TEM 三维重构技术
聚焦离子束扫描电镜三维重构夹杂物的形态和分布
聚焦离子束扫描电镜三维重构夹杂物的形态和分布吴园园;洪慧敏;张珂【摘要】The MnS free‐cutting steel and EH36 electroslag weld zone samples were selected as the research object for the study .The layer‐by‐layer sectioning and imaging of inclusions were firstly conducted using the Auto Slice&View functions of focused ion beam‐scanning electron microscope(FIB‐SEM ) .Then ,the Amira software was used for three‐dimensional reconstruction based on the contrast of inclusions to obtain the morphology and distribution of signal inclusion and composite inclusion in steel materials .T he phase i‐dentification of composite inclusion also combined with the elemental mapping analysis function of electron probe micro‐analyzer(EPMA)and phase analysis function of electron back scattering diffraction(EBSD) . The results showed that the inclusions in MnS free‐cutting steel showed the coexisting distribution of strip type ,spindle shape and ellipsoidal type ,while the composite inclusion in EH36 electroslag weld zone sam‐ple was mainly composed of crystalline Mn2 TiO4 phase and amorphous phase with rich Al ,Ca ,Mg ,Si , Mn and O .Moreover ,these two phases were associated with eachother .The three‐dimensional recon‐struction graph clearly showed the morphology and distribution characteristics of inclusions ,which provid‐ed important basis to study the influence of inclusions on steel properties .%以MnS易切削钢和E H36电渣焊焊缝区样品为研究对象，首先利用聚焦离子束扫描电镜的自动系列切片和成像（Auto Slice ＆ View ）功能对夹杂物进行逐层切片并成像，然后利用A mira软件根据夹杂物的衬度进行三维重构，从而得到钢铁材料中单一夹杂物及复合夹杂物的形态和分布。
透射电子显微镜下的生物大分子结构解析
透射电子显微镜下的生物大分子结构解析一、透射电子显微镜技术概述透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope, TEM）是一种利用电子束穿透样品的高分辨率显微镜技术。
与传统的光学显微镜相比，透射电子显微镜能够提供纳米级别的分辨率，这使得它在生物大分子结构解析领域具有独特的优势。
本文将探讨透射电子显微镜在生物大分子结构解析中的应用，分析其原理、技术特点以及在生物科学领域的重要作用。
1.1 透射电子显微镜的基本原理透射电子显微镜的工作原理基于电子光学原理，电子束通过电磁透镜聚焦，穿透样品后，由检测器接收并转换成图像。
由于电子波长远小于可见光，因此TEM能够达到比光学显微镜更高的分辨率。
1.2 透射电子显微镜的技术特点透射电子显微镜具有以下技术特点：- 高分辨率：能够达到原子级别的分辨率，适合观察生物大分子的精细结构。
- 多模式成像：除了传统的透射成像外，还可以进行扫描透射成像（STEM）和电子衍射等。
- 样品制备要求：需要将生物样品制备成极薄的切片，以确保电子束的有效穿透。
- 环境控制：需要在高真空环境下操作，以避免电子束与空气分子的相互作用。
1.3 透射电子显微镜在生物大分子结构解析中的应用透射电子显微镜在生物大分子结构解析中的应用非常广泛，包括蛋白质、核酸、病毒等生物大分子的形态学研究和结构分析。
二、生物大分子结构解析的技术和方法生物大分子结构解析是一个复杂的过程，涉及多种技术和方法。
透射电子显微镜技术在这一过程中扮演着重要角色，但也需要与其他技术相结合，以获得更全面和准确的结构信息。
2.1 样品制备技术生物大分子的样品制备是结构解析的第一步，也是关键步骤之一。
透射电子显微镜要求样品必须足够薄，通常需要使用超微切割、冷冻断裂或聚焦离子束等技术来制备样品。
2.2 高分辨率成像技术高分辨率成像是获取生物大分子结构信息的基础。
透射电子显微镜通过优化电子束的聚焦、样品的放置和成像条件，可以获得高质量的图像。
电子显微镜及其应用
电子显微镜及其应用电子显微镜，简称电镜，是根据电子光学原理，用电子束和电子透镜代替光束和光学透镜，使物质的细微结构在非常高的放大倍数下成像的仪器。
电子显微镜常用的有扫描电子显微镜（scanning electron microscope, SEM）和透射电镜（transmission electron microscope，TEM）。
与光镜相比电镜用电子束代替了可见光，用电磁透镜代替了光学透镜并使用荧光屏将肉眼不可见电子束成像。
电镜组成部分电子显微镜由镜筒，真空装置和电源柜三部分组成。
镜筒主要有电子源，电子透镜，样品架，荧光屏和探测器等部件，这些部件通常是自上而下地装配成一个柱体。
（一）电子源是一个释放自由电子的阴极，栅极，一个环状加速电子的阳极构成的。
阴极和阳极之间的电压差必须非常高，一般在数千伏到3百万伏之间。
它能发射并形成速度均匀的电子束，所以加速电压的稳定度要求不低于万分之一。
（二）电子透镜用来聚焦电子，是电子显微镜镜筒中最重要的部件。
一般使用的是磁透镜，有时也有使用静电透镜的。
它用一个对称于镜筒轴线的空间电场或磁场使电子轨迹向轴线弯曲形成聚焦，其作用与光学显微镜中的光学透镜（凸透镜）使光束聚焦的作用是一样的，所以称为电子透镜。
光学透镜的焦点是固定的，而电子透镜的焦点可以被调节，因此电子显微镜不象光学显微镜那样有可以移动的透镜系统。
现代电子显微镜大多采用电磁透镜，由很稳定的直流励磁电流通过带极靴的线圈产生的强磁场使电子聚焦。
（三）样品架样品可以稳定地放在样品架上。
此外往往还有可以用来改变样品（如移动、转动、加热、降温、拉长等）的装置。
（四）探测器用来收集电子的信号或次级信号。
真空装置用以保障显微镜内的真空状态，这样电子在其路径上不会被吸收或偏向，由机械真空泵、扩散泵和真空阀门等构成，并通过抽气管道与镜筒相联接。
电源柜由高压发生器、励磁电流稳流器和各种调节控制单元组成。
成像原理扫描电镜技术扫描电镜是用极细的电子束在样品表面扫描，将产生的二次电子用特制的探测器收集，形成电信号运送到显像管，在荧光屏上显示物体。
三维重构技术
紧接着，主讲人对三维重构技术的基本应用进行了简要的阐述，主要有TEMBF三维重构、弱束暗场技术、高角度散射暗场电子透射显微法(HAADF一STEM)。经过发展其又表现出了新的特征，如四维重构、原子分辨率的三维重构、硬件的革新与突破，重构尺度的复合与手段多样化。并由此产生了新的三维重构技术，如聚焦离子束三维重构技术、电子衍射三维重构技术等。
首先，主讲人冯老师对生活中的三维形态问题和三维重构技术的背景意义，进行了简单的介绍，并指出获取三维形象的三要素，即分析仪器、计算机采集二维信息和计算机辅助，只有满足这三个要素，才能实现三维重构的功能。对于三维重构技术，主讲人向在场的同学解释道，这是人们的习惯称呼，其全称为三维电子断层扫描技术。至此，主讲人冯老师通过详细的讲解，让在座的老师同学们对三维重构技术有了基本的正确的认识，为同学对该技术有更深入的了解打下了一些基础。
活动最后，主讲人冯老师还介绍了重庆大学在三维重构技术方面的研究工作并列举了本校所拥有的仪器设备，如球差校正透射镜、JEOLJEM2100型透射电子显微镜、双束显微分析系统、三维原子探针。活动中同学们认真听讲，对三维重构技术有了更深入的了解。
教你认识三维重构技术
——记系列学术沙龙之三维重构技术
2014年5月9日下午由研究生创新实践基地和材料学院中心实验室联合举办的多主题系列学术沙龙活动在重庆大学材料学院B区二楼学术报告厅圆满完成，主讲人冯宗强老师向在场的来自材料等专业的老师同学对比讲述三维重构技术的主要分类、发ห้องสมุดไป่ตู้过程与技术特点，并以透射电镜三维重构技术为重点，系统介绍基于多种图像衬度的三维重构技术的基本原理、技术要点、应用领域及发展趋势。
TEM的结构原理及其操作使用
透 射 电 镜 的 结 构 、 原 理 、 及 操 作
JEM-2100F场发射透射电子显微镜（FETEM）
Field Emission Transmission Electron Microscope
一、透射电镜的结构与工作原理
成像方式
(n通常为3~6）
衍射方式
二、透射电镜的用途
透射电镜是研究固态物质显微形貌、晶体结构和测量微 小物体的尺寸和形状的仪器，广泛应用于高分子材料、纳 米材料、金属材料、陶瓷、冶金、生物、医学、地质、半 导体、仿生学等各个领域以及工农业生产中。通过透射电 镜可以方便的观察到物质的微观结构、晶体的生长规律， 检测各种材料的老化及其疲劳损害程度，分析各种材料中 各种成分的分布规律及其各种元素间的比例关系。
明场像
离轴暗场像
中心暗场像
影响衍射强度的主要因素是晶体取向和结构振幅，主要是晶体对电子的衍射。 由于晶体样品的复杂性和不完整性，样品衍射衬度也有多种表现形式，例如：
1）衍射明场像中两个晶粒一明一暗，说明前者不处于布拉格衍射条件位置， 而后者处于布拉格衍射条件位置；
2）由于电子波长短，衍射角小，晶体中位错、层错、空位等的缺陷的存在， 致使局部晶格发生畸变，改变了这些部位的衍射条件，正常的周期性遭到了破 坏，使其与周围有不同的成像电子束强度而显示衬度； 3）基体中微区域元素的富集，使正常的晶面间距发生变化，也会改变局部 区域的衍射条件，提供新的衬度； 4）两种不同的物相，组成不同，对电子散射本领不同，结构振幅不同，引 起衬度差别； 5）电子衍射强度由于样品厚度的变化在像中会产生等厚条纹（同一条纹上 的样品厚度相同）；而由于晶体的弯曲在像中会产生等倾条纹（同一条纹上晶 体偏离矢量的数值相等）。 通常衍射衬度明、暗场成像分析常与衍射方式中的选区电子衍射相结合来确 定物相的显微形态、点阵类型和参数。
原子分辨成像
原子分辨成像是一种能够在原子级别上提供物质结构的详细图像的技术。
原子分辨成像技术能够揭示材料的微观结构，对于科学研究和材料开发具有重要意义。
以下是一些关键的原子分辨成像技术：
1. 透射电子显微镜（TEM）：TEM是一种常用的高分辨率成像技术，其分辨率通常在1到2个纳米范围内。
它通过将电子束照射到非常薄的样品上，并通过样品传输，来获取图像。
2. 扫描透射电子显微镜（STEM）：STEM与SEM（扫描电子显微镜）类似，但使用的是透射电子而不是二次电子。
STEM的分辨率比TEM更高，能够提供更加清晰的原子级别图像。
3. 冷冻电子显微镜（cryo-EM）：cryo-EM是一种革命性的分子成像技术，它能够在原子级别上分辨出蛋白质的结构。
这种技术对于研究蛋白质的功能和作用方式非常有用。
4. 超分辨成像方法：中国科学技术大学的团队借鉴经典成像领域的受激耗尽超分辨成像方法，结合冷原子系统的原子量子态初始化和读取技术，在离子阱中实现了单个离子的超分辨成像。
这种方法的空间分辨率可以超越衍射极限一个量级以上。
5. 原子分辨率电子层析三维重构技术：中国科学院金属研究所的研究人员使用这种技术解析了金属晶界的三维原子结构，这对于理解材料的性能和改进材料的设计具有重要意义。
这些技术的发展和应用极大地推动了材料科学、生物学和纳米科技等领域的研究，使得科学家们能够在原子级别上观察和分析物质，从而深入理解物质的基本性质和功能机制。
【精编】TEM-的原理PPT课件
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真空系统
电镜真空系统一般是由机械泵、油扩散泵、离子泵、阀门、 真空测量仪和管道等部分组成. 整个电子通道从电子枪至照相底板盒都必须置于真空系统 之内，一般真空度为10－4 －10－6 Torr。 如果真空度不够，就会出现下列问题：
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2）多晶材料的电子衍射。
NiFe多晶纳米薄膜的电子衍射
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3）非晶态物质衍射。
典型的非晶衍射花样
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理论准备-----电子衍射原理
电子衍射是以满足（或基本满足）布 拉格方程作为产生衍射的必要条件。它与X 射线衍射相似。
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布拉格定律
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倒易点阵
电子衍射斑点与晶体点阵有一定对应关系，但不是晶体 某晶面上原子排列的直观影像。这些斑点可以通过另外一个 假想的点阵很好的联系起来---倒易点阵。
三极管的沟道边界的高分辨环形探测器adf图像及能量损失谱光学显微镜与透射电镜的比较比较部分光学显微镜透射电镜光源可见光日光电灯光电子源电子枪透镜光学透镜磁透镜放大成象系统光学透镜系统电子光学透镜系统样品1mm厚的载玻片约10nm厚的薄膜介质空气和玻璃高度真空像的观察直接用眼利用荧光屏分辨本领200nm0203nm有效放大倍数10聚焦方法移动透镜改变线圈电流或电压1926年布施发现轴对称非均匀磁场能使电子波聚焦
射谱投影到荧光屏上，形成最终放大的电子像及衍射谱。
它可以保持图像的清晰度不受中间镜放大倍数的影响。
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物镜和投影镜属于强透镜，其放大倍数均为100 倍左右，而中间镜属于弱透镜，其放大倍数为0-20 倍。三级成像的总放大倍数为：
M总 = M物 ×M中 ×M投
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4dstem原理 -回复
4dstem原理-回复什么是4dstem原理？4dstem原理是一种高分辨透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，简称TEM）技术，可以实现在多个维度上同时对样品进行成像和分析。
它结合了传统电子显微镜的高分辨率成像能力和时间分辨能力，同时还能够获得样品的三维结构和动态变化信息。
在传统的TEM中，通过使用电子束穿透样品来获取高分辨率的成像。
然而，由于电子束的强度较弱，样品中的较细结构可能因为散射和吸收而难以观察。
此外，传统TEM也无法提供样品的三维信息和动态变化。
而采用4dstem原理的TEM则可以克服这些限制。
它使用了一种先进的探测器，可以收集多个角度上的电子衍射图像，这些图像可以被重新构建为三维复原图。
通过利用样品对不同入射角度的电子束的散射行为，4dstem可以获取样品的三维结构信息，从而实现对样品的高分辨率成像。
除了静态成像，4dstem还可以通过时间分辨成像来观察样品的动态变化。
它利用快速的图像采集技术，可以在非常短的时间内连续获取样品的图像序列。
通过对这些图像序列进行分析，可以研究样品的动态变化过程，如相变、晶体生长等。
4dstem原理在材料科学、纳米科学、生物科学等领域具有广泛的应用。
例如，在材料科学中，它可以用来研究材料的晶体结构、缺陷行为和界面性质，进而优化材料的性能。
在纳米科学中，4dstem可以用来探索纳米颗粒的形貌、生长动力学和表面反应等。
在生物科学中，它可以用来研究生物大分子的结构和动态行为，揭示生物体内的微观细节。
总之，4dstem原理通过将传统TEM和动态时间分辨技术结合起来，为我们提供了一种强大的工具，可以实现在多个维度上对样品进行成像和分析。
它在材料科学、纳米科学和生物科学等领域的应用前景十分广阔，有望为科学研究和技术创新带来新的突破。
扫描电镜在碎屑岩储层粘土矿物研究中的应用
扫描电镜在碎屑岩储层粘土矿物研究中的应用一、本文概述随着石油勘探和开发的深入，碎屑岩储层作为重要的油气储集层，其内部粘土矿物的分布、类型和性质对储层的物性、含油性以及开发效果具有重要影响。
对碎屑岩储层中的粘土矿物进行深入研究，对油气勘探和开发具有重要意义。
扫描电镜（SEM）作为一种高分辨率、高倍率的观察手段，近年来在碎屑岩储层粘土矿物研究中的应用日益广泛。
本文旨在探讨扫描电镜在碎屑岩储层粘土矿物研究中的应用，分析其工作原理、优缺点以及在实际研究中的应用案例，以期为相关领域的研究提供借鉴和参考。
二、扫描电镜技术概述扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，简称SEM）是一种利用电子束扫描样品表面，通过检测样品发射的次级电子、背散射电子等信号成像的大型仪器。
SEM具有分辨率高、景深大、图像富有立体感、可观察不导电样品等优点，因此在材料科学、地质学、生物学等众多领域得到了广泛应用。
在碎屑岩储层粘土矿物研究中，扫描电镜技术发挥着不可替代的作用。
扫描电镜的基本原理是利用聚焦的高能电子束在样品表面进行逐点扫描，激发出各种物理信息，通过对这些信息的接收、放大和显示成像，获得测试样品表面形貌的观察结果。
同时，结合能谱分析（EDS）和波谱分析（WDS）等附件，还能对样品进行微区成分分析，进一步揭示粘土矿物的种类、分布及其与储层基质的相互关系。
在碎屑岩储层研究中，扫描电镜的应用主要包括以下几个方面：通过观察储层岩石的微观结构，揭示粘土矿物的形态、大小和分布特征，为储层评价和油气勘探提供重要依据；结合能谱分析，确定粘土矿物的化学组成，进一步揭示其成因和演化历史；通过三维重构技术，可以直观地展示粘土矿物在储层中的三维空间分布，为储层建模和油气运移模拟提供基础数据。
扫描电镜技术以其独特的优势在碎屑岩储层粘土矿物研究中发挥着重要作用，为深入认识储层特征、评价储层质量和指导油气勘探开发提供了有力支持。
位错三维表征技术
部畸变会造成 X 射线相位发生变化, 利用迭代相位重建
位错的 三 维 应 变 场。 BCDI 技 术 无 需 使 用 衍 射 光 学 元
等缺陷的形貌 [38] 。 基于同步辐射 X 射线的位错三维表征
一技术可以在大于 180°倾转范围内收集衍射信息, 能够
泛的方法之一。 X 射线穿透晶体材料时, 晶体内部的局
技术特别是基于 TEM 的位错三维表征技术未来的发展趋
判断位错之间是否相交, 采用衍衬分析方法确定的柏氏
势和技术特点进行了展望。
矢量等位错晶体学信息无法与其空间几何信息相耦合,
图 1 不同尺度上位错的表征方法: ( a) 表面法光镜成像 [2] , ( b) 缀饰法光镜成像 [3] , ( c) X 射线成像 [2] , ( d) 扫描电子显微镜-电子
[6]
, 可
( 图 1) 。 然而, 采用上述表征 方 法 所 得 到 的 位 错 图 像,
ion beam-electron channeling contrast imaging, FIB-ECCI) 系
应用实例, 对比讨论上述重构技术在分辨率、 定量表征
或者是位错与样品表面的截面图像, 或者是位错结构在
滑移面和滑移方向等; ③ 能量参量, 如位错位移场、 应
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第 40 卷
中国材料进展
力 / 应变场、 核芯能和弹性应变能及其空间分布等。 参量
这些局限性在很大程度上限制了人们对于众多位错相关
的多样性、 关联性和复杂性深刻影响着位错的形态和空
科学现象和规律的准确认识。 因此, 开发先进的位错多
间组态特征, 同时深刻影响着外场作用下位错的动态行
(2. Electron Microscopy Center, Chongqing University, Chongqing 400044, China)
TEM的原理和应用
TEM的原理和应用1. TEM的基本原理透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，TEM）是一种通过透射电子来观察物质的显微镜。
它利用电子束透过样品并形成像，通过对透射电子的衍射和散射进行分析，可以获取样品的高分辨率图像和相关结构信息。
TEM的基本原理如下： - 透射电子源产生高速电子束； - 电子束通过透镜系统进行聚焦； - 电子束通过样品，与样品中的原子进行相互作用； - 经过样品后的电子束进入投影透镜或物质屏幕； - 投影透镜或物质屏幕将电子束成像，形成TEM 像。
2. TEM的应用TEM在材料科学、生物科学、纳米科学等领域有广泛的应用。
以下是TEM的主要应用之一：2.1 材料科学在材料科学中，TEM能提供原子级别的结构分析和成分分析，具有非常高的分辨率和显微镜级别的放大倍率。
它可以研究材料的晶体结构、晶体缺陷、晶体生长等。
使用TEM可以观察到材料的微观结构，例如材料中的晶粒、晶界、孪晶等。
此外，TEM还可以用于研究纳米材料的合成和性质。
通过透射电子衍射，可以确定材料的晶体结构，并通过高分辨率图像来观察材料的晶格缺陷。
2.2 生物科学在生物科学中，TEM被用于研究生物样品的超微结构，例如细胞器的形态与分布、蛋白质的定位与亚细胞结构。
TEM在生物学研究中扮演着非常重要的角色，特别是在病毒、蛋白质聚集体和细胞器的研究中。
通过TEM，我们能够观察到生物样品中的细节和微观结构，从而深入了解其功能和性质。
2.3 纳米科学在纳米科学中，TEM可以用于研究纳米材料的形貌、尺寸、形成机制等方面。
纳米材料具有特殊的物理和化学性质，通过TEM可以观察纳米颗粒的形态和分布，并研究纳米材料的结构与性质之间的关系。
利用TEM技术，纳米科学家可以设计和制备具有特定结构和性能的纳米材料，以满足不同领域的需求。
3. TEM的发展趋势随着科学技术的不断发展，TEM也在不断改进和发展。
材料表征技术在材料科学中的最新进展
材料表征技术在材料科学中的最新进展材料表征技术是现代材料学研究中的重要内容之一。
它是指利用各种方法对材料的性质进行表征和分析，以了解材料的结构、组成、性能等方面的信息。
近年来，随着材料表征技术的不断发展和进步，越来越多的新技术被开发出来，为材料科学的研究和发展提供了有力支撑。
本文将简要介绍材料表征技术在材料科学中的最新进展。
一、透射电子显微镜(TEM)透射电子显微镜是一种能够获得材料内部结构的高分辨率仪器，在微观领域被广泛应用。
最近，科学家们利用TEM技术对纳米结构进行了深入的研究，探究了其形貌、分布和晶体结构等信息。
利用TEM技术，科学家们成功研发了一种新型纳米晶体材料，在太阳能电池、光催化和传感等领域有广泛应用。
二、扫描电镜(SEM)扫描电镜是一种用于形态表征的显微镜。
近年来，科学家们通过改良SEM技术，使其能够实现高分辨率成像，进而实现了体积三维重构，即重建图像的空间位置信息。
这项技术的应用使得科学家们更加深入地研究了复杂结构材料、新型合金等材料的内部纳米结构，为材料表征技术提供了更多的信息。
三、X射线晶体衍射X射线晶体衍射是一种很重要的材料研究技术，可以精确测量晶体样品的周期性结构。
近年来，科学家们通过改良晶体衍射技术，开发出了一种新的基于超快光学技术的X射线源（表征孔微/XFEL），使得样品吸收能力更强，分辨率更高。
这项技术的应用使得我们能够观察到物质的分子层次，为材料科学的研究提供了重要的途径。
四、热物性测量热物性测量是一种重要的材料性能表征技术，在电子器件、热障涂层、燃料电池等领域发挥着不可替代的作用。
最近，科学家们通过改良热物性测量技术，开发出了新型的测量仪器，可以精确地测量复杂材料的热传导系数、热扩散系数等热学参数，进一步完善材料性能的评价方法。
五、拉曼光谱拉曼光谱是一种非破坏性、非接触性的材料表征技术，通过测量由材料分子键振动引起的Raman散射光来研究材料的结构和性质。
最近，科学家们通过改良拉曼光谱技术，提高了测量精度和分辨率，并成功利用拉曼光谱对碳材料、纤维材料、氢化物等复杂材料进行研究，拓展了材料表征技术的研究范围。
基于视觉的三维重建关键技术研究综述
基于视觉的三维重建关键技术研究综述一、本文概述三维重建技术是指从二维图像中恢复出三维物体的几何形状和结构信息的技术。
随着科技的发展，基于视觉的三维重建技术在医疗、工业、安防、娱乐等领域得到了广泛应用。
本文旨在综述三维重建的关键技术，为相关领域的研究提供参考。
二、三维重建技术概述2、1随着计算机视觉和图形学技术的飞速发展，基于视觉的三维重建技术已成为当前研究的热点之一。
三维重建技术旨在从二维图像或视频序列中恢复出物体的三维形状和结构，具有广泛的应用前景。
在医疗、工业、虚拟现实、增强现实、文物保护、安防监控等领域，三维重建技术都发挥着重要的作用。
在医疗领域，三维重建技术可以用于辅助诊断和治疗，如通过CT或MRI等医学影像数据生成三维人体内部结构模型，帮助医生更准确地了解病情并制定治疗方案。
在工业领域，三维重建技术可以用于产品质量检测、逆向工程等，提高生产效率和产品质量。
在虚拟现实和增强现实领域，三维重建技术可以为用户提供更加真实、沉浸式的交互体验。
在文物保护领域，三维重建技术可以用于对文物进行数字化保护和展示，让更多人能够欣赏到珍贵的文化遗产。
在安防监控领域，三维重建技术可以用于实现更加智能的监控和预警，提高安全防范能力。
因此，研究基于视觉的三维重建关键技术对于推动相关领域的发展和应用具有重要意义。
本文将对基于视觉的三维重建关键技术进行综述，旨在为相关领域的研究人员和实践者提供参考和借鉴。
21、2近年来，深度学习在计算机视觉领域取得了巨大的成功，其强大的特征提取和学习能力为三维重建带来了新的机遇。
深度学习模型，如卷积神经网络（CNN）和循环神经网络（RNN），能够从大量的图像数据中学习到有效的特征表示，进而用于三维重建任务。
深度学习模型，尤其是卷积神经网络，已被广泛用于从单张或多张图像中预测三维形状。
这类方法通常利用大量的图像-三维模型对作为训练数据，通过监督学习的方式学习从二维图像到三维形状的映射关系。
失效分析常用工具介绍透射电镜（TEM）TEM一般被使用来分析样品形貌
失效分析常用工具介绍透射电镜（TEM）TEM一般被使用来分析样品形貌（morhology），金相结构（crystallographic structure）和样品成分分析。
TEM比SEM系统能提供更高的空间分辨率，能达到纳米级的分辨率，通常使用能量为60-350keV的电子束。
与TEM需要激发二次电子或者从样品表面发射的电子束不同，TEM收集那些穿透样品的电子。
与SEM一样，TEM使用一个电子枪来产生一次电子束，通过透镜和光圈聚焦之后变为更细小的电子束。
然后用这种电子束轰击样品，有一部分电子能穿透样品表面，并被位于样品之下的探测器收集起来形成影像。
对于晶体材料，样品会引起入射电子束的衍射，会产生局部diffraction intensity variations，并能够在影像上非常清晰的显现出来。
对于无定形材料，电子在穿透这些物理和化学性质都不同的材料时，所发生的电子散射情况是不相同的，这就能形成一定的对比在影像观察到。
对于TEM分析来说最为关键的一步就是制样。
样品制作的好坏直接关系到TEM能否有效的进行观察和分析，因此，在制样方面多加努力对于分析者来说也是相当必要的工作。
扫描声学显微镜集成电路封装的可靠性在许多方面要取决于它们的机械完整性.由于不良键合、孔隙、微裂痕或层间剥离而造成的结构缺陷可能不会给电性能特性带来明显的影响,但却可能造成早期失效.C模式扫描声学显微镜(C—SAM)是进行IC封装非破坏性失效分析的极佳工具,可为关键的封装缺陷提供一个快速、全面的成象.并能确定这些缺陷在封装内的三维方位.这一C—SAM系统已经在美国马里兰州大学用于气密性(陶瓷)及非气密性(塑料)IC封装的可靠性试验。
它在塑料封装常见的生产缺陷如:封装龟裂、叶片移位、外来杂质、多孔性、钝化层龟裂、层间剥离、切断和断裂等方面表现出字串1俄歇电子（Auger Analysis ）是一种针对样品表面进行分析的失效分析技术。
扫描电镜SEM和透射电镜TEM的介绍和区别(非常全面)
扫描电镜和透射电镜的区别通俗的说扫描电镜是相当与对物体的照相得到的是表面的只是表面的立体三维的图象因为扫描的原理是“感知”那些物提被电子束攻击后发出的此级电子而透射电竟就相当于普通显微镜只是用波长更短的电子束替代了会发生衍射的可见光从而实现了显微是二维的图象会看到表面的图象的同时也看到内层物质就想我们拍的X光片似的内脏骨骼什么的都重叠着显现出来总结就是透射虽然能看见内部但是不立体扫描立体但是不能看见内部只局限与表面最后写论文的时候就用了扫描电镜的图，你说看主要做形貌，凡是需要看物质表面形貌的，都可以用扫描电镜，不过要要注意扫描电镜目前分辨率，看看能否达到实验要求。
两种测试手段的适用情况凡是需要看物质表面形貌的，都可以用扫描电镜，不过最好的扫描电镜目前分辨率在0.5~1nm左右。
如果需要进一步观察表面形貌，需要使用扫描探针显微镜SPM（AFM，STM).如果需要对物质内部晶体或者原子结构进行了解，需要使用TEM. 例如钢铁材料的晶格缺陷,细胞内部的组织变化。
当然很多时候对于nm 材料的形搜索态也使用TEM观察。
区别扫描电镜观察的是样品表面的形态，而透射电镜是观察样品结构形态的。
一般情况下，透射电镜放大倍数更大，真空要求也更高。
扫描电镜可以看比较“大”的样品，最大可以达到直径200mm以上，高度80mm左右，而透射电镜的样品只能放在直径3mm左右的铜网上进行观察。
一、分析信号(1)扫描电镜扫描电子显微镜的制造是依据电子与物质的相互作用。
当一束高能的入射电子轰击物质表面时，被激发的区域将产生二次电子、俄歇电子、特征x射线和连续谱X射线、背散射电子、透射电子，以及在可见、紫外、红外光区域产生的电磁辐射。
同时，也可产生电子-空穴对、晶格振动（声子）、电子振荡（等离子体）。
原则上讲，利用电子和物质的相互作用，可以获取被测样品本身的各种物理、化学性质的信息，如形貌、组成、晶体结构、电子结构和内部电场或磁场等等。
透射电镜三维重构原理
透射电镜三维重构原理透射电镜三维重构原理介绍•透射电镜是一种重要的科学仪器，可以观察和研究物质的微观结构。
•三维重构是利用透射电镜图像，通过计算算法还原物质的三维结构。
电子透射显微镜（TEM）•电子透射显微镜是透射电镜的一种，它使用电子束而不是可见光来形成图像。
•电子束通过物质时，会发生散射和透射，最终形成透射电子图像。
透射电子图像•透射电子图像是电子透射显微镜观察物质时所获得的图像，用于研究物质内部结构。
•透射电子图像由电子束通过物质后的电子强度所组成。
透射电子图像的缺点•透射电子图像常常受到噪声、散射和振幅衰减等因素的影响。
•透射电子图像通常只能提供物质的二维信息，无法展示物质的真实三维结构。
三维重构原理•三维重构可以通过透射电子图像，还原物质的真实三维结构。
•三维重构的原理是利用透射电子图像中的信息，计算物质内部结构的空间分布。
•三维重构常用的方法包括投影切片法、逆向投影法和最大似然估计法等。
投影切片法•投影切片法将三维结构切片成一系列二维片，然后与透射电子图像进行比对。
•通过寻找最佳匹配，得到每个切片的位置和旋转角度，最终还原出物质的三维结构。
逆向投影法•逆向投影法是根据透射电子图像中的信息，将图像栅格化并从二维转为三维。
•逆向投影法通过将透射电子图像中的像素值反投影到三维空间中，得到物质的三维分布。
最大似然估计法•最大似然估计法是根据统计学原理，将透射电子图像和物质的三维结构进行概率建模。
•通过最大化透射电子图像和估计模型之间的似然函数，得到物质的最佳三维重构结果。
应用领域•透射电镜三维重构在纳米材料、生物学和材料科学等领域有重要应用。
•它可以揭示物质的微观结构和性质，对于科学研究和工程应用具有重要意义。
总结•透射电镜三维重构利用透射电子图像，还原物质的三维结构。
•三维重构的原理包括投影切片法、逆向投影法和最大似然估计法等。
•透射电镜三维重构在科学研究和工程应用中具有广泛的应用前景。
透射电子显微镜的发展与应用•透射电子显微镜作为一种高分辨率的观察物质微观结构的工具，具有广泛的应用领域。
TEM技术在材料科学中的应用
TEM技术在材料科学中的应用简介随着科学技术的飞速发展，材料科学成为了一个越来越重要的领域。
在材料科学的研究中，TEM技术的应用越来越广泛。
TEM （Transmission Electron Microscopy，透射电子显微镜）被认为是目前最强大的材料研究工具之一。
它可以通过控制电子束的束缚和轨迹来达到非常高的电子能量和解析度，从而揭示出材料的细微结构和性质。
在这篇文章中，我们将深入探讨TEM技术在材料科学中的应用。
TEM技术简介TEM是一种利用电子束透过样品的方式来观察材料结构的技术。
通常，TEM技术分为两类：传统透射电子显微镜（CTEM）和扫描透射电子显微镜（STEM）。
CTEM主要用于观察材料的结构和各种化学成分，而STEM则可以提供更高的分辨率和更详细的结构信息。
STEM也可以通过“逆时针扇形扫描”的方式来获取一系列高分辨率图像，以形成三维图像。
TEM技术还可以通过高角度抛射电子显微镜（HAADF）来得到更详细的结构信息。
TEM技术的应用TEM技术在材料科学中的应用非常广泛，以下是一些常见的应用：1. 结构分析TEM可以用于观察纳米尺寸的材料，如纳米晶体、纳米管、纳米粒子等，从而揭示它们的结构和性质。
通过TEM，可以获得材料在原子尺度上的详细信息，如颗粒的大小和形状、材料中的晶粒和缺陷等。
2. 化学成分分析TEM还可以用于分析材料的化学成分。
通过在TEM中使用EDS（Energy Dispersive Spectroscopy，能谱分析），可以分析材料中的元素成分。
这对于了解材料的制备方法和性能非常重要。
3. 电子显微学TEM可以用于观察材料中电子的行为。
例如，观察电子在半导体材料中的行为可以帮助我们理解半导体材料的电子结构和性能。
4. 动态行为TEM还可以用于观察材料的动态行为，如材料的生长、变形、熔化等。
通过TEM，我们可以观察到材料的微观细节，从而揭示材料的行为和性能。
5. 生物材料研究TEM也可以用于研究生物材料，如细胞、蛋白质、DNA等。
体电镜技术策略及特点
体电镜技术策略及特点体电镜技术，作为现代科学仪器领域中的一项杰出成就，其在材料科学、生物医学、纳米科技等众多领域中都发挥着不可或缺的作用。
体电镜不仅为人们揭示了微观世界的奥秘，更为科研工作提供了有力的工具。
一、体电镜技术策略1、高分辨成像策略：体电镜通过高精度的透镜系统和先进的电子光学技术，实现了对样品的高分辨成像。
这种策略能够捕捉到样品的细微结构，甚至可以达到原子级别的分辨率，为科研工作者提供了详尽的微观信息。
2、三维重构策略：传统的显微镜往往只能提供二维的图像信息，而体电镜则通过三维重构技术，能够呈现出样品的三维立体结构。
这一策略对于理解复杂材料的内部结构和性质至关重要。
3、定量分析策略：体电镜不仅提供定性的图像信息，还能结合图像处理软件进行定量分析。
例如，通过测量图像中的特征尺寸、分析元素的分布情况等，可以获取样品的精确数据，为科研提供量化支持。
4、多模态成像策略：现代的体电镜往往集成了多种成像模式，如透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）等。
这些不同的成像模式各有优势，可以互补使用，以获得更全面的样品信息。
二、体电镜技术特点1、高分辨率与高放大倍数：体电镜以其高分辨率和高放大倍数著称，能够清晰地显示样品的微观结构。
这是其他传统光学显微镜所无法比拟的。
2、无损检测：在多数情况下，体电镜可以对样品进行无损检测，即在不破坏样品的前提下获取其内部信息。
这对于珍贵或难以制备的样品来说尤为重要。
3、广泛应用性：体电镜的应用范围极为广泛，不仅适用于金属、陶瓷等无机材料的研究，也适用于生物组织、有机高分子等有机材料的分析。
4、深度信息获取：通过先进的成像技术和算法处理，体电镜能够获取样品的深度信息，实现三维可视化。
这对于理解复杂结构和过程具有重要意义。
5、可与其他技术联用：体电镜不仅可以单独使用，还可以与其他分析技术（如能谱分析、电子衍射等）联用，从而提供更丰富的样品信息。
这种综合性的分析方法有助于深入揭示样品的本质属性。
电镜三维重构 能谱
电镜三维重构能谱电镜三维重构技术是一种新兴的非破坏性测试方法，其能谱则是电子束和样品反应产生的激发能量释放出来的一种信号。
本文将从以下几个方面讨论电镜三维重构技术及其能谱。
一、电镜三维重构技术电镜是一种能够对物质进行高分辨显微研究的仪器，其原理是利用电子束的波长比光线短得多的特点，对物质进行显微影像的记录和研究。
而电镜三维重构技术则是一种将多个二维图像进行处理和拼接，从而还原出物质在三维空间内的形貌、结构和组成的技术。
通常情况下，需要将样品放在真空中，同时加上高压电场，以便聚集和加速电子束。
在电子束与样品相互作用的过程中，会产生散射和吸收等现象，从而使得电子束穿透的厚度、方向和强度等发生变化。
而这些变化对应着不同的物理量，如密度、晶体结构、化学成分等，因此可以通过对这些现象进行测量和分析，来还原出样品在三维空间内的形貌和组成。
二、电镜能谱电镜能谱，则是指样品在接受电子束激发后，释放出能量形成的信号。
该信号表明了样品中各种物质组成的不同，以及其在电子束激发下的不同响应。
因此，对电镜能谱的分析也是电镜三维重构技术中非常重要的一部分。
具体来说，可以通过仪器将电镜能谱转化为频谱，并对其进行不同的处理和分析，如变换、滤波、配准、拟合等。
通过这些处理，可以得到样品中不同成分的位置、数量、浓度等信息，从而对其进行三维重构。
三、应用领域电镜三维重构技术及其能谱在晶体学、生物学、地质学、化学等领域都有广泛的应用。
其中，生物学领域中的应用最为广泛。
通过对生物样品的三维重构，可以观察到细胞、组织、器官等生物结构的形貌和组成，并进一步研究其生理和病理机制。
例如，对癌细胞的三维重构可以提供癌细胞形态的信息，同时也可以发现癌细胞的内部结构和化学成分等信息。
这些信息对于癌症的预防、治疗和诊断等方面都有着重要的意义。
此外，在工业领域中，电镜三维重构技术也被广泛应用。
例如，可以通过对金属及其合金的三维重构研究，来了解其微观结构和组成，从而指导工艺及技术改进。
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大规模的数据量是三维重构至关重要必不可少的 另一因素，决定了TEM 三维重构的计算量非常巨大。 目前所有的重构软件都是在牺牲图像分辨率的前提下 完成三维重构的巨大计算量，如何在不牺牲分辨率的 情况下，选用高性能计算技术将上百张图像进行重构 也成为研究三维重构的热点。
TEM 模式下分别倾转( a) － 62°，( b) 0°，( c) + 60° Xplore 软件采集的二维图 像;d: பைடு நூலகம்构得到的三维模型Bar = 50 nm
实例2：表征材料显微组织之间的相对位置
在纳米管中填充金属颗粒相对改 善纳米管的性能有明显的作用。但 金属颗粒是否被真正填充到纳米管 中，还是附着在纳米管的表面，从 TEM 的形貌观察中无法确认。利 用三维重构，可以从不同角度观察 金属颗粒的位置，确定是否真正完 成了在纳米管中的填充。 通过合成的录像( movie) 可以明 显的判定金属颗粒包裹在碳纳米管 内部。
TEM 模式下分别倾转( a) － 60°，( b) 0°，( c) + 60° Xplore 软件采集的二维图 像;d: 重构得到的三维模型Bar = 50 nm
实例3: 表征材料显微组织结构内部孔道信息
简单的纳米空心球在TEM 下 通过调节得到合适的衬度可以显 示出空心的位置和尺寸，但观察 具有孔道的空心球时，孔道的结 构在二维的图像中就会掩盖空心 部分的显现，极易造成显微组织 结构信息判断的失误。通过三维 重构后利用Amira 软件模拟还 原三维立体图，就可以直观的反 映出空心球内部孔道信息。 样品为具有孔道结构、直径约 为150 nm 的二氧化硅球，经三 维重构后Amira 软件模拟出二 氧化硅球内部的孔道信息，如图 7e，二氧化硅球是空心的，孔道 分布呈现发散状，但不规则
TEM 三维重构的基本原理示意图
TEM 三维重构操作步骤
在纳米材料领域应用实例
实例1：表征材料的立体空间形貌－ 纳米球包裹纳米纤维
当合成纳米球并包裹纳米纤维 时，无法从TEM 的二维图片直观 地判断纳米纤维是否均匀的分布 在纳米球上，利用三维重构可以 从立体空间形貌上判断合成后材 料的均匀程度； 通过三维重构可以判断，样品 为海胆状、分布均匀的球，直径 100nm 左右，沿着球面均匀伸出 纳米线，纳米线的末 端接有纳米颗粒。
TEM 三维重构技术
TEM 三维重构技术是电子显微术、电子衍射与计算机图像处理相 结合而形成的一种有效且高分辨率的三维重构方法，用以表征材料三 维空间结构。 TEM 三维重构的基本原理基于中心截面定理：任何实空间的三维
物体沿电子束方向投影的傅立叶变换是该物体所对应的傅立叶空间中
通过中心且垂直于投影方向的一个截面，换言之，只要收集样品在不 同方向的投影或同一样品在不同角度的投影，对每张投影图进行傅立 叶变换，按照投影方向填充到三维傅里叶空间对应的切面，再进行反 傅立叶变换，就可得到实空间的三维结构。