成像簡(jiǎn)介

　成像過(guò)程

　　成像過(guò)程（imaging process）是指通過(guò)信號(hào)處理和成像系統(tǒng)等光學(xué)系統(tǒng)將影像聚焦在成像元件上，成像存儲(chǔ)到存儲(chǔ)介質(zhì)當(dāng)中的過(guò)程。

成像百科

　　成像就是生物樣本的造影技術(shù)，依照樣本尺度大小可以概分為組織造影與細(xì)胞分子的顯微技術(shù)。這些大致都需要光學(xué)技術(shù)配合生物樣本的特性發(fā)展，少數(shù)會(huì)使用光以外的波動(dòng)性質(zhì)，例如核磁共振、超音波等等。

　　CCD（Charge Coupled Device， 電荷耦合器件）是將圖像光信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)的器件，它是利用少數(shù)載流子的注入、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)移等物理過(guò)程來(lái)完成幾種電路功能的器件，具有體積小、重量輕、功耗低、可靠性好、無(wú)損傷現(xiàn)象、能抗震以及光譜響應(yīng)寬等特點(diǎn)，是展示臺(tái)的輸入設(shè)備，是攝像頭的心臟。 彩色攝像頭按CCD元件的多少又分成單片CCD式和三片CCD式。三片CCD攝像頭由于有三個(gè)CCD分別感測(cè)紅、綠、藍(lán)三種信號(hào)，因而其色像系統(tǒng)彩的還原較好，圖像的總體分辨率最高能達(dá)到750線。攝像頭按CCD面積的大小又分成1/4英寸、1/3英寸、1/2英寸、2/3英寸、3/4英寸等規(guī)格，面積越大成像質(zhì)量越好，價(jià)格也越貴。視頻展示臺(tái)常用的CCD一般是1\4英寸、1\3英寸和1\2英寸，這幾種攝像頭攝取圖像的范圍不一樣，1\4英寸的攝取范圍小于1\2英寸的成像質(zhì)量利用信號(hào)整形之類的技術(shù)可以得到高質(zhì)量數(shù)據(jù)，此外高精度成像硬件也有助于保證較高的成像質(zhì)量。

　　分辨率

　　分辨率和對(duì)比度是成像質(zhì)量的重要組成部分，分辨率指成像系統(tǒng)所能重現(xiàn)的被測(cè)物體細(xì)節(jié)的數(shù)量，對(duì)比度則是成像系統(tǒng)所產(chǎn)生的被測(cè)物體與其背景之間的灰度差別。攝像頭、鏡頭和燈光是決定分辨率和對(duì)比度的重要因素。成像系統(tǒng)所需最小像素分辨率可由下式計(jì)算：最小分辨率=（物件最長(zhǎng)端長(zhǎng)度/最小特征尺寸）×2以條形碼為例，假如最長(zhǎng)端長(zhǎng)度為60mm，最小特征尺寸是0.2mm，那么根據(jù)上式可算出其最小分辨率應(yīng)該是（60/0.2）×2=600鏡頭焦距是分辨率另一種表現(xiàn)形式，視野（FOV）指物體最長(zhǎng)端長(zhǎng)度，工作距離（WD）是物體到鏡頭的距離，探頭大小是攝像探頭的尺寸，以mm表示。上述幾項(xiàng)有如下關(guān)系：焦距=S×（WD/FOV）。失真是另一個(gè)影響成像質(zhì)量的因素，它指由于鏡頭光學(xué)誤差引起幾何偏差，從而在成像平面上造成物體錯(cuò)位，在計(jì)算時(shí)可以把測(cè)量失真考慮進(jìn)去。成像系統(tǒng)使得網(wǎng)絡(luò)用戶可以從中央圖像存儲(chǔ)系統(tǒng)中存儲(chǔ)和調(diào)用圖像文檔。網(wǎng)絡(luò)提供了訪問(wèn)這些文件的方便方法，這樣用戶就無(wú)需親自跑到辦公室的存儲(chǔ)區(qū)和從遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)的位置申請(qǐng)這些文件。成像是文檔處理和工作流應(yīng)用程序（管理文檔在組織機(jī)構(gòu)內(nèi)傳送的方式）的組成部分。

　　小孔成像

　　用一個(gè)帶有小孔的板遮擋在屏幕與物之間，屏幕上就會(huì)形成物的倒像，我們把這樣的現(xiàn)象叫小孔成像。前后移動(dòng)中間的板，像的大小也會(huì)隨之發(fā)生變化。這種現(xiàn)象反映了光沿直線傳播的性質(zhì)。

　　演示方法

　　把一支削得很尖的鉛筆，在一張硬紙片的中心部分扎一個(gè)小孔?？椎闹睆郊s三毫米左右。設(shè)法把它直立在桌子上。然后拉上窗簾，使室內(nèi)的光線變暗。點(diǎn)上一支蠟燭，放在靠近小孔的地方。拿一張白紙，把它放在小孔的另一面。這樣，你就會(huì)在白紙上看到一個(gè)倒立的燭焰。我們稱它是蠟燭的像。前后移動(dòng)白紙，瞧瞧燭焰的像有什么變化。當(dāng)白紙離小孔比較近的時(shí)候，像小而明亮；當(dāng)白紙慢慢遠(yuǎn)離小孔的時(shí)候，像慢慢變大，亮度變暗。改變小孔的大小，我們?cè)賮?lái)觀察蠟燭的像有哪些變化。你可以在硬紙片上，扎幾個(gè)大小不等、形狀不同的孔，孔和孔之間相距幾厘米。這時(shí)候在白紙上，就出現(xiàn)了好幾個(gè)和小孔相對(duì)應(yīng)的倒像。它們的大小都一樣，但是清晰程度不同，孔越大，像越不清楚?？字灰獕蛐?，它的形狀不論是方的、圓的、扁圓的，對(duì)像的清晰程度和像的形狀都沒(méi)有影響

　　實(shí)驗(yàn)方法1．放好蠟燭、小孔屏和毛玻璃屏。點(diǎn)燃蠟燭，調(diào)整蠟燭和屏的高度，使蠟燭的火焰、小孔和毛玻璃屏的中心大致在一條直線上。蠟燭和小孔屏的距離不宜過(guò)大。調(diào)整后，可以在毛玻璃屏上看到蠟燭火焰倒立的實(shí)像。2．移動(dòng)蠟燭或毛玻璃屏的位置，可以看到，蠟燭距小孔越近或毛玻璃屏距小孔越遠(yuǎn)，得到的像越大。第二種：剪去易拉罐的上部，蒙上一層塑料膜，在罐底鉆一個(gè)小洞。將小洞向外對(duì)著發(fā)光物體，即可在塑料膜上得到倒立的像。

　　成像過(guò)程

　　成像過(guò)程（imaging process）是指通過(guò)信號(hào)處理和成像系統(tǒng)等光學(xué)系統(tǒng)將影像聚焦在成像元件上，成像存儲(chǔ)到存儲(chǔ)介質(zhì)當(dāng)中的過(guò)程。

　　掃描電鏡成像過(guò)程

　　成像原理

　　掃描電鏡的成像原理（如圖3-6所示）。在收集板電場(chǎng)的作用下，從試樣表面所發(fā)出的電子信息通過(guò)閃爍晶體后轉(zhuǎn)換為光子，光子通過(guò)光導(dǎo)管進(jìn)入光電倍增管中被放大并轉(zhuǎn)換為信號(hào)電流，再通過(guò)電信號(hào)放大器的放大后轉(zhuǎn)換成信號(hào)電壓，送到信號(hào)處理和成像系統(tǒng)，從而完成了成像信息的電子學(xué)過(guò)程。［1］

　　成像過(guò)程

　　掃描電鏡的成像過(guò)程是通過(guò)信號(hào)處理和成像系統(tǒng)來(lái)完成。

　　1．電子束的聚集

　　在真空狀態(tài)下加熱鎢燈絲時(shí)會(huì)產(chǎn)生電子束，在燈絲外圍的陰極和位于相反的陽(yáng)極之間施加高電壓。拉出電子束并縮小到直徑為30～50μm的交叉點(diǎn)，電子束被陽(yáng)極加速，再連續(xù)被第一、第二聚光鏡、物鏡縮小，以及掃描線圈的作用，形成聚集得很細(xì)的電子束（即電子探針，直徑為3～10“m），照射于樣品上。電子探針和樣品之間互相作用，從試樣表層發(fā)生各種信號(hào)電子，它們用相應(yīng)的探測(cè)器接收，經(jīng)過(guò)放大、處理后，可以獲得各種信號(hào)的圖像。信號(hào)不同，所呈現(xiàn)的圖像表示樣品的性質(zhì)不同。電子探針和樣品相互作用所產(chǎn)生的信號(hào)電子有：二次電子、背散射電子、X射線、俄歇電子、陰極發(fā)光、吸收電子、透射電子等等（見(jiàn)圖3—7）。

　　（1）二次電子 入射電子受樣品的散射與樣品的原子進(jìn)行能量交換，使樣品原子的外層電子受激發(fā)而逸出樣品表面，這些逸出樣品表面的電子就叫做二次電子。還有一部分二次電子是背散射電子逸出樣品表面時(shí)激發(fā)的，在成像時(shí)形成本底。二次電子逸出樣品之前，受到樣品本身的散射，能量有損失，它們的能量較低（0～50 eV），其發(fā)射深度為樣品表面幾納米到幾十納米的區(qū)域。從樣品得到的二次電子產(chǎn)率既與樣品成分有關(guān)，又與樣品的表面形貌有更密切的關(guān)系，所以它是研究樣品表面形貌最佳的工具。通常所說(shuō)的掃描電子像就是指二次電子像，其分辨率高、無(wú)明顯陰影效應(yīng)、場(chǎng)深大、立體感強(qiáng)，特別適用于粗糙表面及斷口的形貌觀察。（2）背散射電子（反射電子） 背散射電子是入射電子受到樣品中原子核散射而大角度反射回來(lái)的電子。它的能量損失較小，能量值接近入射電子的能量。這種電子是入射電子深入到樣品內(nèi)部后被反射回來(lái)的，所以它在樣品中產(chǎn)生區(qū)域較大（約為1/lm）。背散射電子像與樣品的原子序數(shù)有關(guān)，與樣品的表面形貌也有一定關(guān)系。可以用雙探測(cè)器獲得背散射電子的組分像和形貌像。利用這種電子的衍射信息，還可研究樣品的結(jié)晶學(xué)特性。（3）X射線 入射電子進(jìn)人樣品，如在原子核附近則受核庫(kù)侖場(chǎng)作用而改變運(yùn)動(dòng)方向，同時(shí)產(chǎn)生連續(xù)X射線，即軟X射線。如入射電子打到核外電子上，把原子的內(nèi)層電子（如K層）打到原子之外，使原子電離，鄰近殼層的電子（如L層）填充電離出的電子穴位，同時(shí)釋放出X射線，該X射線的能量為兩個(gè)殼層的能量差。各元素原子的各個(gè)電子能級(jí)能量為確定值，所以此時(shí)釋放出的x射線叫特征X射線。分析特征X射線的波譜和能譜，就可以研究樣品的元素和組成成分。（4）俄歇電子 樣品原子中的內(nèi)層（如K層）電子被入射電子激發(fā)時(shí)樣品發(fā)生了弛豫過(guò)程，多余的能量除發(fā)射特征X射線外，還可以使較外層（如L層）的兩個(gè)電子相互作用后，一個(gè)跳到內(nèi)層填充空穴，另一個(gè)獲得能量離開原子成為俄歇電子。俄歇電子是Auger在1925年研究X射線發(fā)射光譜時(shí)發(fā)現(xiàn)的。俄歇電子能量為E—E。～2K L，不同元素的俄歇電子能量有不同的特定數(shù)值，分析俄歇電子能譜就可以確定樣品組成元素。（5）陰極熒光 有些固體受電子束照射后，價(jià)電子被激發(fā)到高能級(jí)或能帶中，被激發(fā)的材料同時(shí)產(chǎn)生了弛豫發(fā)光，這種光稱為陰極熒光。其波長(zhǎng)是紅外光、可見(jiàn)光或紫外光，也可用來(lái)作為信號(hào)電子。用它可以研究礦物中的發(fā)光微粒、發(fā)光半導(dǎo)體材料中的晶格缺陷和熒光物質(zhì)的均勻性等等。上述可知，用不同的探測(cè)器檢測(cè)出不同的信號(hào)電子，可以反映樣品的不同性質(zhì)，如在二次電子探測(cè)器的柵網(wǎng)改加上負(fù)壓（約一30 V）就可以檢測(cè)背散射電子。一般掃描電鏡主要是利用二次電子或背散射電子成像，觀察研究表面形貌。其他的信號(hào)電子可分析元素、結(jié)晶、化學(xué)態(tài)和電磁性質(zhì)。

　　2．掃描和掃描電鏡的放大倍數(shù)

　　在鏡體內(nèi)的電子束通路上有偏轉(zhuǎn)線圈（或掃描線圈），在顯示部分的顯像管上也有偏轉(zhuǎn)線圈，這些偏轉(zhuǎn)線圈接受來(lái)自掃描電源X、y軸（水平、垂直軸）的鋸齒波電流。顯像管畫面上的樣品圖像在顯像管內(nèi)有相應(yīng)的電子束定位點(diǎn)，它和樣品表面上電子探針的定位點(diǎn)一直保持完全準(zhǔn)確的相應(yīng)關(guān)系（同步掃描）。顯像管的畫面幅度和樣品上掃描幅度之比，決定掃描電鏡的放大倍數(shù)。顯像管上畫面的幅度是固定的，如果把供應(yīng)鏡體內(nèi)偏轉(zhuǎn)線圈的偏轉(zhuǎn)電流加以改變，則掃描電鏡的放大倍數(shù)也要發(fā)生變化。

　　3．掃描電鏡圖像能立體地逼真反映出樣品的凹凸不平的特點(diǎn)

　　二次電子量的變化與入射電子在樣品上形成的局部角度有靈敏的關(guān)系（傾斜角效應(yīng)引起的反差），就是說(shuō)樣品表面微觀的凹凸形成了掃描電鏡圖像的反差。

　　入射電子像針那樣細(xì)，對(duì)于相當(dāng)凹凸不平的樣品大致都能聚焦（焦點(diǎn)深度大），能夠在一幅畫面上觀察樣品的深淺全貌。

　　可以把樣品整個(gè)傾斜，從斜處觀察富于凹凸不平的形態(tài)，這更從心理上增加了立體感，拍攝的立體感強(qiáng)。

　　傳統(tǒng)相機(jī)成像過(guò)程

　　1、鏡頭把景物影象聚焦在膠片上 　 成像2、片上的感光劑隨光發(fā)生變化3、片上受光后變化了的感光劑經(jīng)顯影液顯影和定影 　形成和景物相反或色彩互補(bǔ)的影象

　　數(shù)碼相機(jī)成像過(guò)程

　　a）光線透過(guò)鏡頭投射到感光元件表層；b）光線被感光元件表層上濾鏡分解成不同的色光；c）色光被各濾鏡相對(duì)應(yīng)的感光單元感知，并產(chǎn)生不同強(qiáng)度的模擬電流信號(hào)，再由感光元件的電路將這些信號(hào)收集起來(lái)；d）模擬信號(hào)通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)，再由DSP對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行處理，還原成為數(shù)字影象；e）數(shù)字影象再被傳輸?shù)酱鎯?chǔ)卡上保存起來(lái)。