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Sandbox Physics

E22 · 电子采集

多束 SEM：先校准，再拼接

多束电镜扫得更快，还能把各块图像拼成无缝的整图吗？ 前提是每一束都校准过，每个像素也分到足够的电子。每一束都有自己的增益和位置误差，拼接前要先用均匀参考把各块亮度校平，再按标定好的位置去拼。扫得越快，每个像素分到的电子就越少。

采集九幅互相重叠的图块，再测一幅均匀参考，校正每一束的增益和标定位置之后再拼接。

交互模型多束 SEM：先校准，再拼接
记录样品事件总数—\text{—}
理想样品调度时间—\text{—}
理想调度加速比—\text{—}
已提交重叠不一致—\text{—}
更多测量与实验目标
存储帧数—\text{—}
存储每像素入射电子数—\text{—}
记录活动通道数—\text{—}
计算最宽探针标准差—\text{—}
拼图多重覆盖像素数—\text{—}
已提交校正：0 无，1 增益，2 位置，3 两者—\text{—}
实验目标—\text{—}

物理教程

多束 SEM：先校准，再拼接

背景多束 SEM 同时用几束电子扫描，每束各记录一块图。这里你采集九幅互相重叠的图块和一幅均匀参考，校正每一束的增益和标定位置之后再拼接。

为什么值得理解束越多，扫描越快；可每一束的响应和位置都不一样，图块之间的接缝就可能对不上。

先抓重点

核心问题
多束电镜扫得更快，还能把各块图像拼成无缝的整图吗？
一句话直觉
先把记录的图块和标定数据留好，再去评判处理后的结果。

核心数学模型

每像素计数与总扫描时间

Npx=Itd/eμb,j=Npxgb(p∗Gσb)jT=⌈9/B⌉(1024td+to)\begin{aligned}N_{\mathrm{px}}&=It_d/e\\\mu_{b,j}&=N_{\mathrm{px}}g_b(p*G_{\sigma_b})_j\\T&=\lceil9/B\rceil(1024t_d+t_o)\end{aligned}

电流按每一束工作中的电子束计。每批另有假定的一毫秒开销，时间里不包括采集参考所用的时间。

用独立平场求增益

g^b=∑jFb,j1024Nflatpflat\widehat g_b=\frac{\sum_j F_{b,j}}{1024N_{\mathrm{flat}}p_{\mathrm{flat}}}

均匀参考的已知概率是四分之一。校正后的信号是可以带小数的估计，不是新增的整数计数。

重叠区的不一致程度

ϵ=∑j⟨(vb,j−vˉj)2⟩b∑jvˉj2\epsilon=\sqrt{\frac{\sum_j\langle(v_{b,j}-\bar v_j)^2\rangle_b}{\sum_j\bar v_j^2}}

只有被不止一个图块覆盖的像素才参与计算。双线性重采样会让噪声相关，所以这个量不是置信区间。

常见难点

残差小，不等于实验完全分辨

容易误解残差小，就证明真实实验已经完全分辨。

正确理解残差只反映这个简化模型内部的一致程度。模型在九个通道里计数电子，用的是合成样品、归一化高斯探针和独立的平场计数。假定标记位置精确已知；拼接只重采样记录像素，不从样品真值估计位置。通道响应是有效收集概率，不是模拟探测器的增益。每束电流固定时，在 1、3、9 束之间切换只改变扫描时间，不降低剂量。拼接消除不了失焦。模型不含标定耗时、载物台运动、串扰、漂移和充电，也不模拟真实的多束电子光学。任务只针对单个切片，不做阵列断层重建；图中平面只是示意。

动手实验

  1. 01

    预测接缝

    调节通道响应与偏移，预测哪些边界会不一致。

    你会看到： 同一个样品，经过九个不同的测量通道。
  2. 02

    记录图块和平场

    采集图块和一幅单独的均匀平场，然后再移动滑块。

    你会看到： 在重新采集之前，存储的计数和标定都不会变。
  3. 03

    拼出整幅图

    分别打开和关闭增益、位置校正来拼接，并检查覆盖。

    你会看到： 空白边缘是没测到的像素；插值造不出额外的覆盖。
  4. 04

    检验提速效果

    比较单束、模糊与低计数示例，并核对目标。

    你会看到： 并行采集在理想调度下省了时间，但模糊和剂量照样限制数据。
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