電子探針圖像系統的微機接口設計

前,世界上仍然使用著很多模擬圖像系統的舊型電子探針和掃描電鏡,僅國內就有數百臺。它們的主機性能仍然良好,但使用單色CRT顯示,沒有圖 像處理能力,圖像質量不高,灰度分辨率不超過40級。基于這一缺陷,我們在地質礦產部科學技術司的資助下,研制了電子探針和掃描電鏡的模擬圖像系統與微形 計算機的接口,以實現這些儀器的升級改造。該接口基于微型機ISA總線,與電子探針或掃描電子顯微鏡的模擬圖像掃描發生器同步工作,能夠同時采集3路X射 線像,并可程控調節其對比度及輝度,能夠分別采集二次電子像、背散射電子像和吸收電子像。所采集圖像的空間分辨率達1024(×1.2)×1024,灰度 分辨率為256級,偽彩色顯示,以BMP格式存盤,支持多種圖像處理與分析軟件。

　　采樣時序發生電路

　　數字圖像采樣過程與電子探針或掃描電子顯微鏡的模擬圖像掃描過程同步。以EMX-SM7型電子探針為例,其圖像掃描發生器的掃描幀數分別為1、 3、5、9、17、33、65、129、∞,掃描行數分別為8、16、32、64、128、256、512、1024,行掃時間分別為16、40、80、 160、400、800、1600、4000、16000、40000、80000ms;測得掃描時序如圖1所示,照像期間START信號為高電平,每幀 結束時YEND信號為低電平、持續時間為40ms,每行結束時BLANK信號(YEND和XEND的“與”)為低電平,持續時間為17—210ms。

　　采樣時序發生電路由1MHz時鐘源和8253可編程定時計數器等構成,如圖2所示。8253定時計數器0工作在方式3,為定時計數器1和定時計 數器2提供時鐘,時鐘周期可在2—65536μs內選定。定時計數器1工作在方式0,用來對行掃時間進行計數測量。定時計數器2工作在方式3,用作采樣時 鐘。START、YEND、BLANK、SAMPLING及A/D轉換狀態信號通過74LS244接數據總線,供查詢。

　　圖像采集電路

　　數字信號取樣于模擬信號。電子探針模擬圖像系統信號流程如圖3所示,各種電子像均為模擬信號,在CRT上用亮度來表現圖像;而3路X射線像取自 鑒別器輸出端,為脈沖信號,在CRT上用亮點的有無和疏密來表現圖像。因此,從選擇器(1)的輸出端采集電子像,從計數率計的輸出端采集X射線像。

　　圖像采集電路由2片4運放LF347、1片8位8路電壓輸出D/A轉換器AD7288、3片程控增益放大器AD526和1片8位8路輸入高速A /D轉換器AD7828等構成,如圖4所示。3路X射線像信號為負極性,先經一級LF347轉換極性,再經一級LF347與AD7228提供的參考電平相 減實現輝度調節,參考電平從0—5V分256級程控可調;差值信號經AD526放大實現對比度調節,程控放大倍數分別為×1、×2、×4、×8和×16; 然后信號到AD7828。電子像信號為雙極性,經LF347與參考電平迭加轉換為正極性;參考電平由AD7228經一級LF347反相提供,從-5—0V 分256級程控可調;然后信號也到AD7828。AD7828為單極性輸入,最大輸入電壓為5V,轉換時間為2.5μs,工作在查詢方式,通過它獲取8位 灰度數字圖像。

　　軟件

　　軟件是用Visual C++在Windows環境下開發的,由圖像采集、顯示和存儲3個功能模塊組成,框圖如圖5所示。

　　在圖像采集模塊中,采集內容可以同時選擇若干項。選中某路X射線像時,可以指定波長位置進行尋峰。采集條件欄下,行掃時間分11檔,選定值的 1/8將作為8253定時計數器0的初值,設定方波頻率。掃描行數分8檔,選定值的1.2倍為每行的采樣點數(樣品掃描區域長寬比為(1.2∶1),行掃 期內定時計數器1的計數值與每行采樣點數的比值將作為定時計數器2的初值,設定采樣頻率。放大倍數為儀器上模擬圖像系統的放大倍數,整幅數字圖像代表的樣 品掃描區域為(12cm/放大倍數)×(10cm/放大倍數)。各路X射線像的輝度和對比度均需分別設定,與儀器上的cps量程配合使用。電子像只設定輝 度,與儀器上的輝度和對比度配合使用。在圖像顯示模塊中,可以選擇顯示模式和調色板。在圖像存儲模塊中,以BMP格式存盤,以支持多種圖像處理與分析軟件。