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成像

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成像是指通过信号处理和成像系统等光学系统将影像聚焦在成像元件上，成像存储到存储介质当中的过程。

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　成像过程

　　成像过程（imaging process）是指通过信号处理和成像系统等光学系统将影像聚焦在成像元件上，成像存储到存储介质当中的过程。

成像百科

　　成像就是生物样本的造影技术，依照样本尺度大小可以概分为组织造影与细胞分子的显微技术。这些大致都需要光学技术配合生物样本的特性发展，少数会使用光以外的波动性质，例如核磁共振、超音波等等。

　　CCD（Charge Coupled Device，电荷耦合器件）是将图像光信号变为电信号的器件，它是利用少数载流子的注入、存储和转移等物理过程来完成几种电路功能的器件，具有体积小、重量轻、功耗低、可靠性好、无损伤现象、能抗震以及光谱响应宽等特点，是展示台的输入设备，是摄像头的心脏。彩色摄像头按CCD元件的多少又分成单片CCD式和三片CCD式。三片CCD摄像头由于有三个CCD分别感测红、绿、蓝三种信号，因而其色像系统彩的还原较好，图像的总体分辨率最高能达到750线。摄像头按CCD面积的大小又分成1/4英寸、1/3英寸、1/2英寸、2/3英寸、3/4英寸等规格，面积越大成像质量越好，价格也越贵。视频展示台常用的CCD一般是1\4英寸、1\3英寸和1\2英寸，这几种摄像头摄取图像的范围不一样，1\4英寸的摄取范围小于1\2英寸的成像质量利用信号整形之类的技术可以得到高质量数据，此外高精度成像硬件也有助于保证较高的成像质量。

　　分辨率

　　分辨率和对比度是成像质量的重要组成部分，分辨率指成像系统所能重现的被测物体细节的数量，对比度则是成像系统所产生的被测物体与其背景之间的灰度差别。摄像头、镜头和灯光是决定分辨率和对比度的重要因素。成像系统所需最小像素分辨率可由下式计算：最小分辨率=（物件最长端长度/最小特征尺寸）×2以条形码为例，假如最长端长度为60mm，最小特征尺寸是0.2mm，那么根据上式可算出其最小分辨率应该是（60/0.2）×2=600镜头焦距是分辨率另一种表现形式，视野（FOV）指物体最长端长度，工作距离（WD）是物体到镜头的距离，探头大小是摄像探头的尺寸，以mm表示。上述几项有如下关系：焦距=S×（WD/FOV）。失真是另一个影响成像质量的因素，它指由于镜头光学误差引起几何偏差，从而在成像平面上造成物体错位，在计算时可以把测量失真考虑进去。成像系统使得网络用户可以从中央图像存储系统中存储和调用图像文档。网络提供了访问这些文件的方便方法，这样用户就无需亲自跑到办公室的存储区和从远离现场的位置申请这些文件。成像是文档处理和工作流应用程序（管理文档在组织机构内传送的方式）的组成部分。

　　小孔成像

　　用一个带有小孔的板遮挡在屏幕与物之间，屏幕上就会形成物的倒像，我们把这样的现象叫小孔成像。前后移动中间的板，像的大小也会随之发生变化。这种现象反映了光沿直线传播的性质。

　　演示方法

　　把一支削得很尖的铅笔，在一张硬纸片的中心部分扎一个小孔。孔的直径约三毫米左右。设法把它直立在桌子上。然后拉上窗帘，使室内的光线变暗。点上一支蜡烛，放在靠近小孔的地方。拿一张白纸，把它放在小孔的另一面。这样，你就会在白纸上看到一个倒立的烛焰。我们称它是蜡烛的像。前后移动白纸，瞧瞧烛焰的像有什么变化。当白纸离小孔比较近的时候，像小而明亮；当白纸慢慢远离小孔的时候，像慢慢变大，亮度变暗。改变小孔的大小，我们再来观察蜡烛的像有哪些变化。你可以在硬纸片上，扎几个大小不等、形状不同的孔，孔和孔之间相距几厘米。这时候在白纸上，就出现了好几个和小孔相对应的倒像。它们的大小都一样，但是清晰程度不同，孔越大，像越不清楚。孔只要够小，它的形状不论是方的、圆的、扁圆的，对像的清晰程度和像的形状都没有影响

　　实验方法1．放好蜡烛、小孔屏和毛玻璃屏。点燃蜡烛，调整蜡烛和屏的高度，使蜡烛的火焰、小孔和毛玻璃屏的中心大致在一条直线上。蜡烛和小孔屏的距离不宜过大。调整后，可以在毛玻璃屏上看到蜡烛火焰倒立的实像。2．移动蜡烛或毛玻璃屏的位置，可以看到，蜡烛距小孔越近或毛玻璃屏距小孔越远，得到的像越大。第二种：剪去易拉罐的上部，蒙上一层塑料膜，在罐底钻一个小洞。将小洞向外对着发光物体，即可在塑料膜上得到倒立的像。

　　成像过程

　　成像过程（imaging process）是指通过信号处理和成像系统等光学系统将影像聚焦在成像元件上，成像存储到存储介质当中的过程。

　　扫描电镜成像过程

　　成像原理

　　扫描电镜的成像原理（如图3-6所示）。在收集板电场的作用下，从试样表面所发出的电子信息通过闪烁晶体后转换为光子，光子通过光导管进入光电倍增管中被放大并转换为信号电流，再通过电信号放大器的放大后转换成信号电压，送到信号处理和成像系统，从而完成了成像信息的电子学过程。［1］

　　成像过程

　　扫描电镜的成像过程是通过信号处理和成像系统来完成。

　　1．电子束的聚集

　　在真空状态下加热钨灯丝时会产生电子束，在灯丝外围的阴极和位于相反的阳极之间施加高电压。拉出电子束并缩小到直径为30～50μm的交叉点，电子束被阳极加速，再连续被第一、第二聚光镜、物镜缩小，以及扫描线圈的作用，形成聚集得很细的电子束（即电子探针，直径为3～10“m），照射于样品上。电子探针和样品之间互相作用，从试样表层发生各种信号电子，它们用相应的探测器接收，经过放大、处理后，可以获得各种信号的图像。信号不同，所呈现的图像表示样品的性质不同。电子探针和样品相互作用所产生的信号电子有：二次电子、背散射电子、X射线、俄歇电子、阴极发光、吸收电子、透射电子等等（见图3—7）。

　　（1）二次电子入射电子受样品的散射与样品的原子进行能量交换，使样品原子的外层电子受激发而逸出样品表面，这些逸出样品表面的电子就叫做二次电子。还有一部分二次电子是背散射电子逸出样品表面时激发的，在成像时形成本底。二次电子逸出样品之前，受到样品本身的散射，能量有损失，它们的能量较低（0～50 eV），其发射深度为样品表面几纳米到几十纳米的区域。从样品得到的二次电子产率既与样品成分有关，又与样品的表面形貌有更密切的关系，所以它是研究样品表面形貌最佳的工具。通常所说的扫描电子像就是指二次电子像，其分辨率高、无明显阴影效应、场深大、立体感强，特别适用于粗糙表面及断口的形貌观察。（2）背散射电子（反射电子）背散射电子是入射电子受到样品中原子核散射而大角度反射回来的电子。它的能量损失较小，能量值接近入射电子的能量。这种电子是入射电子深入到样品内部后被反射回来的，所以它在样品中产生区域较大（约为1/lm）。背散射电子像与样品的原子序数有关，与样品的表面形貌也有一定关系。可以用双探测器获得背散射电子的组分像和形貌像。利用这种电子的衍射信息，还可研究样品的结晶学特性。（3）X射线入射电子进人样品，如在原子核附近则受核库仑场作用而改变运动方向，同时产生连续X射线，即软X射线。如入射电子打到核外电子上，把原子的内层电子（如K层）打到原子之外，使原子电离，邻近壳层的电子（如L层）填充电离出的电子穴位，同时释放出X射线，该X射线的能量为两个壳层的能量差。各元素原子的各个电子能级能量为确定值，所以此时释放出的x射线叫特征X射线。分析特征X射线的波谱和能谱，就可以研究样品的元素和组成成分。（4）俄歇电子样品原子中的内层（如K层）电子被入射电子激发时样品发生了弛豫过程，多余的能量除发射特征X射线外，还可以使较外层（如L层）的两个电子相互作用后，一个跳到内层填充空穴，另一个获得能量离开原子成为俄歇电子。俄歇电子是Auger在1925年研究X射线发射光谱时发现的。俄歇电子能量为E—E。～2K L，不同元素的俄歇电子能量有不同的特定数值，分析俄歇电子能谱就可以确定样品组成元素。（5）阴极荧光有些固体受电子束照射后，价电子被激发到高能级或能带中，被激发的材料同时产生了弛豫发光，这种光称为阴极荧光。其波长是红外光、可见光或紫外光，也可用来作为信号电子。用它可以研究矿物中的发光微粒、发光半导体材料中的晶格缺陷和荧光物质的均匀性等等。上述可知，用不同的探测器检测出不同的信号电子，可以反映样品的不同性质，如在二次电子探测器的栅网改加上负压（约一30 V）就可以检测背散射电子。一般扫描电镜主要是利用二次电子或背散射电子成像，观察研究表面形貌。其他的信号电子可分析元素、结晶、化学态和电磁性质。

　　2．扫描和扫描电镜的放大倍数

　　在镜体内的电子束通路上有偏转线圈（或扫描线圈），在显示部分的显像管上也有偏转线圈，这些偏转线圈接受来自扫描电源X、y轴（水平、垂直轴）的锯齿波电流。显像管画面上的样品图像在显像管内有相应的电子束定位点，它和样品表面上电子探针的定位点一直保持完全准确的相应关系（同步扫描）。显像管的画面幅度和样品上扫描幅度之比，决定扫描电镜的放大倍数。显像管上画面的幅度是固定的，如果把供应镜体内偏转线圈的偏转电流加以改变，则扫描电镜的放大倍数也要发生变化。

　　3．扫描电镜图像能立体地逼真反映出样品的凹凸不平的特点

　　二次电子量的变化与入射电子在样品上形成的局部角度有灵敏的关系（倾斜角效应引起的反差），就是说样品表面微观的凹凸形成了扫描电镜图像的反差。

　　入射电子像针那样细，对于相当凹凸不平的样品大致都能聚焦（焦点深度大），能够在一幅画面上观察样品的深浅全貌。

　　可以把样品整个倾斜，从斜处观察富于凹凸不平的形态，这更从心理上增加了立体感，拍摄的立体感强。

　　传统相机成像过程

　　1、镜头把景物影象聚焦在胶片上　成像2、片上的感光剂随光发生变化3、片上受光后变化了的感光剂经显影液显影和定影　形成和景物相反或色彩互补的影象

　　数码相机成像过程

　　a）光线透过镜头投射到感光元件表层；b）光线被感光元件表层上滤镜分解成不同的色光；c）色光被各滤镜相对应的感光单元感知，并产生不同强度的模拟电流信号，再由感光元件的电路将这些信号收集起来；d）模拟信号通过数模转换器转换成为数字信号，再由DSP对这些信号进行处理，还原成为数字影象；e）数字影象再被传输到存储卡上保存起来。

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