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

СОЮЗ СОВЕТСНИХ ЦИАЛИСТИЧЕСКИ СПУБЛИК, 12855 19 7/2 ИОАН ИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ТЕЛЬСТ АВТОРСКОМ хничес Растроваярентгеновс англ. СССР 8, 1983 ОСИГНАЛА КРОСКОПЕ СТВЛЕНИЯ к систе ий микро 4 ь СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Куйбышевский электрокий институт связи(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ВИДЕВ РАСТРОВОМ ЭЛЕКТРОННОМ МИИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕ(57) Изобретение относитсямам визуализации изображен объектов. Цель изобретения - повьппение информативности иэображений мик"рообъектовУстройство содержитэлектронно-оптическую колонну 1растрового электронного микроскопа,детектор 5 излучения, блок 6 увеличения, предварительный усилитель 7,синхрогенератор 8, блок 9 автоматической нормализации экстремумов ивидеоконтрольный блок 13. Введениеблока 10 автоматической нормализацииэкстремумов формирователя 11 сигнала местоположения малоконтрастногофрагмента, коммутатора 13 и инвертора 14 повышает качество визуализадиималоконтрастных фрагментов изображений при сохранения качества за ихпределами. 2 с.п. ф-лы, 4 ил.Изобретение относится к растровойэлектронной микроскопии, в частностик системам визуализации изображениймикрообъектов.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) 20 электронно-оптическую колонну 1 растрового электронного микроскопа (РЭМ) с электронным зондом 2, отклоняющей системой 3 и объектодержателем 4. Схема обработки видеосиграла включа ет 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. 50На 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 21и черного 22 в видеосигналеСтробируемый детектор максимума,входящий в блоки 9 и 10 автоматической нормализации экстремумов, содержит (фиг, 3) компаратор 23 с входом24 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 ицифроаналоговый преобразователь(ЦАП) 31, соединенный с компаратором 23.На временной диаграмме (фиг. 4)работы детектора максимума показанывходные сигналы 32 компаратора 23,входной видеосигнал 33, сигнал 34обратной связи, тактовые импульсы 35,стробирующий сигнал 36, сигнал 37с выхода компаратора 23, тактовыеимпульсы 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 изображениеэлектроннолучевой трубки (ЭЛТ) в видеоконтрольном блоке 12 и зонда 2обеспечивается за счет формирования,в синхрогенераторе 8 развертывающихсигналов, поступающих на вход синхронизации видеоконтрольного блока 12и через блок 6 увеличения на отклоняющую систему 3 электронно-оптической колонны 1. При этом увеличениеРЭМ определяется отношением линейныхразмеров 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 себяс ((р((:Глум) ма впео. н.:-, зат."ащи устройства мак - гимума и минимума, а также регуляторы уровня черного и размаха видеосигнала. Во время обратного хода по кад ру сигналом с выхода синхрогенератора 8, поступающим на входы синхронизации блоков 9 и 10 автоматической нормализации, имеющаяся в накопителях детекторов экстремумов информация 10 записывается н 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 20 размаха видеосигнала.Отличительной особенностью блоков 9 и 10 автоматической нормализации экстремумов является использование в них стробируемых детекторов. 25Наблюдая изображение на экране ЭЛТ видеоконтрольного блока 12, оператор выбирает интересующий его малоконтрастный 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. Этот.сиг З 5 нал поступает на вход блокировки ,стробирования) анализа первого бло,ка 9 автоматической нормализации экстремумов видеосигнала и запрещает анализ на интервалах 1 -С и С -Т . 401 2 Э В приведенном на фиг.2 примере это несущественйо, однако стробирование .улучшит условия наблюдения изображе.ния запределами фрагмента; если фрагмент кроме локальных содержит 45 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. 55Лроинвертированный сигнал 17 .Фиг. 2) местоположения малоконтрастного фрагмента, снимаемый с выхода инвертора 14, поступает на вход блокиронки анализа второго блока 10 автоматической нормализации экстремумон, который выделяет локальные экстремумы видеосигнала, соответствующие малоконтрастному фрагменту, и поним регулирует уровень черного и размах видеосигнала. Видеосигнал 19(фиг. 2) с выхода второго блока 10ан гоматической нормализации экстремумов позволяет сформировать изображение с высоким контрастом н 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 воспроизведенияизображения микрообъекта на экранеЭЛТ нидеоконтрольного 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 времясканирования за пределами фрагмента - первого 9 блоков автоматическойнормализации экстремумов видеосигнала.Таким образом на экране воспроизводящей изображение ЭЛТ формируетсяудобное для визуального анализа высококонтрастное изображение с локальноповышенным контрастом в выбранномоператором фрагменте.Сигнал 16 местоположения малоконтрастного фрагмента целесообразноформировать цифровыми методами, При(месте изображения может быть выделенпрямоугольный фрагмент с границами,параллельными сторонам растра,Для обеспечения стабильности поло"жения фрагмента на изображении навход формирователя 11 сигнала местоположения малоконтрастного фрагментас третьего выхода синхрогенератора 8подаются 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 выделенщпм, перед началом и:змсрения установить его в единичное состояние и поменять местами входы П, н Б 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 изображенияПрименение изобретения для обработки видеосигналов в телевизионной системе РЭМ позволяет повысить информативность исследований микро- объектов при визуальном анализе их увеличенных изображений. Повышается удобство работы оператора. При анализе улучшенного изображения мало- контрастного 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 дополнитель- ные удобства. Например, их можно испозовать для одновременной автоматической нормализации экстремумов видеосигналов, снимаемых с двух различных датчиков РЭМ, с последующим формированием комбинированных изображений путем коммутации этих видеосигналов после их нормализации. Формула изобретения40 1, Способ обработки видеосигналав 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 ющ и й с я тем, что, с целью повыше ния информативности изображений микрообъектов за счет повышения качества визуализации малоконтрастных фрагментов изображений при сохранениикачества за их пределами, анализ экс тремумов и регулирование уровня черного и размаха видеосигнала осуществляют отдельно для малоконтрастногофрагмента и для всего изображенияза вычетом малоконтрастного фрагмен 5 285544малоконтрастный фрагмент произвольной формы.Стробируемый детектор максимумацелесообразно выполнить по структурной схеме, представленной на фиг. 3.Работает он следующим образом.К моменту начала прямого хода покадру счетчик 28 по входу 29 устанавливается в нулевое состояние. Анализируемый входной видеосигнал (П,) 33 10(фиг. 4) поступает на первый вход 24компаратора 23, на второй вход которого поступает сигнал 34 (фиг, 4) обратной связи Б ) с выхода ЦАП 31,преобразующего в аналоговую форму 15цифровой код с выхода 30 счетчика 28.В интервале С, -, Б ъУ, на выходекомпаратора 23 - высокий уровень сигнала 37 (фиг. 4) логической единицы,поступающей на один из входов логического элемента 25, на вход 26 блокировки которого в этом интервале времени подан стробирующий сигнал 36(фиг. 4) логического нуля; тактовыеимпульсы 35 (фиг. 4), поданные навход 27, через логический элемент 25на вход счетчика 28 не поступают, иего состояние не изменяется. В интервале 1 -С блокировка с детектора1максимума снята (логическая единица 30на втором входе 26 логического элемента 25), и тактовые импульсы 38(фиг. 4) через .элемент 25 проходятна вход счетчика 28 до тех пор, покаПс Цс При Б 13 ( -э ) сигналом 37 35(фиг, 4) логического нуля с выходакомпаратора 23 запрещается прохождение тактовых импульсов 35 (фиг. 4)через логический элемент 25 на входсчетчика 28, в котором сохраняетсякод величины выделенного в моментмаксимума. Максимум входного сигнала 33 (фиг4), лежащий в интервалевыделяется описываемым детектором аналогичным образом, и его кодсохраняется в счетчике 28 до тех пор,пока во время очередного обратногохода по кадру не перепишется в запоминающее устройство, а счетчик 28 небудет установлен в нулевое состояние.Из сказанного следует, что детектирование максимума входного сигнала 33, лежащего в интервале Сблокируется стробирующим сигналом 36(фиг. 4),По аналогичной схеме может бытьпостроен стробируемый детектор минимума видеосигнала. Для этого необходимо счетчик 28 выполнить вычитаю та, при этом формируют сигнал местоположения малоконтрастного 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- Ю роскопе, содержащее последовательно соединенные детектор излучения, предварительный усилитель и блок автоматической нормализации экстремумов, а также синхрогенератор, первый выход 15 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 20 тем, что, с целью повьппения информативности изображений микрообъектов, оно снабжено вторым блоком автоматической нормализации экстремумов, формирователем сигнала местоположениямалоконтрастного фрагмента, инвертором и коммутатором, при этом блокиавтоматической нормализации экстремумов выполнены стробируемыми, входывидеосигнала и входы синхронизациипервого и второго блоков автоматической нормализации экстремумов попарнообъединены, а .их выходы соединены соответственно с первым и вторым сигнальными входами коммутатора, выходкоторого соединен с сигнальным входомвидеоконтрольного блока, вход стробирования первого блока автоматическойнормализации экстремумов соединен свыходом формирователя сигнала местоположения малоконтрастного фрагментанепосредственно, а вход стробированиявторого через инвертор, управляющийвход коммутатора соединен с выходомформирователя сигнала местоположениямалоконтрастного фрагмента, вход ко"торого соединен с третьим выходом синхрогенератора,1285544 Яб 27 Составитель В.Гаврюшактор А.Шишкина ТехредЛ.Олейник орректор Е.Сирохман аказ 7532/54ВН Тираж 698 Подписное ИИПИ Государственного комитета СССР делам изобретений и открытий 5, Москва, Ж, Раушская наб., д