E09 · 电子采集 / 衍射

扫描采样与漂移恢复

扫描叠加 6 nm 光栅的纳米颗粒样品。改变像素间距、驻留、回扫与漂移，对照样品参考、记录帧平均与刚性配准输出；切换扫描行顺序，看采集时刻怎样写进每个像素。

单帧时间 $0\,\mathrm{s}$

总采集时间 $0\,\mathrm{s}$

帧内位移 $0\,\mathrm{nm}$

首末帧位移 $0\,\mathrm{nm}$

入射计数相对噪声 $0\,\mathrm{\%}$

记录帧共同覆盖 $0\,\mathrm{\%}$

6 nm 光栅采样 $\text{—}$

期望图像均方根误差 $0$

实验任务 $\text{—}$

仪器设置

参考辅助帧平移用已知帧中点漂移平移记录帧，保留帧内误差。先偶数行、后奇数行像素与帧预算保持一致，只改变每一行的采集时刻。计数噪声固定随机种子的计数抽样，不含探测器读出噪声。像素间距

p

4\,\mathrm{nm}

像素驻留

t_p

20\,\mathrm{\mu s}

逐行回扫

t_b

250\,\mathrm{\mu s}

帧数

N_f

4

样品台横向漂移

v_x

12\,\mathrm{nm\,s^{-1}}

样品台纵向漂移

v_y

4\,\mathrm{nm\,s^{-1}}

逐行偏转误差幅度

A_l

0\,\mathrm{nm}

分辨 6 nm 光栅，使用至少 8 帧，开启刚性配准，将帧内位移控制在 1 nm 以下，并保留超过 90% 的共同覆盖。

解析样品、标准差为 1 nm 的高斯探针与固定 2 pA 束流。低计数用 Poisson 抽样，高于 40 次用高斯近似。配准使用已知的帧中点漂移，重采样记录帧并遮蔽无共同覆盖区，是参考辅助平移演示，并未实现从图像估计漂移；帧内畸变与交错扫描的不连续仍会保留。不含剂量损伤或扫描线圈动力学。

先抓重点

t_{f,r,c}=fT_f+\ell(r)T_l+(c+\tfrac12)t_p,\quad T_l=Nt_p+t_b,\quad T_f=NT_l

所有时间以秒计。交错扫描改变行顺序，每一行后都计入回扫。

\mathbf r_{\mathrm{sample}}=\mathbf r_{\mathrm{nominal}}-\mathbf v t+\mathbf e_l

样品正向漂移会让采样坐标反向移动，逐行误差是额外的束流偏转位移。

J(\mathbf r)=\frac1{N_f}\sum_f I_f(\mathbf r+\mathbf v t_{f,\mathrm{mid}}),\quad p<\frac{6\,\mathrm{nm}}2

仅插值已经采集的数据，无共同覆盖区遮蔽显示。平移保留帧内畸变；6 nm 光栅必须以小于 3 nm 的间距采样。

容易误解配准能让所有图像畸变消失。

正确理解刚性配准每帧只使用一个位移。本实验从已知漂移提供该位移，保留帧内扭曲，也不能恢复采样丢失的频率。

01
预测误差
比较慢扫描漂移与恢复目标，预测哪些操作改变单帧时间，哪些只改变帧平均。
应该观察到： 回扫期间没有样品计数，但仍会积累漂移。
02
恢复平移能够恢复的信息
在相同设置下切换参考辅助帧平移，对照记录平均与输出，然后增加驻留时间。
应该观察到： 帧间偏移可以对齐，帧内剪切仍会保留，配准后的边缘失去共同覆盖。
03
区分采样与噪声
使用混叠预设，再将像素间距降到 2 nm；开启交错扫描并比较行时间图。
应该观察到： 均方根误差读数对比采样网格上的无噪声期望，光栅是否可分辨另由采样标志核对。增加帧数不能恢复欠采样光栅，交错扫描改变时间顺序，也可能产生奇偶行不连续。