[发明专利]一种改进的欠焦系列迭代波函数重构方法

说明书

本发明公开了一种利用欠焦系列高分辨图像恢复样品下表面波函数的改进迭代波函数重构方法。该方法是建立在传统迭代波函数重构方法以及电子波在真空中传播的方法基础上的。本发明通过将由两张图像重构的初始波函数传播到下一个欠焦量平面，可以得到该平面处重构的高分辨图像。通过对比该重构的图像以及实验记录的图像，该方法可以有效地消除由于欠焦量差异而引入的图像衬度的差异，从而可以求解两张图像之间的相对漂移和配准之后的图像。通过对以上方法的不断迭代，可以求出精确配准的图像，并求出最终的波函数。本发明解决了长久以来无法精确配准欠焦系列图像的问题，为高分辨图像的定量分析建立了基础。

技术领域

本发明公开了一种利用欠焦系列图像恢复样品下表面波函数的改进迭代波函数重构方法，属于透射电子显微镜应用技术和图像处理领域。

背景技术

随着材料研究的深入，透射电镜等对材料内部微观结构进行表征的技术获得了飞速的发展。相位衬度成像机制是高分辨透射电镜最常用的一种成像方法。但由于透射电镜物镜上各种像差的限制，导致高分辨图像难以解释。欠焦系列像波函数重构技术是一种重要的图像后处理方法，该方法可以去除透射电镜各种像差对图像的影响，恢复样品下表面电子波函数的相位。而根据电子与样品的相互作用机理可以知道，当样品较薄时，样品下表面电子波函数的相位与样品中原子柱的投影势场成一次相关关系。因此欠焦系列波函数重构技术对于高分辨图像的解释具有重要的意义。目前常用的波函数重构算法包括抛物面法(parabola method,PAM)，最大似然法(maximum likelihood method,MAL)，维纳滤波法(Wiener filter method)以及迭代波函数重构法(iterative wave functionreconstruction,IWFR)等。其中除了IWFR方法之外，其他方法均需要较多的图像进行重构，来保证重构的质量，而IWFR具有所需图像少、重构误差收敛快、对噪音的抑制好等优点，因而是一种优秀的重构方法。但是通常，在进行波函数重构之前，需对所记录的系列像进行图像配准，保证每张图像都是相同样品区域在不同欠焦量下所成的像。IWFR方法所采用的依然是传统的欠焦系列像波函数重构方法，即为交叉互相关方法(cross correlationfunction,CCF)、相位互相关方法(phase correlation function,PCF)以及刚体配准法(rigid body registration)等。当系列像中相邻两张图像的欠焦量步长较大时这些方法均存在较大的误差。因此，急需一种具有较好图像配准效果且计算速度较快的方法。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：提出一种在较大的欠焦步长、较少的欠焦系列高分辨图像时依然具有稳定可靠的图像配准效果的波函数重构方法。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提供了一种利用迭代波函数重构方法(IWFR，如图1c)以及电子波的真空传播方法进行图像配准的方法，称为改进的迭代波函数重构算法(mIWFR)。

本发明以欠焦系列图片为处理对象，利用传统迭代波函数重构方法和电子波在真空中的传播方法来消除欠焦量差异在图像漂移预测中所引入的误差；得到欠焦系列欠焦系列图片的波函数；所述欠焦系列图片为同一台电镜对同一个样品在不同欠焦步长或同等欠焦步长条件下所得图片。

本发明在每次迭代过程中用于重构的图像数量增加，提高了重构波函数的成功率和信噪比。