本發(fā)明總體上涉及透射電子顯微領域，更特別地，涉及一種超快透射電子顯微鏡(也稱為“透射電鏡”)系統(tǒng)以及用于該系統(tǒng)的自動采集和圖像批處理方法。

背景技術：

自20世紀60年代以來，電鏡制造技術不斷提高，尤其是場發(fā)射電子槍的應用促進了透射電子顯微學實驗技術的完善，同時也推動了理論研究更加深入的探索。然而，僅僅提高空間分辨率并不能滿足結(jié)構動力學的實驗要求，普通相機的采集速率一般只能達到秒至毫秒量級，人們需要一種更加快速的方式來捕捉這些微觀結(jié)構的變化，并且在提高時間分辨率的同時又不會影響所采集的圖像的清晰度。研究人員已經(jīng)開始嘗試在普通三維電子學的基礎上增加時間維度，這預示著4d電子顯微學的逐漸興起。目前最新的超快透射電子顯微系統(tǒng)通過泵浦探測(pump-probe)技術而已經(jīng)可以在亞埃尺度空間分辨率的基礎上，將時間分辨率提高到皮秒(10^-12秒)甚至更高的水平。

2015年10月，國內(nèi)首臺超快透射電子顯微系統(tǒng)設備研制項目成功驗收，關于其的詳細信息可參見下面列出的相關非專利文獻1和2。超快透射電子顯微系統(tǒng)是一種基于4d電子顯微學建立的新型電子顯微技術，也是目前國際上研究超快結(jié)構動力學和電子動力學的前沿領域，尤其是其極高的時間分辨率和空間分辨率的技術特點，對于研究物理、化學、生物以及材料等學科的探索有及其重要的意義。

由于超快透射電子顯微系統(tǒng)需要很高的時間分辨率來清晰地展現(xiàn)一個動力學過程，所以每一次都需要盡可能將采集工作完成得細致，以至于數(shù)據(jù)量也會相對很大。如果采取傳統(tǒng)的圖像采集和處理方式，往往效率會很低，同時在處理圖像的過程中也很容易造成隨機誤差，影響后續(xù)分析工作。

非專利文獻1：caog,suns,liz,etal.clockingtheanisotropiclattice dynamicsofmulti-walledcarbonnanotubesbyfour-dimensionalultrafasttransmissionelectronmicroscopy[j].scientificreports,2015,5

非專利文獻2：suns,weil,liz,etal.ultrafasttransmissionelectronmicroscopyondynamicprocessofacdwtransitionin1t-tase2[j].arxivpreprintarxiv:1505.05294,2015

技術實現(xiàn)要素：

為了解決上述技術問題，本發(fā)明提出了一種超快透射電子顯微系統(tǒng)以及用于該系統(tǒng)的自動采集和圖像批處理方法，具體針對超快透射電子顯微系統(tǒng)采集前期激光合軸的采集過程，超快實驗過程中的自動化采集過程以及采集結(jié)束后對圖像數(shù)據(jù)批量處理等問題提出解決方案。

本發(fā)明一示范性實施例提供一種超快透射電子顯微系統(tǒng)，其可包括：激光源，用于發(fā)射激光，所述激光經(jīng)分束器被分成探測激光和激發(fā)激光；透射電子顯微鏡，包括電子槍、電子加速器和成像器，所述探測激光入射到所述電子槍的陰極以激發(fā)探測電子束，所述探測電子束經(jīng)所述電子加速器加速后穿過安裝在所述透射電子顯微鏡內(nèi)的樣品，入射到所述成像器上以形成透射電鏡圖像；三維電動位移臺，用于將所述激發(fā)激光引導至所述樣品上；一維電動位移臺，用于改變所述激發(fā)激光的光程；以及控制裝置，通過接口連接到所述激光源、所述透射電子顯微鏡、所述三維電動位移臺和所述一維電動位移臺以控制其操作，所述控制裝置包括：激光電子束共軸模塊，用于使所述激發(fā)激光與所述探測電子束輻照在所述樣品上的同一位置處；自動采集模塊，用于自動采集多張透射電鏡圖像；以及圖像批處理模塊，用于對所采集的多張透射電鏡圖像執(zhí)行批量處理。

在一些示例中，所述激光電子束共軸模塊配置為：交替執(zhí)行下面的步驟一和步驟二以獲得多張圖像：步驟一，控制所述三維電動位移臺來改變所述激發(fā)激光在所述樣品上的入射位置，步驟二，控制所述成像器來獲得圖像；以及分析所述多張圖像的強度變化以確定所述激發(fā)激光和所述探測電子束的共軸位置。

在一些示例中，改變所述激發(fā)激光在所述樣品上的入射位置包括沿彼此垂直的兩個方向改變?nèi)肷湮恢靡垣@得兩組圖像數(shù)據(jù)。

在一些示例中，所述自動采集模塊配置為交替執(zhí)行下面的步驟一和步驟 二以獲得多張圖像：步驟一，控制所述一維電動位移臺以改變所述激發(fā)激光的光程；以及步驟二，控制所述成像器來采集圖像。

在一些示例中，所述圖像批處理模塊包括噪聲處理子模塊、衍射斑定位子模塊、衍射斑批量處理子模塊和高分辨批量處理子模塊中的一個或多個。

本發(fā)明另一示范性實施例提供一種用于超快透射電子顯微系統(tǒng)的自動采集和圖像批處理方法，所述超快透射電子顯微系統(tǒng)包括：激光源，用于發(fā)射激光，所述激光經(jīng)分束器被分成探測激光和激發(fā)激光；透射電子顯微鏡，包括電子槍、電子加速器和成像器，所述探測激光入射到所述電子槍的陰極以激發(fā)探測電子束，所述探測電子束經(jīng)所述電子加速器加速后穿過安裝在所述透射電子顯微鏡內(nèi)的樣品，入射到所述成像器上以形成透射電鏡圖像；三維電動位移臺，用于將所述激發(fā)激光引導至所述樣品上；一維電動位移臺，用于改變所述激發(fā)激光的光程；以及控制裝置，通過接口連接到所述激光源、所述透射電子顯微鏡、所述三維電動位移臺和所述一維電動位移臺以控制它們來執(zhí)行所述方法。所述方法包括：執(zhí)行激光電子束共軸步驟以使所述激發(fā)激光與所述探測電子束輻照在所述樣品上的同一位置處；執(zhí)行自動采集步驟以自動采集多張透射電鏡圖像，所述自動采集步驟包括交替地執(zhí)行以下兩個步驟：步驟一，控制所述一維電動位移臺以改變所述激發(fā)激光的光程；以及步驟二，控制所述成像器來采集圖像；以及對所采集的多張圖像執(zhí)行批處理。

在一些示例中，所述激光電子束共軸步驟包括：交替執(zhí)行下面的步驟一和步驟二以獲得多張圖像：步驟一，控制所述三維電動位移臺來改變所述激發(fā)激光在所述樣品上的入射位置，步驟二，控制所述成像器來采集圖像，其中，改變所述激發(fā)激光在所述樣品上的入射位置包括沿彼此垂直的兩個方向改變?nèi)肷湮恢靡垣@得兩組圖像數(shù)據(jù)；以及分析所述多張圖像的強度變化以確定所述激發(fā)激光和所述探測電子束的共軸位置。

在一些示例中，執(zhí)行自動采集步驟還包括接收用戶輸入的自動采集參數(shù)，所述自動采集參數(shù)包括以下參數(shù)中的一個或多個：采集周期數(shù)、所述一維電動位移臺的初始位置和步進距離，所述成像器的曝光時間、每周期曝光次數(shù)和采集圖像像素值。

在一些示例中，對所采集的多張圖像執(zhí)行批處理包括：打開多張圖像，并且自動為每張圖像分配id；針對位于最頂層的圖像設置批處理參數(shù)；以及利用所設置的參數(shù)，按照所述id的順序，對每張圖像執(zhí)行批處理。

在一些示例中，對每張圖像執(zhí)行批處理包括執(zhí)行噪聲處理、衍射斑定位處理、衍射斑批量處理和高分辨批量處理中的一個或多個。所述噪聲處理包括批量平滑濾波處理、批量扣除暗場像處理、批量平均場處理和批量歸一化圖像強度處理中的一個或多個。所述衍射斑定位處理包括批量測定衍射斑中心位置處理、批量測定衍射斑間距處理、批量測定垂直晶面膨脹收縮比例處理和批量區(qū)域強度積分處理中的一個或多個。所述衍射斑批量處理包括六次對稱衍射圖像批量疊加處理、四次對稱衍射圖像批量疊加處理、圖像批量疊加處理、第一環(huán)形法向積分處理、第二環(huán)形法向積分處理、批量區(qū)域截取處理和批量定位截取處理中的一個或多個。所述高分辨批量處理包括批量等寬積分處理、批量測定圖像相關性系數(shù)處理、批量圖像偏移校正處理和批量另存為tif圖像格式處理中的一個或多個。

上述方案實現(xiàn)了諸多有益的效果，例如，通過自動采集及批量處理的方法，能有效解決在傳統(tǒng)采集方法下所帶來的隨機誤差，并有效的提高工作效率，節(jié)省人力，且簡單易行，同時對于儀器長時間工作造成的環(huán)境改變、穩(wěn)定性降低等因素有一定的改善作用。

附圖說明

圖1示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的超快透射電子顯微系統(tǒng)的框圖。

圖2示出圖1的超快透射電子顯微系統(tǒng)中包括的控制裝置的框圖。

圖3示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的激光電子束共軸操作的流程圖。

圖4示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的自動采集操作的流程圖。

圖5示出六次對稱衍射圖像批量疊加處理中的衍射斑排序的示意圖。

圖6示出四次對稱衍射圖像批量疊加處理中的衍射斑排序的示意圖。

圖7示出第一環(huán)形法向積分處理中的積分算法的示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細描述，以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

圖1示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的超快透射電子顯微系統(tǒng)100的框圖。如圖1所示，超快透射電子顯微系統(tǒng)100可包括激光器10、第一和第二三維電 動位移臺20和22、一維電動位移臺30、透射電子顯微鏡40、以及控制裝置60。雖然未示出，但是控制裝置60能夠連接到超快透射電子顯微系統(tǒng)100的其他部件以控制其操作。

下面將對各個部件進行詳細描述。

激光器10可用于發(fā)射預定波長的激光。例如，激光器10可以采用spectra-physics公司的商品名為spirit的高q激光器，其可發(fā)射波長為1040nm，脈沖頻率為1hz至1mhz的激光。激光器10也可以采用其他激光器。激光器10可以連接到控制裝置60，從而在控制裝置60的控制下開始和停止發(fā)射激光?？刂蒲b置60還可以控制激光器10發(fā)射的激光的其他參數(shù)，例如強度、脈沖頻率等。

激光器10發(fā)射的激光可經(jīng)由分束器11而分成兩束，一束為探測激光12，其被引導至透射電子顯微鏡40中的電子槍42的陰極上以產(chǎn)生探測電子束(未示出)，另一束為激發(fā)激光13，其被引導至安裝在透射電子顯微鏡40中的樣品46的待測區(qū)域上。在探測激光12和激發(fā)激光13的光路上，可以設置有各種光學元件，例如反射鏡、透鏡等。

第一三維電動位移臺20可以設置在激發(fā)激光13的光路中以控制激發(fā)激光13在樣品46上的入射位置。三維電動位移臺20上可以設置有平凸透鏡，平凸透鏡可以使入射平行光匯聚于焦點上，三維電動位移臺20還可包括電動控制器(未示出)，電動控制器可以連接到控制裝置60以接收控制指令，并且根據(jù)控制指令來調(diào)節(jié)三維電動位移臺，以此帶動三維電動位移臺上的平凸透鏡在位移臺三個軸方向上的移動，從而控制激發(fā)激光13在樣品46上的入射位置，并且可以使該入射位置在樣品46的表面上移動。例如，三維電動位移臺20可以使用thorlabs公司的帶有tdc001電動控制器的三維電動位移臺，或者也可以使用其他三維電動位移臺。

第二三維電動位移臺22可以設置在探測激光12的光路中以控制探測激光12在電子槍42的陰極上的入射位置。在實際操作中，當把第二三維電動位移臺22設置到預定位置以使得探測激光12入射到電子槍42的陰極上之后，一般不需要頻繁地調(diào)節(jié)第二三維電動位移臺22。第二三維電動位移臺22可采用與第一三維電動位移臺20相同的構造，此處不再重復描述。

一維電動位移臺30也可以設置在激發(fā)激光13的光路中，以調(diào)節(jié)激發(fā)激光13的光程，進而調(diào)節(jié)激發(fā)激光13與探測激光12之間的光程差。一維電 動位移臺30也可以包括有電動控制器(未示出)，該電動控制器也可以連接到控制裝置60以接收控制指令，并且根據(jù)控制指令來調(diào)節(jié)一維電動位移臺的移動，以改變激發(fā)激光13的光程。例如，一維電動位移臺30可以使用newport公司的長程線性滑臺和esp301電動控制器，或者也可以使用其他一維電動位移臺。

透射電子顯微鏡40可具有殼體41以及設置在殼體41中的電子槍42和電子加速器44。殼體41上可以設置有窗口43和45，其分別用于接收探測激光12和激發(fā)激光13。如前所述，探測激光12可以被引導至電子槍42的陰極以產(chǎn)生探測電子束，而激發(fā)激光13可以被引導至安裝在殼體41中的樣品46的待測區(qū)域上。電子槍42產(chǎn)生的電子束可被電子加速器44加速并且向成像器49移動，從而撞擊到待測樣品46上。穿過待測樣品46的透射電子繼續(xù)向成像器49移動，入射在成像器49上從而完成圖像采集。成像器49可以是例如ccd。透射電子顯微鏡40還可以包括設置在殼體41中在成像器49上方的觀察屏48，電子束入射在觀察屏48上可形成圖像，殼體41上可以設置有窗口47以觀察在觀察屏48上的成像，由此可以大致了解成像結(jié)果。當需要使用成像器49來采集圖像時，可以將觀察屏48移開，使電子束直接入射到成像器49上。雖然未示出，但是透射電子顯微鏡40也可以連接到控制裝置60，從而在控制裝置60的控制下進行操作。透射電子顯微鏡40可以采用jeol公司的jem-2000ex型透射電鏡，其中成像器49可以采用gatan公司的oriussc200型ccd，并且可以通過gatandigitalmicrograph軟件來控制透射電子顯微鏡40以進行圖像采集和處理工作。

控制裝置60可連接到激光器10、三維電動位移臺20、一維電動位移臺30和透射電子顯微鏡40以控制它們的操作，從而實現(xiàn)下面描述的過程?？刂蒲b置60可以通過各種接口連接到其他部件，包括但不限于串行接口、并行接口、usb接口、1394接口等。控制裝置60還可以包括輸入和輸出單元，輸入單元可以是例如鍵盤，輸出單元可以是例如顯示器、揚聲器、打印機等?？刂蒲b置60可以是通用計算機，其通過運行特定的程序來實現(xiàn)本申請公開的功能，或者控制裝置60也可以是其他專用控制裝置。

圖2示出圖1的超快透射電子顯微系統(tǒng)100中包括的控制裝置60的框圖。如圖2所示，控制裝置60可包括共軸模塊61、自動采集模塊63和圖像批處理模塊65，其中圖像批處理模塊65可進一步包括噪聲處理子模塊66、 衍射斑定位子模塊67、衍射斑批量處理子模塊68和高分辨率批量處理子模塊69。將會在下面詳細描述各個模塊和子模塊的操作。

圖3示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的可利用共軸模塊61執(zhí)行的激光電子束共軸操作的流程圖。

如圖3所示，開始時，在步驟s101，可以將激發(fā)激光13大致移動到樣品46的待測區(qū)域附近。在一些實施例中，例如可以根據(jù)激光轟擊在樣品表面所造成的現(xiàn)象來確定安裝在樣品桿上的樣品46的待測區(qū)域的大致位置，或者例如可以根據(jù)透射電子顯微鏡的歷史成像結(jié)果來大致確定激發(fā)激光造成樣品激發(fā)區(qū)域所在位置。控制裝置60可以發(fā)送控制指令給三維電動位移臺20的電動控制器，通過三維電動位移臺20的移動來將激發(fā)激光13的入射位置粗略地移動到所確定的樣品待測區(qū)域。此時，可以降低透射電子顯微鏡40的熱發(fā)射電子束電流，開啟探測激光12，使其產(chǎn)生適當強度的探測電子束。接下來，在步驟s102，可以在三維電動位移臺20與控制裝置60之間建立通信聯(lián)系以生成合軸自動采集程序。例如，可以通過編譯動態(tài)鏈接庫，將用于三維電動位移臺20的activex控件植入控制裝置60的控制軟件gatandigitalmicrograph中，從而生成合軸自動采集程序。合軸自動采集程序主要包括三維電動位移臺20的activex控件以及單一軸向自動采集初始參數(shù)輸入框，例如可包括：三維電動位移臺20的初始位置、周期數(shù)、步進長度、以及透射電子顯微鏡40內(nèi)部的成像器49(例如，ccd)的曝光時間和圖像像素值等。接下來，可以在步驟s103設置這些參數(shù)，例如可以由用戶通過鼠標、鍵盤等輸入這些參數(shù)。然后，可以根據(jù)這些參數(shù)來進行合軸自動采集過程，由透射電子顯微鏡40的成像器49執(zhí)行自動采集。自動采集過程可包括：1)將三維電動位移臺20移動至初始位置；2)根據(jù)周期數(shù)循環(huán)交替完成成像器49的圖像采集(步驟s104)和位移臺步進(步驟s105)指令，交替過程中不會出現(xiàn)沖突，并且在采集過程中可終止采集操作。在該過程中，可以完成彼此垂直的兩個軸例如x軸和y軸方向上的自動采集，獲得兩組圖像數(shù)據(jù)，并且可以將所采集的數(shù)據(jù)保存在指定文件夾中。當在步驟s106處判定采集結(jié)束時，可以執(zhí)行步驟s107，分析這兩組圖像的強度變化曲線，從衍射斑積分強度最強處確定探測電子束共軸位置，進而可以將三維電動位移臺20移動至該位置處，從而完成激發(fā)激光13與探測電子束的共軸操作。

圖4示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的可由自動采集模塊63執(zhí)行的自動采集 操作的流程圖。

當完成上述激光電子束共軸操作從而使激發(fā)激光13和探測電子束共軸之后，可以使用自動采集模塊63來對樣品進行超快激發(fā)自動采集工作。如圖4所示，首先在步驟s201中，開啟探測激光12和激發(fā)激光13。接著在步驟s202中，可以在一維電動位移臺30與控制裝置60之間建立通信聯(lián)系以生成自動采集程序。例如，可以通過編譯動態(tài)鏈接庫(dll)文件，使透射電子顯微鏡40的控制軟件gatandigitalmicrograph能通過接口對光程調(diào)節(jié)一維電動位移臺30發(fā)送控制指令，并且通過編輯腳本文件來生成自動采集控制程序，所述自動采集控制程序包括以下初始設定參數(shù)輸入框：光程調(diào)節(jié)一維電動位移臺30的初始位置、周期數(shù)、步進長度、以及透射電鏡40內(nèi)部的成像器49(例如，ccd)的曝光時間、周期曝光次數(shù)和采集圖像像素參數(shù)等。接下來，可以在步驟s203中設置這些參數(shù)，例如可以由用戶通過鼠標、鍵盤等輸入這些參數(shù)。然后，可以根據(jù)這些參數(shù)來進行圖像自動采集過程。具體而言，在步驟s204中，由透射電子顯微鏡40的成像器49采集圖像，然后在步驟s205中，由一維電動位移臺30執(zhí)行步進指令，以調(diào)整探測激光12與激發(fā)激光13之間的光程差。步驟s204和s205可以交替執(zhí)行多次，在交替執(zhí)行過程中二者不會出現(xiàn)沖突現(xiàn)象，且在采集過程中可終止采集操作。在完成了所設置的步進過程后，在步驟s206處判斷采集結(jié)束。在步驟s207中，可以在指定的位置獲得所采集的全部圖像數(shù)據(jù)。

返回參照圖2，圖像批處理模塊65可包括噪聲處理子模塊66、衍射斑定位子模塊67、衍射斑批量處理子模塊68和高分辨率批量處理子模塊69。下面將詳細描述各個子模塊的操作。

噪聲處理子模塊66可配置為執(zhí)行如下處理：批量平滑濾波處理、批量扣除暗場像處理、批量平均場處理、以及批量歸一化圖像強度處理。

衍射斑定位子模塊67可配置為執(zhí)行如下處理：批量測定衍射斑中心位置處理、批量測定衍射斑間距處理、批量測定垂直晶面膨脹收縮比例處理、以及批量區(qū)域強度積分處理。

衍射斑批量處理子模塊68可配置為執(zhí)行如下處理：六次對稱衍射圖像批量疊加處理、四次對稱衍射圖像批量疊加處理、圖像批量疊加處理、第一環(huán)形法向積分處理、第二環(huán)形法向積分處理、批量區(qū)域截取處理、以及批量定位截取處理。

高分辨批量處理子模塊69可配置為執(zhí)行如下處理：批量等寬積分處理、批量測定圖像相關性系數(shù)處理、批量圖像偏移校正處理、以及批量另存為tif圖像格式處理。

在一些實施例中，各個子模塊66、67、68和69可包括例如用于執(zhí)行上述各個處理的腳本程序，可以通過對多個圖像文件執(zhí)行腳本程序來完成相應的批量處理。下面描述執(zhí)行圖像批量處理的示例。

首先，可以將一系列圖像在超快電子透射顯微鏡的控制軟件例如gatandigitalmicrograph軟件中打開，并且為打開的圖像自動分配一個id用來識別圖像的身份。接下來，可以對位于最頂層的圖像記錄所需批量處理操作的參數(shù)，例如所需批量處理操作的像素位置、用于作為批量處理比較的閾值等，可以將所需記錄的參數(shù)輸入到各子模塊下批量處理程序初始設定參數(shù)輸入框中。在開始自動圖像批量處理過程中，程序可以根據(jù)記錄的批量處理設定參數(shù)以及程序內(nèi)部的算法依次對所需處理的圖像進行處理，處理順序與圖像打開時所分配的id順序一致。在處理的過程中，軟件可以停止對外部操作的響應，或者可以僅對特定外部操作例如用戶輸入的暫?；蚪K止命令進行響應。

控制裝置60可以按照上述模式，調(diào)用各個子模塊或者各個子模塊所包含的腳本程序來執(zhí)行批量處理，接下來將對各個腳本程序所涉及的算法進一步闡述。

批量平滑濾波處理是在原有的鄰域平均濾波法基礎上進行了一些改進，設f(i,j)為給定的含有噪聲的圖像，經(jīng)過鄰域平均處理后的圖像g(i,j)可表示為：

其中，m為所取鄰域中各鄰近像素的坐標，也代表鄰近像素的個數(shù)，n為鄰域中剩余像素的數(shù)目，例如目前算法中常用的領域尺寸為3*3的區(qū)域，一共有9個像素，則n是減去中心像素pix(i,j)、最大像素max(i,j)和最小像素min(i,j)后剩余的像素數(shù)目，為6，pix(i,j)為該區(qū)域中的中心像素的強度，max(i,j)為該區(qū)域中的像素強度最大值，min(i,j)為該區(qū)域中的像素強度最小值。進一步，通過判定g(i,j)與f(i,j)*tp的關系，來決定是否改變f(i,j)，其中tp為閾值比例。最后將圖像g(i,j)以原圖像名稱后加“-nobkg”為后綴，另存為dm4格式圖像文件，輸出至指定文件夾。

在批量扣除暗場像處理中，設f(i,j)為給定的含有噪聲的圖像，關閉電子 束下測得暗場像為g(i,j)，則經(jīng)過扣除暗場像的圖像為f(i,j)-g(i,j)。最后將原圖像名稱后加“-bgkcorrect”為后綴，另存為dm4格式圖像文件，輸出至指定文件夾。

在批量平均場處理中，設未經(jīng)ccd處理的原始圖像為f(i,j)，采集得到的平均場像為g(i,j)，則經(jīng)過批量平均場處理后的圖像為f(i,j)/g(i,j)。最后將原圖像名稱后加“-bgkcorrect”為后綴，另存為dm4格式圖像文件，輸出至指定文件夾。

在批量歸一化圖像強度處理中，設f(i,j)為給定的圖像，通過gatandigitalmicrograph軟件長方形區(qū)域選框框取作為歸一化標準的區(qū)域，并點擊“savearea(保存區(qū)域)”儲存該區(qū)域位置，通常作為歸一化區(qū)域選在背底某一區(qū)域或整張圖片，該區(qū)域積分后的強度為i1，則后續(xù)圖像會根據(jù)第一張圖像強度作歸一化處理，后序圖像為g(i,j)，其數(shù)學表達式為：

g(i,j)＝f(i,j)*in/i1

其中，in為后續(xù)圖像的該區(qū)域的積分強度。

在批量測定衍射斑中心位置處理中，首先輸入批量處理圖像張數(shù)，并測量給定衍射斑圖像中衍射斑的背底閾值，其中背底閾值為這樣的值，當像素值小于該值時，則在計算時像素作為背底被刨除。將這些值輸入到程序中，然后框取該衍射斑并保存其位置，點擊開始按鈕，則程序?qū)⒏鶕?jù)如下公式計算衍射斑位置：

其中x為衍射斑某一坐標軸，i為像素強度，bl為背底閾值。最后將得出的衍射斑中心位置輸出。

批量測定衍射斑間距處理為在測定衍射斑中心位置的基礎上，計算兩衍射斑之間的距離，并且輸出所得結(jié)果。

批量測定垂直晶面膨脹收縮比例處理包括通過測定垂直晶面衍射斑間距離的比值，來獲得并且輸出膨脹收縮比。

批量區(qū)域強度積分處理可包括，首先輸入批量處理張數(shù)，框取需要進行強度積分的區(qū)域并且保存，然后開始程序以對該區(qū)域進行強度積分，最后輸出結(jié)果。

六次對稱衍射圖像批量疊加處理主要用于六次對稱的衍射圖像。該處理 可包括：

步驟一，輸入批量處理圖像張數(shù)，并且輸入衍射圖像背底閾值；

步驟二，框取衍射斑區(qū)域并保存，進一步，依次框定三個連續(xù)一級衍射斑，并分別保存為point1，point2和point3；

步驟三，可選定所需疊加的一級至五級衍射斑，衍射斑排序順序可以例如如圖5所示，可在腳本程序中扣除不需要的衍射斑；

步驟四，選取疊加區(qū)域，疊加區(qū)域可根據(jù)所框定的區(qū)域設定疊加圖片的大小，但與所框定位置無關；以及

步驟五，點擊開始按鈕，程序?qū)㈤_始批量處理。待處理程序結(jié)束時，在指定文件夾下將得到一系列以“frame-”為前綴命名的圖像文件，這些圖像為疊加區(qū)域疊加后所得，同時程序結(jié)束后還將輸出一系列以“added-”為前綴命名的圖像文件，這些圖像為將疊加區(qū)域疊加至原圖片左上角的圖像數(shù)據(jù)。

四次對稱衍射圖像批量疊加處理與六次對稱衍射圖像批量疊加處理的步驟一致，可選定疊加一級至八級衍射斑，其衍射斑排序可以例如如圖6所示。

圖像批量疊加處理包括將一系列尺寸一致的圖像相疊加，并且輸出以“addimage-”為前綴命名的圖像文件。

在第一環(huán)形法向積分處理中，輸入圖像單位可以為1/nm，表示衍射圖像。具體操作步驟如下：

步驟一，輸入批量處理圖像張數(shù)，并且輸入衍射圖像背底閾值；

步驟二，輸入需要積分的環(huán)形內(nèi)半徑和外半徑，例如如圖7所示，內(nèi)半徑為70，外半徑為80；

步驟三，儲存衍射斑位置，用于計算環(huán)形中心位置，算法可以與批量測定衍射斑中心位置相同；

步驟四，框取衍射斑位置或整圖位置并且保存，用于計算歸一化各圖像強度值；以及

步驟五，開始批量處理，程序?qū)h(huán)形均分成例如1000份，并沿法向積分，將結(jié)果以文本文件的形式輸出至指定文件夾下。其積分算法可以例如如圖7所示，當積分區(qū)域像素未完全包含在內(nèi)時，將以單個像素包含百分比乘以像素值作為該像素的強度，疊加至該區(qū)域總強度。

第二環(huán)形法向積分處理是在第一環(huán)形法向積分處理的基礎上，以π/3為 周期積分360度，同時增加積分起始角度輸入功能。

批量區(qū)域截取處理包括框取所需區(qū)域，然后自動地批量截取其他圖片中的相同位置，并且輸出“digged-”為前綴命名的截取圖像文件。

批量定位截取處理為以透射斑或衍射斑為中心進行批量截取的過程。具體操作步驟可以如下：

步驟一，輸入批量處理張數(shù)，并且輸入衍射圖像背底閾值；

步驟二，框取透射斑或衍射斑，并通過批量測定衍射斑中心位置算法得出透射斑或衍射斑中心；

步驟三，框取截取區(qū)域和歸一化區(qū)域；以及

步驟四，開始批量處理，程序根據(jù)衍射斑中心截取等大區(qū)域并對輸出圖像做歸一化處理。處理運行結(jié)束后會輸出一組以“orderly-”為前綴命名的圖像文件。

批量等寬積分處理可用于處理超快激發(fā)過程中導致的波浪形襯度變化，其操作步驟可以如下：

步驟一，輸入批量處理張數(shù)，并且可選地，可以選擇輸出文件目錄或者使用默認目錄；

步驟二，選定積分方向，主要分為左上至右下或右上至左下，可利用框取區(qū)域?qū)蔷€方向確定積分長度；

步驟三，框取歸一化區(qū)域并儲存該區(qū)域；以及

步驟四，開始批量處理，處理結(jié)束后會輸出以“batchdealwithhrtem.txt”命名的處理結(jié)果文本文件。

批量測定圖像相關性系數(shù)處理可通過選取特征區(qū)域，以第一張圖像為基準，測定后續(xù)圖像與其相關性系數(shù)，相關性系數(shù)可由如下公式表示：

其中，ix，y(t)為(x,y)處在t時刻的像素強度，為ix,y(t)的平均值。

批量圖像偏移校正處理可通過定位圖像的特征區(qū)域，來補償高分辨圖像漂移，其操作步驟可以如下：

步驟一，輸入批量處理張數(shù)和漂移系數(shù)，其中漂移系數(shù)為搜尋范圍與特征區(qū)域比值加1，例如漂移系數(shù)為1.0時，搜尋范圍為特征區(qū)域邊長的2倍；

步驟二，框取特征區(qū)域，其中特征區(qū)域應具有滿足如下條件的特征：在搜尋范圍內(nèi)，并且存在于所有圖像中；具有唯一性，避免在同一張圖像中含有多處相似位置；以及盡可能地遠離邊界；以及

步驟三，開始批量處理，待處理程序結(jié)束時，將一系列以“offset-”為前綴命名的輸出圖像保存到指定或默認文件夾下，同時在輸出圖像tags標簽中含有偏移處理位置。

批量另存為tif圖像格式處理可將多個原文件批量轉(zhuǎn)換為tif格式文件并且保存到指定或默認文件夾下。

應理解，雖然在前面描述的一些實施例中，一些模塊描述為可以通過軟件來實現(xiàn)，但是本發(fā)明不限于此。在另一些實施例中，這些模塊也可以通過硬件、硬件與軟件的結(jié)合、或者固件來實現(xiàn)，同樣可以實現(xiàn)本發(fā)明的功能。例如，在一些實施例中，上面描述的各種處理可以通過專用硬件來實施。此外，這些框圖中的多個框可以彼此組合，或者一個框可以分離成子框，以實施上面描述的本發(fā)明的原理。因此，這里的描述可以支持這里描述的功能框的任何可行的組合或分離或者進一步定義。

上面利用許多具體細節(jié)描述了本發(fā)明的若干示例性實施例，但是應理解，本發(fā)明不限于這些實施例。例如，上面按順序描述的若干步驟可以按不同的順序執(zhí)行，或者多個步驟可以同時執(zhí)行。在另一些實施例中，可以執(zhí)行更多或者更少的步驟。因此，在不偏離本發(fā)明的原理的情況下，本領域技術人員可以對這些實施例進行形式和細節(jié)上的改變。本發(fā)明的范圍由所附權利要求及其等價物定義。