叠层成像术成像的方法技术

叠层成像术成像的方法。当像素数目过低时，在执行叠层成像术时出现问题。通常，需要大量的像素（在装仓之后）以获得对象的高质量重构。发明专利技术人发现通过使用具有比检测器的像素数目更多的节点（例如512x512个节点）的计算平面，可以进行对象的高质量重构，即使当使用例如16段检测器或32x32像素检测器时。由于较大的像素尺寸，因此拦截较高的通量，减少了对检测器S/N比和动态范围的需求。图示使用（仿真）16段检测器的（仿真）无定形碳对象和重构对象。虽然重构对象示出较少分辨率（“锐度”），但所有特征在那里。当尝试用现有技术方法、对相同对象且使用相同探测器重构时，重构在使用128x128像素检测器时突然中止（失败），且当使用256x256像素检测器时观察到伪像。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及叠层成像术（ptychographic）成像的方法，该方法包括：• 在对象平面中提供对象• 在检测器平面中提供像素化检测器，该检测器平面通过菲涅耳传播函数与对象平面共轭，该检测器被装配成检测波前的强度，• 提供辐射源和探测器（probe）形成部分，其被装配成在对象平面上形成输入波，• 提供对象的第一数学估计、菲涅耳传播函数的估计和辐射探测器的估计、在第一计算平面中由许多节点表示的对象的数学估计，每个节点有复值，所述方法包括：• 通过以下各项来获取至少两个图像○选择用于照射的对象的区域，○用辐射来照射该区域，○检测像素化检测器上的作为结果的波前的强度，导致检测器图像，○每个被照射区域与至少一个其它被照射区域重叠，以及迭代地• 更新对象的数学估计，使得在第一计算平面中将对象的估计与探测器的估计相乘并使用菲涅耳传播函数来传播到由第二计算平面的许多节点表示的图像的数学估计之后，检测器图像的像素的检测强度与针对该至少两个图像的在所述第二计算平面中的图像的数学估计的对应区域的强度匹配，直至满足中断判据为止。
技术介绍
从A.M. Maiden等人在J. Opt. Soc. Am. A，卷28，第四期（2011年4月），第604-612页中的“Superresolution imaging via ptychography（经由叠层成像术的超分辨率成像）”中已知此类方法，其也被称为Maiden[-1-] 。Maiden描述了叠层成像术成像过程。该过程包括两部分：图像检索部分和图像重构部分。图像检索部分包括用输入波来照射对象平面中的对象，形成许多重叠的照射光斑。输入波在通过对象之后被转换成传播到衍射平面的输出波，在衍射平面处此检测器平面中的像素化检测器检测其（位置相关）强度。因此这导致许多图像。图像重构部分包括迭代过程，其中，从对象（由具有关联复值的许多节点描述的对象）的第一数学估计和输入波的第一推测、使用快速傅立叶变换（FFT）来进行检测器平面处的波前的数学估计。然后由在对应位置处的测量强度的平方根来替换检测器处的波前的估计值的模数或它们中的至少许多，并且使用逆FFT来将图像变换回到对象平面，其后确定用于光斑和对象的更新版本。应注意的是检测器平面处的波前的数学估计中的节点的数目可能大于检测器的像素数目：部分节点可能是在物理上检测的区域之外的区域中。节点以一对一关系对应于像素。可能发生的是某些节点不具有对应像素，在这种情况中所述节点或者可以在替换阶段期间保持未改变的。应注意的是可以设想处理此类像素的其它方法，诸如将其设置成零。然而，这可能妨碍收敛或者其可能引入伪像。还应注意的是当检测器平面与所谓的衍射平面或与之共轭的平面重合时可以使用FFT（和逆FFT）。否则需要菲涅耳运算符。使用所有图像（虽然某些由于例如图像质量问题而被省去）来对此进行迭代。当满足中断判据时重构结束。此类中断判据可以是基于迭代的数目，或者基于在随后的迭代之间的重构对象中的差。已提到像素化检测器的像素可由被加在一起的若干辐射敏感单元组成，其一般地被称为装仓（binning）。还提到了衍射平面是用以检测图像的便利的平面，因为衍射平面根据定义是其中形成对象的傅立叶变换的平面。然而，也可以使用其它平面。那些其它平面可以是衍射平面被成像到其上的平面，在这种情况中仍可使用FFT，或者其可以是其它平面，在这种情况中必须由菲涅耳传播函数来替换FFT。在后一种情况中，必须也估计菲涅耳传播函数的估计。应注意的是，假设对象就可以将输出波计算为输入波与对象的传输函数的乘积的意义而言是薄对象（thin object）。如技术人员已知的，这意味着结果得到的复数的振幅是一，并且相位是变量。已知方法的缺点是针对对象的高分辨率重构，需要具有大量像素的像素化检测器。像素的大数目意味着小像素，这进而迫使需要像素化检测器的高读出速度、高动态范围和对检测器信噪比的高需求。另一缺点是必须完整地检测被照射区域的图像，需要大的检测器。因为高分辨率是由于从远离未散射辐射被散射的辐射，所以针对高分辨率重构，还需要具有大尺寸的检测器。另一缺点是尝试用数目不足的较大尺寸的像素来覆盖检测器平面中的整个被照射区域引起针对对象平面中的输入波和对象的不足的小视场。其将部分探测器留在计算区域之外，因此由于混叠（aliasing）而引起折返，导致收敛的失败或者重构将显示伪像。从授予Rodenburg的国际申请公开WO2005106531A1也已知该方法。应注意的是在本专利申请中，检测器平面中的波前中的节点的数目与检测器的像素的数目相同，并且所有节点具有一对一关系，与Maiden[-1-]所描述的方法相反。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种改进方法。为此，根据本专利技术的方法的特征在于检测器图像的像素对应于第二计算平面的超过一个节点，并且在更新期间，使得每个检测器像素的测量强度与对应数目的节点的总强度匹配。应注意的是由于单元的装仓而可能存在检测器单元的数目与像素数目之间的差。在这里被定义为像素的东西是针对其测量强度值的最小区域。本专利技术是基于这样的理解：重构对象的分辨率是基于在计算中使用的节点的数目，但是这不必然地需要是图像平面（第二计算平面或检测器平面）中的节点与检测器的像素之间的一对一关系。替代地，与一个像素的区域相对应的若干节点的强度贡献与像素的强度匹配就足够了。应注意的是虽然不能给出严格的数学证明，但现有技术方法和根据本专利技术的方法两者已经示出对厚对象（其中模数或振幅小于一）有效。还应注意的是在节点位于两段的边界处的情况中，可以使用若干“解”。在没有模型的较大衰退的情况下，节点可以被分配给像素中的一个，其可以被保持未改变（因此使得仅取决于到检测器平面的输出波的估计的传播），其可以被设置成固定值、例如零，或者其强度可以使用加权因数被划分成两个像素。后者在检测器是基于电子/空穴对的生成时具有物理基础，并且在一个像素中检测部分电子/空穴对而在另一像素中检测部分。当节点被放置在检测区域之外时，也可以使用若干“解”。例如，其可以被保持未改变（因此使得仅取决于到检测器平面的输出波的估计的传播），或者其可以被设置成固定值、例如零。在实施例中，在迭代更新过程中忽视检测器的至少一个像素的信号，并且在迭代更新过程期间不更新与所述像素相关联的第二计算平面中的对应节点。当像素中的一个是例如“死”像素时可以使用本实施例。通过将与所述像素相关联的第二计算平面（检测器平面）中的节点保持未改变、或者通过将它们设置成零，重构可以在没有所述像素的（错误或遗漏）信息的情况下发生。应注意的是可以设想处理此类像素的其它方法，诸如将其设置成零。然而，这可能妨碍收敛或者其可引入伪像。在实施例中，将对象的迭代更新扩展至包括更新探测器（输入波前或短：输入波）。在某些情况中，探测器是充分地众所周知的，并且不需要改变（除将其在对象上移位之外）。在其它情况中，本方法从探测器的粗略估计（例如高斯探测器轮廓（profile）或顶帽轮廓）开始，并且迭代地改善此估计轮廓以与实际探测器匹配。用于这种情况的数学方法是本领域的技术人员已知的。在另一实施例中，检测器平面是衍射平面或其图像。如本领域的技术人员已知的，在衍射平面处形成的图像是对象平面的傅立叶变换。并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种叠层成像术成像的方法，所述方法包括：• 在对象平面中提供对象（110）• 在检测器平面中提供像素化检测器（114），所述检测器平面通过菲涅耳传播函数与所述对象平面共轭，所述检测器被装配成检测波前的强度，• 提供辐射源（102）和探测器形成部分（104），其被装配成在所述对象平面上形成输入波前（108），所述输入波前被所述对象变换成输出波前，• 提供所述对象的第一数学估计、所述菲涅耳传播函数的估计和所述输入波前的估计、在第一计算平面中由许多节点表示的所述对象的数学估计，每个节点有复值，所述方法包括：• 通过以下各项来获取至少两个图像○选择用于照射的所述对象的区域，○用辐射来照射所述区域，○检测所述像素化检测器上的检测器波前（112）的强度，导致检测器图像，○每个被照射区域与至少一个其它被照射区域重叠，以及迭代地• 更新所述对象的数学估计，使得在所述第一计算平面中将所述对象的估计与所述探测器的估计相乘之后并在使用菲涅耳传播函数来传播到由第二计算平面的许多节点表示的图像的数学估计之后，检测器图像的像素的检测强度与针对所述至少两个图像的在所述第二计算平面中的图像的数学估计的对应区域的强度匹配，直至满足中断判据为止，其特征在于所述检测器图像的像素对应于所述第二计算平面的超过一个节点，并且在更新期间，使得每个检测器像素的测量强度与对应数目的节点的强度匹配。...

【技术特征摘要】
2015.06.18 EP 15172752.61.一种叠层成像术成像的方法，所述方法包括：• 在对象平面中提供对象（110）• 在检测器平面中提供像素化检测器（114），所述检测器平面通过菲涅耳传播函数与所述对象平面共轭，所述检测器被装配成检测波前的强度，• 提供辐射源（102）和探测器形成部分（104），其被装配成在所述对象平面上形成输入波前（108），所述输入波前被所述对象变换成输出波前，• 提供所述对象的第一数学估计、所述菲涅耳传播函数的估计和所述输入波前的估计、在第一计算平面中由许多节点表示的所述对象的数学估计，每个节点有复值，所述方法包括：• 通过以下各项来获取至少两个图像○选择用于照射的所述对象的区域，○用辐射来照射所述区域，○检测所述像素化检测器上的检测器波前（112）的强度，导致检测器图像，○每个被照射区域与至少一个其它被照射区域重叠，以及迭代地• 更新所述对象的数学估计，使得在所述第一计算平面中将所述对象的估计与所述探测器的估计相乘之后并在使用菲涅耳传播函数来传播到由第二计算平面的许多节点表示的图像的数学估计之后，检测器图像的像素的检测强度与针对所述至少两个图像的在所述第二计算平面中的图像的数学估计的对应区域的强度匹配，直至满足中断判据为止，其特征在于所述检测器图像的像素对应于所述第二计算平面的超过一个节点，并且在更新期间，使得每个检测器像素的测量强度与对应数目的节点的强度匹配。2.权利要求1的方法，所述方法还包括迭代地更新所述输入波前的数学估计。3.前述权利要求中的任一项的方法，其中，所述检测器平面是衍射平面或与之共轭的平面，并且所述菲涅耳传播函数是傅立叶变换。4.前述权利要求中的任一项的方法，其中，所述检测器的每个像素对应于所述第二计算平面的整数个节点，所述整数大于一。5.前述权利要求中的任一项的方法，其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：EGT博斯，I拉兹，
申请(专利权)人：FEI公司，
类型：发明
国别省市：美国;US