[發明專利]獲取原子成像中的原子位置的方法與裝置

有效

• 申請號: 202011008851.2
• 申請日: 2020-09-23
• 公開（公告）號: CN112116581B
• 公開（公告）日: 2023-09-08
• 發明（設計）人: 白雪冬;周鑫;陳潘;許智;廖磊
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/136;G06T7/70
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司 11280
• 代理人: 王勇;王博

本發明提供了一種透射電鏡圖像分析方法，包括：輸入步驟，其接收材料的具有圖像像素值的原始圖像；亮原子位形粗提取步驟，其依據圖像像素值，獲得原始圖像中的亮斑的輪廓數據；亮原子位形精細計算步驟，其依據輪廓數據提取原始圖像中包含有亮斑的區域的像素值，擬合獲得亮原子中心點精確位置；其他原子位形精細計算步驟，其依據多個相鄰的亮原子的中心位置以及材料的晶格種類，獲得其他原子的中心位置；以及輸出步驟以輸出原始圖像中的原子排布信息。

技術領域

本發明關于微觀粒子圖像識別領域，特別是獲取原子成像中的原子位置的方法與裝置。

背景技術

電子掃描透射電鏡STEM可以分辨不到1nm大小的原子，是現代材料表征的重要手段。其中電子掃描透射電鏡的高角度環形暗場像HAADF圖像具有放大倍數高，可直接記錄一定分辨率的原子真實形貌的特點。但是一般的，其記錄的原子形貌通常不是全部原子的形貌，只能分辨部分在HAADF圖中表現為亮度值較高的亮斑所對應的原子輪廓。此外，由于對目標材料所拍攝的大量的HAADF圖像均需要對其中的原子精準位形進行確定，所以帶來了較大的工作量。

對此，現有技術“高分辨原子像中原子峰位置的精確自動判定與電極化疇的快速可視化”(南虎等，《電子顯微學報》，2016年03期第35卷第191-200頁)給出了一種快速定位高分辨原子像中原子峰位置的方法，通過角點檢測先預估出一個粗略的角點分布構型，再測得最近鄰角點位置對應的矢量值作為基矢，構建評價函數計算出最優基矢，從而推斷出粗略的布拉維格子構型，隨后對每一個可能的原子點進行擬合與矯正，并以某一矯正后的原子位置推算出其他可能的近鄰原子。其缺陷在于由于算法限制，其原子分辨精度不高，適用范圍窄。具體而言，其需要首先確定目標材料的晶格類型、大小和方向來計算基矢，且需要用評價函數獲得最優基矢并計算預估原子位置；其次，其擬合與矯正采用的擬合函數將原子假設為橢圓，因此很難提升精確度。而對于有缺陷或者不整齊排列的布拉維格子的情況下，該算法并未提供可用的解決方法。同時，其需要提前預先晶格相關的參數，操作復雜，仍然無法脫離人工操作。

發明內容

鑒于上述，本申請提出一種判定掃描透射電鏡成像中的原子位置的分析方法，包括：

獲取材料的透射電鏡原始圖像；

根據所述原始圖像的每個圖像像素的圖像像素值，獲得所述原始圖像中的亮斑的輪廓數據，所述輪廓數據限定其外邊界以及中心點位置；

根據所述輪廓數據中的外邊界以及中心點位置，提取所述原始圖像中包含有所述亮斑的區域的像素值，

擬合獲得所述亮斑的中心點精確位置，將其作為所述亮斑對應的亮原子的中心位置。

優選的，該方法還包括對原始圖像的預處理步驟以用于獲得清晰的所述亮斑的輪廓，其中，所述預處理步驟包括：

依據均衡化函數，對所述原始圖像進行對比度運算并獲得均衡圖像；

依據模糊函數，對所述均衡圖像進行卷積運算并獲得平滑圖像；

依據自適應閾值分割方法，對所述平滑圖像進行閾值分割運算并獲得閾值分割圖像；以及

依據開運算函數，對所述閾值分割圖像進行腐蝕運算以及膨脹運算并獲得預處理后的原始圖像。

優選的，其中

所述均衡化函數采用可限制對比度的自適應均衡化函數，其中目標像素點的像素值由所述自適應均衡化函數運算并更新，且所述更新由所述目標像素點以及其近鄰像素點的像素值共同決定。

優選的，其中

所述均衡化函數采用以下中的一種：伽馬變換函數、線性變換函數、直方圖正規化函數。

優選的，其中所述模糊函數采用以下中的一種：高斯模糊函數、均值濾波函數、中值濾波函數、自定義濾波函數。