掃描電子顯微鏡借助算法提高分辨率
分類:公司新聞 發布時間:2024-01-03 29949次瀏覽
掃描電子顯微鏡的分辨率取得了重大進步,已進入亞納米級,這在很大程度上歸功於硬...
西安掃描電子顯微鏡的分辨率取得了重大進步,已進入亞納米級,這在很大程度上歸功於硬件的改進,如更亮的場發射電子源,更好的電子光學設計(如單色器、像差矯正和減速技術等),更高效的探測器,以及更好的真空和更穩定的樣品台。分辨率提升的效果顯而易見,但是也通常伴隨著複雜性和成本的顯著增加。

從cong電dian子zi光guang學xue上shang考kao量liang,硬ying件jian進jin步bu的de基ji本ben原yuan理li是shi持chi續xu減jian小xiao束shu斑ban以yi帶dai來lai更geng好hao的de分fen辨bian率lv,同tong時shi不bu過guo於yu犧xi牲sheng束shu流liu。為wei獲huo得de更geng好hao的de信xin噪zao比bi,有you時shi還hai要yao增zeng加jia累lei計ji時shi間jian。但dan這zhe些xie措cuo施shi仍reng有you許xu多duo限xian製zhi。首shou先xian,亮liang度du方fang程cheng反fan映ying出chu的de束shu流liu和he束shu斑ban的de矛mao盾dun沒mei有you得de到dao根gen本ben解jie決jue,束shu流liu本ben身shen也ye難nan以yi同tong時shi兼jian顧gu襯chen度du閾yu值zhi和he分fen辨bian率lv。其qi次ci,當dang麵mian對dui生sheng物wu樣yang品pin等deng電dian子zi束shu敏min感gan樣yang品pin時shi,通tong過guo增zeng加jia駐zhu留liu時shi間jian來lai改gai善shan圖tu像xiang的de信xin噪zao比bi的de做zuo法fa可ke能neng導dao致zhi樣yang品pin漂piao移yi,汙wu染ran和he損sun傷shang。
jiyuruanjiandejishukeyitigongyizhongtigaofenbianlvdecelve,zhezhongfangfajiangdileduiyingjianhechengbendeyaoqiu,zaiweilaikenenghuishoudaogengguangfandeguanzhu。ciwai,suanfadejinbuhejisuannenglidedafutigao,jiyuruanjiandefangfayebiguoqugengweishiyong。
在(zai)電(dian)子(zi)光(guang)學(xue)中(zhong),理(li)想(xiang)物(wu)點(dian)尺(chi)寸(cun)因(yin)衍(yan)射(she)及(ji)其(qi)他(ta)像(xiang)差(cha)的(de)存(cun)在(zai)而(er)擴(kuo)展(zhan),再(zai)考(kao)慮(lv)到(dao)電(dian)子(zi)束(shu)與(yu)樣(yang)品(pin)作(zuo)用(yong)後(hou)各(ge)種(zhong)信(xin)號(hao)溢(yi)出(chu)後(hou)的(de)空(kong)間(jian)分(fen)布(bu),這(zhe)些(xie)因(yin)素(su)導(dao)致(zhi)信(xin)號(hao)電(dian)子(zi)分(fen)布(bu)在(zai)一(yi)個(ge)較(jiao)廣(guang)的(de)範(fan)圍(wei),而(er)不(bu)再(zai)單(dan)純(chun)反(fan)映(ying)局(ju)域(yu)的(de)信(xin)息(xi)。當(dang)信(xin)號(hao)電(dian)子(zi)的(de)空(kong)間(jian)分(fen)布(bu)遠(yuan)超(chao)出(chu)樣(yang)品(pin)像(xiang)素(su)大(da)小(xiao),這(zhe)會(hui)導(dao)致(zhi)圖(tu)像(xiang)中(zhong)嚴(yan)重(zhong)的(de)像(xiang)素(su)重(zhong)疊(die)和(he)模(mo)糊(hu)。
從光學和信息論的角度看,這些造成模糊的因素可以被視為點擴散函數(Point spread function,PSF)。當相平麵沒有任何樣品時,PSF可以被認為是垂直於電子束軸的聚焦麵上電子的空間分布;當測試樣品時,再將形貌因素、信號電子的溢出區和空間分布考慮進去,得到電子束的空間分布曲線。所以PSF跟電子光學係統和樣品都有關。
理想的PSF應該盡可能小,但現實中的成像係統具有不理想的PSF,會(hui)導(dao)致(zhi)實(shi)測(ce)圖(tu)像(xiang)失(shi)真(zhen)或(huo)模(mo)糊(hu)。實(shi)測(ce)圖(tu)像(xiang)可(ke)被(bei)視(shi)為(wei)真(zhen)實(shi)圖(tu)像(xiang)和(he)點(dian)擴(kuo)散(san)函(han)數(shu)的(de)卷(juan)積(ji)。如(ru)果(guo)能(neng)獲(huo)知(zhi)點(dian)擴(kuo)散(san)函(han)數(shu)和(he)實(shi)測(ce)的(de)圖(tu)像(xiang),通(tong)過(guo)去(qu)卷(juan)積(ji)可(ke)以(yi)還(hai)原(yuan)清(qing)晰(xi)的(de)真(zhen)實(shi)圖(tu)像(xiang)。這(zhe)個(ge)過(guo)程(cheng)也(ye)被(bei)稱(cheng)為(wei)圖(tu)像(xiang)修(xiu)複(fu)(Image restoration)。但是點擴散函數測量難度較高,反卷積會增加噪聲和偽影。
隨sui著zhe對dui圖tu像xiang修xiu複fu算suan法fa研yan究jiu的de深shen入ru和he計ji算suan能neng力li的de增zeng強qiang,在zai電dian鏡jing圖tu像xiang修xiu複fu上shang也ye出chu現xian了le很hen多duo新xin的de機ji器qi學xue習xi算suan法fa。有you些xie文wen獻xian對dui比bi和he評ping估gu了le近jin年nian來lai的de各ge種zhong電dian鏡jing圖tu像xiang修xiu複fu算suan法fa,認ren為wei圖tu像xiang中zhong的de噪zao聲sheng和he模mo糊hu通tong過guo合he適shi的de算suan法fa處chu理li是shi可ke測ce量liang、可消除的。大部分方法需要測量或估算PSF,不少文獻給出了PSE的測量方法。然後結合算法如維納濾波、貝葉斯方法等對圖像進行修複。
PSF方fang法fa結jie合he貝bei葉ye斯si方fang法fa可ke以yi在zai銳rui化hua圖tu像xiang的de同tong時shi不bu引yin入ru偽wei像xiang。圖tu像xiang的de修xiu複fu降jiang低di了le成cheng像xiang對dui束shu斑ban的de要yao求qiu,大da束shu斑ban也ye可ke以yi形xing成cheng清qing晰xi的de圖tu像xiang。通tong過guo圖tu像xiang修xiu複fu,碳tan膜mo上shang金jin納na米mi顆ke粒li在zai低di加jia速su電dian壓ya非fei減jian速su模mo式shi時shi,可ke以yi實shi現xian減jian速su模mo式shi或huo者zhe高gao加jia速su電dian壓ya的de圖tu片pian效xiao果guo。
PSF並結合去卷積的方法,提高各種類型電鏡的背散射電子、ercidianzihetoushedianzituxiangdefenbianlvhezhiliang,tongshihainenggoujiangxiangsanhelijiaodetuxiangjinxingxiufu。jiazhidianjingtuxiangshishuzihuaxingshichulihecunchude,keyixuanzeshuzituxiangchulijishujiangdizaosheng。
在某些條件下,光鏡和透射電鏡的PSF受影響因素較少,可以較簡單地從成像過程的物理定律中算出。但是由電子在樣品內部的多次散射,在西安掃描電鏡中(zhong)確(que)定(ding)點(dian)擴(kuo)展(zhan)函(han)數(shu)的(de)困(kun)難(nan)還(hai)很(hen)大(da)。文(wen)獻(xian)中(zhong)的(de)成(cheng)功(gong)應(ying)用(yong)還(hai)較(jiao)少(shao)地(di)局(ju)限(xian)在(zai)形(xing)貌(mao)和(he)成(cheng)分(fen)較(jiao)簡(jian)單(dan)的(de)樣(yang)品(pin)中(zhong)。而(er)且(qie),現(xian)在(zai)圖(tu)像(xiang)修(xiu)複(fu)的(de)應(ying)用(yong)案(an)例(li)還(hai)較(jiao)少(shao),修(xiu)複(fu)的(de)方(fang)法(fa)較(jiao)繁(fan)瑣(suo),算(suan)法(fa)還(hai)有(you)很(hen)大(da)提(ti)升(sheng)空(kong)間(jian)。
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