用于测量二维图像相似性的方法和电子显微镜的制作方法

专利名称：：用于测量二维图像相似性的方法和电子显微镜的制作方法用于测量二维图<|4目似性的方法和电子显微镜本发明涉及一种用于测量两维图像相似性的方法以及用于实施该方法的电子显微镜。现有技术状况在透射电子显微镜中，电子束对准待观察物体并且在横穿所述物体之后借助于电磁透镜被成像。类似于可见光的透镜，用于使电子偏转的电磁透镜具有成像误差，其可以使显微镜的分辨率能力变差。这种成像误差被称作像差。在传统的电磁圆形透镜中，所谓的球面像差是到目前为止最强的成像误差。除了球面像差，有大量其它的像差，可以按照各种数学系统将其分类。因而除了散焦和散光(其在眼科学中在近视/远视以及散光的概念中找到其类似处)出现很多其它的像差，例如轴向彗差、三倍、四倍、五倍和六倍散光、星型误差、三叶草误差(Dreilappfehler)以及其它更多的。像差的数目或者阶(其在透射电子显微镜下在成像质量方面起着很重要的作用)随着显微镜分辨率的提高而增加。对像差的认识或者修正在现代透射电子显微镜下起着决定性的作用，现代透射显微镜的分辨率略高于或者甚至低于0.1纳米。为能够确定透射电子显微镜的像差，通常情况下应用扫描画面(Kipptableau)方法或者Zemlin-方法(F.Zemlin等人，"借助光学衍射图对高分辨率电子显凝:镜的无慧差调整(Coma-freealignmentofhighresolutionelectronmicroscopeswiththeaidofopticaldiffractograms",超倍显微术3,49-60(1978))。在此，根据入射电子束的不同倾斜，拍摄薄的无定形目标位置并且为所述扫描系列(Kippserie)的每个图确定有效的散焦以及实际存在的散光。实际存在的作为低阶像差的散焦和散光通过较高阶的像差导出并且因而有可能的是，从属于扫描系列的散焦值和散光值中确定所期望的未知的较高阶像差。在传统的仅仅由电磁圆形透镜构成的电子显微镜下，尽管借助于所描述的扫描画面-方法有可能确定多个像差，然而可修正的像差数量局限于散焦、两倍散光和三倍散光以及轴向慧差。尤其是在配备有圆形透镜的显微镜下，虽然可以确定主导作用强的球面像差，但不能将其修正。为提高分辨率，从(S.Uhlemann,M.Haider:"修正在第一球面像差中的残余波像差的透射电子显微镜(Residualwaveaberrationsinthefirstspehericalaberrationcorrectedtransmissionelectronmicroscope)",超倍显微术72,109-119(1998))公知一种带球面像差修正器(Korrektor)的电子显微镜。除了圆形透镜，修正器还包含两个电磁六级杆(Hexapole),其允许对球面像差进行补偿。为了可以将本身又能够无意产生多个附加像差的修正器完全校正并理想地使用，同样以扫描画面-方法确定目前尚未知的像差。紧接着，尤其是用这种方法确定的球面像差以及一些其它的像差可以通过正确地校正硬件-修正器在摄像的时候已经被4卜偿。而且借助于散焦和散光测量确定像差起着关键性作用。为确定实验上拍摄的薄的无定形物体位置的图的散焦和散光，确立其傅立叶空间表示。傅立叶空间表示，也称作衍射图，具有对于各个散焦和各个散光典型的条紋图案。其目标是可以定量检测条紋图案并且明确和尽可能精确地为其指配散焦和散光值。为识别条紋图案，计算多个可能的在散焦和散光方面不同衍射图。随后，所计算的衍射图或者视觉上通过眼睛或者通过机器与实验上得到的衍射图比较，以便从在实验上的条紋图案和模拟的条紋图案之间的最大相似性中确定实际在实验中存在的散焦和散光值。对机器上^f莫式识别的指示可在(A.Thust等人，"以相位恢复HRTEM对透4竟4象差由勺It{直》务正(Numericalcorrectionoflensaberrationsinphase-retrievalHRTEM)",超倍显微术64，249-264(1996))以及在(S.Uhlemann,M.Haider:"修正在第一球面像差中的残余波像差的透射电6子显微镜(Residualwaveaberrationsinthefirstsphericalaberrationcorrectedtransmissionelectronmicroscope",超4咅显孩么术72,109-119(1998))中找到，而不在引文中以任何一种方式探讨特定的模式识别算法实现。通过眼睛的视觉模式识别在(JohannesZemlin，FriedrichZemlin"通过鼠标点击的衍射图表(Diffractogramtableauxbymouseclick)",超倍显微术9377-82,(2002))中描述。后一种模式识别目测法由于人的模式比较的速度慢及主观性而不适合对于实际的日常应用，使得机器上的模式比较仍旧作为用于确定散焦和散光值所使用工具，以便确定显微镜像差。按照现有技术，实验上的衍射图与模拟的衍射图的比较十分容易发生误差并且不精确，因为实验上测得的衍射图不仅严重地被加性噪声叠加，还被乘性噪声叠加，噪声的强度可能大大超过有效信号的强度。将强的和很难计量的加性和乘性噪声与实际的有效信号分离提出了一个要求，此要求到目前为止没有被满意地解决。一方面存在风险有效信号在噪声背景下完全不被识别出来，也就是说，噪声信号被理解为有效信号，这可能导致完全错误的结果或者条紋识别的^C坏。另一方面存在风险即使在噪声和有效信号理论上成功分离的情况下，散焦和散光确定的结果不足以满足定量的精度要求。在第一种情况下，校正显微镜像差是不可能的，在后一种情况下显微镜虽然可以被粗略地校正，但由于不精确的测量而尚存在的残余像差不允许最优利用显微镜的性能。本发明的任务和解决方案本发明的任务是，提供一种用于测量两种图像相似性的方法，其定电子显微镜的散光和散焦。此外，本发明的任务是，提供一种用于实施所述方法的电子显微镜。根据本发明，所述任务通过根据主权利要求的方法以及根据另外7的独立权利要求的电子显微镜解决。其它有利的设置可以分别从归诸于其的从属权利中得出。本发明的主题在本发明的范畴内，开发一种用于测量两个二维的、由有强度值的像素组合的图像的相似性的方法。至少一个图像带有附加信号，其位置依赖性或者对称特征至少可用估计的方式得到。根据本发明，术语"图像"并不局限于位置空间(Ortsraum)内的成像，而是还可以包含具体来说在空间频率范围内的傅立叶-表示和特别由电子显微镜提供的衍射图。根据本发明，附加信号可以被理解为具体来说是加性和/或者乘性信号，其在图像范围内可能比在图中存在的操作者期望继续处理的有效信号强多了并且也可能变化更强。附加信号通常使得相似性测量困难化并且也可能歪曲其结果。通常，附加信号的位置依赖性或者对称特征至少性质上已知。在电子显微镜下的成像中，这尤其适用于在所观察物体中的原子的散射函数、通过与物体厚度相关的运动学上的包络线、通过有时在时间上或者空间上的相关性为前提的阻尼包络线和用于摄影的检测器的调制转换函数。取决于其实验性源的统计的图像噪声也可能是这种附加信号。噪声基本上是统计现象；然而噪声特性经常从属于系统的合规律性。例如，噪声的时间平均值可能以可预见的方式与位置无关。同样有可能的是，附加信号的位置相关性和/或者对称特征虽然没有先验已知，但从含有所述附加信号的图中清晰可见。根据本发明，所述图像分割成相互等同的子图像，使得至少一个子图像在附加信号的梯度方向上的范围小于此子图像在与此垂直的方向上的范围。然后，彼此关联的子图像相互比较，其中比较应该独立于总图像的前后关系进行。最后，比较的结果被汇集成所述两个图像的相似性的总量度。人们认识到，为能够至少估计出附加信号的梯度方向，即使是对所述附加信号的位置依赖性或者对称特征粗略的了解或者甚至仅仅是假设都足够了。通过子图像在所述梯度方向上的小范围，所述附加信号在子图像范围内变化比较小。通过在与其垂直的方向上相比之下大的范围，子图像同时包含多个源于有效信号的结构，其可以被考虑用于相似性的测量。由此降低了附加信号对于相似性测量最终结果的影响，而不必在实验上更精确地确定附加信号。根据现有技术，这种确定通常是必需的，这通常导致相似性测量的完全失败。人们认识到，根据本发明的分割尤其降低了加性和乘性附加信号对测量结果的影响，所述加性和乘性附加信号在总图像内在空间上明显变化。在子图像内，附加信号近似地仅仅作为加性或者乘性常量起作用，该附加信号对比较没有影响。对此应该举个例子解说人们考虑任意的带有任意结构的原图像并且由此确立受干扰的图像，其中在一半图像中所有强度值增加一倍。受干扰图像也在一半图像中具有乘性附加信号。按照现有技术的图像比较(例如借助于两维相关函数)在这方面已经被证明明显降低了原图和受干扰图像之间的相似性，尽管结构上并没有明显改变。假如根据本发明分割，其中两个一半图像都被选为子图像，那么原图和受干扰图像被视为近乎相同。因此，为比较图像中结构的相似性，根据本发明的方法比按照现有技术无分割的方法更佳。很明确，术语"子图像"没有局限于矩形的图像片段。子图像例如也可以是圆形或者是环形的。它不必是二维的，而是例如也可以具有线形，其中线至少应该有一个像素的宽度。通常，子图像应该表示等值线或者等值面，在其上附加信号仅有弱变化。同时，子图像应该总是包含特征性的且可唯一识别的可以被考虑用于比较的有效信号变化。举例来说，如果不仅有效信号而且附加信号具有圆形的对称性，9则圆形的子图像不合适，因为在其上有效信号也是恒定的。在特定的描述部分，给出了关于在这种情况下所必需的、在附加信号的影响和与子图像一起考虑的有效信号的有效性之间的折衷的实施例。在扫描成像方法中，例如光栅扫描探测显微镜(Rastersondenmikroskopie)下，图像的像素通常在时间上相继被拍摄。咨U口尖端才34笛超过了才果4十(RastertetwaeineSpritzeuebereineProbe)，那么图像被逐行拍摄。在这种摄像方法下，经常出现条紋状的产物，因为在扫描方向上相邻的图像像素之间的时间间隔比在与此垂直的方向上相邻的两个图像像素之间的时间间隔小得多。在这种情况下，线形的、细长的条玟作为子图像是有利的。必要时，可能有意义的是，图像在分割之前转变成一种表示，在此表示中，有意义的分割成子图像更清晰可见。例如，当在这种表示中附加信号在确定的空间方向上具有对称性或者各向同性的时候，变换到傅立叶-表示是有意义的。在图像内强度区别很大的情况下，分割之前先对其取对数，也可以是有意义的。有利地，图像在极坐标中处理。假如图像被存储在电子存储器中，那么在极坐标上的表示导致数据在存储器中的排列，该数据在确定的相似性比较^没置中可以顺序读出。给定的lt据量可顺序地、比随意选择的次序快得多地被读出。优选地，相互关联的子图像以来自于互相关系数组、误差平方和或者X-次幂-和(Chi-Quadrat-Summe)的相似性度量来进行相互比较。当子图像相对于相互关联的子图像改变了加性或者乘性常量的时候，相似性度量不变。假如图像以某一偏移(Offset)横向地相对位移时，首先应该通过相关函数的最大值确定偏移。在其它相似性比较之前，图像应该以得出的偏移相对4立移。优选地，子图像的比较结果通过线性组合组成两个图像相似性的总量度。例如，以相似性度量获得的子图像相似性测量结果可以加起来。只要有理由首选某些子图像而不选择其它的，那么可以在线性組合中对子图像考虑不同的加权系数。例如，子图像包含的像素越多，加权系数就可以越高。那么，在两维子图像的情况下，越高的加权系数对应于越大的表面并且在线形、近似一维的子图像中对应于越大的线长度。因为带有较多像素的子图像通常也包含较多源于有效信号的特征，像素数就此而言是不同的子图像加权的有意义的标准。还可以有为各个子图像确定不同的加权系数的实验上的标准。因而，各个子图像在对其测量参数的影响方面相互区别，测量参数应该从相似性的总结果中得出。例如，在透射电子显微镜中散焦和散光对较高空间频率的影响比对较低的空间频率的影响强得多；其基本上与空间频率的模(Betrag)成平方关系。假如根据本发明确定的两个图H^目似性应该用作图像散焦或者散光的量度，那么对属于越高的空间频率的子图像加权越重是有意义的。这在傅立叶-表示中尤其可能，因为距此表示的中心的径向距离说明了空间频率的模。另一方面有这种情况其中刚好较高的空间频率应该加权较轻。在透射电子显微镜中，基于相关性效果，有效信号在高空间频率的情况下的抑制程度比在低空间频率情况下的抑制程度大得多，使得有效信号和附加信号之间的关系在高空间频率下恶化。其它可以进入到加权系数的影响参数，例如是在透射电子显微镜中检测器的空间分辨率或者被研究物体的空间频率相关的散射强度。在本发明特别有利的实施例中，附加信号在极坐标上对半径的依赖程度比对方位角依赖程度更大。这可以理解为，对于至少大多数像素，附加信号径向的梯度比其方位角的梯度大。在这种情况下，尤其圆环形的区域适合作为子图像。一个或者多个子图像的形状例如可以围绕圆环线周期性地调整，以便确保每个子图像都清晰地包含源于有效信号的结构。在采用透射电子显微镜摄像的情况下，总是可以确立条件，在这些条件下，在傅立叶-表示并且此处尤其在衍射图的情况下，附加信号在极坐标上基本上仅仅取决于半径，而方位角是各向同性的。为此这就足够抑制物体的漂移和异常高的像差。两个条件在实验上是可以验证的。如有可能，异常高的像差被反复地消除。在釆用透射电子显微镜摄像的情况下，附加信号不仅具有加性分量而且具有乘性分量。加性分量由无弹性散射电子引起。因为物体是无定形的并且无弹性原子散射因子是各向同性的，加性分量总的来讲是各向同性的。然而，加性分量对空间频率模的依赖程度很强。在其中通常给出衍射图的傅立叶-表示中，加性分量对半径的依赖性很强，而方位角上各向同性。乘性分量由通过时间和空间上的偏相关性(partiellenzeitlichenundraeumlichenKohaerenz)的包络线，原子散射因子和用于摄像的检测器的调制转移函数的份额组成。在较好地调整电子显微镜的情况下，所有这些份额在傅立叶-表示中同样是方位角各向同性，因为仅仅取决于空间频率的模。然而，这种依赖性很强并且很复杂。通过根据本发明的分割抑制了所迷依赖性对相似性测量结果的影响。子图像不必相互有间距，恰恰相反，而是甚至允许其重叠。因此，所有子图像的并集可以包含带有至少80%尤其是至少90%的所有可供使用的像素的部分。理想的情况下，所有子图像的并集包含所有像素，除了物理上无意义的区域，例如所述像素在用电子显微镜拍摄的衍射图中央出现。然后，包含在图像中的信息在第一阶段仅仅分别以小的独立部分来分析，而总的来讲被完全利用。在本发明特别有利的设置中，实验上测得的图像和模拟图像被选为图像。那么，所述方法可以被用来为实验上测得的图像近似地确定测量参数的值，测量参数可以被用作生成模拟图像的模拟参数。因此应该选择其中模拟图像的强度值的变化至少超过给定的变动范围的子图像，使得在实验上测得的图像中的干扰没有放大为所确定的测量12参数的大的误差。测量参数例如可以采用根据本发明的方法确定，其中该方法的测量结果中得出新的模拟图，所述模拟图比原模拟图更近似于实验上测得的图。因此可以使用参数优化方法。举例来说，单纯形法或者无梯度优化方法(例如Hooke-Jeeves-方法)适合用作优化方法。图可以祐反复优化，直至获得在实验上测得的图和模拟图之间最大的相似性。那么，被用以达到所述结果的模拟参数可以近似地看作在实验上测得的图像的相应测量参数的值。例如电子显微镜可以用于获得实验上测得的图。然后所述方法例如可以被用于间接地通过在模拟图像和实验上测得的图像之间的相似性确定不能直接测量的量，即散光和散焦。因此，至少散光和散焦被考虑用于生成模拟图像。从一系列实验上测得的图像的散光和散焦中可以有利地(例如根据Zemlin-方法)确定电子显微镜的像差。这基本上是可能的，因为散光和散焦在更广泛意义上是像差。因此，这些参^t在物理上与待确定的像差联系在一起。待确定的像差是超定线性方程组的解，该方程组的系数从所有测得的散光和散焦中确定。该流程与识别在封闭容器(所述容器仅仅能够通过小的开口看到)中的未知物体这一任务类似。一系列测得的图l象对应于容器的多次摇动，以便获得所述物体的其它视图。越多视图可供使用，所述物体就被识别得越精确。然而，在视图中的小干扰和小误差可以导致识别结果的完全错误。此类例说明，通过根据本发明的方法使得图像比较对于噪声较不敏感有多重要。尤其是，可以调整电子显微镜用于修正所确定的像差并且所述方法随后被重新启动。以这种方式可以反复优化像差的修正并且因此反复优化显微镜的分辨率。所述方法不仅可以被用于在真正测量之前一次性调整显微镜，而且可以被用于测量操作期间的再次调整。这对于获得最高分辨率也是必需的，因为一些影响像差的干扰作用取决于环境条件例如温度。在一个特别有利的本发明的实施例中，模拟图像在分割之前通过与实验上测得的图像的快速比较被选出。人们知道，尤其在通过根据本发明的方法确定测量参数的时候，首先很多图像作为模拟图像是可行的。例如可以存在模拟图像的目录，使用待确定的测量参数的各种值模拟所述模拟图像。此目录中哪一个图像最近似于实验上测得的图像就通过快速比较清楚浮现。紧接着可以确定此图的若干小的变化并且通过分割与实验上测得的图^象比较，以^^更准确地确定测量参数。然后仅仅为这若干变化执行所述分割而不为来自原来目录的所有图像执行分割。因为分割比快速比较持续时间长得多，这导致总共所需的计算时间急剧下降。在才艮据本发明的实施例中，目录包含40000个模拟图。快速比较完成每秒200000次相似性比较，因而在0.2秒时间内从所述目录中发现与实验上测得的图像最相似的模拟图像。假如所有图像比较通过分割进行，其中对于每次比较需要1,5毫秒，那么实验上测得的图像与所有40000个来自于所述目录的模拟图像的比较大概需要一分钟。对于快速比较，将其中至少一个图像的像素强度值离散化为每个像素16个或者更少尤其是离散化为两个可能的值。然后，以较少的运算操作进行快速比较就足够了。逻辑运算并且在此尤其是异或(XOR)适合用作快速比较的方法，其中对于XOR运算，离散化为每个像素两个可能的值是必需的。XOR-运算的变型例如XNOR运算也是合适的。应该提供逻辑运算的真值表，使得其输出值明确说明输入值相同与否。在一个实施例中，为了采用XOR-运算进行快速比较，在实验上确定的图像与模拟图像中，每8个相邻像素通过一个字节的8个比特表示。假如在两个图像中两个像素值相等，那么XOR-运算在结果比特中得出0;假如在两个图像中两个像素值不相等，那么结果比特为1。从而输出值0或者1提供了关于输入像素值(比特)是否相同的明确说明。从属于两个图像的字节的XOR-运算总的产生一个结果字节，在所述字节中，1的个数给出了相同的像素(从O到8)数。字节值换算成此数目(比较数字)通过带有256个输入的查找表(值表)进行。最后，所有(在这512个)比较数字加起来。因为一个字节仅仅表示衍射图中的一个小区域，此方法抵抗附加信号远距离的变化。此外，快速比较已经是用于测量两个二维的、由有强度值的像素组合的图像的方法的实施例。图像被分割成相互等同的子图像，所述子图像在实施例中通过字节表示。相互关联的子图像(字节)被相互比较，此处通过XOR-运算。比较的结果(在这个实施例中是比较数字)被汇集成两个图像相似性的总量度(在所述实施例中通过将所有比较数字相加)。通过其对附加信号的远距离变化的抗性，简化方法类似于根据主权利要求的方法起作用，其中至少一个子图像在附加信号梯度方向上的范围小于所述子图像在与此垂直的方向上的范围。尤其是，也可以类似于根据主权利要求的方法确定测量参数，例如电子显微镜的散焦和散光。然而，可以完全脱离所述根据主权利要求的方法来使用简化方法。正如下面实现的，可以采用简单的分割成字节(在所述字节中，相邻的像素被组合)比现有技术更精确2倍(umeinenFaktor2genauer)来确定电子显微镜的散焦和散光。有利地，从预计算的目录中选出模拟图像。这在确定散焦和散光的时候是可能的，因为可能出现的值的数量通过显微镜的硬件事先规定并且因而在每次测量中都相同。在这种情况下，将实验上测得的图像缩减到较小的分辨率是有意义的。假如图像具有对称性，正如在衍射图中的情况，那么应该为快速比较首先仅仅考虑非冗余的图像部分(在书f射图下，4姿照四个九十度弧中的一个的平均(nachMittelungeinerdervierQuadmnten)。通过方法组合，限制了目录的存储器需求，而不必过大地削减快速比较的精度。在本发明范畴内，开发了带有改善的可解释(interpretierbarer)分辨率的电子显微镜。可解释的分辨率被理解为最低空间频率的倒数，其中在确定相应像差函数时出现偏差(Unsicherheit),其大于Ti/4(瑞利-标准)。在更高的空间频率下，可以从像差函数中的偏差高于兀/4出发。相应信息在图中不再被正确表示并且因此不再专门通过观察来解释。显微镜包含数字图像传感器、用于倾斜(Verkippung)对着待检查物体的电子束的装置、用于修正像差的透镜装置以及透镜装置的控制单元。根据本发明，为透镜装置设置了校正装置。所述校正装置包含-模拟单元，其能够提供理想的、带有预先规定的散焦和散光值的测试结构的电子显微镜图像；-与图像传感器和模拟单元连接的比较单元，其能够测量由图像传感器提供的图像和由模拟单元提供的图像之间的相似性；和-与比较单元和控制单元连接的分析单元，其能够从测得的相似性以及相关的散焦和散光值中近似地确定电子显微镜的像差并且能够将此像差转化为控制单元的调节命令。图像概念在这并不局限于位置空间上的直接成像，而是还包含例如傅立叶-空间中的傅立叶-表示和此处尤其包含衍射图或者衍射图的对数。图像概念在这也不局限于笛卡儿坐标系中的表示，而是尤其包含在极坐标中的表示。例如，衍射图基于其对称特征经常以极坐标表示。在用显微镜对测试结构成像之后，可以采用模拟单元一直产生同一测试结构的理想图像直至比较单元确定理想的图像和使用显微镜确定的图像之间的高相似性。所测得的相似性随后可以与相应的散焦和散光值一起被使用，以便确定电子显微镜的像差。另一方面用于控制单元的调节命令又配置为使得所确定的像差在下一次摄像的时候被消除。显微镜的像差取决于若干随着时间推移变化的边界条件。这种边界条件的例子有环境温度、冷却水温度以及基于对物体充电的时间和16位置相关的静电场。根据本发明的校正单元有能力在测量操作期间使像差修正适应改变的边界条件。在特别有利的本发明的实施例中，比较单元能够执行用于测量两个图像的相似性的根据本发明的方法。对此，例如当比较单元具有用于以这种方式将理想的图像和用显微镜确定的(由数字图像传感器提供的)图像分割为相互等同的子图像的部件的时候，比较单元有能力使得至少一个子图像在至少其中一个图像中存在的附加信号的梯度方向上的范围小于该子图像在与此垂直的方向上的范围。类似该方法的说明，附加信号尤其可以理解为加性和/或者乘性信号，其在图像范围内比在图像中存在的用户希望继续处理的有效信号强得多并且也变化比它更大。附加信号通常使相似性测量变难并且也可能歪曲其结果。确，后者的测量结果尤其是被使用显微镜拍摄的图像中的千扰大大歪曲。假如比较单元有能力执行根据本发明的方法，那么显微镜的像差可以由分析单元更加准确地确定。由分析单元生成的用于控制单元的调节命令卩J起透镜装置几乎完全补偿现有的显微镜像差，但也没有过度补偿。在结果中，可使用显微镜获得的可解释分辨率变高。在另一个有利的根据本发明的实施例中，比较单元包含用于将至少一个图像的像素强度值离散化到每个像素16个或者更少尤其是2个可能的值。那么，由于待处理的信息量较少，可以明显更快速地执行图像比较。为了这种快速图像比较，比较单元例如可以包含用于两个离散图像之间的异或运算(XOR)的部件。比较单元也可以包含数字信号处理器(DSP)。除了异或运算，此数字信号处理器还可以实施其它快速比较方法。提供用作比较方法的逻辑运算真值表的方式使得其输出值明确说明输入值相同与否。在所实现的电子显微镜实施例中，离散图像的快速比较被用作通过分割的较准确但较慢的图像比较的预备阶段。因而，校正单元为了得出合适的用于控制单元的调节命令所需要的时间大大缩短。校正单元可以包含至少一个带有计算机程序的计算机并且尤其是完全作为计算机程序实现，计算机程序经由合适的计算机硬件接口与图像传感器、控制单元并且必要时也与用于倾斜电子束的装置通信。然后，类似于可编程的逻辑器件，计算初4皮用作通用电子i殳备，由计算机程序分配其功能。作为通用电子设备的计算机是一种大众产品，因而单位输出(Leistung)的费用明显比专门制造的电子设备小。此外，计算机提供了这种优点某些后来的对有形的校正单元的改进可以无形形式的软件下载传输到电子显^t镜。这种更新价才各低，因为没有从电子元器件造成垃圾并且也不需要装配工的访问。假如计算机也与用于倾斜电子束的装置连接，校正单元也可以自动拍^t聂用于确定散焦和散光所必需的测试图像。随后校正单元可以校正电子显微镜而不需要与用户的每一次交互。例如，可以在工作^沐息期间以特定的时间间隔进行自动的再次校正，从而可以不需等待而立即提供完全可解释的分辨率给下一个用户。尤其地，计算机可以是带有合适硬件接口的普通功能的个人电脑、工业-PC或者尤其是嵌入式-系统功能的计算机。嵌入式系统优选仅仅包含其被用作通用电子设备所必需的功能。不存在所有其它的组件。由此，与个人电脑相比，嵌入式系统需要较少的装配空间和能量。根据本发明的方法和根据本发明的电子显微镜的实施例能够以分别为大约0.2纳米的平均精度测量衍射图的散焦和散光。因此有可能的是，将可解释的分辨率引入到当前大约0.8纳米的物理分辨率范围内。单单借助于xOR运算的快速比较就已经达到大约2纳米的精度。物理分辨率(又被称作信息限制)是最小的并且由显微镜以任何一种方式可传输的物体细节的量度。物理分辨率在散焦或者散光改变的时候保持相同。在可到达的范围内(如果可能，简短i兌明(kurzausfiiehren))出现以下情况，即使在今天还不可实现的0.5nm的物理分辨率下还以更好的大于7t/4的精度确定像差函数。按照现有技术，仅仅可以以4纳米的精度确定散焦和散光，即比根据本发明的粗略的快速比较差2倍以及比通过计算更密集的分割差20倍。具体的描述部分接下来借助附图进一步说明本发明的主题，而不是由此限制本发明的主题。示出图1:薄的无定形物体实验上测得的衍射图(上左半部分)和模拟的衍射图(下右半部分)。图2:比4交有效信号(图2a),其与乘性附加信号的叠加(图2b)以及与作为其他附加信号的加性噪声的进一步的叠加(图2c)。图3:子图像的例子，取决于模拟图像。图1示出薄的无定形物体的电子显微镜成像(衍射图)，以傅立叶-空间(空间频率范围)表示。上左半图示出实验上测得的图像。下右半图示出模拟图像，其最接近实验上测得的图像。模拟图像体现在实验上测得的图像中包含的有效信号。然而，模拟图像已经包含在实验上测得的图像中肯定出现的附加信号，如阻尼包络线。由此确保在实验上测得的图像和模拟图像之间的纯视觉相似性仅仅通过两个关注的测量参数(即散焦和散光)的变化影响。环形模式也称作Thon-环(Thon-Ringe)。其形状取决于电子束的入射角、电子波长、球形的像差常量、有效的散焦和有效的两维散光。在实验上测得的图像中可以清楚地识别出使实验上测得的图像和模拟图像之间的相似性测量变得困难的噪音。Thon-环可以描述为相关的传递函数CTF(&c,gy)'的模平方，其取决于在傅立叶-空间内的两维坐标(&c,gy)。传递函数给定如下CTF(^，gy)sSin[27r;rtgx,gy)]其中X是像差函数。其给定如下;Kg,，g》cs"g+g〗)2+会zA(g〗+g》+会4;i(g〗—《)+会々A(2&g》并且取决于以下变量Cs:球面像差常量人电子波长Z:散焦A2x:两维散光矢量A2的x-分量A2y:两维散光矢量A2的y-分量gx:衍射矢量g的x-分量gy:衍射矢量g的y-分量图2示出如图1的衍射图的一维径向部分，其出发点是图像中心。以纵坐标轴表示任意单位的空间频率。以横坐标轴表示任意单位的强度。在图2a中表示在理想情况下所预期的有效信号。此处由其表示该部分的信号S(gx，gy)，可以描述如下图2b示出有效信号与典型的乘性附加信号D(gx，gy)叠加的部分，-物体原子的散射截面；-物体有限厚度的影响；-时间和空间的去相干的影响，由此一部分电子不再有助于干扰模式；-检测器的传递函数。图2c示出受乘性干扰的信号部分，此外，该信号还由空间频率范围内緩慢变化的加性背景B(gx,gy)叠加，并且由作为其它附加信号的统计的高频噪声N(gx,gy)(带约为1的信噪比)叠加。其部分在此处示出的信号E(gx,gy)对应于实验上测得的信号并且具有形式20显然在图2c中示出的部分^f又^U艮少与来自图2a中的部分是共同的。附加信号比有效信号强很多倍。相应地，在二维的图像比较时，带特定的散焦和散光值的模拟图与实验上测得的图像的准确的相似性测量是困难的。在图3中示出可能的和有意义的子图像的例子。在图3a(较高散光)中选择了圓环。其原因是，不仅乘性附加信号而且加性附加信号在空间频率范围内(空间频率范围在所有图中用于表示)仅仅取决于空间频率的模g，而几乎不依赖于其方位角的方向。考虑到附加信号的该特征，实验上测得的信号E(gx,gy)具有以下形式在极坐标中这意味着附加信号仅仅取决于半径g=(gx2+gy2)1/2，而不取决于方位角arctan(gy/gx)。因此，附加信号的梯度是纯径向的梯度。子图像在此梯度方向上是细长的，而在与此垂直的方位角方向上是宽的。除了正中的子图像外，这些环形子图像中的每个子图像包含Thon-环的最小值和最大值。在线形的子图像中的强度值跨越最大的可能范围变化，这在确定散焦和散光的时候保持小的误差。在图3b(适中散光)中和3c(带较小的散光)中，一些子图像偏离圆形，以便满足上述要求。在图3d(没有散光)中，所有子图像必须偏离圆环形。在每个圆环形的子图像内，有效信号却是恒定的，使得不能获得任何关于散焦的信息。在这个实施例中，子图像有围绕圓环形线周期性调整的形状。适应性地确定形状，其中使线曲率变动一直到有效信号的变化超过事先规定的阈值。通常，子图像与圆环形的偏差的大小应该仅仅被选为使得有效信号在这些区域上足够强地变化，以便能够与噪音区分开。偏差被选得越小，加性和乘性干扰就抑制得越好。实验上测得的图像和模拟图像之间的相似性的总结果F可根据用于比较所考虑的图像范围的集合p的单个结果fp例如按照下列公式计算出P其中Wp是加权因子。代替在图中所示的衍射图，还可以分析Rhonchi图(Rhonchigramme),其在子区域中同样包含Thon-环。替代在图1中所使用的透射电子显微镜，扫描透射电子显微镜(STEM)也可以被使用。在计算机上运行的计算机程序特别适合于执行这些方法。2权利要求1.一种用于测量两个二维的、由有强度值的像素组成的图像相似性的方法，其中至少一个图像带有附加信号，步骤如下-所述图像分割成相互等同的子图像的方式使得至少一个子图像在附加信号的梯度方向上的范围小于所述子图像在与附加信号的梯度方向垂直的方向上的范围；-相互关联的子图像互相比较；-所述比较的结果汇集成所述两个图像相似性的总量度。2.按照权利要求1的方法，其特征在于至少一个线形的子图像。3.按照权利要求1到2中任一项的方法，其特征在于至少一个环形的子图像。4.按照权利要求1到3中任一项的方法，其特征在于，相互关联的子图像以来自于互相关系数组、误差平方和或者X-次幂-和的相似性度量来进行相互比较。5.按照权利要求1到4中任一项的方法，其特征在于，所述子图像的比较结果通过线性组合汇集成两个图像相似性的总量度。6.按照权利要求5的方法，其特征在于，以带加权因子的线性组合考虑所述子图像，子图像包含越多的像素，加权因子就越高。7.按照权利要求1到6中任一项的方法，其特征在于附加信号，所述附加信号在极坐标中对半径的依赖程度比对方位角的依赖程度更大。8.按照权利要求1到7中任一项的方法，其特征在于，所有子图像的并集包含至少80%尤其是至少90%所有像素的部分。9.按照权利要求1到8中任一项的方法，其特征在于重叠的子图像。10.按照权利要求1到9中任一项的方法，其特征在于，实验上测得的图像和模拟图像被选为图像。11.按照权利要求10的方法，其特征在于，选择有利的区域，在所述区域上模拟图像强度值的变化至少超过预先给定的变动范围。12.按照权利要求10到11中任一项的方法，其特征在于，从测量结果中得出新的模拟图像，所述新的模拟图像比原模拟图像更近似于实验上测得的图像。13.按照权利要求12的方法，其特征在于，为获得实验上测得的图像选择电子显微镜。14.按照权利要求13的方法，其特征在于，至少考虑将参数散焦和散光用于生成模拟图像。15.按照权利要求13到14中任一项的方法，其特征在于，从所测得的相似性中确定电子显微镜的像差。16.按照权利要求15的方法，其特征在于，电子显微镜调节到修正所确定的像差并且所述方法随后被重新启动。17.按照权利要求10-16中任一项的方法，其特征在于，模拟图像在分割之前通过与实验上测得的图像的快速比较被选出。18.按照权利要求17的方法，其特征在于，用于快速比较的图像中至少一个图像的像素强度值被离散化为每个像素16个或者更少，尤其是离散化为两个可能的值。19.按照权利要求18的方法，其特征在于，为了与离散化的图像快速比较，选择逻辑运算，尤其是异或(XOR)。20.按照权利要求17到19中任一项的方法，其特征在于，从预计算的目录中选出所述模拟图像。21.—种电子显微镜，所述电子显微镜包含数字图像传感器、用于倾斜对着待检查物体的电子束的装置、用于修正像差的透镜装置以及透镜装置的控制单元，其特征在于透镜装置的校正装置包含_模拟单元，其能够提供理想的带有预先给定的散焦值和散光值的测试结构的电子显微镜图像；-与图像传感器和模拟单元连接的比较单元，所述比较单元能够测量由图像传感器提供的图像和由模拟单元提供的图像之间的相似性；以及-与所述比较单元和所述控制单元连接的分析单元，所述分析单确定电子显微镜的像差并且能够将此像差转换为用于控制单元的调节命令。22.按照权利要求21的电子显微镜，其特征在于比较单元，所述比较单元能够执行按照权利要求1到20中任一项的方法。23.按照权利要求21到22中任一项的电子显微镜，其特征在于比较单元，所述比较单元具有用于将由图像传感器提供的图像和由模拟单元提供的理想图像分割成相互等同的子图像的部件，所述分割的方式使得至少一个子图像在所述图像中的至少一个图像中存在的附加信号的梯度方向上的范围小于该子图像在与附加信号的梯度方向垂直的方向上的范围24.按照权利要求21到23中任一项的电子显微镜，其特征在于比较单元包含用于将至少一个图像的像素强度值离散化为每个像素16个或者更少尤其是离散化到两个可能的值的部件。25.按照权利要求24的电子显微镜，其特征在于比较单元包含用于两个离散化的图像之间的异或-运算(XOR)的部件。26.按照权利要求21到25中任一项的电子显微镜，其特征在于，比较单元包含数字信号处理器(DSP)。27.按照权利要求21到26中任一项的电子显孩t镜，其特征在于，校正单元包含至少一个带有计算机程序的计算机。28.按照权利要求27的电子显微镜，其特征在于作为计算机的嵌入式系统。全文摘要本发明涉及一种用于测量二维图像相似性的方法，其中至少一个图像包含附加信号，其位置依赖性或者对称特征至少可以估计出来。本发明涉及所述图像被分割成相互等同的子图像，使得至少一个子图像在附加信号的梯度方向上的范围小于此子图像在与此垂直的方向上的范围。所述子图像被单独比较并且组合所有比较的结果以便形成相似性的测量结果。因而，这使所述方法对于附加信号的变化并不敏感。所述方法尤其适合于确定在电子显微镜图像中的散焦和散光。这取决于实验测量的图像与以散焦和散光的特定值产生的模拟图像的相似性比较。文档编号G06T5/00GK101506839SQ200780030442公开日2009年8月12日申请日期2007年7月25日优先权日2006年8月16日发明者A·瑟斯特,J·巴塞尔申请人:于利奇研究中心有限公司