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標(biāo)簽 > 成像
成像是指通過信號處理和成像系統(tǒng)等光學(xué)系統(tǒng)將影像聚焦在成像元件上，成像存儲到存儲介質(zhì)當(dāng)中的過程。
成像過程
成像過程（imaging process）是指通過信號處理和成像系統(tǒng)等光學(xué)系統(tǒng)將影像聚焦在成像元件上，成像存儲到存儲介質(zhì)當(dāng)中的過程。
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)會使用光以外的波動性質(zhì)，例如核磁共振、超音波等等。
CCD（Charge Coupled Device， 電荷耦合器件）是將圖像光信號變?yōu)殡娦盘柕钠骷?，它是利用少?shù)載流子的注入、存儲和轉(zhuǎn)移等物理過程來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、無損傷現(xiàn)象、能抗震以及光譜響應(yīng)寬等特點(diǎn)，是展示臺的輸入設(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CCD分別感測紅、綠、藍(lán)三種信號，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，價格也越貴。視頻展示臺常用的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)的被測物體細(xì)節(jié)的數(shù)量，對比度則是成像系統(tǒng)所產(chǎn)生的被測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=（物件最長端長度/最小特征尺寸）×2以條形碼為例，假如最長端長度為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）指物體最長端長度，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位，在計(jì)算時可以把測量失真考慮進(jìn)去。成像系統(tǒng)使得網(wǎng)絡(luò)用戶可以從中央圖像存儲系統(tǒng)中存儲和調(diào)用圖像文檔。網(wǎng)絡(luò)提供了訪問這些文件的方便方法，這樣用戶就無需親自跑到辦公室的存儲區(qū)和從遠(yuǎn)離現(xiàn)場的位置申請這些文件。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
用一個帶有小孔的板遮擋在屏幕與物之間，屏幕上就會形成物的倒像，我們把這樣的現(xiàn)象叫小孔成像。前后移動中間的板，像的大小也會隨之發(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小孔。孔的直徑約三毫米左右。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，你就會在白紙上看到一個倒立的燭焰。我們稱它是蠟燭的像。前后移動白紙，瞧瞧燭焰的像有什么變化。當(dāng)白紙離小孔比較近的時候，像小而明亮；當(dāng)白紙慢慢遠(yuǎn)離小孔的時候，像慢慢變大，亮度變暗。改變小孔的大小，我們再來觀察蠟燭的像有哪些變化。你可以在硬紙片上，扎幾個大小不等、形狀不同的孔，孔和孔之間相距幾厘米。這時候在白紙上，就出現(xiàn)了好幾個和小孔相對應(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，對像的清晰程度和像的形狀都沒有影響
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，在罐底鉆一個小洞。將小洞向外對著發(fā)光物體，即可在塑料膜上得到倒立的像。
成像過程
成像過程（imaging process）是指通過信號處理和成像系統(tǒng)等光學(xué)系統(tǒng)將影像聚焦在成像元件上，成像存儲到存儲介質(zhì)當(dāng)中的過程。
掃描電鏡成像過程
成像原理
掃描電鏡的成像原理（如圖3-6所示）。在收集板電場的作用下，從試樣表面所發(fā)出的電子信息通過閃爍晶體后轉(zhuǎn)換為光子，光子通過光導(dǎo)管進(jìn)入光電倍增管中被放大并轉(zhuǎn)換為信號電流，再通過電信號放大器的放大后轉(zhuǎn)換成信號電壓，送到信號處理和成像系統(tǒng)，從而完成了成像信息的電子學(xué)過程。［1］
成像過程
掃描電鏡的成像過程是通過信號處理和成像系統(tǒng)來完成。
1．電子束的聚集
在真空狀態(tài)下加熱鎢燈絲時會產(chǎn)生電子束，在燈絲外圍的陰極和位于相反的陽極之間施加高電壓。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)生各種信號電子，它們用相應(yīng)的探測器接收，經(jīng)過放大、處理后，可以獲得各種信號的圖像。信號不同，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（見圖3—7）。
?。?）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激發(fā)的，在成像時形成本底。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。通常所說的掃描電子像就是指二次電子像，其分辨率高、無明顯陰影效應(yīng)、場深大、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?？梢杂秒p探測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侖場作用而改變運(yùn)動方向，同時產(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，同時釋放出X射線，該X射線的能量為兩個殼層的能量差。各元素原子的各個電子能級能量為確定值，所以此時釋放出的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)時樣品發(fā)生了弛豫過程，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）的兩個電子相互作用后，一個跳到內(nèi)層填充空穴，另一個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，價電子被激發(fā)到高能級或能帶中，被激發(fā)的材料同時產(chǎn)生了弛豫發(fā)光，這種光稱為陰極熒光。其波長是紅外光、可見光或紫外光，也可用來作為信號電子。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，用不同的探測器檢測出不同的信號電子，可以反映樣品的不同性質(zhì)，如在二次電子探測器的柵網(wǎng)改加上負(fù)壓（約一30 V）就可以檢測背散射電子。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)成像過程
a）光線透過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，再由感光元件的電路將這些信號收集起來；d）模擬信號通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號，再由DSP對這些信號進(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ㄉ媳４嫫饋怼?/p>
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