專利名稱：一種透射電鏡數(shù)字圖象接收處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種透射電鏡數(shù)字圖象接收處理系統(tǒng)。
當(dāng)今世界正進(jìn)入信息時代，以數(shù)字化、計算機(jī)、通訊、電視、多媒體和網(wǎng)絡(luò)為主要特征的新的信息革命正在興起，作為光電傳感器的CCD攝像器件，在光電圖象信息獲取中起著極其重要的作用。
近十多年圖象處理和分析技術(shù)在透射電子顯微學(xué)中己獲得了迅速的發(fā)展，成為電子顯微學(xué)中的重要研究手段。安裝聯(lián)機(jī)的圖象處理和分析系統(tǒng)已成為現(xiàn)代先進(jìn)的電子顯微鏡的重要標(biāo)志。由于半導(dǎo)體集成技術(shù)的迅速發(fā)展，高密度、高質(zhì)量的電荷(光電)傳感器件CCD)的出現(xiàn)，使人們得到了小型的、可直接數(shù)字化圖象的探測元件，可制成供科研使用的數(shù)字化CCD攝像裝置，加之近幾年來計算機(jī)軟硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，使得透射電子顯微鏡完全可以實現(xiàn)聯(lián)機(jī)的數(shù)字圖象采集和各種后處理。
數(shù)字成象系統(tǒng)獲得的數(shù)字圖像，都可利用計算機(jī)對圖像文件進(jìn)行處理加工，這種處理加工與傳統(tǒng)照片相比，具有快捷、多樣、精確、功耗小的特點。在國外CCD數(shù)字成象系統(tǒng)在航天航空遙感、衛(wèi)星偵察、天文觀察、通訊、電影、電視、金融、醫(yī)療、印刷出版、公安保衛(wèi)、照相、電子、機(jī)械等各個領(lǐng)域己得到了廣泛的應(yīng)用。
國外主要的生產(chǎn)廠家均看好這個市場，涉足這一領(lǐng)域，如法國Soft ImagingSystem公司的產(chǎn)品MegaViewII己被日本電子公司生產(chǎn)的透射電鏡所采用。Gaten公司生產(chǎn)的791型，多速廣角CCD攝像機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計較為合理，受到歡迎，但是它必需配備APPLE公司Machintosh型計算機(jī)，不適合我國目前絕大多數(shù)實驗室都使用與IBM公司兼容的PC機(jī)的情況。
在我國國內(nèi)，現(xiàn)在雖有四百多臺透射電子顯微鏡，但配備數(shù)字圖象實時采集處理分析系統(tǒng)的透射電鏡只有2-3家。由于國外透射電鏡數(shù)字成像和處理分析系統(tǒng)產(chǎn)品的進(jìn)口價格昂貴，許多單位鑒于經(jīng)費的不足，難以承擔(dān)。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取以下設(shè)計方案一種透射電鏡數(shù)字圖象接收處理系統(tǒng)，是由加裝在透射電鏡柱體上的電光轉(zhuǎn)換裝置、CCD成象單元及單獨的計算機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)成，透射電鏡的透射電子輸出端接電光轉(zhuǎn)換裝置，該電光轉(zhuǎn)換裝置的輸出光信號傳送給CCD成象單元，獲得的圖象信息處理成視頻信號后經(jīng)A/D變換變成數(shù)字信號進(jìn)入幀存儲器儲存，再由顯示邏輯電路將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成視頻信號，實時顯示在計算機(jī)終端的熒光屏上，計算機(jī)信號輸出端接圖象輸出設(shè)備。
本實用新型的優(yōu)點是可以用較少的投入，使國內(nèi)現(xiàn)有的透射電鏡的接收系統(tǒng)，由單純的底片感光成像發(fā)展為目前國際上普遍采用的數(shù)字圖象實時采集處理成像，使其在圖象接收系統(tǒng)上達(dá)到與新一代電鏡水平同步，提高國內(nèi)電鏡的應(yīng)用水平。其完全可滿足國內(nèi)大部分電鏡用戶對圖像進(jìn)行實時收集、處理的要求，達(dá)到了投資少，經(jīng)濟(jì)實用、操作方便、效果顯著的目的，具有較大的經(jīng)濟(jì)價值和明顯的社會效益。
上述的透射電鏡可采用國內(nèi)八十年代以后進(jìn)口的各類型透射電鏡(只要有一個完好的鏡筒)。
所述的光電傳感器的CCD攝像器件，在光電圖象信息獲取中起著極其重要的作用。CCD光電傳感器具有以下主要的優(yōu)點高量子效率、優(yōu)異的電荷傳遞性、動態(tài)范圍寬、低噪音、重量輕、象素密度高和使用壽命長。CCD性能的主要指標(biāo)是它的分辨率，目前最高質(zhì)量的CCD器件的垂直和水平方向的像素點己分別達(dá)到3060和2036個光點。一幀畫面總的像素點超過6百萬個。像素點越多，圖像的保真度越高。CCD的面積也相當(dāng)重要，一般中等水平的CCD面積為1/9平方英寸，而高水平的為4/9平方英寸，即比1/9平方英寸面積大四倍。大的CCD面積能減少圖像的失真，獲得保真度更高的圖象。目前成熟的CCD技術(shù)，能提供十分優(yōu)質(zhì)的低干擾圖像。CCD器件的靈敏度是指單位成象表面照明強(qiáng)度引起的信號電壓大小，低照度CCD的極限靈敏度優(yōu)于0.02LX。
將特制的電光轉(zhuǎn)換裝置置于透射電鏡鏡筒內(nèi)，透過樣品的電子信號，通過該裝置轉(zhuǎn)換為光信號傳送到置于鏡筒外的CCD成象單元上，獲得圖像信息。其結(jié)構(gòu)較簡單，參見圖2，采用高級光學(xué)玻璃制成三角形棱鏡1，在其中一個直角面上蒸鍍導(dǎo)電膜2，在膜上制作一層熒光層3，在熒光層上再鍍導(dǎo)電膜4，然后再安裝進(jìn)一金屬框架中。由于有二層導(dǎo)電層，成功地解決了由于使用過程中電荷積累造成的放電現(xiàn)象。
在電鏡電子光學(xué)柱體上預(yù)留的的窗口處安裝電光轉(zhuǎn)換裝置和CCD成象單元，對透射電鏡本身結(jié)構(gòu)沒有任何改變，因為CCD單元在真空系統(tǒng)外，光學(xué)系統(tǒng)調(diào)焦操作很方便。
在電光轉(zhuǎn)換裝置和CCD成象單元部位采用嚴(yán)密的鉛屏蔽和鉛玻璃防護(hù)裝置，以確保操作人員的安全。
所述的控制系統(tǒng)(包含10bit RS-644/LVDS數(shù)字信號輸出)采用實時視頻控制，可以進(jìn)行快速TV掃描，各種透射電鏡圖象的視頻信號通過專用的圖像卡(型號Viper-Digital)實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，變成數(shù)字信號，進(jìn)入幀存貯器貯存；再由顯示邏輯電路，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成視頻信號，實時顯示在電腦終端的熒光屏上。另一方面為了實現(xiàn)部分慢掃描功能，提高圖象的靈敏度和襯度；還采用了信號積累電路，作為獨立的控制扳，與計算機(jī)主板相連接，從而通過計算機(jī)軟件(參見圖2)，調(diào)控CCD單元的驅(qū)動電路，改變采樣的時間間隔，在低照度情況下，電荷讀取的速度越慢，其數(shù)字化就越精確。實現(xiàn)信號積累，積累時間可在40ms-1min的時間段中任意調(diào)節(jié)，以增強(qiáng)信號，而獲得滿意的圖象，這樣即可達(dá)到與慢掃描方式的CCD系統(tǒng)相仿的效果。但由于采用的結(jié)構(gòu)比后者簡單，成本比慢掃描方式降低很多，維修也方便，所以更適合我國的實際情況。(此為現(xiàn)有技術(shù)，本文中不詳述)。
本實用新型透射電鏡數(shù)字圖象接收處理系統(tǒng)的計算機(jī)控制軟件功能框圖參見圖3.其主要功能概述如下1)圖象的采集，積累，存貯，打印功能。
2)電子衍射花樣標(biāo)定，采用Visual Basic編程語言獨立研制和開發(fā)了電子衍射花樣的晶體學(xué)標(biāo)定程序，無論對單晶樣品，還是對粉末或多晶樣品，都可對樣品的電子衍射花樣進(jìn)行在線實時標(biāo)定；整個程序具有界面清楚，簡潔，操作靈活方便，易學(xué)易用的特點。
3)粉末顆粒粒度分析配置了粉末顆粒的分析程序(可分析粉末顆粒樣品中顆粒的粒徑、面積，分布的面密度等近二十個參數(shù))。對獲得的數(shù)據(jù)可按需要隨時打印，還可畫出輪廓圖、直方圖，用更直觀的方式來表達(dá)數(shù)據(jù)。其與直接測量底片獲得的數(shù)據(jù)相比誤差不超過5％。分析的準(zhǔn)確度，完全能滿足一般粒度分析的需要。
4)圖象的富利葉變換配置有圖象的富利葉變換程序(FFT)任何射線在物體中的衍射行為都可用傅里葉積分來描述，在電子衍射現(xiàn)象的光學(xué)衍射理論中也適用。它給出電荷密度為ρ(r)的物體的散射振幅F(s)，傅里葉積分具有可逆性，即給出F(s)函數(shù)后，可以通過傅里葉逆變換得到ρ(r)。如ρ(r)是晶體的電荷密度，是一個三維周期函數(shù)，ρ(r)的峰給出原子的位置。則傅里葉逆變換是一個傅里葉級數(shù)。傅里葉合成就是把這個級數(shù)中各項代表的諧波疊加起來。形成在倒易空間的象。所以利用傅里葉變換可將高分辨的象空間的圖象變換成衍射空間圖象，同時，利用富利葉逆變換，可將衍射空間圖象轉(zhuǎn)回象空間圖象，在此過程中可以利用象處理技術(shù)，降低噪聲，提高所得高分辨圖象的質(zhì)量。
在計算機(jī)型號的選擇方面，選擇在國內(nèi)量大面廣的主流機(jī)型，既可滿足數(shù)字成象系統(tǒng)的需要，同時還可進(jìn)行其他的數(shù)據(jù)處理和承擔(dān)日常的辦公自動化的工作，做到一機(jī)多用。
本實用新型技術(shù)方案解決透射電鏡圖象的獲取和信號的數(shù)字化?？紤]到我國的具體情況，采用的技術(shù)路線是以TV掃描方式為主，通過控制信號積累，使它具有部分慢掃描的功能，這樣做既能進(jìn)行動態(tài)的實時觀察，對動態(tài)過程可以進(jìn)行連續(xù)追蹤分析研究，也能在弱信號下工作，通過信號積累，構(gòu)成像質(zhì)良好的圖像，盡可能滿足了我國大多數(shù)透射電鏡不同研究工作的實際需要。
本實用新型透射電鏡數(shù)字圖象接收處理系統(tǒng)可以對圖象進(jìn)行實時處理和分析，迅速地獲得定量數(shù)據(jù)和高質(zhì)量的圖象。在透射電鏡上實現(xiàn)了圖象通過CCD系統(tǒng)直接在電腦的熒光屏上顯示，全部圖象和數(shù)據(jù)形成數(shù)字化信息，可在磁存貯介質(zhì)(硬磁盤、軟磁盤)、光存貯介質(zhì)(可擦寫光盤)上存貯和讀取調(diào)用，方便快捷，容量幾乎無限制。計算機(jī)信號輸出端同時也可接圖象輸出設(shè)備，所述的圖象輸出設(shè)備為打印機(jī)，而不是常軌的攝影底片，圖象通過高分辨的打印機(jī)輸出，可獲得與照片同樣的效果。實現(xiàn)了電子顯微鏡圖象獲取方式的飛躍。節(jié)約大量的感光材料和顯影，定影的化學(xué)藥品、相紙等。有利于節(jié)省資源和減少對環(huán)境的污染。如對電子衍射花樣實現(xiàn)在線實時分析標(biāo)定。原先從照相、洗相，到分析標(biāo)定完成大約需2天時間，現(xiàn)在電子衍射花樣顯示在電腦上，調(diào)用本實用新型電子衍射花樣標(biāo)定程序，瞬間(約幾分鐘)就可獲得分祈結(jié)果，大大提高了工作效率。
對只能承受弱電子束照射的不耐電子輻照的樣品和透射電子較弱的較厚樣品的觀察，在電鏡熒光屏上成像的亮度都較低，調(diào)焦很困難?，F(xiàn)在通過積累方式，使信號得到增強(qiáng)，可以在顯示器熒光屏上得到比電鏡熒光屏放大倍數(shù)更大和更清晰的圖象，便于高分辨圖象拍攝時調(diào)焦。該成象系統(tǒng)較之傳統(tǒng)的底片拍攝放大5倍，給電鏡的操作和調(diào)焦帶來很大的方便。整個裝置不影響透射電鏡原有的任何功能，對原電鏡的改動減到了最小。
由于全部數(shù)據(jù)和信息都是數(shù)字化的，可以通過Internet網(wǎng)，與有關(guān)協(xié)作的科研學(xué)術(shù)單位，在網(wǎng)上直接進(jìn)行國內(nèi)外遠(yuǎn)程信息交流，隨時進(jìn)行異地分析討論，適應(yīng)了信息時代的要求。
權(quán)利要求1.一種透射電鏡數(shù)字圖象接收處理系統(tǒng)，由透射電鏡、電光轉(zhuǎn)換裝置、CCD成象單元及單獨的控制系統(tǒng)構(gòu)成。其特征在于在透射電鏡電子光學(xué)柱體上安裝電光轉(zhuǎn)換裝置、CCD成象單元，透射電鏡的透射電子輸出端接電光轉(zhuǎn)換裝置，該電光轉(zhuǎn)換裝置的輸出光信號傳送給CCD成象單元，獲得的圖象信息經(jīng)A/D變換變成數(shù)字信號進(jìn)入楨存儲器儲存，再由顯示邏輯電路將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成視頻信號，實時顯示在計算機(jī)終端的熒光屏上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透射電鏡數(shù)字圖象接收處理系統(tǒng)，其特征在于所述的電光轉(zhuǎn)換裝置置于透射電鏡鏡筒內(nèi)，CCD成象單元置于透射電鏡鏡筒外。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透射電鏡數(shù)字圖象接收處理系統(tǒng)，其特征在于所述的計算機(jī)信號輸出端同時接圖象輸出設(shè)備。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的透射電鏡數(shù)字圖象接收處理系統(tǒng)，其特征在于所述的圖象輸出設(shè)備為打印機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透射電鏡數(shù)字圖象接收處理系統(tǒng)，其特征在于所述的電光轉(zhuǎn)換裝置是采用一高級光學(xué)玻璃制成三角形棱鏡，其直角面上蒸鍍導(dǎo)電膜，在導(dǎo)電膜上覆有一層熒光層，在熒光層上鍍一層導(dǎo)電膜，整體置于金屬框架中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透射電鏡數(shù)字圖象接收處理系統(tǒng)，其特征在于在透射電鏡電子光學(xué)柱體上預(yù)留的的窗口處安裝電光轉(zhuǎn)換裝置和CCD成象單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透射電鏡數(shù)字圖象接收處理系統(tǒng)，其特征在于所述的電光轉(zhuǎn)換裝置和CCD成象單元部位采用鉛屏蔽和鉛玻璃防護(hù)裝置。
專利摘要本實用新型公開了一種透射電鏡數(shù)字圖象接收處理系統(tǒng)，它是在透射電鏡的透射電子輸出端置電光轉(zhuǎn)換裝置，電光轉(zhuǎn)換裝置的輸出光信號經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)聚焦后傳送給CCD成象單元，獲得的圖象信息處理成視頻信號后經(jīng)A/D變換變成數(shù)字信號進(jìn)入楨存儲器儲存，再由顯示邏輯電路將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成視頻信號，實時顯示在計算機(jī)終端的熒光屏上，計算機(jī)信號輸出端接打印機(jī)。整個系統(tǒng)用較少的投入，使國內(nèi)現(xiàn)有的透射電鏡的接收系統(tǒng)由單純的底片感光成像發(fā)展為數(shù)字圖象實時采集處理成像，達(dá)到與國際新一代電鏡水平同步，完全可滿足國內(nèi)大部分電鏡用戶對圖像進(jìn)行實時收集、處理的要求，節(jié)省時間，大大提高了工作的效率，具有較大的經(jīng)濟(jì)價值和明顯的社會效益。
文檔編號G01N23/20GK2588367SQ0229403
公開日2003年11月26日 申請日期2002年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月25日
發(fā)明者劉安生, 孫繼光 申請人:北京有色金屬研究總院