Методи оброблення сигналу

Для подолання обмежень, пов’язаних з контрастом, при передачі інформації та побудові зображення було розроблено ряд методик оброблення сигналу, таких як: зворотного контрасту; диференційного підсилення; нелінійного підсилення; диференціювання сигналу; змішування сигналу; Y-модуляцію та ін. Зупинимося на деяких.

Зворотний контраст. У багатьох РЕМ є пристрій обертання контрасту. Воно досягається завдяки відніманню від певного фіксованого значення вхідного сигналу (S_вх). Причому воно повинно відповідати максимальному сигналу (S_max). Таким чином, вихідний сигнал буде визначатися так:

. (2.10)

У результаті цієї процедури на екрані, ділянки, що спостерігалися світлими та темними, будуть зображатися темними та світлими відповідно (рис 2.18).

Рисунок 2.18 – До ілюстрації обертання контрасту

Обертання контрасту використовують тоді, коли природа сигналу від детектора така, що контраст має протилежний знак стосовно до очікуваного (якщо, наприклад, зразок використовується як детектор).

Диференційне підсилення. Однією з проблем, що часто трапляється, є випадок, коли зразок дає слабкий вихідний сигнал, наприклад, якщо досліджуються контакти кремнію з алюмінієм. При переході від однієї компоненти до іншої не простежується чіткої межі. У таких випадках використовують диференційне підсилення, суть якого можна зрозуміти з рисунка 2.19.

Рисунок 2.19– До пояснення диференційного підсилення

Позиція (а) відповідає сигналу, що створюється слабим вихідним контрастом. При обробці сигналу спочатку від нього віднімають постійний фіксований рівень, у результаті чого отримують сигнал, наведений на позиції (б), а потім здійснюють лінійне підсилення (в). Недолік методу полягає в можливості отримання насичених абсолютно білого або абсолютно чорного сигналів, що призводить до часткової втрати інформації (позиція (г)).

Схеми диференційного підсилення можуть створювати задовільне зображення при рівнях вихідного контрасту 0,1 %. Рисунок 2.20 ілюструє результат такого методу оброблення.

Рисунок 2.20 – Ілюстрація диференційного підсилення

Диференціювання сигналу – це метод оброблення, який дозволяє підкреслити високочастотні компоненти на зразку та відповідно згладити низькочастотні. У цьому випадку вхідний сигнал диференціюється за часом і на виході подається як S_вих=dS_вх/dt. Вихідний сигнал буде мати велике абсолютне значення, коли вхідний змінюється дуже швидко, наприклад, якщо досліджуються межі зерен. Величина вихідного сигналу залежить від напрямку зміни сигналу на вході. Операція диференціювання ефективна лише в тому випадку, коли відношення сигнал/шум істотне.

Змішування сигналів. Кінцевий сигнал на екрані ЕПТ може являти собою суму сигналів, наприклад, від двох детекторів. Можна скомбінувати їх таким чином, щоб вихідний сигнал визначався за співвідношенням

, (2.11)

де a>0, b<1.

Завдяки другому доданку контраст на краях (межі зерен, міжфазні межі тощо) буде підсилений, а перший доданок відповідає за збереження загальної інформації про об’єкт.

Y-модуляція. Суть цього методу полягає в наступному. При формуванні зображення (рис. 2.21) на

Рисунок 2.21 – Схема утворення зображення у режимі Y-модуляції: 1, 2 - області сканування по зразку та по екрану ЕПТ; 3 - сигнал від попереднього сканування F(x,y,t), 4 - положення горизонтального рядка

зразку розгортка по осях х та у здійснюється за допомогою відповідного генератора. На екрані ЕПТ положення точки по горизонталі визначається горизонтальним положенням при скануванні впродовж лінії (розгортка за напрямком х здійснюється за допомогою одного і того самого генератора). Положення по вертикалі на екрані визначається величиною сигналу у кожній конкретній точці. Тобто відхилену котушку у напрямку у подають сигнали від генератора розгортки та сигнал від одного із детекторів.

На результуючому зображенні інтенсивність сигналу буде фактично однаковою, а воно – істотним чином деформоване через відсутність однозначної відповідності між сітками на зразку та екрані. Рисунок 2.22 ілюструє

Рисунок 2.22 – Ілюстрація Y-модуляції

результат обробки інформації за допомогою Y-модуляції. Цінність Y-модуляції полягає у тенденції підсилювання дрібномасштабної структури, яка може поліпшити видимість рельєфу поверхні зразка.