Способ обработки видеосигнала в растровом электронном микроскопе и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к системам 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

COLlHAЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК с5р 4 Н 01 J 37/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3942230/24-21 (22) 13.08.85 (46) 23.01.87. Бюл. ¹ 3 (71) Куйбышевский электротехнический институт связи (72) А.А.Камалягин (53) 621.385.833(088.8) (56) Гоулдстейн Дж. и др. Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ.: Перев. с англ.

М.: Мир, 1984, с. 173..

Авторское свидетельство СССР № 1105961, кл. Н 01 J 37/28, 1983. (54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ВИДЕОСИГНАЛА В РАСТРОВОМ ЭЛЕКТРОННОМ МИКРОСКОПЕ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к систе мам визуализации изображений микро„.Я0„„1285544 А1 объектов. Цель изобретения — повышение информативности иэображений мик" рообъектов ° 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 малоконтрастного фрагмента, коммутатора 13 и инвертора 14 повышает качество визуализации малоконтрастных фрагментов изображений при сохранения качества sa ux пределами. 2 с.п. ф-лы, 4 ил.

1285544

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

Цель изобретения — повышение информативности изображений микрообьектов за счет улучшения качества визуализации малоконтрастных фрагментов изображений при сохранении качества за их пределами.

На фиг. 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 (РЭИ) с электронным зондом 2, отклоняющей системой 3 и объектодержателем 4.

Схема обработки видеосиграла включает детектор 5 излучения, блок 6 увеличения, соединенный с отклоняющей системой 3, предварительный усилитель 7 и синхрогенератор 8, выходы которых попарно соединены с входами 6 синхронизации и входами видеосигнала первого 9 и второго 10 блоков автоматической нормализации экстремумов, формирователь 11 сигнала местоположения малоконтрастного фрагмента, видеоконтрольный блок 12, коммутатор 13 и инвертор 14. Третий выход синхрогенератора 8 соединен с входом формирователя 11 сигнала местоположения малоконтрастного фрагмента, выход ко-щ торого соединен с входом стробирования первого блока 9 автоматической нормализации экстремумов и управляющим входом коммутатора 13 и входом инвертора 14, выход которого соединен с входом стробирования второго блока 10. Выходы блоков 9 и 10 соединены с сигнальными входами коммутатора 13, соединенного с сигнальным входом видеоконтрольного блока 12. 50

На временной диаграмме (фиг.2) представлены видеосигнал 15 на выходе предварительного усилителя 7, сигнал 16 местоположения малоконтрастного фрагмента, инвертированный сигнал 17 местоположения малоконтрастного фрагмента, видеосигналы 18 и 19 на выходе соответственно первого 9 и второго 10 блоков автоматической нормализации экстремумов, обработанный 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 элемента 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 сигнальный вход видеоконтрольного блока 12.

Синхронность сканирования электронного луча воспроизводящей изображение электроннолучевой трубки (ЭЛТ) в видеоконтрольном блоке 12 и зонда 2 обеспечивается за счет формирования, в синхрогенераторе 8 развертывающих сигналов, поступающих на вход синхронизации видеоконтрольного блока 12 и через блок 6 увеличения на отклоняющую систему 3 электронно-оптической колонны 1. 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 чс !(, (р! ! i, к" .!!мум!> !! м3!!! !!! !) !а в!!пеосii! i!àë:-1:!ат!Р.".!!!!!аю!!!!!(Уcтро!!ства мак !.!!му, !а и !!!!!!и!!у!!а, а также регуляторы уровня черного и размаха видеосигнала. Во время обратного хода по кад- 5 ру сигналом с выхода синхрогенератора 8, поступающим на входы синхронизации блоков 9 и 10 автоматической нормализации, имеющаяся в накопителях детекторов экстремумов информация 10 записывается в соответствующие ЗУ, затем накопители детекторов очищаются.

Во время прямого хода по кадру детекторы экстремумов выделяют максимальное и минимальное значения видеосиг- .15 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 20 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 малоконтрастный фрагмент и задает режим работы формирователя 11 сигнала местопо- 30 ложения малоконтрастного фрагмента.

В упрощенном виде (без учета размера фрагмента по горизонтали) сигнал 16 местоположения малоконтрастного фрагмента представлен на фиг. 2. Этот.сиг З5 нал поступает на вход блокировки (стробирования) анализа первого бло.ка 9 автоматической нормализации экстремумов видеосигнала и запрещает анализ на интервалах t -t и t -t . 40

2 Э

В приведенном на фиг.2 примере это несущественйо, 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 динамический диапазон между уровнями 21 и 22 черного и белого, что позволяет сформировать за пределами фрагмента изображение микрообъекта с высоким общим контрастом. 55

Лроинвертированный сигнал 17 (фиг. 2) местоположения малоконтрастного фрагмента, снимаемый с выхода инвертора 14, поступает на вход блокировки анализа второго блока 10 авто!!ятическо!! нормализации экстремумов, который выделяет локальные экстремумы видеосигнала, соответствующие малоконтрастному фрагменту, и по ним регулирует уровень черного и размах видеосигнала. Видеосигнал 19 (фиг. 2) с выхода второго блока 10 ав го!атической 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.

Бо 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 блока 12 с преобразователем медленной развертки изображения в телевизионный вещательный стандарт дополнительные удобства дает использование светового пера. При этом может быть выделен щпм, перед началом измерения установить его в единичное состояние и поменять местами входы U, н U компаратора 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 Р3М в другой совокупности узлов и связей могут реализовываться дополнитель- ные удобства. Например, их можно испозовать для одновременной автоматической нормализации экстремумов видеосигналов, снимаемых с двух различных датчиков Р3М, 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

45 результатам анализа регулируют уровень черного и размах видеосигнала, которым модулируют яркость воспроизводимого изображения, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повыше50 ния информативности изображений микрообъектов за счет повышения качества визуализации малоконтрастных фрагментов изображений при сохранении качества за их пределами, анализ экс55 тремумов и регулирование- уровня черного и размаха видеосигнала осуществляют отдельно для малоконтрастного фрагмента и для всего изображения за вычетом малоконтрастного фрагмен5 !2855)44 малоконтрастный фрагмент произвольной 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 10 (фиг. 4) поступает на первый вход 24 компаратора 23, на второй вход которого поступает сигнал 34 (фиг. 4) обратной связи U,,) с выхода ЦАП 31, преобразующего в аналоговую форму цифровой код с выхода 30 счетчика 28.

В интервале t, -t, U U на выходе компаратора 23 — высокий уровень сигнала 37 (фиг. 4) логической единицы, поступающей на один из входов логи- 20 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

1 Д 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

U, U, . При U, Б, (t -t ) сигналом 3735 (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 выделенного в момент t максимума. Максимум входного сигнала 33 (фиг. 4), лежащий в интервале выделяется описываемым 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 t - в, блокируется стробирующим сигналом 36 (фиг. 4), По аналогичной схеме может быть построен стробируемый детектор мини мума видеосигнала. Для этого необхо димо счетчик 28 выполнить вычитаю15

76 та, при этом формируют сигнал местоположения MBJIoKoH BcTHolo фрагмента и ограничивают этим сигналом интервалы анализа и регулирования так, чтобы модулирующнй видеосигнал занимал весь динамический диапазон от уровня черного до уровня белого.

2. Устройство для обработки видеосигяала в растровом электронном мик- 1О роскопе, содержащее последовательно соединенные детектор излучения, предварительный усилитель и блок автоматической нормализации экстремумов, а также синхрогенератор, первый выход f5 которого соединен с входом синхронизации блока автоматической нормализации экстремумов, а второй выход— с входом синхронизации видеоконтрольного блока, о т л и ч а ю щ е е с я 2Q тем, что, с целью повьппения информативности изображений микрообъектов, оно снабжено вторым блоком автоматической нормализации экстремумов, формирователем сигнала местоположения малоконтрастного фрагмента, инвертором и коммутаторам, при этом блоки автоматической нормализации экстремумов выполнены стробируемыми, входы видеосигнала и входы синхронизации первого и второго блоков автоматической нормализации экстремумов попарно объединены, а их выходы соединены соответственно с первым и вторым сигнальными входами коммутатора, выход которого соединен с сигнальным входом видеоконтрольного блока, вход стробирования первого блока автоматической нормализации экстремумов соединен с выходом формирователя сигнала местоположения малоконтрастного фрагмента непосредственно, а вход стробирования второго через инвертор, управляющий вход коммутатора соединен с выходом формирователя сигнала местоположения малоконтрастного фрагмента, вход которого соединен с третьим выходом синхрогенератора.

1285544

2б 27

29

Составитель В.Гаврюшин

Редактор А.Шишкина ТехредЛ.Олейник Корректор E.ÑHðoõìàí

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