电子探针图像系统的微机接口设计
前,世界上仍然使用着很多模拟图像系统的旧型电子探针和扫描电镜,仅国内就有数百台。它们的主机性能仍然良好,但使用单色CRT显示,没有图 像处理能力,图像质量不高,灰度分辨率不超过40级。基于这一缺陷,我们在地质矿产部科学技术司的资助下,研制了电子探针和扫描电镜的模拟图像系统与微形 计算机的接口,以实现这些仪器的升级改造。该接口基于微型机ISA总线,与电子探针或扫描电子显微镜的模拟图像扫描发生器同步工作,能够同时采集3路X射 线像,并可程控调节其对比度及辉度,能够分别采集二次电子像、背散射电子像和吸收电子像。所采集图像的空间分辨率达1024(×1.2)×1024,灰度 分辨率为256级,伪彩色显示,以BMP格式存盘,支持多种图像处理与分析软件。
采样时序发生电路
数字图像采样过程与电子探针或扫描电子显微镜的模拟图像扫描过程同步。以EMX-SM7型电子探针为例,其图像扫描发生器的扫描帧数分别为1、 3、5、9、17、33、65、129、∞,扫描行数分别为8、16、32、64、128、256、512、1024,行扫时间分别为16、40、80、 160、400、800、1600、4000、16000、40000、80000ms;测得扫描时序如图1所示,照像期间START信号为高电平,每帧 结束时YEND信号为低电平、持续时间为40ms,每行结束时BLANK信号(YEND和XEND的“与”)为低电平,持续时间为17—210ms。
采样时序发生电路由1MHz时钟源和8253可编程定时计数器等构成,如图2所示。8253定时计数器0工作在方式3,为定时计数器1和定时计 数器2提供时钟,时钟周期可在2—65536μs内选定。定时计数器1工作在方式0,用来对行扫时间进行计数测量。定时计数器2工作在方式3,用作采样时 钟。START、YEND、BLANK、SAMPLING及A/D转换状态信号通过74LS244接数据总线,供查询。
图像采集电路
数字信号取样于模拟信号。电子探针模拟图像系统信号流程如图3所示,各种电子像均为模拟信号,在CRT上用亮度来表现图像;而3路X射线像取自 鉴别器输出端,为脉冲信号,在CRT上用亮点的有无和疏密来表现图像。因此,从选择器(1)的输出端采集电子像,从计数率计的输出端采集X射线像。
图像采集电路由2片4运放LF347、1片8位8路电压输出D/A转换器AD7288、3片程控增益放大器AD526和1片8位8路输入高速A /D转换器AD7828等构成,如图4所示。3路X射线像信号为负极性,先经一级LF347转换极性,再经一级LF347与AD7228提供的参考电平相 减实现辉度调节,参考电平从0—5V分256级程控可调;差值信号经AD526放大实现对比度调节,程控放大倍数分别为×1、×2、×4、×8和×16; 然后信号到AD7828。电子像信号为双极性,经LF347与参考电平迭加转换为正极性;参考电平由AD7228经一级LF347反相提供,从-5—0V 分256级程控可调;然后信号也到AD7828。AD7828为单极性输入,最大输入电压为5V,转换时间为2.5μs,工作在查询方式,通过它获取8位 灰度数字图像。
软件
软件是用Visual C++在Windows环境下开发的,由图像采集、显示和存储3个功能模块组成,框图如图5所示。
在图像采集模块中,采集内容可以同时选择若干项。选中某路X射线像时,可以指定波长位置进行寻峰。采集条件栏下,行扫时间分11档,选定值的 1/8将作为8253定时计数器0的初值,设定方波频率。扫描行数分8档,选定值的1.2倍为每行的采样点数(样品扫描区域长宽比为(1.2∶1),行扫 期内定时计数器1的计数值与每行采样点数的比值将作为定时计数器2的初值,设定采样频率。放大倍数为仪器上模拟图像系统的放大倍数,整幅数字图像代表的样 品扫描区域为(12cm/放大倍数)×(10cm/放大倍数)。各路X射线像的辉度和对比度均需分别设定,与仪器上的cps量程配合使用。电子像只设定辉 度,与仪器上的辉度和对比度配合使用。在图像显示模块中,可以选择显示模式和调色板。在图像存储模块中,以BMP格式存盘,以支持多种图像处理与分析软件。
