---
title: "多束 SEM：先校准，再拼接互动实验｜Sandbox Physics"
description: "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。"
canonical_url: "https://sandboxphysics.com/zh/labs/multibeam-sem/"
language: "zh-CN"
page_type: "lab"
alternate_languages:
  en: "https://sandboxphysics.com/labs/multibeam-sem/"
last_modified: "2026-10-27"
---

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。

> 交互仿真：在浏览器中打开本页，即可调整参数并运行模型。

模型假设

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。

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

$$
\begin{aligned}N_{\mathrm{px}}&=It_d/e\\\mu_{b,j}&=N_{\mathrm{px}}g_b(p*G_{\sigma_b})_j\\T&=\lceil9/B\rceil(1024t_d+t_o)\end{aligned}
$$

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

$$
\widehat g_b=\frac{\sum_j F_{b,j}}{1024N_{\mathrm{flat}}p_{\mathrm{flat}}}
$$

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

$$
\epsilon=\sqrt{\frac{\sum_j\langle(v_{b,j}-\bar v_j)^2\rangle_b}{\sum_j\bar v_j^2}}
$$

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。

物理结论

扫得再快，也得有足够的计数、标定和可重复性。

场、流体与物质 · 入门路径

## 从电场到电子显微镜

先看懂电场、学会操控带电粒子，再算出电子的波长，用电子束观察晶体和表面。

[从这里开始 → **看见电场** 在偶极子周围移动探针，看电场是不是总指向电势地形的下坡方向。 观察 · 8 分钟](https://sandboxphysics.com/zh/labs/electric-field/)

1. [1 看见电场](https://sandboxphysics.com/zh/labs/electric-field/)
2. [2 电荷在场中转弯](https://sandboxphysics.com/zh/labs/charged-particle/)
3. [3 电子波长与加速电压](https://sandboxphysics.com/zh/labs/electron-wavelength/)
4. [4 电子衍射与倒空间](https://sandboxphysics.com/zh/labs/electron-diffraction/)
5. [5 TEM 明场、暗场与选区衍射](https://sandboxphysics.com/zh/labs/tem-mode-selector/)
6. [6 SEM 二次电子表面形貌](https://sandboxphysics.com/zh/labs/sem-topography/)

[查看完整路径 →](https://sandboxphysics.com/zh/topics/fields-and-matter/#starter-path)