[发明专利]用于使用粒子光学设备来确定重构图像的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于使用粒子光学设备来确定重构图像的方法。该粒子光学设备包括用于产生一束粒子的粒子源、可以将要成像的对象放置在其上面的对象平面、用于用该束粒子来照亮对象平面的聚光器系统、用于通过在图像平面上对通过对象透射的粒子进行成像来形成对象平面的图像的投影系统以及用于检测图像的检测器，其中，所述检测器包括具有像素阵列的半导体传感器，所述半导体传感器用于响应于入射在检测器上的粒子从阵列的各像素提供多个像素信号。

本发明还涉及被布置为执行此类方法的粒子光学设备。

本发明还涉及包括用于促使处理器系统执行此类方法的指令的计算机程序产品。

背景技术

在TEM中，也称为样本的对象用一束电子进行照射，该电子具有例如在50 keV和400 keV之间的能量。某些电子通过样本被透射，并且这些电子聚焦在图像平面上以形成样本的放大图像。用投影系统实现了图像平面上的样本的成像，该投影系统能够被设置为例如在10³和10⁶倍之间的可配置放大倍率。通常，将诸如CCD照相机或CMOS照相机的检测器放置在图像平面中，由此检测图像。此类检测器可以例如具有半导体传感器，该半导体传感器具有布置成二维阵列的4k×4k像素。用此类检测器，电子撞击在CCD或CMOS传感器的半导体芯片上并产生电子空穴对，从而形成将被CCD或CMOS芯片检测的电荷。

对于某些应用而言，要求非常低的剂量的电子。 例如，生物材料可以在每0.1nm×0.1 nm 10～30个电子的剂量下在8～10秒的帧时间内退化。这可能导致检测器处的每个像素0.001～0.1个电子或以下的平均剂量。 虽然CCD和CMOS照相机正在不断地改进，但信噪比（SNR）和调制传递函数（MTF）仍可以限制检测器的性能。 对于TEM中的示例性直接电子检测CMOS照相机而言，一个入射电子可以产生几千个电子空穴对，其在例如5×5像素的区域上扩散并最终在5×5像素中产生约总共240个输出信号计数。 结果，点扩展函数（PSF）可以明显大于空间采样尺寸（一个像素）。 下面，对PSF的长度的任何参考在像素的数目方面可以参考PSF的宽度：当电子空穴对在5×5像素的区域上扩散时，长度是五。 在传感器的半尼奎斯特频率下，实现了小于0.5的MTF。 尼奎斯特下的MTF接近于零。 这导致MTF和因此的分辨率的损失。 其次，中心像素处的峰值计数可以大致为30个计数，而半导体传感器的暗电流噪声通常可以在0和30个计数之间变化。 这导致约1的SNR。 在这些低剂量下，SNR和MTF两者都确定图像质量。 由于相对高的噪声水平，类似于图像反卷积的已知图像改进技术对于从此噪声和点扩展函数恢复不是非常成功的。 除暗电流噪声之外，针对单个入射电子在半导体传感器中产生的电子空穴对的数目和因此的每电子沉积的能量的数目也在很大范围内变化且影响SNR。 300 keV的一个入射电子可以例如导致在0和80.000之间的任何数目的电子空穴对和检测电荷中的相应的扩展（spread）。 下面，将用具有表示一定数目的信号计数的信号强度的相应像素信号来表示由半导体芯片的像素检测的电荷。

通过将像素信号与所谓阈值检测中的预定参考水平相比较来确定在像素上是否存在电子是已知的。 然而，此类阈值检测在剂量低时和SNR约为1时可以导致许多错误检测。

为了克服点扩展函数的效应，已经提出使用部分响应（PR）检测，其使用与点扩展函数类似的部分响应函数。 对于二值图像而言，已经成功地提出了部分响应最大似然（PRML）检测和维特比（viterbi）检测。 然而，本发明人已经发现此类已知方法在应用于在TEM中获得的图像时未给出令人满意的结果，尤其是在不存在SNR约为1的情况下和/或在用于单个入射电子的信号计数中的扩展大时。

上述方法的缺点时可能损害可实现的分辨率。 尤其是当剂量低时，不可能以充分的可靠性确定每个像素上的入射电子的数目。

发明内容

本发明意图提供一种方法，其中，改善了由诸如TEM的粒子光学设备中的检测器获取的图像的质量，尤其是在低剂量下并且在诸如电子的单个入射粒子的信号例如由于半导体传感器中的扩散而在多个像素上扩展的情况下。

出于此目的，根据本发明的方法包括：

· 接收多个像素信号；以及

· 通过对多个像素信号使用维特比检测来确定重构图像，

维特比检测使用与入射在检测器上的粒子的多个配置相对应的多个不同状态，以及