一种消除原子热振动效应的微观成像方法及装置

本技术涉及微观成像，特别是涉及一种消除原子热振动效应的微观成像方法及装置。

背景技术：

1、在利用电镜对晶体材料进行微观层面的观测时，需要通过电子束照射在材料表面上产生的衍射现象来得知材料的原子构成和结构。通过图像重建算法，可以对电镜的衍射图像进行高分辨率重建，得到材料在原子结构层面上的清晰照片。

2、由于原子并不是固定的，而是时刻在围绕着平衡位置进行热振动，因此通过电镜得到的图像会受到原子的热振动效应影响，也即图像上的原子展宽将大于原子实际的展宽，导致图像不清晰，并影响图像重建的质量。

3、现有技术中，通常通过测量材料的平均热振动信息，并在对电镜图像进行重建时将平均热振动信息考虑在内来消除原子热振动效应。但是晶体材料往往是非均质的，晶体的平均热振动信息并不能准确描述材料中的热振动信息，导致原子热振动效应的消除效果不理想，最终获得的图像精度较差。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种消除原子热振动效应的微观成像方法及装置。

2、第一方面，本技术提供了一种消除原子热振动效应的微观成像方法。所述方法包括：

3、在第i轮成像过程中，通过电子束对待测样品进行扫描，并采集各扫描区域中所述电子束的衍射强度矩阵，其中，i为正整数；

4、分别获取所述待测样品各待测层的透射函数集合，所述透射函数集合包括多个透射函数，一个所述透射函数对应一个原子热振动状态；

5、针对任一所述扫描区域和任一所述原子热振动状态，根据所述原子热振动状态下各所述待测层的所述透射函数，以及所述电子束对应所述扫描区域的电子束函数，构建所述扫描区域对应的出射波函数；

6、根据各所述扫描区域在各所述原子热振动状态下对应的所述出射波函数、及各所述扫描区域对应的所述衍射强度矩阵，确定第i轮成像过程对应的损失函数值；

7、在所述损失函数值大于损失阈值的情况下，调整各所述透射函数的参数，并进入第i+1轮成像过程；或者，

8、在所述损失函数值小于或者等于所述损失阈值的情况下，根据各所述透射函数，得到所述待测样品的微观图像。

9、在其中一个实施例中，

10、所述分别获取所述待测样品各待测层的第i轮透射函数集合，包括：

11、获取预设的原子热振动状态数量；

12、针对任一所述待测层中的任一原子，根据所述原子对应的原子热振动位置函数，为所述原子生成所述原子热振动状态数量个原子热振动位置，一个所述原子热振动位置对应一个所述原子热振动状态；

13、针对任一所述待测层和任一所述原子热振动状态，根据所述待测层中的全部原子对应所述原子热振动状态的所述原子热振动位置，构建所述待测层对应所述原子热振动状态的所述透射函数；

14、分别将各所述待测层对应的各所述透射函数，作为各所述待测层的第i轮透射函数集合。

15、在其中一个实施例中，所述原子热振动位置函数由原子热振动平均位置、位置分布函数及位置分布函数展宽构成，所述位置分布函数为任一概率密度函数。

16、在其中一个实施例中，所述根据所述待测层中的全部原子对应所述原子热振动状态的所述原子热振动位置函数，构建所述待测层对应所述原子热振动状态的所述透射函数，包括：

17、针对任一所述原子，根据所述原子的所述原子热振动位置函数、第一投影势参数和第二投影势参数，构建所述原子的投影势函数；

18、根据所述待测层中的全部原子的所述投影势函数，构建所述待测层的投影势函数；

19、针对任一所述原子，根据所述原子的所述原子热振动位置函数、第一振幅参数和第二振幅参数，构建所述原子的振幅函数；

20、根据所述待测层中的全部原子的所述振幅函数及第三振幅参数，构建所述待测层的振幅函数；

21、根据所述待测层的所述投影势函数和所述待测层的所述振幅函数，构建所述待测层对应所述原子热振动状态的所述透射函数。

22、在其中一个实施例中，所述根据各所述扫描区域对应的所述出射波函数，及各所述扫描区域对应的所述衍射强度矩阵，确定第i轮成像过程对应的损失函数值，包括：

23、针对任一所述扫描区域和任一所述原子热振动状态，根据所述扫描区域对应的所述出射波函数，确定所述扫描区域在所述原子热振动状态下对应的理论衍射强度矩阵；

24、根据各所述原子热振动状态对应的理论衍射强度矩阵权重、各所述理论衍射强度矩阵及所述扫描区域对应的所述衍射强度矩阵，确定所述扫描区域对应的损失；

25、根据各所述扫描区域对应的损失，确定第i轮成像过程对应的损失函数值。

26、在其中一个实施例中，所述调整各所述透射函数的参数，包括：

27、针对任一所述透射函数，调整所述透射函数中的各所述原子热振动平均位置、各所述位置分布函数展宽、各所述第一投影势参数、各所述第二投影势参数、各所述第一振幅参数、各所述第二振幅参数和各所述第三振幅参数；

28、所述方法还包括：

29、调整各所述原子热振动状态对应的所述理论衍射强度矩阵权重。

30、第二方面，本技术还提供了一种消除原子热振动效应的微观成像装置。所述装置包括：

31、扫描模块，用于在第i轮成像过程中，通过电子束对待测样品进行扫描，并采集各扫描区域中所述电子束的衍射强度矩阵，其中，i为正整数；

32、获取模块，用于分别获取所述待测样品各待测层的透射函数集合，所述透射函数集合包括多个透射函数，一个所述透射函数对应一个原子热振动状态；

33、构建模块，用于针对任一所述扫描区域和任一所述原子热振动状态，根据所述原子热振动状态下各所述待测层的所述透射函数，以及所述电子束对应所述扫描区域的电子束函数，构建所述扫描区域对应的出射波函数；

34、确定模块，用于根据各所述扫描区域在各所述原子热振动状态下对应的所述出射波函数、及各所述扫描区域对应的所述衍射强度矩阵，确定第i轮成像过程对应的损失函数值；

35、处理模块，用于在所述损失函数值大于损失阈值的情况下，调整各所述透射函数的参数，并进入第i+1轮成像过程；或者，

36、在所述损失函数值小于或者等于所述损失阈值的情况下，根据各所述透射函数，得到所述待测样品的微观图像。

37、在其中一个实施例中，所述获取模块，还用于：

38、获取预设的原子热振动状态数量；

39、针对任一所述待测层中的任一原子，根据所述原子对应的原子热振动位置函数，为所述原子生成所述原子热振动状态数量个原子热振动位置，一个所述原子热振动位置对应一个所述原子热振动状态；

40、针对任一所述待测层和任一所述原子热振动状态，根据所述待测层中的全部原子对应所述原子热振动状态的所述原子热振动位置，构建所述待测层对应所述原子热振动状态的所述透射函数；

41、分别将各所述待测层对应的各所述透射函数，作为各所述待测层的第i轮透射函数集合。

42、在其中一个实施例中，所述原子热振动位置函数由原子热振动平均位置、位置分布函数及位置分布函数展宽构成，所述位置分布函数为任一概率密度函数。

43、在其中一个实施例中，所述构建模块，还用于：

44、针对任一所述原子，根据所述原子的所述原子热振动位置函数、第一投影势参数和第二投影势参数，构建所述原子的投影势函数；

45、根据所述待测层中的全部原子的所述投影势函数，构建所述待测层的投影势函数；

46、针对任一所述原子，根据所述原子的所述原子热振动位置函数、第一振幅参数和第二振幅参数，构建所述原子的振幅函数；

47、根据所述待测层中的全部原子的所述振幅函数及第三振幅参数，构建所述待测层的振幅函数；

48、根据所述待测层的所述投影势函数和所述待测层的所述振幅函数，构建所述待测层对应所述原子热振动状态的所述透射函数。

49、在其中一个实施例中，所述确定模块，还用于：

50、针对任一所述扫描区域和任一所述原子热振动状态，根据所述扫描区域对应的所述出射波函数，确定所述扫描区域在所述原子热振动状态下对应的理论衍射强度矩阵；

51、根据各所述原子热振动状态对应的理论衍射强度矩阵权重、各所述理论衍射强度矩阵及所述扫描区域对应的所述衍射强度矩阵，确定所述扫描区域对应的损失；

52、根据各所述扫描区域对应的损失，确定第i轮成像过程对应的损失函数值。

53、在其中一个实施例中，所述处理模块，还用于：

54、针对任一所述透射函数，调整所述透射函数中的各所述原子热振动平均位置、各所述位置分布函数展宽、各所述第一投影势参数、各所述第二投影势参数、各所述第一振幅参数、各所述第二振幅参数和各所述第三振幅参数；

55、所述装置还包括：

56、调整模块，用于调整各所述原子热振动状态对应的所述理论衍射强度矩阵权重。

57、第三方面，本技术还提供了一种计算机设备。所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以上任一项方法。

58、第四方面，本技术还提供了一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以上任一项方法。

59、第五方面，本技术还提供了一种计算机程序产品。所述计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以上任一项方法。

60、上述消除原子热振动效应的微观成像方法及装置，通过构建待测样品各待测层在不同原子热振动状态下的透射函数，得到扫描区域对应的出射波函数，并根据各扫描区域对应的出射波函数和实际采集得到的衍射强度矩阵，计算每一轮成像过程对应的损失函数值，进而根据损失函数值对透射函数中的参数进行调整。由于在迭代过程中考虑每一个扫描区域的多个原子热振动状态下的透射函数，并根据损失函数值对透射函数的参数进行不断调整，最终根据多个原子热振动状态下的透射函数得到微观图像，故而能够考虑到每一个原子热振动状态下待测材料中原子的不同位置对成像造成的影响，进而降低微观图像中原子的展宽，提升获得的微观图像的精度。