[发明专利]获取原子成像中的原子位置的方法与装置

说明书

本发明提供了一种透射电镜图像分析方法，包括：输入步骤，其接收材料的具有图像像素值的原始图像；亮原子位形粗提取步骤，其依据图像像素值，获得原始图像中的亮斑的轮廓数据；亮原子位形精细计算步骤，其依据轮廓数据提取原始图像中包含有亮斑的区域的像素值，拟合获得亮原子中心点精确位置；其他原子位形精细计算步骤，其依据多个相邻的亮原子的中心位置以及材料的晶格种类，获得其他原子的中心位置；以及输出步骤以输出原始图像中的原子排布信息。

技术领域

本发明关于微观粒子图像识别领域，特别是获取原子成像中的原子位置的方法与装置。

背景技术

电子扫描透射电镜STEM可以分辨不到1nm大小的原子，是现代材料表征的重要手段。其中电子扫描透射电镜的高角度环形暗场像HAADF图像具有放大倍数高，可直接记录一定分辨率的原子真实形貌的特点。但是一般的，其记录的原子形貌通常不是全部原子的形貌，只能分辨部分在HAADF图中表现为亮度值较高的亮斑所对应的原子轮廓。此外，由于对目标材料所拍摄的大量的HAADF图像均需要对其中的原子精准位形进行确定，所以带来了较大的工作量。

对此，现有技术“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”(南虎等，《电子显微学报》，2016年03期第35卷第191-200页)给出了一种快速定位高分辨原子像中原子峰位置的方法，通过角点检测先预估出一个粗略的角点分布构型，再测得最近邻角点位置对应的矢量值作为基矢，构建评价函数计算出最优基矢，从而推断出粗略的布拉维格子构型，随后对每一个可能的原子点进行拟合与矫正，并以某一矫正后的原子位置推算出其他可能的近邻原子。其缺陷在于由于算法限制，其原子分辨精度不高，适用范围窄。具体而言，其需要首先确定目标材料的晶格类型、大小和方向来计算基矢，且需要用评价函数获得最优基矢并计算预估原子位置；其次，其拟合与矫正采用的拟合函数将原子假设为椭圆，因此很难提升精确度。而对于有缺陷或者不整齐排列的布拉维格子的情况下，该算法并未提供可用的解决方法。同时，其需要提前预先晶格相关的参数，操作复杂，仍然无法脱离人工操作。

发明内容

鉴于上述，本申请提出一种判定扫描透射电镜成像中的原子位置的分析方法，包括：

获取材料的透射电镜原始图像；

根据所述原始图像的每个图像像素的图像像素值，获得所述原始图像中的亮斑的轮廓数据，所述轮廓数据限定其外边界以及中心点位置；

根据所述轮廓数据中的外边界以及中心点位置，提取所述原始图像中包含有所述亮斑的区域的像素值，

拟合获得所述亮斑的中心点精确位置，将其作为所述亮斑对应的亮原子的中心位置。

优选的，该方法还包括对原始图像的预处理步骤以用于获得清晰的所述亮斑的轮廓，其中，所述预处理步骤包括：

依据均衡化函数，对所述原始图像进行对比度运算并获得均衡图像；

依据模糊函数，对所述均衡图像进行卷积运算并获得平滑图像；

依据自适应阈值分割方法，对所述平滑图像进行阈值分割运算并获得阈值分割图像；以及

依据开运算函数，对所述阈值分割图像进行腐蚀运算以及膨胀运算并获得预处理后的原始图像。

优选的，其中

所述均衡化函数采用可限制对比度的自适应均衡化函数，其中目标像素点的像素值由所述自适应均衡化函数运算并更新，且所述更新由所述目标像素点以及其近邻像素点的像素值共同决定。

优选的，其中

所述均衡化函数采用以下中的一种：伽马变换函数、线性变换函数、直方图正规化函数。

优选的，其中所述模糊函数采用以下中的一种：高斯模糊函数、均值滤波函数、中值滤波函数、自定义滤波函数。