CN111344830A - 用于电子衍射分析的改进系统 - Google Patents

Abstract

公开一种处理在电子显微镜中获得的衍射图案图像的方法和系统。方法包括：根据第一组显微镜条件使电子束入射到校准样品上以从其上发射所得到的电子并使用检测器装置监测所得到的电子以获得包括具有值的多个像素的校准图像，第一组显微镜条件配置成使校准图像基本上不包括电子衍射图案；从校准图像中获得包括多个像素的增益变化图像，每个像素具有表示对于校准图像的对应像素而言的相对检测器装置增益的值；根据第二组显微镜条件，使电子束入射到目标样品上以从其上发射所得到的电子并使用检测器装置监测所得到的电子以获得包括具有值的多个像素的目标图像，第二组显微镜条件配置成使得目标图像包括电子衍射图案；以及针对目标图像的每个像素，根据增益变化图像的对应像素的值从像素值中去除对相对检测器装置增益的像素值的贡献以获得增益变化校正图像。

Description

用于电子衍射分析的改进系统

技术领域

本发明涉及用于提高电子显微镜中的电子衍射图案分析，特别是菊池图案(Kikuchi pattern)分析的灵敏度的系统和方法。

背景技术

图1是示出系统中的某些部分的示意图，这些部分是在扫描电子显微镜(SEM)中采用的，用于探查样品的表面。在真空室内产生典型能量在5keV到30keV之间的电子束，并且通常利用“SEM镜筒”101内的磁透镜的组合将该电子束聚焦。当聚焦的射束105射入样品107时，一些电子被从样品上散射回来(背向散射电子或称BSE)。在过去的30年中，市场上已经可购得用于检测因出现的背向散射电子的衍射引起的菊池带图案(Kikuchi bandpattern)的系统，该菊池带图案有时被称为“电子背向散射衍射图案”或EBSD图案。这些系统通常包括敏感照相机，该敏感照相机记录背向散射电子射入磷光体时产生的光学图像。图1示出了典型布置，其中样品被支撑在SEM台109上的专用倾斜保持器上，并且EBSD照相机103穿过SEM真空室上的端口被插入，使得磷光体被定位在靠近样品的位置，在该位置处，从倾斜的样品表面上的一点发生背向散射的发散电子束射入磷光体。图2示出了放大图，其中相似的特征用相似的附图标记表示，其中电子敏感照相机表面的位置被示出为接近保持器208上的倾斜样品表面。示出了SEM最终透镜磁极件213，以及带有X射线准直仪和电子阱217的X射线检测管215。在219处示出了EBSD照相机系统的敏感前表面。

因背向散射电子上的衍射效应引起的角度强度调制依赖于来自样品上的点的漫射背向散射的整体角度强度分布。在为了优化衍射对比度通常需要的70°的高倾斜角度下，沿竖直方向(平行于射束)的背向散射的角度分布在向前散射方向上达到高峰值，大约在对于入射射束而言的镜面反射条件附近。结果，由于漫射背向散射而产生的动态信号范围通常比与由于晶体衍射而产生的相对弱的菊池图案对比度相关联的强度变化大得多。

一种替代的几何构造使用薄的样品，该薄的样品被支撑为使得聚焦的电子束(通常能量在20keV到30keV之间)透射穿过样品，并且照相机磷光体被放置在样品的下方，使得从样品下方散射的电子射入磷光体并形成包含“透射电子菊池图案”或TKD图案的图像。与EBSD一样，由于晶体衍射而产生的TKD图案调制占了由于电子的漫散射而产生的大背景中的小部分。

为了改进对由于菊池衍射而产生的小对比度(通常为百分之几)的检测，需要对由于漫散射而产生的背景信号中的大的变化进行校正。J.A.Small和J.R.Michael(Journalof Microscopy,Vol.201,Pt 1,January 2001,pp.59–69)使用了1024×1024CCD照相机，该照相机通过光纤减速器直接联接至磷光屏，以检测从样品发出的电子分布。为了校正背景变化，作者通过将获取到的图像逐个像素地除以从具有相同平均原子序数的非晶态材料获得的基准图像(其显示了类似的漫射背景，但没有任何衍射对比度)来对该获取到的图像应用“平场(flat-fielding)”校正。假定样品成分(其影响漫射背向散射)以及相对于入射射束和照相机的位置被维持恒定，那么作者可以对整个样品或样品集使用相同的基准图像。然而，Small和Michael指出，当分析粒子而不是分析扁平样品时漫射背景的角度分布取决于在粒子上入射的局部几何形状，并且背景的角度分布与粒子EBSD图案图像之间的差异越大，平场过程的有效性越差，并且校正后的EBSD图案的质量越低。因此，他们决定通过在晶体对比度随机化的特征上方扫描射束来获得背景图像，例如，通过在粒子的存在有裂缝(从而使相对于照相机表面具有多个取向的几个表面露出来)的区域上方扫描射束来获得背景图像。尽管如此，作者也承认，为背景和EBSD图像选择准确的测量位置，以使背向散射电子的角度分布差异最小化，会极大地影响成功分析单个粒子(特别是尺寸小于1微米的那些粒子)的成功率。

通过以下表示可以理解在大的漫射背景信号上测量弱衍射图案对比度所涉及的技术问题。电子敏感照相机系统上记录的图案可以表示为由许多像素组成的数字图像(例如，用1000×1000的2D阵列表示的图像将由100万像素组成)，其中单个像素的位置可以用标示J来表示。像素J处观察到的图像的强度可以近似表示为：

Y(J)＝(B(J)*D(J))*G(J)+N(J)

当开启入射射束时，会朝向照相机产生漫散射电子的宽背景B(J)，并通过样品中的衍射效应D(J)进行调制。B(J)和D(J)都受到许多因素的影响，诸如从样品到照相机的距离以及磷光屏的位置和取向、入射电子束能量、样品材料、样品晶体取向以及样品倾斜角度。然后，散射的电子会射入照相机，该照相机通常包括几个元件：涂有磷光体的屏幕(其将电子信号转换为光信号)；光耦合器；和数字图像传感器322(见图3)。在图3中，光耦合器是通过单个光纤成像束320实现的。一些照相机使用串联起来的两个或更多个这样的光纤束，或者使用透镜代替光纤束。一些照相机既不使用磷光体也不使用光耦合器；在这种情况下，传感器本身就是屏幕，并且这些照相机有时也称为“直接电子探测器”。

在324处示出了以粉末形式布置在光纤束上的磷光屏。来自入射射束305的电子与样品307相互作用，并且入射在磷光屏324上的所得到的散射电子326可以被检测到。对于像素J处的到达照相机屏幕的每个电子来说，像素J处的从传感器输出的信号水平取决于许多因素，诸如磷光体处的光产生效率、光耦合到传感器的效率、传感器处的信号产生效率以及传感器处的电子增益。这些效率和增益都可能在像素之间变化。特别地，对于光学系统，由于磷光体上的变化而在屏幕上存在变化，并且在光纤系统中，光纤壁的规则间距会造成所谓的“鸡笼(chicken wire)”图案化，或者造成在堆叠的光纤元件之间的或在最终光纤元件与图像传感器之间的莫尔干涉图案。与主要关注的衍射因子D(J)上的变化相比，照相机系统增益G(J)上的该变化可能非常高。

当关闭入射射束时，B(J)＝0，但是由于数字图像传感器中的暗电流而仍然观察到了弱的图像N(J)，并且该图像可能会显示出有时被称为“暗固定图案噪声(dark fixedpattern noise)”的结构。

如果使用相同的获取时间在射束关闭的情况下记录图像，则可以确定暗固定图案噪声N(J)，并且可以从在开启射束的情况下获得的图像中减去该暗固定图案噪声，使得校正后的图像是B(J)*D(J))*G(J)。如果在同样的几何结构和射束条件下从与样品具有相同平均原子序数的非晶态基准材料记录图像，则在针对暗固定图案噪声进行的校正之后，基准图案将为B(J)*G(J)，这是因为没有由于衍射效应而进行的调制。

因此，如Small和Michael所提出的，如果将校正后的样品图像除以校正后的基准图像，则结果将为D(J)，该D(J)只表示由于衍射效应而进行的调制。然而，如果用具有不同原子序数的样品获得基准图像，或者如果入射射束、样品和照相机的几何结构不同或入射电子束能量不同，那么来自基准的校正后的图像将为B'(J)，并且将校正后的样品图像除以校正后的基准图像得到的结果将为D(J)*(B(J)/B'(J))。因此，由于样品与基准之间的漫射电子散射上的变化而产生的因子(B(J)/B'(J))可能会严重地影响菊池衍射图案对比度D(J)分析的成功率。

通过使用“动态背景校正”可以克服在获得对于“平场”的合适基准图像或“静态背景”时的实际困难，如例如Dingley等人(Microsc Microanal 11(Suppl 2),2005)所提出的。在这种情况下，平场过程中使用的基准背景图案是由样品图案本身形成的。这通过使用相对大半径的高斯卷积模板(Gaussian convolution mask)使图案模糊来完成。该方法取决于如下事实：漫射背景是角度的缓慢变化函数，从而在图像中给出低空间频率，而衍射调制在图像中给出高得多的空间频率内容。因此，如果使图像经过数字低通滤波器或等效的卷积处理(诸如利用高斯进行卷积，其中，高斯的宽度比衍射对比度波动的典型周期大得多)，则衍射对比度会被大大地衰减，并且结果接近所需的漫射背景B(J)。Dingley等人指出，与传统的“静态背景校正”方法相比，动态背景校正具有一些缺点，这是因为磷光屏中的任何缺陷(诸如划痕或气孔，或者磷光屏固有的小尺度粒状纹理)都无法使用动态方法去除，而静态背景方法则在去除这些缺陷方面非常有效。迄今为止，显示EBSD或TKD的已发布的大部分结果都是通过使用磷光体、传统光学透镜和电荷耦合器件(CCD)图像传感器的照相机系统获得的。利用这种布置，照相机系统像素增益变化G(J)由磷光体结构支配，通过动态背景方法对其进行的校正仍然不佳。

通过使用光纤耦合器并使用CMOS图像传感器技术，可以实现更高的光耦合效率以及增加的成像速度。然而，由于读出CMOS图像像素的方法，CMOS传感器图像经常展现出固定的图案伪像，诸如线噪声，并且图案化光纤与CMOS图像传感器的组合通常导致像素增益变化G(J)，该像素增益变化G(J)在高空间频率下显示出高对比度并因此会干扰对真实关注的对比度D(J)的检测。如上所述，可以使用静态背景方法来校正这些像素增益变化，但是需要适当的基准样品以及对基准图像的获取的仔细控制，这是不方便的并且需要技巧。此外，如果样品因具有不同原子序数而具有多个相，那么不能使用单个静态背景基准来校正来自整个样品的图案。如果使用替代的动态背景校正方法，则可以减去来自暗固定图案噪声的贡献，以给出暗图案校正图像B(J)*D(J))*G(J)，并且应用低通滤波器以去除高频率细节，从而给出近似B(J)的基准，并且在将其分为暗图案校正图像时，结果是近似D(J)*G(J)。因此，当使用动态背景校正时，由于像素增益变化而产生的高频率细节会干扰限定衍射对比度的高频率细节，所以当有效像素增益中存在显著变化时，传统静态背景校正或动态背景校正都无法提供有效的解决方案。

菊池衍射分析所需要的是一种背景校正方法，该方法不需要获取多个基准背景图像，并且给出了衍射对比度不会因照相机系统像素增益变化而受到破坏的结果。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种处理在电子显微镜中获得的衍射图案图像的方法，所述方法包括：根据第一组显微镜条件，使电子束入射到校准样品上以使得所得到的电子从该校准样品上发射出来，并使用检测器装置监测所得到的电子以获得包括具有值的多个像素的校准图像，第一组显微镜条件被配置成使得校准图像基本上不包括电子衍射图案；从校准图像中获得包括多个像素的增益变化图像，每个像素具有表示对于校准图像的对应像素而言的相对检测器装置增益的值；根据第二组显微镜条件，使电子束入射到目标样品上以使得所得到的电子从该目标样品上发射出来，并使用检测器装置监测所得到的电子以获得包括具有值的多个像素的目标图像，第二组显微镜条件被配置成使得目标图像包括电子衍射图案；以及针对目标图像的每个像素，根据增益变化图像的对应像素的值，从像素值中去除对相对检测器装置增益的像素值的贡献，以获得增益变化校正图像。

本发明的发明人已经设计出一种用于从衍射图案图像中去除像素增益变化的方法，该方法克服了传统的静态背景校正和动态背景校正的缺陷，该方法包括：从校准样品获得基本上不包括电子衍射图案的校准图像，从该校准图像可以获得一图像，在该图像中，像素具有表示对于校准图像的相对检测器装置增益变化的值，使得可以从使用目标样品获得的目标图像中将像素增益变化去除。有利地，该方法允许对获得的衍射图案图像进行处理，特别是从中去除由于检测器装置或照相机系统像素增益上的变化而产生的像素值上的变化，而无需获得多个基准图像并且不需要具有特定平均原子序数的基准样品。

为了简洁起见，可以假定对任何获取到的图像始终应用针对暗固定图案噪声的校正。因此，在以下描述的过程中将忽略N(J)项。使用上面的标记法，样品图像(针对暗固定图案噪声的校正之后)因此将表示为B(J)*D(J)*G(J)。校准图像通常首先被获取，并且通常是使用第一组显微镜“校准”条件MC从非晶态基准样品(其可以具有与目标样品不同的原子序数)获取的。由于使用非晶态样品，所以没有衍射对比度，并且图像可以表示为R(J)＝B'(J)*G(J)。然后通常使用低通滤波器F1对图像进行处理，该低通滤波器会衰减由于像素增益G(J)上的变化而产生的高空间频率调制，并且留下结果R_F1(J)，该结果是B'(J)*G_mean的接近的估计值，其中G_mean是与滤波器的带通相当的像素增益的局部平均值。通常将基准图像除以低通滤波图像，以获得图像中的每个像素J的相对像素增益G(J)/G_mean的估计值，将其保存为g(J)。

通常，当在第二组“样品”显微镜条件MS下对任何新样品进行分析时，用S(J)＝(B(J)*D(J))*G(J)表示散射电子图像，并且将该散射电子图像除以相对像素增益g(J)的保存图像，以给出结果SC(J)＝(B(J)*D(J))*G_mean。

使电子束入射到样品上的步骤通常使用电子显微镜来执行。如本公开中所提及的显微镜条件可以包括许多不同的可配置的条件。可针对电子显微镜的电子柱进行配置的这些条件可以包括：放大率、焦距、像散、加速电压、射束流和扫描偏转。在一些实施例中，前述显微镜条件列表可以针对电子束进行配置。针对样品监测电子时的几何结构，特别是位置和取向，一般可以针对样品进行构造，或者特别地针对适于保持样品的样品台进行构造。这些几何结构条件可以包括样品的空间坐标、倾斜角度和旋转角度，该空间坐标可以包括在笛卡尔坐标系中的X轴、Y轴和Z轴中的位置。在一些实施例中，可以针对检测器装置配置亮度和对比度。

校准样品通常是非晶态的。特别地，校准样品或校准样品的至少一部分通常是非晶态的，入射电子束与之相互作用或入射到其上。通过使电子束入射到非晶体的材料上，可以使校准图像没有或基本上没有电子衍射图案。因此，校准样品的选择可以被认为是第一组显微镜条件之一，因为非晶态校准样品的选择可以导致第一组显微镜条件被配置成使得校准图像基本上不包括电子衍射图案。

所获得的校准图像可以使用与上面相同的标记法用B'(J)*G(J)表示。

如上所述，校准图像包括具有值的多个像素。如本公开中所提及的像素值通常是与像素相关联的数字。该值通常表示像素的亮度或像素处的强度量。例如，像素可以具有表示对应于该像素在检测器装置的元件处接收到的电子的强度或计数的数字，或者可以与该数字相关联。

配置一组显微镜条件的步骤可以包括预先确定那些显微镜条件。以这种方式，可以在执行用于获取校准图像的步骤之前建立或选择条件。

将条件配置成使得校准图像基本上不包括电子衍射图案可以理解为将那些条件配置成使得在从校准样品上离开的所得到的电子中不存在衍射图案，例如由于校准样品是非晶态的，如上所述。衍射图案的缺乏(其可以被观察为在从校准样品发射的电子的强度中没有由于电子衍射的任何角度变化)可以以许多不同的方式以及通过各种配置的第一组显微镜条件来实现。优选地，校准图像不包括电子衍射图案。在校准图像本身的上下文中，电子衍射图案可以理解为校准样品因电子衍射引起的在像素值上的变化。因此，校准图像或其中的图案通常不包括因这样的电子衍射引起的或可归因于这样的电子衍射的分量。

增益变化图像可以使用上面建立的标记法而被视为g(J)，或视为g(J)的估计值或近似值。

如上所述，增益变化图像所包括的多个像素中的每一个像素都具有表示对于校准图像的对应像素而言的相对检测器装置增益的值。这可以理解为对于检测器中的该像素或对应元件处的相对检测器装置增益具有计算值或者估计值或近似值。如这里使用的术语“近似”不排除近似值确切等于实际相对增益的精确值。然而，实际上，典型的是近似值是该像素或检测器元件的实际相对增益的接近的估计值。

相对检测器装置增益可以理解为检测器的不同像素或对应元件之间的检测器装置增益变化。一般情况下，相对检测器装置增益可以理解为对于每个像素来说该像素的增益值与多个像素中的多个或所有像素的平均增益值之间的差异或比率。通常，相对增益值可以表示该像素的增益值与平均增益值之间的个体变化或定量关系。平均增益值可以对于全部像素是相同的，或者可以横跨图像是变化的。例如，当通过对校准图像应用例如平滑函数或低通滤波器以使归因于检测器装置增益的像素值上的变化模糊或平滑来计算平均值时，可以获得变化的平均值。

如前所述，像素的相对检测器装置增益可能受到许多因素的影响或决定。检测器装置增益中像素之间的这些变化(其可以理解为对于在给定传感器像素或传感器或检测器元件处到达检测器装置的每个电子或入射电子水平而言的输出电压或信号增加的因子)可能受到各种不同的检测器和像素属性及条件的影响。例如，像素的检测器装置增益可能由于检测器的磷光体处的光产生效率、光耦合到传感器的效率、传感器处的信号产生效率以及传感器的电子增益而不同于相同装置中的另一像素的检测器装置增益。因此，应理解的是，在增益变化图像中，每个像素可以具有表示相对检测器装置增益值的值，并且由于获得这些值，该方法有助于从将要分析的图像中去除由这些增益变化引起的不希望的图像特征。

增益变化图像中的每个图像可以被视为具有表示在校准图像的对应像素处的相对检测器装置增益的值。从这个意义上讲，增益变化图像中的给定像素的值通常表示将影响校准图像中或由讨论中的检测器装置所捕获的任何其它图像中对应像素的值的相对检测器装置增益或给出上述相对检测器装置增益的指示。一个图像中的像素与另一图像中的像素对应可以理解为这两个像素在它们相应的图像中处于相同的位置。像素彼此对应也可以被视为像素共享相同的参考标示值(诸如，按照上面使用的标记法的(J))或相同的一个或多个坐标值。因此，增益变化图像中的像素可以表示在校准图像的对应像素处以及在检测器装置的对应元件处的相对增益。检测器装置中(特别是在检测器装置上形成传感器的一部分)的元件或像素通常可以在多个传感器元件或传感器元件阵列内具有位置，并且可以具有与校准图像中的(因此也是形成该方法的一部分的其它图像中的)位置、参考标示以及一个或多个坐标相同的参考表示和/或一个或多个坐标。

在本方法所涉及的图像的像素之间通常存在一一对应关系。以这种方式，通常，校准图像、增益变化图像、目标图像和增益变化校正图像中的每一个图像中的每个像素通常对应于每一个其它图像中的像素。优选地，任何一个图像中的每个像素对应于每一个其它图像中的单个像素。对应关系通常通过不同图像中的对应像素的位置相同来限定，和/或通过不同图像中的对应像素共用参考表示来限定。检测器装置的每个元件通常在每个获得的图像中具有对应的像素。

在一些实施例中，检测器的元件数量可以不同于该方法中使用的图像中的像素数量。同样地，获得校准图像和目标图像中的每一个可以包括获得比相应获得的图像所包括的像素数量更多的像素。这可以是例如通过校准图像和目标图像中的任一者或两者是由检测器装置获得的图像的子图像来实现的情况。限定图像的一组像素通常由增益变化图像和/或增益变化校正图像中的一组像素来限定。例如，检测器装置可以获取给定尺寸的图像，或者特别是包括给定数量的像素的图像。如果这些像素的子组用于获得增益变化图像或增益变化校正图像，那么，由于不同图像的像素之间的对应关系，所获得的目标图像和校准图像通常将由该子组限定。然而，在优选的实施例中，由检测器装置获得的图像和该方法中所涉及的图像在大小、分辨率和纵横比中的任一方面或多个方面是相同的。

为了获得目标图像而入射有电子束的目标样品通常是需要电子显微镜图像(通常是EBSD图像)的关注样品或材料段，或者形成上述关注样品或材料段的一部分。由于需要电子衍射图案，所以目标样品通常是晶体，或者包括晶体区域。在一些实施例中，目标样品和校准样品形成相同材料段或材料主体的不同部分或区域。在其它实施例中，两个样品是独立的。目标样品和校准样品可以具有彼此相同或不同的化学成分或平均原子序数。因此，利用本发明的方法有利的是，没有特别要求校准样品具有特定成分。优选地，任何样品都可以用作校准样品，只要当使电子束入射到其上时该样品适合于从发射自该样品的电子中获得校准图像。

第二组显微镜条件可以以这样的方式来配置或预先确定：使得来自射束的电子进入目标样品并发生衍射，从而导致发射出的所得到的电子的强度上的角度变化。

所获得的目标图像可以使用先前采用的标记法表示为B(J)*D(J)*G(J)。D(J)项表示由于来自目标样品的所得到的电子发射的电子强度上的角度变化而在目标图像中存在衍射图案。例如，由于目标样品是晶体的，或者包括晶体区域，并且由于射束和显微镜几何结构，可能会使所得到的电子中存在衍射图案。因此，目标图像并且特别是该图像中的像素的值可以包括由于电子在目标样品中发生衍射而产生的角度变化的电子强度所带来的分量或贡献。因此，目标图像通常包括该图像的由横跨图像的多个像素的值变化(该值变化源自于由衍射造成的电子强度变化)形成的图案分量。以这种方式，图像或其中的图案可以被视为包括由这样的衍射引起或可归因于这样的衍射的分量。

一旦获得了目标图像和增益变化图像，就可以使用后者从前者中去除不希望的特征。从目标图像的像素的值中去除对相对检测器装置增益的值的贡献通常包括计算目标图像的像素的值与增益变化图像的对应像素的值的比率。因此，该过程通常包括将目标图像像素的像素值除以该像素的检测器装置增益的相对值。通过对像素值做除法可以去除增益变化分量，这是因为对检测器装置增益的目标图像的贡献通常是乘法的，如在描述目标图像的上述表达式中的“*G(J)”运算所示。以这种方式，根据增益变化图像的对应像素的值执行的去除优选地意味着通过将目标像素值除以增益变化像素值来去除贡献。

去除的贡献可以被视为对目标图像像素的值做出贡献的分量或因子，其由该像素的增益值相对于多个像素中的多个或所有像素的平均增益值造成。应理解的是，该贡献可能已导致目标图像像素值的值低于以及高于如果没有该贡献的话的目标图像像素值。例如，目标图像中的像素可能因与该像素相对应的检测器元件的检测器装置增益分别低于或高于检测器或其一部分的平均增益值而变暗(具有较低值)或变亮(具有较高值)。因此，将该目标图像像素的值除以增益变化图像的对应像素的分别相对较低或较高的值将会校正增益变化，并且使增益变化校正图像中的对应像素没有该像素的特定相对增益值的变暗/变亮影响，并因此分别具有较高或较低的值。

因此，增益变化校正图像可以用B(J)*D(J)*G_mean表示。以这种方式，可以去除由于检测器装置增益上的变化而产生的像素值上的小尺度或高空间频率的不均一性。如用于增益变化校正图像的表达式中G_mean的存在所示，通常在增益变化校正图像中仍存在平滑后、模糊后或平均后的检测器装置增益分量。然而，由于去除了归因于像素间装置增益变化的快速变化的图案特征，所以该保留下来的分量通常是横跨图像恒定或缓慢变化的值。因此，保留下来的分量(用保留下来的G_mean分量表示)通常具有低的空间频率，或者具有比目标图像中的衍射图案带的空间频率小的空间频率。在一些实施例中，G_mean横跨图像具有恒定值，或者在数学意义上，在空间频率为零(其可以对应于图像的检测器装置增益的算术平均值)的情况下变化。

一旦通过本公开的方法获得了增益变化校正图像，然后就可以在具有或没有进一步图像校正的情况下继续进行进一步的分析。在执行附加处理的实施例中，可以对增益变化校正图像应用用于背景校正的多种方法。在一些实施例中，例如，方法进一步包括对增益变化校正图像应用低通空间滤波器，以获得基本上不包括电子衍射图案的滤波图像。在这些实施例中的一些中，方法还包括：针对增益变化校正图像的每个像素，将像素值除以滤波图像的对应像素的值，以获得另外的校正电子衍射图案图像。在这些情况下，低通空间滤波器可以被构造或预先确定为使具有比衍射图案带的典型或测量空间频率大的空间频率的图像中的图案平滑或平均。滤波图像可以用B(J)*G_mean表示。这可以被认为是适当的近似值，因为低通滤波器的应用通常导致对平滑后电子衍射图案对比度的滤波图像的贡献与其它项相比可忽略不计。

因此，将增益变化校正图像的像素值除以滤波图像的对应像素的值表示去除了漫射背景和平滑后或平均后增益的贡献。如上所述，这些项或分量的贡献通常是乘法的，因此通过对像素值做除法可以将图案的这些部分去除或校正。因此，所得到的电子衍射图案图像可以被视为D(J)的近似值或估计值，因此将展现出漫射背景和增益变化噪声两者都被去除了的目标样品的改进了对比度的电子衍射图案。然而，应认识到的是，根据本公开的方法，不一定需要为了有利地校正检测器装置增益像素变化而去除漫射背景分量。从这个意义上讲，如上所述，为了对获得的图像进行分析，不一定要求该额外的背景校正。此外，背景校正方法的几种替代模式也是可能的，并且上述过程仅作为实例给出。

返回到上面用于说明该方法的标记法，该附加校正实例可以视为如下。

相对像素增益校正图像可以经过低通滤波器F2，该低通滤波器F2将高空间频率衍射对比度去除，以给出“动态背景估计值”S_CF2(J)＝B(J)*G_mean。当将S_C(J)除以S_CF2(J)时，结果为K(J)，这是纯衍射对比度D(J)的估计值。

如传统EBSD和TKD分析中那样，可以使用K(J)的后续分析来检测菊池线并确定目标样品材料的晶体属性。

用图4中的流程图来表示这些操作。

图4示出了包括对图像的第J个像素所涉及的操作的流程图。应该注意的是，图4是为了出于清楚说明的目的示出该方法的实施例而提供的。此外，如前所述，图4中所示的步骤6至9对应于附加背景校正步骤，并且通常无需任何这样的附加处理即可执行该方法。

关于增益变化图像，通常通过根据从校准样品获得的校准图像的对应像素计算出该增益变化图像的每个像素的值来获得。因此，获得增益变化图像的每个像素的值通常包括计算出校准图像的对应像素的相对检测器装置增益的估计值。获得增益变化图像的像素的值可以涉及将计算出的估计值分配为增益变化图像的像素值。因此，增益变化图像像素可以具有作为g(J)的估计值或近似值的值。校准图像的对应像素的相对检测器装置增益的该计算出的估计值可以有利地用于校正使用该检测器装置获得的任何图像，以去除像素增益变化分量。

如图4中描绘的过程所示，获得增益变化图像像素值，特别是相对增益值计算，可以通过平滑步骤和除法步骤来执行。特别地，获得增益变化图像优选地包括：对校准图像应用第一平滑函数，以获得第一平滑图像，该第一平滑图像包括与校准图像的多个像素相对应的多个像素。通常，每个像素具有值，该值包括一组像素(包括校准图像的对应像素)的值的平均值。获得增益变化图像通常进一步包括：针对校准图像的每个像素，将像素值除以第一平滑图像的对应像素的值，以获得该像素的相对检测器装置增益或者与因使用该装置而应用至该像素的相对检测器装置增益相对应的计算值，或者估计值或近似值。

应理解的是，平滑函数通常是根据一些参数使图像中的图案或变化平滑化的图像处理操作。如本领域中已知的，图像平滑化通常包括生成近似图像，该近似图像试图捕获图像中的较大尺度的图案，同时忽略噪声或其它较小尺度结构或像素值上的快速空间变化。这可以通过借助诸如高斯函数之类的平滑函数对图像进行模糊化或卷积来执行。第一平滑函数通常被配置成去除像素值或像素强度中的高空间频率变化，或者被配置成将每个像素值替换为多个像素(例如，该像素和一个或多个相邻像素)的平均值(例如，算术平均值或中间平均值)或根据函数的加权平均值。第一平滑函数可以配置成将由检测器装置增益上的变化(并且特别是高空间频率变化)造成的像素值上的变化去除或平滑化。由于像素增益变化通常在其空间频率上高于其它现象(诸如电子衍射带)引起的对比度图案或变化，所以第一平滑函数可以有利地产生这些快速变化被去除的第一平滑图像。

第一平滑图像可以用B'(J)*G_mean表示。因此，第一平滑图像可以视为来自从校准样品获得的图像的漫射背景与所有或多个像素的平均、平滑或模糊后的像素增益的乘积。

由于期望校准图像和目标图像(分别为B'(J)和B(J))中的每一个的漫射背景图案是相同的或近似相同，所以除法运算(其中，校准图像的每个像素的值除以对应的第一平滑图像像素的值)可以用G(J)/G_mean表示。这些漫射背景图案通常足够相似，以至于将一个除以另一个可以被认为将漫射背景贡献有效地去除到一定程度，使得任何留下的漫射背景贡献或伪影都可忽略不计，或者出于本公开的方法所针对的分析的目的可以忽略。

可以利用许多不同的技术来对校准图像应用第一平滑函数。在一些实施例中，第一平滑函数是第一低通空间滤波器，因此第一平滑图像是第一滤波图像。在此上下文中，序数词“第一”是任意使用的，并且不表明与任何其它空间滤波器具有联系或关系。应理解的是，低通空间滤波器通常是如下滤波器或滤波函数：其使图像的在像素值变化的意义上具有低于预定截止频率的空间频率的特征通过，并且使具有高于截止频率的空间频率的特征衰减。优选地，第一低通滤波器的线性尺度大于由检测器装置增益引起的变化的空间周期。

然而，如鉴于上述说明将理解的，在不同的实施例中，可以使用不同类型的第一平滑函数，并且低通滤波器是一种这样的功能类型。其它平滑技术包括萨维茨基-戈莱(Savitzgy-Golay)平滑滤波器、高斯卷积、棚车平滑或等效傅里叶低通频率滤波器、移动平均算法以及三角形和矩形平滑算法，并且这些是可以使用的进一步实例。

应认识到的是，获得的目标图像中的检测器装置增益变化使目标图像的像素的值乘以增益因子，该增益因子可以用通常横跨图像变化的g(J)表示。因此，从目标图像的像素的值中去除相对检测器装置增益的贡献通常包括将目标图像的像素的值除以增益变化图像的对应像素的值，以获得对于增益变化校正图像的对应像素的值。以这种方式，将增益因子从目标图像中除掉，以产生像素不会受到由检测器装置本身引起的增益变化影响的图像。

上面指出，出于上述方法的目的，可以假定所获取的图像中存在的暗固定图案噪声已经被去除或校正。因此，通常获得校准图像和目标图像中的每一个进一步包括从相应的图像中去除暗信号不均一性。因此，通常将由于暗信号不均一性对校准图像和目标图像中的每一个的贡献去除。特别地，该步骤通常包括去除因检测器装置本身中的缺陷引起的在像素值上的不均一性或变化。这一般被理解为相对于在特定设定(例如，温度、积分时间，但没有外部照射(包括由电子进行的照射))下的横跨成像阵列的平均值偏移。用N(J)表示的暗信号不均一性通常是在没有照射的情况下测量的，并且在该情况中，是在没有电子入射到检测器上的情况下测量的，以获得每个像素的N(J)值。暗信号不均一性通常在其对利用检测器获得的图像的像素值的贡献上是加法的，并因此可以通过从获得的目标图像和校准图像中减去在没有照射的情况下获得的暗信号不均一性图案来去除。

在优选的实施例中，第一组显微镜条件和第二组显微镜条件是不同的。如上所述，第一组显微镜条件可以被视为校准条件，并且第二组显微镜条件可以被认为是目标条件或样品条件。

然而，可以设想的是，在一些实施例中，第一和第二组显微镜条件是相同的。在这样的实施例中，可以考虑校准样品和目标样品中的一者或两者的选择或布置可以不是显微镜条件组的一部分，并因此校准步骤和目标步骤可以至少由于所使用的样品的类型或布置而不同。例如，非晶态样品可以用作校准步骤中的校准样品，以获得没有衍射图案的图像。在样品的选择被包含在条件组内的实施例中，原则上可以使用与校准样品和目标样品两者相同的样品，但是其它显微镜条件如此不同，以至于导致用于校准的衍射对比度非常差以及用于获取目标图像的衍射对比度最佳。

因此，原则上，如果样品的选择不是条件的一部分，或者如果使用了适当不同的校准样品和目标样品(它们本身使校准图像中没有衍射图案并且在目标图像中存在一个衍射图案)，则可以使用在其它情况下相同的第一和第二显微镜条件。特别地，可以为校准MC和样品MS使用相同的其它条件。然而，因为R(J)通常是从电子系统获取的数字图像，所以在每个像素处都会有潜在的噪声和量化误差，并且当R(J)取大值时，g(J)的精度得到提高。在用于EBSD分析的标准条件(具有高的样品表面倾斜度和小的检测器距离)下，在漫射背景强度上可能会有大的变化，但是如果使用非标准几何结构(具有较小的样品倾斜度和/或较大的检测器距离)，则在跨越图像的R(J)中存在较少变化，并且优选的是使用该配置进行校准，以在相对像素增益g(J)的确定中实现更均一的精确度。

此外，如果在条件MC下跨越整个图像的漫射背景强度变化比与条件MS相比小得多，则可以布置低通滤波器F1以比滤波器F2抑制更多的较低空间频率，而不会扭曲漫射背景强度的估计值。使用更严格的低通滤波器F1是有益的，因为它提供了对由于可变像素增益而产生的细节的更有效的抑制，使得图4的步骤3中的相对像素增益的估计值更加准确。

对菊池衍射效应有贡献的大多数电子通常具有与入射样品的聚焦入射电子束的能量接近的能量。电子入射磷光体时产生光的相互作用区域的尺寸和形状受到入射电子的能量的影响。因此，在照相机传感器中的各个像素处的信号响应受到入射射束能量的影响。因此，在每个像素处的相对像素增益g(J)可能随着入射射束能量而变化，并且优选的是，在将要用于分析样品的射束能量下获得用于g(J)的一组值。由射束keV中的改变引起的g(J)上的改变是逐渐的，因此可以通过在两个或更多不同射束能量值下由单独的校准获得的g(J)值组之间进行插值来获得特定射束能量下的g(J)值组。

一旦对于特定入射射束能量确定了相对像素增益g(J)，就可以使用相对像素增益g(J)来校正以EBSD或TKD配置获得的图像。

优选的是，当获得校准图像时，减小该图像中的动态范围。动态范围可以理解为图像中的最大与最小像素值(或像素强度)之间的比率。因此，优选地，第一组显微镜条件被构造成横跨图像使像素值的动态范围最小化。这可以特别地通过优化电子束、校准样品和检测器装置的几何结构(优选的是相对取向和位置)来实现。

使动态范围最小化可以包括将图像的动态范围减小到可能的最小程度，或者减小到小于预定阈值。这样的条件通常对应于从校准样品成像的电子强度中的角度变化最小化。使过程优化以识别出导致动态范围最小化的条件可以涉及调整诸如如上所述的几何结构等条件，直到找到最小或适当低的动态范围，或者可以通过根据与动态范围的已知关系或对动态范围的影响调整条件来执行。例如，检测器与样品之间的增大的距离、射束轴线与样品(或射束入射到的样品表面的法向矢量)之间的减小的倾斜角度，将被理解为以可预测的方式影响动态范围。

通过多次执行“校准步骤”，可以提高增益变化图案的去除的准确度。因此，在一些实施例中，方法进一步包括：至少重复一次如下步骤：根据相应的另外一组显微镜条件获得校准图像，并且从该校准图像获得包括多个像素的增益变化图像，每个像素具有表示对于所述校准图像的对应像素而言的相对检测器装置增益值计算值的值，以获得至少一个另外的增益变化图像：在许多应用中，获得多于一个增益变化图像是有益的。例如，由于相对像素增益与对于入射到样品上的射束的入射电子射束能量之间的上述关系，优选的是，获得校准图像并因此获得增益变化图像所使用的电子束的能量与将要用于获得目标图像的入射射束能量类似或者优选地与之相同。鉴于此，使用不同射束能量来获得多个校准图像可能是有利的，因为这样做将允许根据用于获得目标图像的第二组显微镜条件所包括的射束能量来选择适当的校准图像，以及从该校准图像中导出的对应增益变化图像。因此，在重复获得校准图像和增益变化图像的一些实施例中，第一组显微镜条件和另外的一组显微镜条件中的每一个包括不同的射束能量。在这样的情况下，通过根据第一增益变化图像和另外的增益变化图像中的一个(其是根据获得选定对应校准图像所采用的显微镜条件而选择的)的对应像素值，从目标图像像素值中去除对相对检测器装置增益的像素值的贡献，可以获得增益变化校正图像。具体地，可以基于第二组显微镜条件与对应于第一增益变化图像和另外的增益变化图像中所选择的一个增益变化图像的一组显微镜条件之间的相似性或计算出的比较来进行选择。具体地，优选地基于前述一组显微镜条件的射束能量对比较进行评估。

在一些实施例中，方法进一步包括：将第一增益变化图像和至少一个另外的增益变化图像组合起来，以获得组合增益变化图像，其中，根据组合增益变化图像获得增益变化校正图像。以这种方式，可以将第一增益变化图像与一个或多个增益变化图像组合地使用，以实现组合增益变化图像，该组合增益变化图像可以更准确地表示对通过该检测器装置获取的图像有影响的相对检测器装置增益值。例如可以通过图像平均来执行组合。例如，针对第一增益变化图像的每个像素，可以通过平均(诸如算术平均或加权平均)将像素值与至少一个另外的增益变化图像中每一个中的对应像素的值组合起来。

因此，增益变化校正图像可以包括：针对目标图像的每个像素，根据组合增益变化图像的对应像素的值，从像素值中去除对相对检测器装置增益的像素值的贡献。应理解的是，通过重复校准步骤，获得了像素增益变化的多个测量值或估计值，因此可以预期，计算出的增益变化值可以提供可归因于检测器装置像素的增益变化贡献的更真实或准确的表示。

获得校准图像以及获得增益变化图像可以相对于获得目标图像和随后获得增益变化校正图像在作为独立程序的一部分的意义上分开地执行。因此，在一些实施例中，用于检测器装置的“校准步骤”独立于使用该检测器装置获取任何目标图像而执行，并且在校准步骤期间获得的包括增益变化图像本身在内的信息可以用于从任何先前获取或随后获取的目标图像中去除增益变化贡献。鉴于此应理解的是，增益变化校正过程可以应用于使用检测器装置对目标样品获取的任何数量的图像。因此，在一些实施例中，方法进一步包括：针对一个或多个另外的目标样品中的每一个，获取相应的另外的目标图像；以及根据增益变化图像，从一个或多个另外的目标图像中的每一个中去除对相对检测器装置增益的贡献，以获得一个或多个相应的另外的增益变化校正图像。每个另外的目标样品可以是相对于第一目标样品的独立材料段，或者可以是相同材料段的不同区域。对于另外的目标样品中的每一个获得相应的另外的目标图像通常包括对于每个另外的目标样品重复获得目标图像的步骤。

去除步骤通常包括：对于每个另外的目标图像，针对另外的目标图像的每个像素，根据增益变化图像的对应像素的值，从像素值中去除对相对检测器装置增益的像素值的贡献，以获得相应的另外的增益变化校正图像。

在一些实施例中，该方法用于在电子显微镜中进行衍射图案分析，该电子显微镜包括电子敏感数字照相机(是检测器装置或包括检测器装置)以及数字数据处理器，其中，在校准步骤中，选取校准样品和第一组显微镜条件以在照相机上产生不包括任何电子衍射图案对比度的图像，并且由照相机记录数字图像，通过数据处理器对数字图像进行分析，以确定各个像素的相对增益，使将要分析的样品在第二组显微镜条件下暴露于电子束，第二组显微镜条件使得在照相机上产生包括电子衍射图案对比度的图像，并且由照相机记录数字图像，将各个像素的强度值除以从校准步骤针对各个像素确定的相对增益值。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于处理在电子显微镜中获得的衍射图案图像的系统，系统包括：检测器装置，其构造成监测由于根据第一组显微镜条件使电子显微镜的电子束入射到校准样品上而产生的电子，以获得包括具有值的多个像素的校准图像，第一组显微镜条件被配置成使得校准图像基本上不包括电子衍射图案；以及数字数据处理器，其构造成从校准图像中获得包括多个像素的增益变化图像，每个像素具有表示对于校准图像的对应像素而言的相对检测器装置增益的值；检测器装置进一步构造成：监测由于根据第二组显微镜条件使电子束入射到目标样品上而产生的电子，以获得包括具有值的多个像素的目标图像，第二组显微镜条件被配置成使得目标图像包括电子衍射图案；并且数字数据处理器进一步构造成：针对目标图像的每个像素，根据增益变化图像的对应像素的值，从像素值中去除对相对检测器装置增益的像素值的贡献，以获得增益变化校正图像。

系统可以有利地用于获得可以减小或去除由于检测器装置增益而产生的变化和像素强度的目标样品的图像。通常，系统包括电子敏感数字照相机和数字数据处理器。

系统可以应用于不同类型的检测器装置，并且如上述背景技术部分中所说明的，在各种类型的装置中都遭受检测器装置增益变化的问题。

与本公开的系统一起使用特别有利的一种类型的检测器装置是EBSD检测器。

在一些实施例中，检测器装置包括涂有磷光体的光纤束，该光纤束包括多根光纤。光纤束通常包括密排的光纤阵列。这些光纤束通常适合于代替透镜用于在两个位置之间耦合光并保持光学图像。如本领域公知的，磷光体通常是指荧光或磷光物质，或者发光物质。磷光体通常为粉末材料的形式。此外，磷光体通常是合成材料。光学纤维或光纤通常理解为通常能够以非常少的损耗传输光或光学信号的细的柔性纤维。

涉及涂有磷光体的光纤束的这种布置通常被包括在CMOS装置中。在本公开中，术语“涂有磷光体”是指光纤或光纤束的端部处的表面被涂覆磷光体。以这种方式，对前述装置做出的变型是可设想到的，其中，将单晶闪烁体粘合至光纤束的顶表面，而不是粘合至布置有粉末磷光体的涂层。因此，在一些实施例中，检测器装置包括CMOS图像传感器。如本领域公知的，这是指互补金属氧化物半导体装置。装置通常包括有源像素传感器，其中，每个像素包括光电检测器和有源放大器。

去除像素增益变化是有利的另一类型的系统有利地涉及不同形式的电子敏感检测器。在一些实施例中，检测器装置包括闪烁体。这通常理解为当被带电粒子(诸如在本公开的上下文中的所产生的电子)或高能量光子入射时发出荧光的材料。系统的检测器装置通常可以包括单晶发光材料。

在一些实施例中，检测器装置包括结合到或粘合到光纤束上的闪烁体。

可以在本公开的系统中有利地使用的另一类型的装置是直接电子检测器，如在上述背景技术部分中所引用的。直接电子检测器或直接检测装置通常为通过除磷光体或闪烁体以外的手段进行感测的照相机的形式。这样的装置通常包括层，入射电子穿过该层，从而留下电离轨迹，该电离轨迹被收集起来并且以像素为单位进行积分或计数。与前述装置类型一样，该装置也可能由于像素增益变化而遭受图像伪像，本系统寻求对此进行校正。

还提供了一种电子显微镜，其包括根据第二方面的系统。因此，该电子显微镜可以用于获得目标样品的诸如EBSD图像之类的显微镜图像，同时减轻或去除否则会由于横跨检测器装置的像素的增益变化而引起的图案或图像分量。

附图说明

现在将参考附图描述本发明的实例，其中：

图1是示意性地示出扫描电子显微镜(SEM)中的EBSD检测系统的透视图；

图2是示意性地示出用于检测EBSD图案的典型布置的透视图；

图3是示出借助光纤成像束进行光耦合的电子敏感照相机的部件的示意图；

图4是示出本发明实施例中涉及的对具有参考标示J的像素的操作的流程图；

图5是利用传统EBSD照相机获得的示例性EBSD图案；

图6是示出强度分布的曲线图，该图示出了沿着竖直向下的一半且水平横穿图5的图案的一条线的像素值；

图7示出了在应用低通滤波器之后的图5的图像；

图8示出了来自图6的强度分布，其中覆盖了沿着应用于图7的对应线的像素值；

图9是示出来自图8的原始强度分布与低通滤波强度分布之间的比率的曲线图，该图被偏移并放大以示出由于衍射对比度而产生的高频率调制；

图10示出了与图9的强度分布相对应的完整图像，展示出在对图5中的图像应用动态背景校正之后的增强了的菊池衍射对比度；

图11是在根据本发明的示例性方法中获得的校准图像，并且是来自非晶态黄铜校准样品的散射电子图像，示出了由于像素增益变化而产生的高频率图案；

图12是根据本发明的示例性方法且从图11的校准图像获得的增益变化图像；

图13是应用动态背景校正后从样品获得的散射电子图像；以及图14示出了在动态背景校正前应用像素增益校正之后、在根据本发明的示例性方法中获得的并且与图13的图像相对应的增益变化校正图像。

具体实施方式

当使用如图2所示的典型几何结构在样品倾斜70°使得入射射束与表面成20°的角度的情况下从散射电子记录图像时，使用磷光体、传统光学透镜和电荷耦合器件(CCD)图像传感器的典型照相机系统记录类似于图5中所示的图像。

图像强度横跨视场变化相当大，并且弱的菊池衍射线被视为由于漫散射电子而产生的背景调制。这在图6中的强度分布中是明显的，该图示出了沿着横穿图像中间的线的强度值，其中衍射对比度被视为在缓慢变化的背景的顶部上的高频率波纹。如果使用数字卷积滤波器(其中，该滤波器的支持范围比衍射细节的振荡周期宽得多，并且典型地超过场宽的10％)使该分布平滑，则高频率细节将被平均化。

可以使用众所周知的平滑技术(诸如萨维茨基-戈莱拟合、高斯卷积或棚车平滑(box car smoothing))，或者可以使用等效的傅里叶低通频率滤波器来消除高频率细节的突显。可以将平滑应用到图像中的所有水平线，然后应用到所有竖直线，或者可以将低通滤波器或等效卷积的2D版本应用到整个2D图像，例如，如Dingley等人所提出的。

用这样的滤波器处理图5中的图像的结果被示出在图7中，其中，现在仅低频率漫射背景是明显的。在图8中，来自图5和图7的强度分布被叠加在一起。当将原始强度分布除以平滑后的(在这种情况下，是低通滤波后的)分布并进行适当缩放和偏移时，图9中描绘的所得到的结果将更加清晰地显示出由于衍射对比度而产生的调制。当对整个图像执行此操作时，图10所示的结果说明了“动态背景校正”是如何提供对菊池图案对比度的大大增强。然而，显然即使利用这种传统的照相机系统，仍存在局部屏幕“缺陷”和高的空间频率磷光体“颗粒”对比度，这些在传统动态背景校正之后仍然可见。

在根据本发明的第一示例性实施例中，使用类似于图3所示的照相机系统，其中，数字照相机使用CMOS图像传感器。针对暗固定图案噪声，对通过照相机获得的所有图像进行校正。本发明的发明人已发现，尽管进行了这种校正，但是由于在每个像素位置处存在可变有效增益，所以图像显示出伪影。此外发现，如果用光(可见的或UV)或用电子照射照相机，则变化的性质是不同的，并且该变化的性质还取决于射入磷光体的电子的能量而不同。为了确定与样品分析相关的相对像素增益，从非晶态黄铜样品记录散射电子图像，其中表面与入射电子束成40°的角度。将照相机缩回到如下点：在该点处，由于漫散射电子而产生的背景的最大值近似位于图像的中心，并且所获得的图像的实例被示出在图11中。尽管利用非晶态样品没有衍射对比度，但图11显示了在图像中存在因像素增益变化而引起的大量高频率细节，该像素增益变化由于漫散射电子而调制了背景。

使用与用于“动态背景校正”相同的方法对校准图像进行低通滤波，但是等效平滑操作的范围通常可以增大至两倍，这是因为通过针对像素增益校准过程使用优化的几何结构，减小了漫射背景的动态范围。该操作有效地去除了由于像素增益变化而产生的高频率波动。当将校准图像除以低通滤波图像时，会获得增益变化图像，其中每个像素与像素增益成正比，如图12所示。通常以覆盖可能用于分析样品的射束能量范围的几个射束能量(例如，30keV、20keV、10keV和5keV)重复此过程，并且针对每个能量将表示相对像素增益的增益变化图像g(J)存储起来。

当要分析目标样品时，将其设置处于推荐的几何结构(例如，对于EBSD而言，表面倾斜70°，对于TKD而言，倾斜几度)，并且当选择SEM射束能量时，从存储中检索适当的g(J)，并且如果没有在确切的射束能量下可用的g(J)的校准，那么通过在针对其它keV值下存储的g(J)图像的值之间进行插值来获得在每个像素处的g(J)。

图13示出了在传统的动态背景校正之后利用20keV入射射束获取到的散射电子图像的实例。明显的是，由于照相机系统像素增益变化而产生的伪像会干扰衍射对比度。然而，当将原始图像除以对于20keV适当的相对像素增益g(J)以获得增益变化校正图像、然后对该图像应用动态背景校正时，图14中的结果展示出更清晰的衍射对比度，并因此大大地改进了用于识别晶体属性的进一步分析。

Claims (19)

1.一种处理在电子显微镜中获得的衍射图案图像的方法，所述方法包括：

根据第一组显微镜条件，使电子束入射到校准样品上以使得所得到的电子从所述校准样品上发射出来，并使用检测器装置监测所得到的电子以获得包括具有值的多个像素的校准图像，所述第一组显微镜条件被配置成使得所述校准图像基本上不包括电子衍射图案；

从所述校准图像中获得包括多个像素的增益变化图像，每个像素具有表示对于所述校准图像的对应像素而言的相对检测器装置增益的值；

根据第二组显微镜条件，使电子束入射到目标样品上以使得所得到的电子从所述目标样品上发射出来，并使用所述检测器装置监测所得到的电子以获得包括具有值的多个像素的目标图像，所述第二组显微镜条件被配置成使得所述目标图像包括电子衍射图案；以及

针对所述目标图像的每个像素，根据所述增益变化图像的对应像素的值，从像素值中去除对所述相对检测器装置增益的像素值的贡献，以获得增益变化校正图像。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，获得所述增益变化图像的每个像素的值包括：针对所述校准图像的对应像素，计算所述相对检测器装置增益的估计值。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，获得所述增益变化图像的步骤包括：

对所述校准图像应用第一平滑函数，以获得第一平滑图像，所述第一平滑图像包括与所述校准图像的多个像素相对应的多个像素，以及

针对所述校准图像的每个像素，将像素值除以所述第一平滑图像的对应像素的值，以针对所述像素获得所述相对检测器装置增益的计算值。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第一平滑函数是第一低通空间滤波器，并且所述第一平滑图像是第一滤波图像。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，从所述目标图像的像素的值中去除所述相对检测器装置增益的贡献包括：将所述目标图像的所述像素的值除以所述增益变化图像的对应像素的值，以获得所述增益变化校正图像的对应像素的值。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，获得所述校准图像和所述目标图像中的每一者进一步包括：从相应图像中去除暗信号不均一性。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一组显微镜条件和所述第二组显微镜条件是不同的。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第一组显微镜条件被配置成使整个图像上的像素值的动态范围最小化。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法进一步包括：

至少重复一次如下步骤：根据相应的另外一组显微镜条件获得校准图像，并且从所述校准图像获得包括多个像素的增益变化图像，每个像素具有表示对于所述校准图像的对应像素而言的相对检测器装置增益值计算值的值，以获得至少一个另外的增益变化图像。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第一组显微镜条件和所述另外一组显微镜条件中的每一个包括不同的射束能量。

11.根据权利要求9或10所述的方法，进一步包括：将第一增益变化图像和至少一个另外的增益变化图像组合起来，以获得组合增益变化图像，

其中，根据所述组合增益变化图像获得所述增益变化校正图像。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法进一步包括：

针对一个或多个另外的目标样品中的每一个，获得相应的另外的目标图像；以及

根据增益变化图像，从一个或多个另外的目标图像中的每一个中去除所述相对检测器装置增益的贡献，以获得一个或多个相应的另外的增益变化校正图像。

13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，用于在电子显微镜中进行衍射图案分析，所述电子显微镜包括电子敏感数字照相机和数字数据处理器，

其中，在校准步骤中，选取校准样品和第一组显微镜条件以在所述照相机上产生不包括任何电子衍射图案对比度的图像，并且由所述照相机记录数字图像，

利用所述数据处理器对所述数字图像进行分析，以确定各个像素的相对增益，

使将要分析的样品在第二组显微镜条件下暴露于电子束，所述第二组显微镜条件使得在所述照相机上产生包括电子衍射图案对比度的图像，并且由所述照相机记录数字图像，

将各个像素的强度值除以针对各个像素从所述校准步骤确定的相对增益值。

14.一种用于处理在电子显微镜中获得的衍射图案图像的系统，所述系统包括：

检测器装置，其构造成监测由于根据第一组显微镜条件使所述电子显微镜的电子束入射到校准样品上而得到的电子，以获得包括具有值的多个像素的校准图像，所述第一组显微镜条件被配置成使得所述校准图像基本上不包括电子衍射图案；以及

数字数据处理器，其构造成从所述校准图像中获得包括多个像素的增益变化图像，每个像素具有表示对于所述校准图像的对应像素而言的相对检测器装置增益的值；

所述检测器装置进一步构造成：监测由于根据第二组显微镜条件使所述电子束入射到目标样品上而得到的电子，以获得包括具有值的多个像素的目标图像，所述第二组显微镜条件被配置成使得所述目标图像包括电子衍射图案；并且

所述数字数据处理器进一步构造成：针对所述目标图像的每个像素，根据所述增益变化图像的对应像素的值，从像素值中去除对所述相对检测器装置增益的像素值的贡献，以获得增益变化校正图像。

15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述检测器装置包括涂有磷光体的光纤束，所述光纤束包括多根光纤。

16.根据权利要求14或15所述的系统，其中，所述检测器装置包括CMOS图像传感器。

17.根据权利要求14或15所述的系统，其中，所述检测器装置包括闪烁体。

18.根据权利要求14或15所述的系统，其中，所述检测器装置包括直接电子检测器。

19.一种电子显微镜，包括根据权利要求14至18中任一项所述的系统。

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