去除电子显微照相机图像异常点的方法技术

本发明专利技术公开一种去除透射式电子显微照相机图像中的异常点像素的方法。一种示范方法包括建立n个电子/像素的预期曝光量；将所述照相机暴露在一系列子帧曝光量下，生成一系列子帧图像；计算所述系列中所有子帧曝光量的平均值图像信号；建立选作获得预期误测数量的阈值；对比所述阈值离平均值更远的像素的所述各子帧曝光量进行评估；使用所述平均值替换超出所述阈值的所述各子帧图像中的像素，以形成修正的子帧图像。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】去除电子显微照相机图像异常点的方法相关申请的交叉引用本PCT申请要求获得于2014年8月2日申请的标题为“去除电子显微照相机图像异常点的方法”的第60/032,535号临时申请案按照《美国法典》第35卷第119条(e)项规定所享有的权利。所述临时申请案的全部公开内容均以引用的方式并入本文。
本专利技术涉及电子显微镜图像处理领域。
技术介绍
直到近年以来，电子显微镜的照相机还一直采用一种间接成像法制造，这种间接成像法使用闪烁体将电子图像转换成光图像，通过某种光学装置捕捉光图像，并将光图像转移到与闪烁体偏移的一个平面上，再使用硅传感器来捕捉光图像。所述光学装置由熔融光纤板或透镜组成。除了转移光图像的主要功能外，光学装置还可保护硅传感器免受电子束直接照射以及闪烁体上或更高处电子显微镜镜筒上电子束轫致辐射产生的X射线带来的伤害。该次要功能用于保护传感器不受损坏，并防止X射线射中传感器造成图像劣化。所述光学装置在实现次要功能时仅能起到部分作用。闪烁体上或更高处电子显微镜镜筒上产生的X射线，一部分穿过光学装置，一部分在硅传感器的外延层中被直接检测到，在其入口点生成小亮点，覆盖在电子束形成的图像上。这些亮点不能提高图像的质量，相反会降低其质量，因为：1)闪烁体上的随机发射角以及后续散射破坏了X射线与在闪烁体上产生X射线的携带图像信号的电子之间的空间关联；2)与闪烁后以及通过光学装置进行图像转移后入射电子带来的净信号相比，直接检测到的X射线在硅传感器检测到的图像上显著地增加了更多信号。因此，应该尽量减少这些X射线产生的亮点数量。减少亮点的主要方法是增加闪烁体与传感器之间的质量。当电子束的能量过高，或闪烁体与传感器之间没有充足的空间来放置足够材料时，该方法并不十分有效。此外，若使用光学透镜，光学设计将规定材料的数量，而该数量可能不足以提供足够的X射线安全屏蔽。另外，除闪烁体轫致辐射X射线外，还存在其他辐射源。它们包括宇宙射线以及局部环境中放射性元素的衰变，这些因素同样能在图像中生成亮点。虽然可以通过照相机外壳和用于减少这些形式的辐射的光学装置进行屏蔽，但在存在轫致辐射的情况下，也不能100％有效。另外，不带闪烁体和转移光学装置的直接检测传感器在检测偏离散射和样本图像统计中未予描述但会影响图像质量的其他辐射源时将存在问题。因此，需要一种技术能够完全消除入射电子束和其他辐射源所引起的X射线导致的传感器中的亮点。这些从不符合预期图像统计特征的各种来源中产生的亮点就称为异常点。一种消除异常点的图像处理技术应能解决所有上述各种辐射源诱导产生的亮点，不论其来源如何。目前已知一些基于从综合曝光值中去除异常点的图像处理技术。通过对局部图像统计数据进行评估，这些技术将建立一个无异常点值的局部预期范围，而异常点则被确认为不在局部预期范围内的那些像素。该范围的建立通常选取多个标准偏差用于减少对异常点的错误识别，而异常点是从未遭受直接辐射探测事件的像素中选出的。因为通常情况下，标准偏差或统计偏差的其他测量值随着局部照明强度(以下简称为每像素电子剂量或电子剂量)以及局部样本图像亮度而变化，并且样本可从一个图像变为下一个图像，或在图像内从一个区域变到下一个区域，因此通常每个待处理图像的阈值一般都是单独评估的。这种方法存在很多问题。首先，它依赖于对遍历性的假设，即像素局部组的统计数据与一系列获取的像素之一的统计数据相匹配。然而，因对比度较高或样本图像变化迅速，这种假设不成立。通过评估受测像素周围局部小范围内的统计数据可尽量减小样本对比效果，但这一要求减少了用于计算平均信号电平的像素的数量以及用于生成异常点阈值标准的标准偏差的数量。这就需要一种适用于低对比度样本的折中方案，但因为更复杂的图像内容，如绕射图或含有锐利边缘的图像，使图像中的高对比度特征(如绕射图斑点)被错误地确认为辐射异常点，该折中方案依然不成立。第二个问题是，随着剂量水平增加，间接图像(闪烁体光振荡、光传输和传感器检测得到的预期“良好的”图像)中普通高斯噪点的柱状图将逐渐使越来越多直接检测到的辐射事件的柱状图变得模糊。当闪烁体发生轫致辐射，其透射式电子显微镜成像中异常点的最重要来源时，尤其在200kV以上加速电压下，X射线异常点计数率与射束强度成正比。此效应如图1所示，图1显示了在每个检测器像素的电子射束剂量水平分别约为100和7000的两种不同情况下，将间接耦合的透射式电子显微镜相机置于400kV均匀射束中的结果。在各剂量水平下，选取一对相同曝光量并通过平差去除柱状图的固定式增益变化值。为生成图1中的曲线，差异图像的绝对值柱状图被这一对曝光量的总平均剂量划分，形成一个带有单位的规范化柱状图：给定计数率下各入射束电子的像素。图中的X轴代表从无论高低的图像均值而来的一个像素偏差的计数中的绝对量。低剂量1(100个电子/像素)和高剂量2(7000个电子/像素)的柱状图都可见包括两个部分，分别为：高斯型3(日志显示为逆抛物线)间接图像噪点分布和X射线生成异常点的衰减指数4(日志显示为向下倾斜的近似线形)分布。随着射束强度的增加，规范化的噪点分布将变得更宽更低，而因高斯分布上方柱状图区域内射束产生的轫致辐射X射线，预测各入射束电子的给定像素计数的规范化分布将恒定不变。低剂量(100个电子/像素)从150个计数5开始，高剂量(7000个电子/像素)从700个计数6开始。因此，在较高剂量下，异常点分布的很大一部分被高斯分布覆盖，因而不能通过异常点阈值方法进行辨别。虽然可以认为，如果不能进行辨别则异常点分布不可见，因此并不存在问题，但总噪点仍然明显地包括规范分布包络线附近的异常点。该示例表明，阈值为700个计数而非150个计数时，7000个电子/像素的图像中存在的异常点约占7000个电子/像素功率谱的5％的变量。检测之后，修正异常点最简单的方法是将其恢复到局部均值。另一种方法则是将异常点像素设置为从最近邻点内插的值。对于具有显著空间变化的高对比度图像而言，如果图像因为位置而变化太迅速，平均设定值和内插值都将不准确，因此也会出现误差。因此，需要一种提供图像异常点检测和修正的改进方法。附图说明图1为不同强度水平下各入射束电子的典型像素图。图2为纵轴显示像素强度的图像的三维图。图3为纵轴显示像素强度的图像的三维图。图4为标准偏差图像产生的图示。图5为修正边远像素的示范方法。图6为修正边远像素的示范方法。具体实施方式将曝光剂量进行分级，即将其划分为一系列子曝光量但合计仍与总剂量相同，将为提高异常值去除效果创造大量机会。首先，通过为各像素提供一个曝光序列，可以逐像素为基础对平均值和标准偏差进行评估来确定异常点阈值，从而避免依赖遍历性假设。依次地，而由于对像素进行了统计评估，基本上消除了样本图像特征的敏感度。第二，通过缩小设定阈值的剂量，较少的直接辐射检测柱状图被归入间接图像信号，因此能够选择更低的阈值，并能够更加彻底地去除非预期辐射信号。第三，各子曝光量可单独修正，通过使用平均值或内插值替换异常点，最终合并图像各像素的伪像素将减少，因为在任何给定像素下，在一系列子曝光量中，通常最多只有一个子曝光量会被修正。由于极低的事件发生率(各显微镜入射电子约10-7至10-6)，甚至对于达到数千上万的子曝光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种去除透射式电子显微照相机图像中的异常点像素的方法，包括：a.建立n个电子/像素的预期曝光量；b.将所述照相机暴露在一系列子帧曝光量下，生成一系列子帧图像；c.计算所述系列中所有子帧曝光量的平均值图像信号；d.建立选作获得预期误测数量的阈值；e.对比所述阈值离平均值更远的像素的所述各子帧曝光量进行评估；f.使用所述平均值替换超出所述阈值的所述各子帧图像中的像素，以形成修正的子帧图像。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.02 US 62/032,5351.一种去除透射式电子显微照相机图像中的异常点像素的方法，包括：a.建立n个电子/像素的预期曝光量；b.将所述照相机暴露在一系列子帧曝光量下，生成一系列子帧图像；c.计算所述系列中所有子帧曝光量的平均值图像信号；d.建立选作获得预期误测数量的阈值；e.对比所述阈值离平均值更远的像素的所述各子帧曝光量进行评估；f.使用所述平均值替换超出所述阈值的所述各子帧图像中的像素，以形成修正的子帧图像。2.根据权利要求1所述的方法进一步包括：g.为所述曝光量系列中各像素的位置计算曝光量系列的标准偏差；其中，所述阈值通过阈值系数与所述计算出的标准偏差相关。3.根据权利要求1所述的方法进一步包括以下步骤：h.合并所述修正的子帧图像，以形成修正的曝光量。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在进行步骤h前，重复步骤c-f。5.根据权利要求1所述的方法，特征在于，所述平均值为移动平均值。6.根据权利要求5所述的方法进一步包括：g.根据曝光量系列和所述平均值计算移动方差，并根据所述移动方差计算所述曝光量系列中各像素位置的所述曝光量系列的移动平均值标准偏差；其中，所述阈值通过阈值系数与所述计算出的标准偏差相关。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述子帧曝光量具有相等强度。8.根据权利要求1所述的方法进一步包括：g.为所述曝光量系列中各像素的位置计算曝光量系列的标准偏差；其中，所述阈值通过阈值系数与所述计算出的标准偏差相关。9.根据权利要求8所述的方法进一步包括以下步骤：h.合并所述修正的子帧图像，以形成修正的曝光量。10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，该标准偏差是通过使用一种线性关系从所述平均值信号水平计算获...

【专利技术属性】
技术研发人员：保罗·穆尼，
申请(专利权)人：加坦公司，
类型：发明
国别省市：美国,US