JST等開發(fā)出具有裸眼立體效果的實(shí)時觀察電子顯微鏡
[導(dǎo)讀]【日經(jīng)BP社報道】日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)（JST）2012年4月26日宣布，由日立高科及藝卓、新潟大學(xué)、靜岡大學(xué)等組成的開發(fā)團(tuán)隊(duì)，開發(fā)出了能夠?qū)崟r立體（3D）觀察的掃描電子顯微鏡（SEM），以及可以裸眼觀看的高分辨率3D顯
【日經(jīng)BP社報道】日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)（JST）2012年4月26日宣布，由日立高科及藝卓、新潟大學(xué)、靜岡大學(xué)等組成的開發(fā)團(tuán)隊(duì)，開發(fā)出了能夠?qū)崟r立體（3D）觀察的掃描電子顯微鏡（SEM），以及可以裸眼觀看的高分辨率3D顯示器。由此，不僅可對觀察物做構(gòu)造分析，還有望應(yīng)用于使用機(jī)械手的微小物體解剖和獲取無機(jī)材料的電特性等。
邊切換電子束的方向邊掃描
SEM是在向觀察對象照射很細(xì)電子束的同時進(jìn)行二維掃描，來觀察其表面的立體構(gòu)造（凹凸形狀）。一般來說，用SEM得到的圖像（SEM圖像）為單向觀察的圖像，因此圖像是與單眼觀察一樣的平面圖像。為了得到立體的SEM圖像，過去采用的方法是通過傾斜載物臺，從不同的角度分別取得相當(dāng)于用右眼觀察和左眼觀察的靜止圖像（視差圖像）并加以合成，所以需要戴上紅藍(lán)眼鏡觀察。但這種方法需要耗費(fèi)時間，還需要調(diào)整視差圖像，因此無法實(shí)時觀察試樣的SEM圖像。
此次，開發(fā)出了可邊切換照射試樣的電子束角度邊高速掃描的技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了左右視差圖像的瞬時獲取。具體做法為利用電磁透鏡的會聚作用，使電子束發(fā)生傾斜。但是，電子束傾斜伴隨的像差會導(dǎo)致分辨率下降。針對這一課題，開發(fā)組開發(fā)出專用的電子光學(xué)系統(tǒng)和電子束掃描控制技術(shù)，并利用了其中的部分技術(shù)。
電子束傾斜方向的控制使用專用的電磁線圈，以1行、1幀為單位，對試樣依次進(jìn)行左傾斜掃描、標(biāo)準(zhǔn)掃描和右傾斜掃描。由此可以支持速度為33ms/幀的高速掃描，從而可進(jìn)行實(shí)時3D觀察。左右的視差圖像因利用了透鏡的會聚作用，雖然焦點(diǎn)和像散不同于普通的SEM圖像，但支持對焦點(diǎn)和像散以1行/1幀為單位進(jìn)行調(diào)整。[!--empirenews.page--]
通過數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)3種輸出方式
取得左右視差圖像后，用此次開發(fā)的專用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，可以實(shí)現(xiàn)3種輸出方式：（1）除了支持在23英寸全高清（1920×1080像素）高清顯示的高分辨率3D裸眼顯示器“DuraVision FDF2301-3D”上把左右視差圖像作為2個獨(dú)立影像信號傳輸?shù)摹半p路輸入方式”之外，還有（2）把左右視差圖像沿水平方向分別壓縮為1/2，將其組合成1幅圖像輸出的“并行方式”，以及（3）把左視差圖像轉(zhuǎn)換成紅色、右視差圖像轉(zhuǎn)換成藍(lán)色信號合成輸出的“紅藍(lán)方式”。
支持裸眼的高分辨率立體顯示由指向光源（Directional Backlight）方式實(shí)現(xiàn)。一般支持裸眼3D顯示器的顯示方式是把液晶面板的像素分配給左右視差圖像，因此，水平方向的分辨率會降低到一半，但Directional Backlight方式則是用同一像素將視差圖像以時間差方式顯示。因?yàn)闊o需為左右視差圖像分配液晶面板的像素，所以與傳統(tǒng)技術(shù)相比，縱深方向的再現(xiàn)性優(yōu)良。
并且，觀察者左右眼觀看到的視差圖像的方向取決于液晶顯示器的光源（LED），不會出現(xiàn)其他裸眼3D方式存在的屏障和透鏡造成的疊柵和條紋等問題。原理上不存在左右視差圖像交替出現(xiàn)的“逆視”位置，直到畫面周圍都能穩(wěn)定觀察高清3D圖像。
還開發(fā)出了3D觀察專用的圖形界面（GUI）。因?yàn)槟軌蛲瑫r分別顯示左右的視差圖像、通常的SEM圖像，以及由左右視差圖像合成的立體圖像共四個畫面，所以用戶可以在比對正常的SEM圖像的同時，調(diào)整左右視差圖像的焦點(diǎn)和像散。
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本開發(fā)成果還預(yù)定作為日立高科SEM的選配功能，在2012財(cái)年推出產(chǎn)品。
圖1：小鼠腎小球（約70μm）的圖像。普通顯示器（左）上同時顯示左右傾斜圖像、正常SEM圖像和立體圖像共四個畫面。而支持裸眼高分辨率3D顯示器（右）上，顯示著可以裸眼觀看的立體圖像。
圖2：圖1中的4畫面同時顯示示例。
圖3：金屬截面的立體圖像。黑白圖像中難以區(qū)分出凹凸部分，戴上紅藍(lán)眼鏡即可看立體畫面。
圖4：裸眼高分辨率3D顯示器“DuraVision FDF2301-3D”。
邊切換電子束的方向邊掃描
SEM是在向觀察對象照射很細(xì)電子束的同時進(jìn)行二維掃描，來觀察其表面的立體構(gòu)造（凹凸形狀）。一般來說，用SEM得到的圖像（SEM圖像）為單向觀察的圖像，因此圖像是與單眼觀察一樣的平面圖像。為了得到立體的SEM圖像，過去采用的方法是通過傾斜載物臺，從不同的角度分別取得相當(dāng)于用右眼觀察和左眼觀察的靜止圖像（視差圖像）并加以合成，所以需要戴上紅藍(lán)眼鏡觀察。但這種方法需要耗費(fèi)時間，還需要調(diào)整視差圖像，因此無法實(shí)時觀察試樣的SEM圖像。
此次，開發(fā)出了可邊切換照射試樣的電子束角度邊高速掃描的技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了左右視差圖像的瞬時獲取。具體做法為利用電磁透鏡的會聚作用，使電子束發(fā)生傾斜。但是，電子束傾斜伴隨的像差會導(dǎo)致分辨率下降。針對這一課題，開發(fā)組開發(fā)出專用的電子光學(xué)系統(tǒng)和電子束掃描控制技術(shù)，并利用了其中的部分技術(shù)。
電子束傾斜方向的控制使用專用的電磁線圈，以1行、1幀為單位，對試樣依次進(jìn)行左傾斜掃描、標(biāo)準(zhǔn)掃描和右傾斜掃描。由此可以支持速度為33ms/幀的高速掃描，從而可進(jìn)行實(shí)時3D觀察。左右的視差圖像因利用了透鏡的會聚作用，雖然焦點(diǎn)和像散不同于普通的SEM圖像，但支持對焦點(diǎn)和像散以1行/1幀為單位進(jìn)行調(diào)整。[!--empirenews.page--]
通過數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)3種輸出方式
取得左右視差圖像后，用此次開發(fā)的專用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，可以實(shí)現(xiàn)3種輸出方式：（1）除了支持在23英寸全高清（1920×1080像素）高清顯示的高分辨率3D裸眼顯示器“DuraVision FDF2301-3D”上把左右視差圖像作為2個獨(dú)立影像信號傳輸?shù)摹半p路輸入方式”之外，還有（2）把左右視差圖像沿水平方向分別壓縮為1/2，將其組合成1幅圖像輸出的“并行方式”，以及（3）把左視差圖像轉(zhuǎn)換成紅色、右視差圖像轉(zhuǎn)換成藍(lán)色信號合成輸出的“紅藍(lán)方式”。
支持裸眼的高分辨率立體顯示由指向光源（Directional Backlight）方式實(shí)現(xiàn)。一般支持裸眼3D顯示器的顯示方式是把液晶面板的像素分配給左右視差圖像，因此，水平方向的分辨率會降低到一半，但Directional Backlight方式則是用同一像素將視差圖像以時間差方式顯示。因?yàn)闊o需為左右視差圖像分配液晶面板的像素，所以與傳統(tǒng)技術(shù)相比，縱深方向的再現(xiàn)性優(yōu)良。
并且，觀察者左右眼觀看到的視差圖像的方向取決于液晶顯示器的光源（LED），不會出現(xiàn)其他裸眼3D方式存在的屏障和透鏡造成的疊柵和條紋等問題。原理上不存在左右視差圖像交替出現(xiàn)的“逆視”位置，直到畫面周圍都能穩(wěn)定觀察高清3D圖像。
還開發(fā)出了3D觀察專用的圖形界面（GUI）。因?yàn)槟軌蛲瑫r分別顯示左右的視差圖像、通常的SEM圖像，以及由左右視差圖像合成的立體圖像共四個畫面，所以用戶可以在比對正常的SEM圖像的同時，調(diào)整左右視差圖像的焦點(diǎn)和像散。
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本開發(fā)成果還預(yù)定作為日立高科SEM的選配功能，在2012財(cái)年推出產(chǎn)品。
圖1：小鼠腎小球（約70μm）的圖像。普通顯示器（左）上同時顯示左右傾斜圖像、正常SEM圖像和立體圖像共四個畫面。而支持裸眼高分辨率3D顯示器（右）上，顯示著可以裸眼觀看的立體圖像。
圖2：圖1中的4畫面同時顯示示例。
圖3：金屬截面的立體圖像。黑白圖像中難以區(qū)分出凹凸部分，戴上紅藍(lán)眼鏡即可看立體畫面。
圖4：裸眼高分辨率3D顯示器“DuraVision FDF2301-3D”。
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