利用REW软件实现石墨烯的单个碳原子分辨

利用可控的电子束辐照减薄,成功地在电子显微镜内原位制备出石墨烯。由于从单张高分辨像上难以分辨单个碳原子,本文采集了系列离焦的高分辨像并进行波函数重构,最终获得了清晰的单个碳原子像。系列像的重构是利用自主开发的REW软件实现的,本文介绍如何利用REW的像模拟功能确定系列像的成像条件。     

运用数字暗场和结构重构方法测定FePt纳米粒子的正二十面体结构

小粒子结构一直是人们关注的研究热点,上世纪70年代运用暗场像技术发现了具有多重孪晶结构的正二十面体和正十面体结构.近年来,人们已经能够合成直径只有几纳米、结构复杂的纳米粒子,传统的高分辨像和衍射等方法难以获得这些纳米粒子的结构.本文以直径约6nm的FePt粒子为研究对象,通过系列欠焦像波函数重构获得了该粒子亚埃分辨率高分辨相位像,并对该相位像进行了数字暗场像分析研究,通过结构重构并结合高分辨像模拟测定该粒子具有二十面体结构,为确定具有复杂结构的纳米粒子结构提供了一种新途径.     

高k栅介质原子分辨率的电镜表征：研究进展和展望

随着特征尺寸不断缩小,CMOS器件已步入纳米尺度范围,因此纳米尺度器件的结构表征变得尤为关键。完备的半导体器件结构分析,要求确定原子位置、局部化学元素组成及局域电子结构。高分辨（分析型）透射电镜及其显微分析技术,能够提供衍衬像（振幅衬度像）、高分辨像（相位衬度像）、选区电子衍射和会聚束电子衍射、X射线能谱（EDS）及电子能量损失谱（EELS）等分析手段,已作为半导体器件结构表征的基本工具。配有高角度环形暗场探测器的扫描透射电镜（STEM）,因其像的强度近似正比于原子序数（Z）的平方,它可在原子尺度直接确定材料的结构和化学组成。利用Z-衬度像配合高分辨电子能量损失谱技术,可确定新型CMOS堆垛层中的界面结构、界面及界面附近的元素分布及化学环境。近年来新开发的球差校正器使得HRTEM／STEM的分辨率得到革命性提高（空间分辨率优于0．08nm,能量分辨率优于0．2eV）,在亚埃尺度上实现单个纳米器件的结构表征。装备球差校正器的新一代HRTEM和STEM,使得高k栅介质材料的研究进入一个新时代。本文首先介绍了原子分辨率电镜（HRTEM和STEM）的基本原理和关键特征,对相关高分辨谱分析技术（如EDS和EELS）加以比较;然后综述了HRTEM／STEM在高k栅介质材料（如铪基氧化物、稀土氧化物和外延钙钛矿结构氧化物）结构表征方面的最新进展;最后对亚埃分辨率高k栅介质材料的结构表征进行了展望。     

Al-Zn-Mg-Cu合金析出相的TEM研究

本文将Al-Zn-Mg-Cu合金进行RRA三级时效强化,通过电子衍射和高分辨电子显微术研究了其晶内析出相η’相。结合能谱面分布分析和HRTEM像TrueImage重构,提出了η’相的一个Mg-Zn-Cu三元结构模型。     

透射电镜原子像的数值分析

高分辨电子显微术（HRTEM）已广泛应用于材料结构的测定，且分辨率已达到原子尺度。特别是近年来球差校正电子显微术的发展大大增加了获取各种材料结构原子像的可行性。然而，球差校正的高分辨电子显微像并未像人们期望的那样以信息分辨极限的分辨率直接反映材料结构，它们仍需要配以计算像模拟或图像处理技术才可给出可靠的结构信息。     

透射电子显微学的新进展ⅡZ衬度像、亚埃透射电子显微学、像差校正透射电子显微学

本文综述了原子分辨率的原子序数衬度成像与原位电子能量损失谱分析、亚埃透射电子显微学、像差校正透射电子显微学和材料的微观结构表征与原位性能测试的最新发展和应用。在配置球差校正器、单色器和高能量分辨率过滤器的FEGTEM／STEM中,用相位衬度像／Z衬度成像与原位电子能量损失谱分析方法,在亚埃的空间分辨率和亚电子伏特能量分辨率下,可以研究各种材料的原子尺度界面和缺陷的原子和电子结构、价态、成键和成分等。配置球差校正器后,可明显提高透射电镜的点分辨率,把点分辨率延伸到信息分辨率,同时显著减小村度离住。随意改变球差系数Cs和离焦值△f,像差校正透射电子显微镜可提供新的成像模式。把特殊的样品杆插入电镜后,可把扫描隧道显微镜(STM)或原子力显微镜(AFM)功能相结合,开展材料的显微结构表征与原位的性能测试,不仅能得到物质的与显微像、成分、衍射有关的信息,同时还可以测量电学、力学性能,也可以研究在外场(温度、应力、电和磁场)作用下材料微观结构演变及结构与性能间的关系。     

高分辨原子像中原子峰位置的精确自动判定与电极化畴的快速可视化?

针对材料原子尺度的量化研究正变得日益重要,而处理高分辨透射电子显微镜（ HRTEM）像耗时耗力的现状,对计算机自动提取HRTEM像原子尺度信息的算法进行了研究,实现了HRTEM像中原子峰位置的自动准确提取;并在此基础上完成了布拉维格子的自动构建。利用前述两项关键图像信息,计算了钙钛矿钴氧化物中原子位置发生的周期性变化和铁电材料中电极化畴翻转等重要物理量,实现了对材料中晶胞尺度晶格形变的量化分析,以及形变和畴结构的快速可视化。当涉及大量图像处理时,其所实现的晶胞尺度晶格形变和畴结构的定量测量与快速可视化方法为分析材料原子及纳米尺度性能提供了一种强有力的分析手段。此外,自动提取HRTEM原子像信息也为后续探索模拟像和实验像的自动匹配及确定精确成像参数与真实原子位置打下了基础。     

电子出射波重构的基本原理和应用

随着场发射枪透射电子显微镜的普及，电镜的信息分辨极限和点分辨率成为表征电镜分辨本领的两个重要指标。由于电镜衬度传递函数的振荡特性，用场发射透射电镜拍摄的高分辨像在其点分辨率和信息分辨极限之间的信息很难解释。电子出射波重构就是通过拍摄系列欠焦高分辨像，计算获得电子离开样品表面的出射波函数，将电镜的分辨本领由点分辨率延伸到其信息分辨极限，井消除球差、欠焦、像散等影响，有望在中等电压电镜上获得近埃、乃至亚埃级可直接解释的高分辨像，实现C、N、O等轻元素单原子列探测，为今后定量电子显微学研究奠定基础。     

通道效应在透射电镜样品厚度估测中的应用

通道效应是出射波函数的样品厚度周期效应。像差校正高分辨像中像点强度随样品厚度的变化正是这种效应的直接体现。本文提出了利用通道效应估测样品厚度的方法,通过多片层法高分辨像模拟,研究了元素种类、离焦量、像散以及带轴偏离等参量对于厚度估测的影响,并以钛酸钡陶瓷样品为实例,对厚度进行了估测。     

激光雷达三维距离像超分辨重构方法研究

针对目前激光雷达三维距离像分辨率低的问题,使用成本低且有效的图像处理方法获得高分辨三维距离像。首先,利用多传感器系统的特点,将低分辨率Gm-APD激光雷达与高分辨率ICCD激光雷达相结合,获得配准后的低分辨距离像和高分辨强度像,然后,提出了一种改进的图像引导算法实现低分辨图像超分辨重构。该方法使用马尔科夫随机场模型,定义了全局能量函数,该函数将距离保真项和正则化项相结合,通过求解优化模型获得高分辨三维距离像。通过对仿真图像和激光雷达距离像的超分辨重构处理,以主观视觉效果和图像质量客观评价指标来验证此方法。实验结果表明,该方法提高了距离像的分辨率,且很好地保护了图像的边缘结构,在无参考图像质量评价指标上较双三次插值、引导滤波和TGV取得更优值。     

The wrap-around problem and optimal padding in the exit wave reconstruction using HRTEM images

A free fast Fourier transform software FFTW (www.fftw.org) is used in the exit wave reconstruction and shown to be able to handle images of any size effectively. The wrap-around problem commonly encountered in the exit wave reconstruction is investigated, and a new padding scheme is proposed and its performance is investigated. It is shown that while the usual wrap-around problem may be solved via padding the input high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) images with zero or averaged image intensities, the reconstructed exit wave at its boundary is inevitably distorted by the discontinuity of image intensities at the boundary. The proposed new padding scheme is shown to be able to provide a good estimate of the image intensities immediately outside the boundaries of the HRTEM images, reducing the estimated image intensity discontinuity across the boundaries and therefore providing a larger undistorted view of the exit wave.     

圆锥扫描机制下的红外图像帧重建仿真研究

重点研究了圆锥扫描机制下,红外图像帧重建的仿真实现.在简要介绍圆锥扫描机制下基于变行频采样机理和红外图像完整重建技术的基础上,进行了大量的重建图像仿真研究.作为示例,文中列出第1、3、5、7、9场的扫描数据图像及其相应的场重建图像.从图像仿真结果可以看出这种技术能够完成红外图像的重建,重建的红外图像具有较高的分辨率,能够充分利用红外器件获得的扫描数据和相应的空间信息.     

基于全变分的全向图像稀疏重构算法

折反射全向成像由于曲面镜的反射作用,导致全向图像存在严重变形,传统的梯度计算方法在全向图像中不能很好地符合折反射成像的特点.为了从压缩采样数据快速有效地重构全向图像,提出了一种结合全向图像特征的全变分模型——全向全变分,并在基于TV范数进行全向图像重构时,采用全向全变分作为目标函数,进行模型的求解.实验结果验证了本文算法的有效性和可行性,其重构结果的主客观效果明显优于传统TV模型.     

场发射高分辨电子显微像的复原

本文讨论了弱相位物体近似的实际应用范围，在此基础上对场发射高分辨电子显微像作了解卷处理。     

基于小波变换的双波段红外图像融合方法

针对红外探测器长波图像和中波图像的特征,采用基于小波变换的方法实现双波段红外图像的融合。在对不同波段红外图像小波分解的基础上,对低频子带图像采用加权平均,对高频子带图像采用区域能量最大的融合规则得到融合图像的多分辨率结构,再利用小波逆变换重构融合图像。仿真结果表明,和普通基于空域加权平均的方法相比无论从主观视觉还是通过客观评价指标的计算结果来看,基于小波变换的双波段红外图像融合方法均具有更为理想的图像融合效果。     

联合运动估计与基于模式的超分辨率图像重构

超分辨率图像重构是利用关于同一场景的多帧低分辨率图像重构出一幅具有更高分辨率图像的过程.已有的超分辨率图像重构算法对于人工模拟所得到的低分辨率图像序列具有很好的效果,但对于拍摄到的真实低分辨率图像序列而言,重构后的图像往往比较模糊,有时甚至仍然无法分辨.为此,本文提出了一个联合运动估计与基于模式的超分辨率图像重构算法.实验结果表明,该算法能够得到优于常规算法的高分辨率图像.     

RGB格式彩色图像重建算法的研究

从原始图像到最终形成的真彩色图像的变换过程,称为彩色图像重建。介绍了几种现在常用的彩色图像重建技术的插值算法,提出了一个改进的彩色图像重建的算法。通过MATLAB仿真比较重建图像的质量,发现用改进的算法重建的图像质量比其他算法重建的图像质量要好。     

角度双重像面全息术研究

本文根据光全息记录的多重性,提出一种新的角度多重像面全息术,实现一次曝光记录全重叠多物像,并在不同的角度分别提取不同的单物信息。文中给出多重像面记录,再现理论及噪声讨论,拍摄得到较为满意的双重像面全息图。     

用于智能显示的相位型计算全息图的设计

介绍了一种基于相息图原理的用于智能显示的纯相位型计算全息图的设计方法,并在此基础上,以雪花图形和分划板图形为例,完成了全息元件实验样件的制作及全息再现实验,这种实时再现的图像可以用于智能显示。在已知记录介质折射率的情况下,通过控制纯相位型计算全息图记录介质表面微结构的宽度和高度来调制光波,得到所需图像。采用逐步迭代的傅里叶变换算法来获取纯相位型计算全息图的相位结构,为了降低相位型计算全息图的制作难度,提出量化数学模型,并对所设计的相位结构进行量化处理,给出了纯相位型计算全息图的4台阶浮雕型相位结构。全息元件的尺寸设定为6mm×6mm,工作波长为650nm,衍射结构的最小特征尺寸为8μm。理论计算和模拟再现像的结果表明,在未考虑加工误差的条件下,所提供的这种用于智能显示的纯相位型计算全息图的设计方法是可行的。此方法可推广用于其它任意特定图案的纯相位型计算全息图的设计,也可用于设计具有光束整形功能的衍射光学元件,如离轴照明的光束的整形匀光器件等。用于智能显示时,用平行光照射制作的实验样件,只得到的单一的衍射图像,不存在其他衍射级次的图像,在考虑采用台阶量化结构和存在加工误差的情况下,衍射效率仍然很高。若改变设计的全息图相位的正负,并用平行光以特定的角度照射制作此相位型计算全息图,可用于全息瞄准。