MSC794型CCD相机点扩展函数及噪声响应特性的测量

    目前,CCD相机已广泛应用于记录电子显微图像.用CCD相机可以直接得到数字化的电子显微图像,这对于电子衍射图和电子显微图像的定量分析是十分有利的.用CCD相机记录的图像可以立即显示在显示屏上,这也是CCD相机比成像板(Imaging Plate)和照相底片方便的地方.

    用于透射电子显微镜中记录图像的CCD相机由闪烁体、光纤和电荷耦合器件(ChargeCoupled Device, CCD)3部分组成.为了降低热噪声,现在常用Peltier冷却装置对CCD进行冷却.入射电子首先打到闪烁体上进行电子-光子转换,然后光信号经过光纤传输到CCD上产生电荷,最后输出相应的数字图像信号.光纤做成两块光纤阵列块,一块固定在闪烁体上,另一块固定在CCD上,两块光纤阵列块之间用油耦合.对于CCD相机入射面图像上的一个点,CCD相机记录的图像上不再是一个点,而有一定的扩展.其扩展效应主要发生在光子在闪烁体中传播的过程,以及两块光纤阵列块的耦合过程中.在这两种情况下,扩展效应在各个方向上都是对称的.通常用点扩展函数(PointSpread Function,PSF)描述这种对扩展效应. PSF的傅立叶变换称为调制传递函数(Modulation TransferFunction,MTF). PSF和MTF表征了CCD相机的分辨率.描述CCD相机另一个重要参数是接收器量子效率(DetectionQuantum Efficien-cy, DQE). DQE定义为输出信号信噪比的平方与输入信号信噪比的平方的比值.

    为了对CCD相机记录的电子衍射图或电子显微图像进行定量处理,必须将记录图像尽量复原为原始图像.因此,必须首先测定CCD相机的特征参数.以前的文献中报道的测量方法都要先测量CCD相机的平均探测增益,然后测量DQE,并将DQE与记录强度的关系拟合成一经验公式[1-3].在图像复原时,由记录强度就可以求出其方差.

    对于新近推出的一些透射电子显微镜,如带(能量过滤器的场发射枪透射电子显微镜JE-OL JEM-2010(FEF),很难测定入射到CCD相机的电子束的剂量,也就不能测定CCD相机的平均探测增益以及DQE.

    本文报导一种不用测定平均探测增益的图像复原的方法.首先选用白噪声的方法,测定了794110BP12型MultiScan CCD相机的点扩展函数和噪声特性,然后用这两者对实际的电镜图像进行了复原,得到了衬度明显提高的图像.本文的实验是在JEOL JEM-2010(FEF)透射电子显微镜上进行的,工作电压200 kV.

    1 理论

    首先:可将CCD对图像的退化过程用图形框架描述如下[3](见图1)

    图(1)中,f(x,y),g(x,y)分别表示入射到CCD相机和从CCD相机出射的电子信号的强度分部,H表退化算子,G(x,y)表示CCD相机产生的加法性噪声.整个过程表示为