Устройство для обработки сигналов изображения в растровом электронном микроскопе Советский патент 1992 года по МПК H01J37/28 

Изобретение относится к растровой электронной микроскопии, в частности к системам визуализации изображений микро- объектов.

Целью изобретения является улучшение условий визуального наблюдения увеличенного изображения микрообъекта при оперативном регулировании соотношений между низкочастотными и высокочастотными составляющими спектра сигнала изображения.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы сигналов.

Устройство содержит синхрогенератор 1, соединенный первым выходом с входом датчика 2 сигналов изображения, первый и

второй фильтры 3 и 4 нижних частот, первый и второй детекторы 5 и 6 экстремумов (максимума и минимума), первый и второй потенциометры 7.1 и 7.2, сдвоенные между собой, первый блок 8 суммирования, второй блок 9 суммирования, регистр 10 и цифроа- налоговый преобразователь 11.

Выход датчика 2 соединен с входами первого и второго ФНЧ 3 и 4, выход первого из которых связан с первыми входами первого и второго детекторов 5 и 6 экстремумов и первым входом блока 8 суммирования. Выходы первого и второго детекторов 5 и 6 экстремумов соединены соответственно с первым и вторым входами второго блока 9 суммирования, подключенного выходом к первому входу регистра 10, в свою очередь

и ю

00

о

ч

подсоединенного выходом к входу ЦАП 11. Первые выводы потенциометров 7-1 и 7-2 соединены соответственно с выходами ЦАП 11 и второго ФНЧ 4, выводы движков - соответственно с вторым и третьим входами первого блока, 8 суммирования, а вторые вы воды-с общим проводом. Выход первого блока 8 суммирования соединен с первым входом видеоконтрольного блока 12, второй вход которого подсоединен к первому выходу синхрогенератора 1. Второй выход синхрогенератора 1 соединен с вторыми входами первого и второго детекторов 5 и 6 экстремумов и регистра 10, а третий выход - с третьими входами первого и второго детекторов 5 и б экстремумов.

Датчиком 2 сигналов изображения является растровый электронный микроскоп (РЭМ), включающий источник электронов, электронно-оптическую систему, детектор излучений с предварительным усилителем и аппаратурные средства изменения размеров области сканирования на образце.

Устройство работает следующим образом.

В датчике 2 электронный зонд воздействует на исследуемый образец. При воздействии электронов с образцом формируется сигнал изображения, который, пройдя через схему обработки, используется для ото- бражения увеличенного изображения микрообьекта на экране ВКБ 12, развертка которого осуществляется синхронно с разверткой датчика 2.

Формирование обработанного сигнала с измененным по отношению к входному сигналу изображения соотношением низкочастотной и высокочастотной компонент осуществляется из выходных сигналов первого и второго ФНЧ 3 и 4 в первом блоке 8 суммирования. В предлагаемом устройстве изменение средней яркости изображения, сопровождающее ослабление низкочастотных составляющих сигнала изображения, компенсируется добавлением в обработанный сигнал пропорционально подавлению нижних частот составляющей входного сигнала 13, определяемой из соотношения

U

ср

U макс + Умин

где Умакс, Умин максимальное и минимальное значения 14 и 15 сигнала;

Up Умакс - Умин - размах входного сигнала 16.

В исходном состоянии движки потенциометров 7-1 и 7-2 находятся в крайнем нижнем (на фиг. 1) положении. Сигнал 1&

изображения проходит через схему обработки без изменения, поскольку на втором и третьем входах первого блока 8 суммирования устанавливается нулевой потенциал

общего провода. Наблюдая на экране ВКБ 12 изображение микрообъекта, оператор выбирает режим формирования сигнала в датчике 2. При необходимости производится ручная или автоматическая подстройка

яркости и контраста в ВКБ 12.

Первый и второй детекторы 5 и 6 экстремумов измеряют и преобразуют в цифровой код максимальное и минимальное значения 14 и 15 сигнала 16. Измерение осуществляется на интервале времени прямого хода по кадру. Сброс результатов измерения (подготовка детекторов к следующему измерению) осуществляется кадровым синхроимпульсом, поступающим с второго

выхода синхрогенератора 1. Синхронизация аналого-цифрового преобразователя осуществляется тактовыми импульсами, поступающими на детекторы 5 и 6 с третьего выхода синхрогенератора 1,

Цифровые коды экстремумов с выходов детекторов 5 и 6 поступают на входы второго блока 9 суммирования, на выходе которого к концу прямого хода по кадру формируется параллельный код удвоенного

среднего значения (13) сигнала изображения 16, поступающий на информационные входы регистра 10. Передним фронтом кадрового синхроимпульса, поданного на вход синхронизации регистра 10, выходной код

второго блока 9 суммирования записывается в регистр 10. ЦАП 11 осуществляет преобразование выходного кода регистра 10 в аналоговый сигнал.

Обработанный сигнал изображения,

снимаемый с выхода первого блока 8 суммирования, может быть представлен в виде

Увыхф U вых ф i(t) - KU вых ф 2 W + KUcp,

-

где U вых Ф i(t) - сигнал с выхода первого ФНЧ 3;

УвыхфаМ сигнал с выхода второго ФНЧ 4;

0 К 5 1 - коэффициент подавления низкочастотных составляющих спектра сигнала изображения.

В предлагаемом устройстве операция деления суммы Умакс + Умин «а два, необходимая для получения величины UCp, может быть выполнена либо в ЦАП 1 Установкой соответствующего масштаба преобразования, либо в первом блоке 8 суммирования выбором соответствующего коэффициента

суммирования сигнала, поступающего на его второй вход.

Для выбора степени подчеркивания границ деталей на изображении оператор вращает ось сдвоенных между собой первого и второго потенциометров 7-1 и 7-2. Снимаемый с движка второго потенциометра 7-2 сигнал содержит только низкочастотные составляющие спектра (без 17) входного сигнала изображения. Этот сигнал поступа- ет на инвертирующий вход первого блока 8 суммирования и вычитается из сигнала, поступающего на первый вход, верхняя граница спектра которого соответствует установленной скорости сканирования. По- зицией 18 изображен сигнал, представляющий собой разность выходного сигнала первого ФНЧ 3 и половины выходного сигнала второго ФНЧ 4, что соответствует среднему положению движка второго по- тенциометра 7-2 (К 0,5).

После установки оптимального режима обработки может потребоваться некоторая подстройка режима ВКБ 12, поскольку в общем случае нет полного совпадения ди- намических диапазонов исходного и обработанного сигналов 16 и 19.

Таким образом, предлагаемое устройство автоматически согласовывает динамические диапазоны сигнала изображения и воспроизводящего изображения устройства при оперативном изменении соотношения между высокочастотными и низкочастотными составляющими спектра сигнала изображения, улучшающем выде- ление пространственных признаков наблюдаемых объектов. Это повышает удобство работы оператора при проведении исследований, улучшает условия наблюдения изображения, сформированного из обработанного сигнала.

Формула изобретения Устройство для обработки сигналов изображения в растровом электронном микроскопе, содержащее датчик сигналов изображения, первый и второй фильтры

нижних частот, блок суммирования и видеоконтрольный блок, при этом выход датчика сигналов изображения подключен к входам первого и второго фильтров нижних частот, выход первого фильтра нижних частот подсоединен к первому входу блока суммирования, выход которого подключен к входу видеоконтрольного блока, отличающееся тем, что, с целью улучшения условий визуального наблюдения изображения при оперативном регулировании соотношения между низкочастотной и высокочастотной составляющими спектра сигнала изображения, в него введены дополнительно синхро- генератор, детектор максимума и детектор минимума, дополнительный блок суммирования, регистр, первый и второй сдвоенные потенциометры и цифроаналоговый преобразователь, причем блок суммирования выполнен с тремя входами, первый и второй из которых неинвертирующие, а третий - инвертирующий, при этом тактовый выход синхрогенератора подключен к тактовым входам детектора максимума и детектора минимума, первый синхронизирующий выход подсоединен к синхронизирующему входу видеоконтрольного блока, второй синхронизирующий выход синхрогенератора подключен к синхронизирующим входам детекторов максимума и минимума и регистра, входы детекторов максимума и минимума подсоединены к выходу первого фильтра нижних частот, а выходы детектора максимума и минимума - соответственно к первому и второму входу дополнительного блока суммирования, выход которого подключен к входу регистра, выходы которого подсоединены к входам цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен к в ходу первого потенциометра блока сдвоенных потенциометров, средний вывод которого подсоединен к второму входу блока суммирования, к третьему входу которого подключен средний вывод второго потенциометра блока сдвоенных потенциометров, вход которого подключен к выходу второго фильтра нижних частот.

UHOKC

%

UttUH

JIл J M FT

C .JrfV

15

Редактор М. Кузнецова

Фиг. 2

Составитель Е. Барышевский

Техред М.МоргенталКорректор О. Ципле

TK

2Тк

Использование: в растровой электронной микроскопии, в частности в системах визуализации изображений микрообъектов. Сущность изобретения: формирование обработанного видеосигнала с измененным по отношению к входному сигналу соотношением низкочастотной и высокочастотной составляющих и согласование динамических диапазонов сигнала и отображающего устр-ва выполняется вычитанием заданной доли значения сигнала на выходе первого фильтра нижних частот из сигнала на выходе второго фильтра нижних частот с отличающейся частотой среза и добавлением постоянной величины, равной полусумме максимального и минимального значений сигнала на протяжении кадра, фиксируемыми цифровыми детекторами экстремума и преобразованными в аналоговую форму. 2 ил.