在掃描電鏡（SEM）中進行自動化圖像拼接（又稱為馬賽克成像或拼圖成像）是實現大面積樣品高分辨率圖像的有效方式。由于SEM成像范圍較小，通過自動化圖像拼接，可以覆蓋更大的樣品區域，同時保持SEM的高分辨率。以下是如何在SEM中實現自動化圖像拼接的步驟：

1. 圖像拼接的基本原理

圖像拼接（tiling or mosaic imaging）指的是通過對樣品表面進行多個相鄰區域的成像，然后將這些圖像自動拼接在一起，生成一個大視野、高分辨率的復合圖像。

為了實現自動化圖像拼接，SEM通常配備自動化的圖像獲取和運動控制功能，結合軟件來處理圖像的對齊和拼接。常見的圖像拼接系統包括：

精確的電動樣品臺：可移動樣品進行連續掃描。

圖像處理軟件：對多幅圖像進行拼接處理，確保圖像的對齊和過渡平滑。

2. 自動化圖像拼接的硬件要求

為了成功實現自動化拼接，SEM需要具備以下硬件和軟件支持：

電動樣品臺：具備精確的X-Y-Z軸移動能力。通過控制樣品臺的移動，可以依次對相鄰區域進行掃描成像。

自動化控制系統：SEM系統需要支持自動化控制，以便根據設定的拼接參數自動獲取圖像。

圖像拼接軟件：通常與SEM配套的軟件中包含圖像拼接功能，可以將圖像進行對齊、融合，生成大面積圖像。

3. 自動化拼接的基本步驟

3.1 設置拼接區域

在開始自動化拼接之前，首先需要確定感興趣的樣品區域，并設置掃描參數：

選擇視野范圍：確定需要覆蓋的樣品總面積，以及單次掃描的圖像視野。

圖像重疊：為了確保拼接過程平滑，通常會設置相鄰圖像之間一定的重疊區域，重疊率一般為10%-20%，這樣可以提高圖像對齊的精度。

分辨率設置：根據需要的分辨率選擇適當的像素尺寸和加速電壓。高分辨率會增加采集時間和數據量。

3.2 設置樣品臺移動參數

SEM的樣品臺移動是自動化拼接的核心，通過精確移動樣品臺可以保證圖像的連續性和拼接質量。

設定X、Y軸的步進距離：步進距離通常與圖像視野和重疊區域大小有關。例如，如果視野為100μm，重疊區域為20%，那么步進距離應為80μm。

設定掃描順序：通常會設定掃描路徑，如蛇形掃描（zigzag pattern），即樣品臺沿X軸掃描一個方向，完成一行后沿Y軸移動，然后反向掃描下一行。

3.3 圖像采集

一旦設置好拼接參數，SEM的自動化系統會依次移動樣品臺，并在每個指定位置獲取圖像。整個過程自動化執行，減少了手動操作的誤差和時間消耗。

4. 圖像拼接處理

采集的圖像需要經過軟件進行拼接處理，以形成連續的、無縫的全景圖像。

4.1 圖像對齊

重疊區域對比：軟件會利用圖像的重疊區域進行圖像對齊，通過匹配重疊部分的細節來確定相鄰圖像的相對位置。

圖像配準：使用配準算法對圖像進行細微調整，確保相鄰圖像的精確對齊。常用的算法包括基于特征點的配準方法，或者相位相關法。

4.2 圖像融合

平滑過渡：在拼接過程中，重疊區域需要進行平滑融合，以消除相鄰圖像之間的明顯邊界。軟件會使用插值算法或權重平均法進行過渡處理。

顏色和亮度調整：SEM成像時，可能會由于電子束的電流變化或樣品表面特性不同，導致不同圖像之間的亮度或對比度有所差異。拼接軟件可以自動調整亮度和對比度，使圖像保持均勻一致。

4.3 生成馬賽克圖像

所有圖像經過對齊和融合后，生成的大面積馬賽克圖像可以保存為高分辨率的復合圖。此時，用戶可以對大圖進行進一步的分析或標記。

5. 常用軟件

許多SEM系統都會配備自帶的圖像拼接軟件，常見的軟件有：

Zeiss SmartSEM：Zeiss SEM設備配備的SmartSEM軟件具有自動化圖像采集和拼接功能。

Thermo Fisher Avizo：支持高分辨率圖像拼接、3D重建等。

TESCAN MIRA：配備TESCAN的拼接軟件，可以進行大面積的高分辨率圖像拼接。

一些第三方軟件也可以用于圖像拼接：

ImageJ（Fiji插件）：ImageJ是一款免費開源的圖像處理軟件，其中的"Grid/Collection Stitching"插件可以進行圖像拼接。

Photoshop：對于小范圍拼接，也可以手動使用Photoshop進行圖像的手動拼接，利用圖層功能對齊圖像。

6. 拼接的優化技巧

確保樣品平整：樣品表面的不平整會導致拼接圖像出現失真或對不齊的情況，因此樣品的平整度至關重要。使用適當的樣品制備技術可以改善拼接效果。

減少樣品臺誤差：樣品臺的移動精度對拼接質量有顯著影響。確保SEM設備的樣品臺經過校準，并盡可能減小回差（backlash）和其他誤差。

優化圖像獲取參數：根據樣品特性，選擇適當的加速電壓和探測器，避免由于不良成像條件造成拼接圖像的質量下降。

以上就是澤攸科技小編分享的如何在掃描電鏡中進行自動化圖像拼接。更多掃描電鏡產品及價格請咨詢