Способ обработки видеосигнала в растровом электронном микроскопе и устройство для его осуществления Советский патент 1987 года по МПК H01J37/28 

Изобретение относится к растровой электронной микроскопии, в частности к системам визуализации изображений микрообъектов.

Цель изобретения - повышение ин- формативности изображений микрообъектов за счет улучшения качества визуализации малоконтрастных фрагментов изображений при сохранении ка- честна за их пределами.

На фиг о 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы характерных сигналов; на фиг. 3 - структурная схема стробируемого детектора максимума блока автоматической нормализации экстремумов; на фиг. 4 - временные диаграммы работы детектора максимума

Устройство содержит (фиг. 1) электронно-оптическую колонну 1 растрового электронного микроскопа (РЭМ) с электронным зондом 2, отклоняющей системой 3 и объектодержателем 4. Схема обработки видеосиграпа включа- ет детектор 5 излучения, блок 6 увеличения, соединенньй с отклоняющей системой 3, предварительный усилитель 7 и синхрогенератор 8, выходы которых попарно соединены с входами синхрониз ации и входами видеосигнала первого 9 и второго 10 блоков автоматической нормализации экстремумов, формирователь 11 сигнала местоположения малоконтрастного фрагмента, ви- деоконтрольньй блок 12, коммутатор 1 и инвертор 14. Третий выход синхро- генератора 8 соединен с входом формирователя 11 сигнала местоположения малоконтрастного фрагмента, выход ко торого соединен с входом стробирова- ния первого блока 9 автоматической нормализации экстремумов и управляющим входом коммутатора 13 и входом инвертора 14, выход которого соеди- ней с входом стробирования второго блока 10, Выходы блоков 9 и 10 соединены с сигнальными входами коммутатора 13, соединенного с сигнальным входом видеоконтрольного блока 12.

На временной диаграмме (фиг.2) представлены видеосигнал 15 на выходе предварительного усилителя 7, сигнал 16 местоположения малоконтрастного фрагмента, инвертированный сиг- нал 17 местоположения малоконтрастного фрагмента, видеосигналы 18 и 19 на выходе соответственно первого 9 и второго 10 блоков автоматической

нормализации экстремумов, обработан- ньм видеосигнал 20, уровни белого 21 и черного 22 в видеосигнале.Стробируемый детектор максимума, входящий в блоки 9 и 10 автоматической нормализации экстремумов, содержит (фиг. 3) компаратор 23 с входом 24 видеосигнала, логический элемент 25 с входом 26 блокировки анализа и входом 27 тактовых импульсов, счетчик 28 с входом 29 установки нуля и выходом 30 кода экстремума и цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 31, соединенный с компаратором 23.

На временной диаграмме (фиг. 4) работы детектора максимума показаны входные сигналы 32 компаратора 23-, входной видеосигнал 33, сигнал 34 обратной связи, тактовые импульсы 35 стробирующий сигнал 36, сигнал 37 с выхода компаратора 23, тактовые импульсы 38 на выходе логического элмента 25.

Сущность способа и работа устройства заключаются в следующем.

В электронно-оптической колонне 1 формируется зонд 2. Излучения, возникающие при взаимодействии электронов зонда 2 с исследуемым образцом преобразуются детектором 5 в видеосигнал, который после обработки поступает для визуализации на сигналь- ньй вход видеоконтрольного блока 12. Синхронность сканирования электронного луча воспроизводящей изображение электроннолучевой трубки (ЭЛТ) в видеоконтрольном блоке 12 и зонда 2 обеспечивается за счет формироватния в синхрогенераторе 8 развертывающих сигналов, поступающих на вход синхронизации ввдеоконтрольного блока 1 и через блок 6 увеличения на отклоняющую систему 3 электронно-оптической колонны При этом увеличение РЭМ определяется отношением линейных размеров растра на экране ЭЛТ и образце, а значит и коэффициентом преобразования напряжения развертывающих сигналов в ток отклоняющей системы 3, установленным в блоке 6 увеличения.

Прошедший через предварительный усилитель 7 видеосигнал 15 (фиг.-2) поступает на входы видеосигнала первого 9 и второго 10 блоков автоматической нормализации экстремумов. Каждый из этих блоков включает в себя

12

цс Т сч го)л-1 м.1К(:имум;1 и г.Л ппмумя видесэ- 1 -И1 нл.пя, -- ати- минающис устройства максимума и минимума, а также регуляторы уровня черного и размаха видеосигнала. Во время обратного хода по кад- ру сигналом с выхода синхрогенерато- ра 8, поступающим на входы синхронизации блоков 9 и 10 автоматической нормализации, имеющаяся б накопителях детекторов экстремумов информация записывается в соответствующие ЗУ, затем накопители детекторов очищаются Во время прямого хода по кадру детекторы экстремумов выделяют максимальное и минимальное значения видеосиг- нала и сохраняют их в своих накопителях, а информация об экстремумах видеосигнала в предыдущем кадре, хранимая в ЗУ, используется для управления регуляторами уровня черного и размаха видеосигнала.

Отличительной особенностью блоков 9 и 10 автоматической нормализации экстремумов является использование в них стробируемых детекторов,

Наблюдая изображение на экране ЭЛТ видеоконтрольного блока 12, оператор выбирает интересующий его малоконт- растный фрагмент и задает режим работы формирователя 11 сигнала местопо- ложения малоконтрастного фрагмента. В упрощенном виде (без учета размера фрагмента по горизонтали) сигнал 16 местоположения малоконтрастного фрагмента представлен на фиг. 2. Зтот.сиг нал поступает на вход блокировки (стробирования) анализа первого бло- .ка 9 автоматической нормализации экстремумов видеосигнала и запрещает анализ на интервалах t -t иt -t , В приведенном на фиг.2 примере это несущественно, однако стробирование .улучшит условия наблюдения изображе- .ния за пределами фрагмента, если фрагмент кроме локальных содержит один из общих экстремумов видеосигнала.

На выходе блока 9 автоматической нормализации экстремумов видеосигнал 18 (фиг. 2) занимает весь дина- мический диапазон между уровнями 21 и 22 черного и белого, что позволяет сформировать за пределами фрагмента изображение микрообъекта с высоким общим контрастом.

Проинвертированный сигнал 17 (фиг. 2) местоположения малоконтрастного фрагмента, снимаемый с выхода инвертора 14, поступает на вход блокировки анализа второго блока 10 автоматической нормализации экстремумов, который вьщеляет локальные экс- видеосигнала, соответствующие малоконтрастному фрагменту, и по ним регулирует уровень черного и размах видеосигнала. Видеосигнал 19 (фиг. 2) с выхода второго блока 10 автоматической нормализации экстремумов позволяет сформировать изображение с высоким контрастом в пределах выбранного оператором фрагмента, за пределами которого часть информации, оказавшаяся ниже уровня 22 черного и выше-уровня 21 белого, теряется.

Обработанный видеосигнал 20 (фиг, 2) используемый для воспроизведения изображения микрообъекта на экране ЭЛТ видеоконтрольного блока 12, снимается с выхода коммутатора 13, управляемого сигналом 16 местоположения малоконтрастного фрагмента. Во время сканирования малоконтрастного фрагмента коммутатор 13 пропускает на видеоконтрольный блок 12 сигнал с выхода второго 10, а во время сканирования за пределами фрагмента - первого 9 блоков автоматической нормализации экстремумов видеосигнала.

Таким образом на экране воспроизводящей изображение ЭЛТ формируется удобное для визуального анализа высококонтрастное изображение с локально повышенным контрастом в выбранном оператором фрагменте

Сигнал 16 местоположения малоконтрастного фрагмента целесообразно формировать цифровыми методами. При (ЭТОМ сравнительно легко в любом месте изображения может быть выделен прямоугольный фрагмент с границами, параллельными сторонам растра.

Для обеспечения стабильности положения фрагмента на изображении на вход формирователя 11 сигнала местоположения малоконтрастного фрагмента с третьего выхода синхрогенератора 8 подаются тактовые импульсы с частотой следования элементов изображения.На быстрых развертках или при использовании видеоконтрольного бло- :ка 12 с преобразователем медленной развертки изображения в телевизионный вещательньш стандарт дополнительные удобства дает использование, светового пера. При этом может быть выделен

512

малоконтрастный фрагмент произяолр - ной формы.

Стробируемый детектор максимума целесообразно выполнить по структурной схеме, представленной на фиг. 3. Работает он следующим образом.

К моменту начала прямого хода по кадру счетчик 28 по входу 29 устанавливается в нулевое состояние. Анализируемый входной видеосигнал (U) 33 (фиг. 4) поступает на первый вход 24 компаратора 23, на второй вход которого поступает сигнал 34 (фиг, 4) обратной связи и) с выхода ЦАП 31, преобразующего в аналоговую форму цифровой код с выхода 30 счетчика 28 В интервале t t Uj.U , на выходе компаратора 23 .- высокий уровень сигнала 37 (фиг. 4) логической единицы, поступающей на один из входов логи- ческого элемента 25, на вход 26 блокировки которого в этом интервале времени подан стробирующий сигнал 36 (фиг. 4) логического нуля; тактовые импульсы 35 (фиг. 4), поданные на вход 27, через логический элемент 25 на вход счетчика 28 не поступают, и его состояние не изменяется. В интервале t -t блокировка с детектора максимума снята (логическая единица на втором входе 26 логического элемента 25), и тактовые импульсы 38 (фиг. 4) через .элемент 25 проходят на вход счетчика 28 до тех пор, пока Uc Uoe . При ( сигналом 3 (фиг. 4) логического нуля с выхода компаратора 23 запрещается прохождение тактовых импульсов 35 (фиг. 4) через логический элемент 25 на вход счетчика 28, в котором сохраняется код величины вьщеленного в момент t максимума. Максимум входного сигнала 33 (фиг. 4), лежащий в интервале ., выделяется описьтаемым детектором аналогичным образом, и его код сохраняется в счетчике 28 до тех пор пока во время очередного обратного хода по кадру не перепишется в запоминающее устройство, а счетчик 28 не будет установлен в нулевое состояние Из сказанного следует, что детектирование максимума входного сигнала 33, лежащего в интервале ., блокируется стробируняцим сигналом 36 (фиг. 4).

По аналогичной схеме может быть построен стробируемьш детектор мини- Нума видеосигнала. Для этого необходимо счетчик 28 выполнить вычитающим, перед началом измерения установить его в единичное состояние и поменять местами входы LI и U компаС ос

ратора 23. В качестве генератора тактовых импульсов, подаваемых на вход 27 детектора экстремума, может быть использован задающий генератор синхрогенератора 8, вырабатывающий колебания частотой, превышающей частоту следования элементов изображения.

Применение изобретения для обработки видеосигналов в телевизионной системе РЭМ позволяет повысить информативность исследований микрообъектов при визуальном анализе их увеличенных изображений. Повышается удобство работы оператора. При анализе улучшенного изображения малоконтрастного фрагмента не теряется информация за его пределами. Наличие в предлагаемом устройстве двух блоков автоматической нормализации экстремумов видеосигнала не является избыточным, так как при их использовании в телевизионной системе РЭМ в другой совокупности узлов и связей могут реализовываться дополнительные удобства. Например, их можно ис- позовать для одновременной авто- матической нормализации экстремумов видеосигналов, снимаемых с двух различных датчиков РЭМ, с последующим формированием комбинированных изображений путем коммутации этих видеосигналов после их нормализации.

Формула изобретения

1. Способ обработки видеосигнала в растровом электронном микроскопе, в процессе которого анализируют экстремумы входного видеосигнала и по результатам анализа регулируют уровень черного и размах видеосигнала, которым модулируют яркость воспроизводимого изображения, отличающийся тем, что, с целью повьппе- ния информативности изображений микрообъектов за счет повьшения качества визуализации малоконтрастных фрагментов изображений при сохранении качества за их пределами, анализ экстремумов и регулирование уровня черного и размаха видеосигнала осуществляют отдельно для малоконтрастного фрагмента и для всего изображения за вычетом малоконтрастного фрагмента, при эт.ом формируют сигнал местоположения малоконграстного фрагмента и ограничивают этим сигналом интервалы анализа и регулирования так, чтобы модулирующий видеосигнал зани- мал весь динамический диапазон от уровня черного до уровня белого.

2. Устройство для обработки видеосигнала в растровом электронном мик- роскопе, содержащее последовательно соединенные детектор излучения, предварительный усилитель и блок автоматической нормализации экстремумов.

а также синхрогенератор, первый выход f5 нормализации экстремумов соединен с

которого соединен с входом синхронизации блока автоматической нормализации экстремумов, а второй выход - с входом синхронизации видеоконтрольного блока, отличающееся тем, что, с целью повышения информативности изображений микрообъектов, оно снабжено вторым блоком автоматической формализации экстремумов, фори

15

У| W

мирователем сигнала местоположения малоконтрастного фрагмента, инвертором и коммутатором, при этом блоки автоматической нормализации экстремумов выполнены стробируемыми, входы видеосигнала и входы синхронизации первого и второго блоков автоматической нормализации экстремумов попарно объ.единены, а .их выходы соединены соответственно с первым и вторым сигнальными входами коммутатора, выход которого соединен с сигнальным входом видеоконтрольного блока, вход строби- рования первого блока автоматической

выходом формирователя сигнала местоположения малоконтрастного фрагмента непосредственно, а вход стробирования второго через инвертор, управлякиций вход коммутатора соединен с выходом формирователя сигнала местоположения малоконтрастного фрагмента, вход которого соединен с третьим выходом син- хрогенератора.

Изобретение относится к систе- мам визуализации изображений микрообъектов. Цель изобретения - повышение информативности изображений микрообъектов . Устройство содержит электронно-оптическую колонну 1 растрового электронного микроскопа, детектор 5 излучения, блок 6 увеличения, предварительный усилитель 7, синхрогенератор 8, блок 9 автоматической нормализации экстремумов и видеоконтрольный блок 13. Введение блока 10 автоматической нормализации экстремумов, формирователя 11 сигнала местоположения малоконтрастнрго фрагмента, коммутатора 13 и инвертора 14 повышает качество визуализадии малоконтрастных фрагментов изображений при сохранении качества за их пределами. 2 с.п. ф-лы, 4 ил. в шto 00 ел СП 4: 4

23

26 27

(L

Z5

Фаг.З

28

29

W

Составитель В.Гаврюшин Редактор А.Шишкина Техред Л, Олейник Корректор Е.Сирохман

Заказ 7532/54 Тираж 698 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4