想法可推广于其他AFM设备甚至其他扫描类显微镜如SPM、LSM等。）

01 设备配套后处理软件

一些成熟的AFM设备除了配备相应的扫描控制软件之外，还会配备专有的图像后处理软件，比如Bruker公司AFM设备往往配备扫描控制软件Nanoscope及图像后处理软件Nanoscope Analysis，用户可在相应图像处理软件完成一些基本的图像处理操作如校平、3D视图、截面分析、滤波除燥、统计分析、频域分析、图像输出等。

图一：Nanoscope Analysis 1.5图像处理软件界面

然而，此类软件往往因设备商本身能力不同而导致质量层次不齐、功能受限，且由于往往跟随AFM控制器配备不提供公开版本而不便于用户随时随地多终端使用。同时，如果用户数据来源于多种设备，则对数据进行统一规范的处理将遭遇困难。

02 通用图像处理软件

针对不同厂商设备数据格式相互不兼容以及设备配套处理软件功能受限的问题，一个比较可行的解决方案是采用通用的图像处理软件。在此，推荐一款优秀的扫描类显微镜图像处理软件——Gwyddion。Gwyddion是一款开源免费的通用扫描类显微镜图像处理软件，体量小巧、小小界面整合十分全面的处理工具，基本能满足AFM数据后期处理的几乎所有基本需求。

另外，Gwyddion具备数据格式自动检测功能，支持多种主流扫描类显微镜设备数据格式，如图二为Gwyddion主界面及其数据打开对话框。

图二：Gwyddion主界面及其数据打开对话框

03 基于其他商业数学软件的图像处理

尽管诸如Gwyddion等图像处理软件已经足够强大，但其并不能完全支持所有数据格式，同时其并不允许用户对数据进行真正随心所欲的分析处理。为此，获取AFM图像所包含的所有“数据”，并用数学计算的方式进行图像处理成为必需。在此，介绍利用商业数学软件Matlab对AFM数据进行运算处理的方法。

在这一过程中，最为关键的步骤便是如何将AFM数据转存为Matlab能够识别的数据类型。为此，介绍两种AFM数据转存方法。

①利用设备配套软件将曲线或图像直接另存为Matlab能够识别的数据类型。比如图三、图四分别显示的是在Nanoscope Analysis中将感兴趣曲线、图像转存为XZ型和XYZ型的文本数据文件。

图三：在Nanoscope中将感兴趣的曲线转存为XZ文本数据格式

图四：在Nanoscope中将感兴趣的图像转存为XYZ文本数据格式

②利用通用图像处理软件也可以将曲线、图像转存为Matlab能够识别的XZ、XYZ型文本数据文件。如图五显示的即是利用Gwyddion将AFM数据转存为XYZ型文本数据文件。

图五：利用Gwyddion将AFM图像转存为XYZ型文本数据文件

经过转存的XY、XYZ型文本数据文件便可直接导入Matlab（去除表头）进行强大的后期处理。如图六、图七分别为经过转存后的XY型数据及Matlab导入的XYZ型数据。

图六：曲线经过转存后的XY型数据文本文件