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 28976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...
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。
基(ji)於(yu)軟(ruan)件(jian)的(de)技(ji)術(shu)可(ke)以(yi)提(ti)供(gong)一(yi)種(zhong)提(ti)高(gao)分(fen)辨(bian)率(lv)的(de)策(ce)略(lve),這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)降(jiang)低(di)了(le)對(dui)硬(ying)件(jian)和(he)成(cheng)本(ben)的(de)要(yao)求(qiu),在(zai)未(wei)來(lai)可(ke)能(neng)會(hui)受(shou)到(dao)更(geng)廣(guang)泛(fan)的(de)關(guan)注(zhu)。此(ci)外(wai),算(suan)法(fa)的(de)進(jin)步(bu)和(he)計(ji)算(suan)能(neng)力(li)的(de)大(da)幅(fu)提(ti)高(gao),基(ji)於(yu)軟(ruan)件(jian)的(de)方(fang)法(fa)也(ye)比(bi)過(guo)去(qu)更(geng)為(wei)實(shi)用(yong)。
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,huidaozhishicetuxiangshizhenhuomohu。shicetuxiangkebeishiweizhenshituxianghediankuosanhanshudejuanji。ruguonenghuozhidiankuosanhanshuheshicedetuxiang,tongguoqujuanjikeyihaiyuanqingxidezhenshituxiang。zhegeguochengyebeichengweituxiangxiufu(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。
suizheduituxiangxiufusuanfayanjiudeshenruhejisuannenglidezengqiang,zaidianjingtuxiangxiufushangyechuxianlehenduoxindejiqixuexisuanfa。youxiewenxianduibihepinggulejinnianlaidegezhongdianjingtuxiangxiufusuanfa,renweituxiangzhongdezaoshenghemohutongguoheshidesuanfachulishikeceliang、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、二(er)次(ci)電(dian)子(zi)和(he)透(tou)射(she)電(dian)子(zi)圖(tu)像(xiang)的(de)分(fen)辨(bian)率(lv)和(he)質(zhi)量(liang),同(tong)時(shi)還(hai)能(neng)夠(gou)將(jiang)像(xiang)散(san)和(he)離(li)焦(jiao)的(de)圖(tu)像(xiang)進(jin)行(xing)修(xiu)複(fu)。加(jia)之(zhi)電(dian)鏡(jing)圖(tu)像(xiang)是(shi)數(shu)字(zi)化(hua)形(xing)式(shi)處(chu)理(li)和(he)存(cun)儲(chu)的(de),可(ke)以(yi)選(xuan)擇(ze)數(shu)字(zi)圖(tu)像(xiang)處(chu)理(li)技(ji)術(shu)降(jiang)低(di)噪(zao)聲(sheng)。
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,在掃描電鏡zhongquedingdiankuozhanhanshudekunnanhaihenda。wenxianzhongdechenggongyingyonghaijiaoshaodijuxianzaixingmaohechengfenjiaojiandandeyangpinzhong。erqie,xianzaituxiangxiufudeyingyonganlihaijiaoshao,xiufudefangfajiaofansuo,suanfahaiyouhendatishengkongjian。
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