LabVIEW開發(fā)圖像采集和圖像處理程序

掃描電子顯微鏡（SEM）是一種功能強(qiáng)大的工具，廣泛用于高分辨率的生物和半導(dǎo)體樣品檢測。然而，對(duì)于大面積或3D成像，SEM成像是一個(gè)耗時(shí)的過程。MBSEM旨在通過同時(shí)掃描多個(gè)像素來減少采集時(shí)間。MBSEM包含196個(gè)光束，所有電子束同時(shí)掃描來自光束的信號(hào)，分別引導(dǎo)到檢測平面，并使用YAG屏幕轉(zhuǎn)換為196個(gè)光“斑點(diǎn)”。?

使用快速相機(jī)“模擬”這樣的探測器陣列，需要一個(gè)強(qiáng)大的算法來進(jìn)行圖像處理和采集。使用LabVIEW??FPGA應(yīng)用程序和包含攝像頭和FPGA的硬件模塊，這是實(shí)時(shí)圖像處理和采集的絕佳平臺(tái)。有幾種操作模式可用于實(shí)現(xiàn)圖像處理算法：流式處理、離線或混合。系統(tǒng)架構(gòu)包含硬件模塊和軟件模塊（LabVIEW?Vision和LabVIEW?FPGA）。通過這種組合，能夠以每秒數(shù)千幀的速度從相機(jī)獲取所有圖像，并將它們發(fā)送到FPGA進(jìn)行處理。

MBSEM系統(tǒng)的硬件設(shè)置由一個(gè)攝像頭、一個(gè)NIPXI-6259和一個(gè)帶板載FPGA的NI?PCIe-1473R圖像采集卡組成。傳感器掃描時(shí)捕獲來自樣品的光（光子）。選擇了Optronis（CL600×2CMOS）相機(jī)，相機(jī)鏈接具有8位灰度級(jí)別。相機(jī)僅將ROI內(nèi)的像素發(fā)送到FPGA。NIPXI-6259將熱像儀與光束偏轉(zhuǎn)同步，直接或通過FPGA相機(jī)鏈路向相機(jī)發(fā)送同步信號(hào)。硬件架構(gòu)支持在線和離線圖像處理：通過FPGA進(jìn)行板載在線處理，以及使用保存在固態(tài)硬盤上的原始圖像進(jìn)行離線處理。

該軟件需要確定每個(gè)相機(jī)圖像中14×14個(gè)斑點(diǎn)的強(qiáng)度。每個(gè)電子束掃描位置都有一個(gè)相機(jī)圖像。在Matlab中創(chuàng)建掩模，以方便快速確定斑點(diǎn)強(qiáng)度，以及使用Xilinx系統(tǒng)發(fā)生器在LabVIEW中設(shè)計(jì)圖像處理算法。該算法在Xilinxvirtex-5LX100FPGA中實(shí)現(xiàn)。Xilinx系統(tǒng)發(fā)生器生成一個(gè)位文件，該文件可加載到FPGA中。

MBSEM成像軟件包括圖像預(yù)處理、掩碼創(chuàng)建、Blob處理和后處理。預(yù)處理使數(shù)據(jù)以合適的格式可用于處理，后處理使數(shù)據(jù)可讀用于MatLab或其他下游FPGA平臺(tái)。

圖像處理算法主要分為三個(gè)級(jí)別：低、中、高。低級(jí)算法對(duì)單個(gè)像素或鄰域進(jìn)行操作。中級(jí)算法將像素?cái)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為不同的表示形式。高級(jí)算法旨在使用來自另一個(gè)層次的信息從圖像中提取意義。因此，在從低級(jí)表示到高級(jí)表示的過程中，由于像素?cái)?shù)據(jù)更改為更具描述性的表示，可利用的并行性相應(yīng)減少。

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