基于人工智能算法的透射电子显微镜样品漂移矫正方法技术

本发明专利技术公开了一种基于人工智能算法的透射电子显微镜样品漂移矫正方法，具体为操作透射电子显微镜成像显示在显示器上，所成像的图片大小为m×n；用户根据所成的图片中选择一个小于等于图片大小的区域M×N，所选区域即作为图像模板；根据选取的区域，利用算法提取记录灰度值为数据模板；设置阈值A。选择矫正模式：原位矫正或非原位矫正，原位为无衬度变化仅发生图像偏移，非原位为存在衬度变化；计算其偏离程度D；若偏离程度D值的最小值大于所设置的阈值A，则通过控制样品杆实现机械复位；若偏离程度D值的最小值小于所设置的阈值A，则通过算法实现复位。本发明专利技术的增益效果是能有效防止在连续拍摄多张透射电子显微镜照片时影像的漂移与晃动。

【技术实现步骤摘要】
基于人工智能算法的透射电子显微镜样品漂移矫正方法
本专利技术涉及透射电子显微镜测试
，涉及一种纳米尺度下基于人工智能算法的透射电子显微镜样品漂移矫正方法。
技术介绍
透射电子显微镜是一种能在原子尺度下观察物质结构的重要手段。通过给透射电子显微镜施加附加的配件可以实现元素分析的功能。透射电子显微镜的样品杆是搭载样品的装置，不同的样品杆可以给施加不同的外场，例如热场、电场、力场等。由于透射电子显微是在原子尺度解析物质的工具，因此样品极小的抖动都会造成观测的困难，例如样品的漂移会导致在观测时需要时时刻刻调整样品的位置，使其在观测中心。这无疑加大了观测的难度和对感兴趣区域的实时监控的难度。引起样品漂移的主要原因包括：电子束辐照引起的热漂移，电荷聚集引起的漂移，仪器、外界噪声引起的漂移，操作者的不当操作等。因此如何解决样品的漂移成为当下困扰透射电子显微镜操作者的挑战之一。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决在操作透射电子显微镜拍摄照片或者视频时防止样品漂移，提出一种纳米尺度下基于人工智能算法的透射电子显微镜样品漂移矫正方法。本专利技术的应用场景为在用户操作透射电子显微镜时，连续拍摄多张透射电子显微镜照片。本专利技术的增益效果是能有效防止在连续拍摄多张透射电子显微镜照片时影像的漂移与晃动。实现本专利技术目的的具体技术方案是：一种基于人工智能算法的透射电子显微镜样品漂移矫正方法，该方法包括以下具体步骤：步骤1：操作透射电子显微镜，调整好焦距使得透射电子显微镜能够清晰地对样品成像，样品的像通过外接电荷耦合元件清晰地显示在显示器上，所成像的图片大小为m×n；用户根据所成的图片中选择一个小于等于图片大小的区域M×N，所选区域即作为图像模板；步骤2：根据选取的区域，利用算法提取灰度值，即对所选区域从左上角到右下角逐行记录灰度值并存储到存储器中，并以此时记录的灰度值为数据模板；步骤3：设置阈值A，即所能容忍的图像漂移或晃动的最大值；步骤4：选择矫正模式：原位矫正或非原位矫正，原位为无衬度变化仅发生图像偏移，非原位为存在衬度变化；步骤5：计算其偏离程度D；若偏离程度D的最小值值大于所设置的阈值A，则通过控制样品杆实现机械复位；若偏离程度D值的最小值小于所设置的阈值A，则通过算法实现复位。所述对所选区域从左上角到右下角逐行记录灰度值，具体为：在所选区域中提取以(i，j)为左上角，大小为M×N的子图的灰度值，其中子图的定义为大小为M×N的图片，得到模板数据T(s，t)，其中i，j分别为图像中某个点的横、纵坐标，s，t为计数值。所述计算其偏离程度D，具体为：非原位矫正：每一张图片的大小均为m×n；在步骤2选取的区域中提取灰度值并记为数据模板；切换当前图片进入下一帧图片的拍摄与存储，在该帧图中提取以(i，j)为左上角，大小为M×N的图的灰度值并存储S(x，y)，其中x和y为子图的计数值；计算S(x，y)与模板T(s，t)的偏离值D(i，j)；然后i和j依次加1，提取并储存i和j依次加1后的S(x，y)，并计算i和j依次加1后的S(x，y)与模板T(s，t)的偏离值D(i，j)；i和j依次加1，提取并储存i和j依次加1后的S(x，y)的目的是使得以(i，j)为左上角，大小为M×N的子图灰度值的集合能够包含整张图片的灰度值数据；在所有取到的以(i，j)为左上角，大小为M×N的子图灰度值中，找到偏离值D(i，j)的最小值；判断此时的D(i，j)的值是否大于所设的阈值A，如果大于该阈值A则通过驱动样品杆实现样品的机械复位，如果此时的D(i，j)的值小于阈值A，则提取此时的i，j值，并平移以(i，j)为左上角，大小为M×N的子图图像，使得其左上角位置(i，j)与模板图片左上角的位置(i，j)重合；其中其中1≤i≤m–M+1，1≤j≤n–N+1；切换当前图片进入下一帧图片的拍摄与存储，重复上述步骤，直至拍摄完成；原位矫正：每一张图片的大小均为m×n；在步骤2选取的区域中提取灰度值并记为数据模板；切换当前图片进入下一帧图片的拍摄与存储，在该帧图中提取以(i，j)为左上角，大小为M×N的图的灰度值并存储S(x，y)，其中x和y为子图的计数值；计算S(x，y)与模板T(s，t)的偏离值D(i，j)；然后i和j依次加1，提取并储存i和j依次加1后的S(x，y)，并计算i和j依次加1后的S(x，y)与模板T(s，t)的偏离值D(i，j)；i和j依次加1，提取并储存i和j依次加1后的S(x，y)的目的是使得以(i，j)为左上角，大小为M×N的子图灰度值的集合能够包含整张图片的灰度值数据；在所有取到的以(i，j)为左上角，大小为M×N的子图灰度值中，找到偏离值D(i，j)的最小值；判断此时的D(i，j)的值是否大于步骤三所设的阈值A，如果大于该阈值A，则通过驱动样品杆实现样品的机械复位，如果此时的D(i，j)的值小于阈值A，则提取此时的i，j值，并平移以(i，j)为左上角，大小为M×N的子图图像，使得其左上角位置(i，j)与模板图片左上角的位置(i，j)重合；其中其中1≤i≤m–M+1，1≤j≤n–N+1；此时把修正后的图片保存为新的模板，切换当前图片进入下一帧图片的拍摄与存储，重复上述步骤，直至拍摄完成。本专利技术的有益效果：本专利技术能够较好地克服用户在操作透射电子显微镜时样品漂移所造成的困难。且用户可以灵活地选择感兴趣的区域进行操作，全程自动化地修正漂移方便了用户的操作。附图说明图1为本专利技术流程图。具体实施方式实施例1本实施例为无衬度变化，仅发生图像偏移(非原位)状态，具体包括：步骤1：操作透射电子显微镜，调整好焦距使得透射电子显微镜能够清晰地对样品成像。此时样品的像通过外接电荷耦合元件清晰地显示在显示器上。用户可以根据所成的像选择一个大小为300×300像素的区域，所选区域即作为模板，即保证在后续的操作中该区域不发生漂移与晃动。步骤2：算法根据用户选取的区域提取特征点，即对所选区域从左上角到右下角逐行记录灰度值并存储到存储设备中，并以此时记录的数据为模板。具体为在该帧图中提取以(i，j)为左上角，大小为300×300的子图的灰度值并存储，得到模板数据T(300，300)。步骤3：设置阈值为50，即用户所能容忍的图像漂移或晃动的最大位置。步骤4：选择实验模式是非原位实验。步骤5：计算其偏离程度。图片的总大小为2000×2000像素，切换当前图片进入下一帧图片，在该帧图中提取以(i，j)为左上角，大小为300×300的子图的灰度值并存储S(300，300)，计算其与模板T(300，300)的相似度；i和j依次加1目的是使得以(i，j)为左上角，大小为300×300的子图灰度值能够取到整张图片的灰度值数据，在所有取到的以(i，j)为左上角，大小为300×300的子图灰度值中，找到与模板差异最小的以(i，j)为左上角，大小为M×N的子图为结果，平移图像使得其左上角位置(i，j)与模板图片左上角的位置(i，j)重合，并同时计算出偏移值D值的大小，其中其中1≤i≤1701，1≤j≤1701。如果找到的与模板差异最小的以(i，j)为左上角，大小为300×300的子图的D值大于操作者原先设置的阈值50，则通过软件驱动样品杆进行机械复位。如果小于操作者原先设置的阈值50，则该帧图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于人工智能算法的透射电子显微镜样品漂移矫正方法，其特征在于，该方法包括以下具体步骤：步骤1：操作透射电子显微镜，调整好焦距使得透射电子显微镜能够清晰地对样品成像，样品的像通过外接电荷耦合元件清晰地显示在显示器上，所成像的图片大小为m×n；用户根据所成的图片中选择一个小于等于图片大小的区域M×N，所选区域即作为图像模板；步骤2：根据选取的区域，利用算法提取灰度值，即对所选区域从左上角到右下角逐行记录灰度值并存储到存储器中，并以此时记录的灰度值为数据模板；步骤3：设置阈值A，即所能容忍的图像漂移或晃动的最大值；步骤4：选择矫正模式：原位矫正或非原位矫正，原位为无衬度变化仅发生图像偏移，非原位为存在衬度变化；步骤5：计算其偏离程度D；若偏离程度D值的最小值大于所设置的阈值A，则通过控制样品杆实现机械复位；若偏离程度D值的最小值小于所设置的阈值A，则通过算法实现复位。

【技术特征摘要】
1.一种基于人工智能算法的透射电子显微镜样品漂移矫正方法，其特征在于，该方法包括以下具体步骤：步骤1：操作透射电子显微镜，调整好焦距使得透射电子显微镜能够清晰地对样品成像，样品的像通过外接电荷耦合元件清晰地显示在显示器上，所成像的图片大小为m×n；用户根据所成的图片中选择一个小于等于图片大小的区域M×N，所选区域即作为图像模板；步骤2：根据选取的区域，利用算法提取灰度值，即对所选区域从左上角到右下角逐行记录灰度值并存储到存储器中，并以此时记录的灰度值为数据模板；步骤3：设置阈值A，即所能容忍的图像漂移或晃动的最大值；步骤4：选择矫正模式：原位矫正或非原位矫正，原位为无衬度变化仅发生图像偏移，非原位为存在衬度变化；步骤5：计算其偏离程度D；若偏离程度D值的最小值大于所设置的阈值A，则通过控制样品杆实现机械复位；若偏离程度D值的最小值小于所设置的阈值A，则通过算法实现复位。2.根据权利要求1所述的基于人工智能算法的透射电子显微镜样品漂移矫正方法，其特征在于，所述对所选区域从左上角到右下角逐行记录灰度值，具体为：在所选区域中提取以(i，j)为左上角，大小为M×N的子图的灰度值，其中子图的定义为大小为M×N的图片，得到模板数据T(s，t)，其中i，j分别为图像中某个点的横、纵坐标，s，t为计数值。3.根据权利要求1所述的基于人工智能算法的透射电子显微镜样品漂移矫正方法，其特征在于，所述计算其偏离程度D，具体为：非原位矫正：每一张图片的大小均为m×n；在步骤2选取的区域中提取灰度值并记为数据模板；切换当前图片进入下一帧图片的拍摄与存储，在该帧图中提取以(i，j)为左上角，大小为M×N的图的灰度值并存储S(x，y)，其中x和y为子图的计数值；计算S(x，y)与模板T(s，t)的偏离值D(i，j)；然后i和j依次加1，提取并储存i和j依次加1后的S(x，y)，并计算i和j依次加1后的S(x，y)与模板T(s,t)的偏离值D(i,j)；i和j依次加1，提取并储存i和j依次加1后的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴幸，骆晨，王茜，顾俊杰，张嘉言，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：上海,31