CN114494028B - 粒子束成像降噪方法及装置 - Google Patents

Abstract

本公开实施例公开了粒子束成像降噪方法与装置。其中，粒子束成像降噪方法包括：使用粒子束对成像区域做行扫描，获取行扫描图像信号；在所述行扫描的有效时间内，从所述行扫描图像信号中获取所述行的第一图像信号；在所述行扫描的非有效时间内，从所述行扫描图像信号中获取所述行的噪声信号；根据所述行的噪声信号，获取所述行的平均噪声信号；根据所述行的第一图像信号和所述行的平均噪声信号，获取所述行的第二图像信号，从而对成像区域的噪声进行逐行估计和消除，噪声估计准确，能良好跟踪噪声在不同位置和不同时间的变化，有效提高成像质量。

Description

粒子束成像降噪方法及装置

技术领域

本公开涉及图像处理技术领域，具体涉及粒子束成像降噪方法及装置。

背景技术

粒子束成像被广泛用于多种检测、成像领域。例如，扫描电子显微镜目前被广泛应用于医学、材料、生物、电子等各个领域，其成像质量是其性能的主要体现方式，降低成像过程的噪声是改善其成像质量的关键。在现有扫描电子显微镜***中，通过对样品连续取得两张扫描电子显微镜图像，对两张图像进行减法运算，可以得到图像中所有像素的噪声值。对图像中所有像素的噪声值进行统计分析，得到噪声值方差，作为描述图像噪声的特征参数。

现有的电子显微镜降噪方法采用对图像整体进行处理、统一降噪，对所有的行均采用相同的处理方式，不能对不同行间不同的噪声特性进行区别化处理，对噪声的时变跟踪能力也较差。

发明内容

为了解决相关技术中的问题，本公开实施例提供粒子束成像降噪方法及装置。

第一方面，本公开实施例中提供了一种粒子束成像降噪方法，包括：使用粒子束对成像区域做行扫描，获取行扫描图像信号；

在所述行扫描的有效时间内，从所述行扫描图像信号中获取所述行的第一图像信号；

在所述行扫描的非有效时间内，从所述行扫描图像信号中获取所述行的噪声信号；

根据所述行的噪声信号，获取所述行的平均噪声信号；

根据所述行的第一图像信号和所述行的平均噪声信号，获取所述行的第二图像信号。

结合第一方面，本公开在第一方面的第一种实现方式中，所述行扫描的有效时间包括：

所述粒子束在所述行扫描的正向周期中，进入样品区域的时间；和/或

所述行扫描的非有效时间包括：

所述粒子束在所述行扫描的正向周期中，进入样品区域前的时间；和/或

所述粒子束在所述行扫描的反向周期中的时间。

结合第一方面，本公开在第一方面的第二种实现方式中，在所述行扫描的非有效时间内，从所述行扫描图像信号中获取所述行的噪声信号包括：

在所述行扫描的非有效时间内，消减所述粒子束，从所述行扫描图像信号中获取所述行的噪声信号；和/或

在所述行扫描的非有效时间内，偏折所述粒子束，从所述行扫描图像信号中获取所述行的噪声信号。

结合第一方面的第二种实现方式，本公开在第一方面的第三种实现方式中，所述消减所述粒子束包括：

在所述粒子束进入所述成像区域的通道上吸收所述粒子束，使所述粒子束无法到达所述成像区域；和/或

在所述粒子束进入所述成像区域的通道上反射所述粒子束，使所述粒子束无法到达所述成像区域；和/或

在所述粒子束进入所述成像区域的通道上散射所述粒子束，使所述粒子束无法到达所述成像区域。

结合第一方面的第二种实现方式，本公开在第一方面的第四种实现方式中，所述偏折所述粒子束包括：

在所述粒子束进入所述成像区域的通道上使用电场和/或磁场偏折所述粒子束，使所述粒子束无法到达所述成像区域。

结合第一方面，本公开在第一方面的第五种实现方式中，所述根据所述行的噪声信号，获取所述行的平均噪声信号包括：

对所述行的噪声信号进行积分处理，获取所述行的平均噪声信号；或

对所述行的噪声信号进行均值滤波处理，获取所述行的平均噪声信号。

结合第一方面，本公开在第一方面的第六种实现方式中，所述根据所述行的第一图像信号和所述行的平均噪声信号，获取所述行的第二图像信号包括：

对所述行的第一图像信号进行保持操作，得到所述行的第三图像信号；

从所述行的第三图像信号中消减所述行的平均噪声信号，得到所述行的第二图像信号。

结合第一方面的第六种实现方式，本公开在第一方面的第七种实现方式中，所述从所述行的第三图像信号中消减所述行的平均噪声信号包括：

使用卡尔曼滤波处理，从所述行的第三图像信号中消减所述行的平均噪声信号。

结合第一方面，本公开在第一方面的第八种实现方式中，在所述行扫描的有效时间内，从所述行扫描图像信号中获取所述行的第一图像信号之前，还包括：

将所述行扫描图像信号由模拟信号转换为数字信号。

结合第一方面，本公开在第一方面的第九种实现方式中，还包括：

将所述第二图像信号由模拟信号转换为数字信号。

第二方面，本公开实施例中提供了一种粒子束成像降噪装置，包括：

行扫描图像信号获取模块，被配置为使用粒子束对成像区域做行扫描，获取行扫描图像信号；

第一图像信号获取模块，被配置为在所述行扫描的有效时间内，从所述行扫描图像信号中获取所述行的第一图像信号；

噪声信号获取模块，被配置为在所述行扫描的非有效时间内，从所述行扫描图像信号中获取所述行的噪声信号；

平均噪声信号获取模块，被配置为根据所述行的噪声信号，获取所述行的平均噪声信号；

第二图像信号获取模块，被配置为根据所述行的第一图像信号和所述行的平均噪声信号，获取所述行的第二图像信号。

结合第二方面，本公开在第二方面的第一种实现方式中，所述行扫描的有效时间包括：

所述粒子束在所述行扫描的正向周期中，进入样品区域的时间；和/或

所述行扫描的非有效时间包括：

所述粒子束在所述行扫描的正向周期中，进入样品区域前的时间；和/或

所述粒子束在所述行扫描的反向周期中的时间。

结合第二方面，本公开在第二方面的第二种实现方式中，所述噪声信号获取模块包括：

粒子束消减子模块，被配置为在所述行扫描的非有效时间内，消减所述粒子束，从所述行扫描图像信号中获取所述行的噪声信号；和/或

粒子束偏折子模块，被配置为在所述行扫描的非有效时间内，偏折所述粒子束，从所述行扫描图像信号中获取所述行的噪声信号。

结合第二方面的第二种实现方式，本公开在第二方面的第三种实现方式中，所述消减所述粒子束包括：

在所述粒子束进入所述成像区域的通道上吸收所述粒子束，使所述粒子束无法到达所述成像区域；和/或

在所述粒子束进入所述成像区域的通道上反射所述粒子束，使所述粒子束无法到达所述成像区域；和/或

在所述粒子束进入所述成像区域的通道上散射所述粒子束，使所述粒子束无法到达所述成像区域。

结合第二方面的第二种实现方式，本公开在第二方面的第四种实现方式中，所述偏折所述粒子束包括：

在所述粒子束进入所述成像区域的通道上使用电场和/或磁场偏折所述粒子束，使所述粒子束无法到达所述成像区域。

结合第二方面，本公开在第二方面的第五种实现方式中，所述平均噪声信号获取模块包括：

积分处理子模块，被配置为对所述行的噪声信号进行积分处理，获取所述行的平均噪声信号；或

均值滤波处理子模块，被配置为对所述行的噪声信号进行均值滤波处理，获取所述行的平均噪声信号。

结合第二方面，本公开在第二方面的第六种实现方式中，所述第二图像信号获取模块包括：

第三图像信号获取子模块，被配置为对所述行的第一图像信号进行保持操作，得到所述行的第三图像信号；

平均噪声信号消减子模块，被配置为从所述行的第三图像信号中消减所述行的平均噪声信号，得到所述行的第二图像信号。

结合第二方面的第六种实现方式，本公开在第二方面的第七种实现方式中，所述从所述行的第三图像信号中消减所述行的平均噪声信号包括：

使用卡尔曼滤波处理，从所述行的第三图像信号中消减所述行的平均噪声信号。

结合第二方面，本公开在第二方面的第八种实现方式中，在所述行扫描的有效时间内，从所述行扫描图像信号中获取所述行的第一图像信号之前，还包括：

第一模数转换模块，被配置为将所述行扫描图像信号由模拟信号转换为数字信号。

结合第二方面，本公开在第二方面的第九种实现方式中，还包括：

第二模数转换模块，被配置为将所述第二图像信号由模拟信号转换为数字信号。

本公开实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

根据本公开实施例提供的技术方案，通过使用粒子束对成像区域做行扫描，获取行扫描图像信号；在所述行扫描的有效时间内，从所述行扫描图像信号中获取所述行的第一图像信号；在所述行扫描的非有效时间内，从所述行扫描图像信号中获取所述行的噪声信号；根据所述行的噪声信号，获取所述行的平均噪声信号；根据所述行的第一图像信号和所述行的平均噪声信号，获取所述行的第二图像信号，从而对成像区域的噪声进行逐行估计和消除，噪声估计准确，能良好跟踪噪声在不同位置和不同时间的变化，有效提高成像质量。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

结合附图，通过以下非限制性实施方式的详细描述，本公开的其它特征、目的和优点将变得更加明显。在附图中：

图1a示出根据本公开一实施方式的粒子束成像降噪方法的实施场景的示例性示意图；

图1b示出根据本公开一实施方式的粒子束成像降噪方法的实施场景的示例性示意图；

图1c示出根据本公开一实施方式的粒子束成像降噪方法的实施场景的示例性示意图；

图2示出根据本公开一实施方式的粒子束成像降噪方法的流程图；

图3示出根据图2所示实施方式中的步骤S203的流程图；

图4示出根据本公开另一实施方式的粒子束成像降噪方法的流程图；

图5示出根据本公开又一实施方式的粒子束成像降噪方法的流程图；

图6示出根据本公开一实施方式的粒子束成像降噪装置的结构框图。

具体实施方式

下文中，将参考附图详细描述本公开的示例性实施方式，以使本领域技术人员可容易地实现它们。此外，为了清楚起见，在附图中省略了与描述示例性实施方式无关的部分。

在本公开中，应理解，诸如“包括”或“具有”等的术语旨在指示本说明书中所公开的标签、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合的存在，并且不欲排除一个或多个其他标签、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合存在或被添加的可能性。

另外还需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的标签可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。

粒子束成像被广泛用于多种检测、成像领域。例如，扫描电子显微镜目前被广泛应用于医学、材料、生物、电子等各个领域，其成像质量是其性能的主要体现方式，降低成像过程的噪声是改善其成像质量的关键。

在现有扫描电子显微镜***中，通过对样品连续取得两张扫描电子显微镜图像，对两张图像进行减法运算，可以得到图像中所有像素的噪声值。对图像中所有像素的噪声值进行统计分析，得到噪声值方差，作为描述图像噪声的特征参数。以该噪声特征参数为目标函数，对扫描电子显微镜图像包括光点大小、物距、扫描时间在内的照相参数进行优化，最后得到低噪声的数字图像。

通过对与采集的图像帧相关联的行和列值应用频谱变换，可以选择性地减少与噪声相关联的基函数分量，以提供经调整的行和列值。经调整的行和列值可以用于生成行和列偏移项，以高效且有效的方式从所采集的图像中有效地滤除噪声。

现有的电子显微镜降噪方法采用对图像整体进行处理、统一降噪，对所有的行均采用相同的处理方式，不能对不同行间不同的噪声特性进行区别化处理，对噪声的时变跟踪能力也较差。

本领域普通技术人员可以理解，除了扫描电子显微镜，其它类型的电子显微镜、质子成像***等其它粒子束成像***也面临相同或相似的问题。

为了解决上述问题，本公开提出一种粒子束成像降噪方法及装置。

图1a示出根据本公开一实施方式的粒子束成像降噪方法的实施场景的示例性示意图。

在本公开的实施例中，图1a以扫描电子显微镜的电子束为例作为说明。本公开并不仅限于电子束，还可以应用于质子束等其它粒子束，本公开对此不做限定。本领域普通技术人员可以理解，图1a是粒子束成像降噪方法的实施场景的示例性示意图，并不构成对本公开的限制。

如图1a所示，在成像区域101中包括样品区域102。电子束在成像区域101中进行“Z”字形行扫描，并穿过样品区域102。电子束的行扫描周期包括正向周期103和反向周期104。正向周期103中进入样品区域102的部分1032构成行扫描的有效时间；正向周期103中进入样品区域102之前的部分1031和反向周期104构成行扫描的非有效时间。

在电子束的整个行扫描周期中，扫描电子显微镜的探测器上均有噪声。在行扫描的有效时间内，扫描电子显微镜的探测器接收由样品成像的电子束，输出含噪声样品图像信号。在行扫描的非有效时间内，电子束被吸收、反射、散射或者偏折，扫描电子显微镜的探测器无法检测到由样品成像的电子束，输出噪声信号。

在本公开的实施例中，在行扫描的非有效时间内，可以使用能吸收和/或散射和/或反射电子束的物质置于电子束射向成像区域101的通路中，使得电子束无法到达成像区域101。也可以使用磁线圈产生磁场，和/或使用极板产生电场，使电子束发生偏折，使得电子束无法到达成像区域101。本领域普通技术人员可以理解，还可以采用其它方式使得电子束无法到达成像区域101，本公开对此不做限定。

在本公开的实施例中，对非有效时间内获取的噪声进行平均处理后，得到一行内的平均噪声信号。由非有效时间内获取的噪声得到一行内的平均噪声信号，可以使用积分处理方式，也可以采用例如卡尔曼滤波、维纳滤波等的均值滤波器处理方式，本公开对此不做限定。

在本公开的实施例中，对含噪声样品图像信号进行图像保持操作，获得图像保持后的含噪声样品图像信号。上述对非有效时间内获取的噪声的平均处理需要一定时间，图像保持操作可以补偿对非有效时间内获取的噪声的平均处理所耗费的时间，使得一行内的平均噪声信号与图像保持后的含噪声样品图像信号在时间上同步，以方便后续降噪处理。

本领域普通技术人员可以理解，图像保持操作可以使用模拟延时线的方式实现，或者数字缓存的方式实现，或者其它方式实现，本公开对此不作限定。

在本公开的实施例中，使用一行内的平均噪声信号对图像保持后的含噪声样品图像信号进行降噪处理，则得到降噪后样品图像信号。降噪处理可以采用卡尔曼滤波方式、分数阶卡尔曼滤波方式，或者其它降噪图像信号处理方式，本公开对此不做限定。

本领域普通技术人员可以理解，根据使用场景不同，除了对行扫描的逐行计算噪声均值并对含噪声样品图像信号进行降噪处理，还可以2行、3行等多行作为单位，计算噪声均值并对含噪声样品图像信号进行降噪处理，本公开对此不作限定。当2行、3行等多行区域内，噪声特征一致时，可以对多行的非有效时间内获取的噪声进行统一处理，获取多行内的平均噪声信号。由于噪声信号数据较多，平均噪声信号的计算更为准确。然后，可以使用多行内的平均噪声信号，对图像保持后的多行内含噪声样品图像信号进行降噪处理。

在本公开的实施例中，可以采用模拟方式得到一行内噪声的均值并对含噪声样品图像信号进行降噪处理，也可以采用数字信号处理方式得到一行内噪声的均值并对含噪声样品图像信号进行降噪处理，本公开对此不作限定。

图1b示出根据本公开一实施方式的粒子束成像降噪方法的实施场景的示例性示意图。本领域普通技术人员可以理解，图1b是粒子束成像降噪方法的实施场景的示例性示意图，并不构成对本公开的限制。

如图1b所示，扫描电子显微镜111的探测器112输出行扫描图像信号。行扫描图像信号可以是扫描电子显微镜111进行一行的行扫描之后，由探测器112输出的图像信号。信号提取113在行扫描的非有效时间内，从行扫描图像信号中提取噪声信号；在行扫描的有效时间内，从行扫描图像信号中提取含噪声样品图像信号。参照图1a，在行扫描的非有效时间内，可以使用能吸收和/或散射和/或反射电子束的物质置于电子束射向成像区域101的通路中，使得电子束无法到达成像区域101，从而从行扫描图像信号中提取噪声信号；也可以使用磁线圈产生磁场，和/或使用极板产生电场，使电子束发生偏折，使得电子束无法到达成像区域101，从而从行扫描图像信号中提取噪声信号。本领域普通技术人员可以理解，还可以采用其它方式使得电子束无法到达成像区域101，本公开对此不做限定。

在本公开的实施例中，平均噪声估计114对噪声信号进行平均处理，得到一行内的平均噪声信号。可以使用电容器对噪声信号进行积分处理，得到得到一行内的平均噪声信号。本领域普通技术人员可以理解，也可以采用其它模拟电路方式对噪声信号进行平均处理，得到一行内的平均噪声信号，本公开对此不作限定。

在本公开的实施例中，图像保持115对含噪声样品图像信号进行图像保持处理，得到图像保持后的含噪声样品图像信号。可以使用模拟延时线进行图像保持，或者其它方式进行图像保持，本公开对此不作限制。

降噪处理116处理一行内的平均噪声信号和图像保持后的含噪声样品图像信号，得到降噪后样品图像信号。降噪处理116可以采用减法电路器、卡尔曼滤波器，或其它方式实现，本公开对此不作限定。

在本公开的实施例中，上述信号提取113、平均噪声估计114、图像保持115、降噪处理116均在模拟域进行，得到模拟域的降噪后样品图像信号。模数转换117对模拟域的降噪后样品图像信号进行模数转换，得到数字域的降噪后样品图像信号，以便存储或者传输。

图1c示出根据本公开一实施方式的粒子束成像降噪方法的实施场景的示例性示意图。本领域普通技术人员可以理解，图1c是粒子束成像降噪方法的实施场景的示例性示意图，并不构成对本公开的限制。

图1c中包括和图1b相同的扫描电子显微镜111、探测器112。

如图1c所示，扫描电子显微镜111的探测器112输出行扫描图像信号。

在本公开的实施例中，模数转换121对模拟域的行扫描图像信号进行模数转换，得到数字域的行扫描图像信号。模数转换121后的各项处理均在数字域进行，从而提高灵活性。

在本公开的实施例中，信号提取122在行扫描的非有效时间内，从数字域的行扫描图像信号中提取噪声信号；在行扫描的有效时间内，从数字域的行扫描图像信号中提取含噪声样品图像信号。参照图1a，在行扫描的非有效时间内，可以使用能吸收和/或散射和/或反射电子束的物质置于电子束射向成像区域101的通路中，使得电子束无法到达成像区域101，从而从行扫描图像信号中提取噪声信号；也可以使用磁线圈产生磁场，和/或使用极板产生电场，使电子束发生偏转，使得电子束无法到达成像区域101，从而从行扫描图像信号中提取噪声信号。本领域普通技术人员可以理解，还可以采用其它方式使得电子束无法到达成像区域101，本公开对此不做限定。

在本公开的实施例中，平均噪声估计123对噪声信号进行平均处理，得到一行内的平均噪声信号。平均噪声估计123可以采用离散积分运算，或者卡尔曼滤波器，或者维纳滤波器，或者其它平均处理方式实现，本公开对此不作限定。

在本公开的实施例中，例如数字缓存的图像保持124对含噪声样品图像信号进行图像保持处理，得到图像保持后的含噪声样品图像信号。降噪处理125处理一行内的平均噪声信号和图像保持后的含噪声样品图像信号，得到降噪后样品图像信号。降噪处理125可以采用卡尔曼滤波器，分数阶卡尔曼滤波器或其它方式实现，本公开对此不作限定。降噪后样品图像信号是数字域信号，以便存储或者传输。

图2示出根据本公开一实施方式的粒子束成像降噪方法的流程图。如图2所示，粒子束成像降噪方法包括步骤S201、S202、S203、S204、S205。

在步骤S201中，使用粒子束对成像区域做行扫描，获取行扫描图像信号。

在步骤S202中，在所述行扫描的有效时间内，从所述行扫描图像信号中获取所述行的第一图像信号。

在步骤S203中，在所述行扫描的非有效时间内，从所述行扫描图像信号中获取所述行的噪声信号。

在步骤S204中，根据所述行的噪声信号，获取所述行的平均噪声信号。

在步骤S205中，根据所述行的第一图像信号和所述行的平均噪声信号，获取所述行的第二图像信号。

在本公开的实施例中，行扫描图像信号可以是扫描电子显微镜进行一行的行扫描之后，由探测器输出的图像信号。在行扫描的有效时间内，可以从行扫描图像信号中获取行的例如含噪声样品图像信号的第一图像信号。在行扫描的非有效时间内，可以从行扫描图像信号中获取行的噪声信号。对行的噪声信号进行平均处理，得到行的平均噪声信号。使用行的平均噪声信号对含噪声样品图像信号进行降噪处理，得到行的例如降噪后样品图像信号的第二图像信号。本领域普通技术人员可以理解，粒子束可以是扫描电子显微镜的电子束，也可以是其它粒子束，本公开对此不作限定。

根据本公开实施例提供的技术方案，通过使用粒子束对成像区域做行扫描，获取行扫描图像信号；在所述行扫描的有效时间内，从所述行扫描图像信号中获取所述行的第一图像信号；在所述行扫描的非有效时间内，从所述行扫描图像信号中获取所述行的噪声信号；根据所述行的噪声信号，获取所述行的平均噪声信号；根据所述行的第一图像信号和所述行的平均噪声信号，获取所述行的第二图像信号，从而对成像区域的噪声进行逐行估计和消除，噪声估计准确，能良好跟踪噪声在不同位置和不同时间的变化，有效提高成像质量。

在本公开的实施例中，行扫描的有效时间可以包括粒子束在所述行扫描的正向周期中，进入样品区域的时间；行扫描的非有效时间可以包括：所述粒子束在所述行扫描的正向周期中，进入样品区域前的时间和/或所述粒子束在所述行扫描的反向周期中的时间。对扫描的每一行，均设置了扫描的有效时间和行扫描的非有效时间，可以逐行对噪声进行估计，良好跟踪成像区域不同位置的噪声和不同时间的噪声。

根据本公开实施例提供的技术方案，通过所述行扫描的有效时间包括：所述粒子束在所述行扫描的正向周期中，进入样品区域的时间；和/或所述行扫描的非有效时间包括：所述粒子束在所述行扫描的正向周期中，进入样品区域前的时间；和/或所述粒子束在所述行扫描的反向周期中的时间，从而逐行利用行扫描的非有效时间，获得无样品信息的噪声信号，良好跟踪噪声在不同位置和不同时间的变化，提高噪声估计精度。

图3示出根据图2所示实施方式中的步骤S203的流程图。如图3所示，图2中的步骤S203包括：步骤S301、S302。

在步骤S301中，在所述行扫描的非有效时间内，消减所述粒子束，从所述行扫描图像信号中获取所述行的噪声信号。

在步骤S302中，在所述行扫描的非有效时间内，偏折所述粒子束，从所述行扫描图像信号中获取所述行的噪声信号。

本领域普通技术人员可以理解，步骤S301、S302中的操作可以任意选择一个使用，也可以同时使用，本公开对此不作限定。

在本公开的实施例中，可以在行扫描的非有效时间内采用消减和/或偏折粒子束的方式，防止粒子束在行扫描的非有效时间内到达成像区域，进而从行扫描图像信号中获取行的准确噪声信号。

根据本公开实施例提供的技术方案，通过在所述行扫描的非有效时间内，从所述行扫描图像信号中获取所述行的噪声信号包括：在所述行扫描的非有效时间内，消减所述粒子束，从所述行扫描图像信号中获取所述行的噪声信号；和/或在所述行扫描的非有效时间内，偏折所述粒子束，从所述行扫描图像信号中获取所述行的噪声信号，从而防止粒子束在行扫描的非有效时间内到达成像区域，获取准确的噪声信号。

在本公开的实施例中，可以在所述粒子束进入所述成像区域的通道上设置吸收和/或反射和/或散射粒子束的物质，从而消减粒子束，使粒子束无法到达成像区域。

根据本公开实施例提供的技术方案，通过所述消减所述粒子束包括：在所述粒子束进入所述成像区域的通道上吸收所述粒子束，使所述粒子束无法到达所述成像区域；和/或在所述粒子束进入所述成像区域的通道上反射所述粒子束，使所述粒子束无法到达所述成像区域；和/或在所述粒子束进入所述成像区域的通道上散射所述粒子束，使所述粒子束无法到达所述成像区域，从而获取准确的噪声信号。

在本公开的实施例中，可以使用线圈产生磁场，和/或极板产生电场，使得粒子束偏折而无法达到成像区域。

根据本公开实施例提供的技术方案，通过所述偏折所述粒子束包括：在所述粒子束进入所述成像区域的通道上使用电场和/或磁场偏折所述粒子束，使所述粒子束无法到达所述成像区域，从而获取准确的噪声信号。

在本公开的实施例中，可以使用模拟域或者数字域的积分处理或例如卡尔曼滤波、维纳滤波的均值滤波处理方式，由行的噪声信号得到行的平均噪声信号。本领域普通技术人员可以理解，还可以采用其它模拟或者数字域的均值滤波器方式实现，本公开对此不作限定。

根据本公开实施例提供的技术方案，通过所述根据所述行的噪声信号，获取所述行的平均噪声信号包括：对所述行的噪声信号进行积分处理，获取所述行的平均噪声信号；或对所述行的噪声信号进行均值滤波处理，获取所述行的平均噪声信号，从而获得准确的行的平均噪声，跟踪不同区域、不同时间的行的平均噪声。

在本公开的实施例中，可以对例如含噪声样品图像信号的第一图像信号进行保持操作，得到例如图像保持后的含噪声样品图像信号的第三图像信号，再与行的平均噪声信号进行处理而消减噪声，得到例如降噪后样品图像信号的第二图像信号。

根据本公开实施例提供的技术方案，通过所述根据所述行的第一图像信号和所述行的平均噪声信号，获取所述行的第二图像信号包括：对所述行的第一图像信号进行保持操作，得到所述行的第三图像信号；从所述行的第三图像信号中消减所述行的平均噪声信号，得到所述行的第二图像信号，从而使得第三图像信号与行的平均噪声信号保持同步，准确地进行噪声消除，提高成像质量。

在本公开的实施例中，可以使用卡尔曼滤波处理，从例如图像保持后的含噪声样品图像信号的第三图像信号中消减行的平均噪声信号。本领域普通技术人员可以理解，卡尔曼滤波可以在模拟域实现，也可以在数字域实现，也可以采用例如分数阶卡尔曼滤波的其它滤波器方式，本公开对此不作限定。

根据本公开实施例提供的技术方案，通过所述从所述行的第三图像信号中消减所述行的平均噪声信号包括：使用卡尔曼滤波处理，从所述行的第三图像信号中消减所述行的平均噪声信号，从而有效跟踪不同行、不同时间的行的平均噪声，降低行中噪声对图像质量的不利影响，提高图像质量。

图4示出根据本公开另一实施方式的粒子束成像降噪方法的流程图。图4中除了包括和图2中相同的步骤S201、S202、S203、S204、S205，还包括步骤S401。

在步骤S401中，将所述行扫描图像信号由模拟信号转换为数字信号。

在本公开的实施例中，可以将探测器输出的行扫描图像信号由模拟域转换到数字域，后续处理均在数字域进行，从而提高灵活性。

根据本公开实施例提供的技术方案，通过在所述行扫描的有效时间内，从所述行扫描图像信号中获取所述行的第一图像信号之前，还包括：将所述行扫描图像信号由模拟信号转换为数字信号，从而在数字域实现大部分处理，提高灵活性。

图5示出根据本公开又一实施方式的粒子束成像降噪方法的流程图。图5中除了包括和图2中相同的步骤S201、S202、S203、S204、S205，还包括步骤S501。

在步骤S501中，将所述第二图像信号由模拟信号转换为数字信号。

在本公开的实施例中，可以在所有处理完成之后，将例如降噪后样品图像信号的第二图像信号从模拟域转换到数字域，利于降噪后样品图像信号的存储和传输。

根据本公开实施例提供的技术方案，通过还包括：将所述第二图像信号由模拟信号转换为数字信号，从而将降噪后样品图像信号转换到数字域，利于存储和传输。

图6示出根据本公开一实施方式的粒子束成像降噪装置的结构框图。

如图6所示，粒子束成像降噪装置600包括：行扫描图像信号获取模块601、第一图像信号获取模块602、噪声信号获取模块603、平均噪声信号获取模块604、第二图像信号获取模块605。

行扫描图像信号获取模块601被配置为使用粒子束对成像区域做行扫描，获取行扫描图像信号；

第一图像信号获取模块602被配置为在所述行扫描的有效时间内，从所述行扫描图像信号中获取所述行的第一图像信号；

噪声信号获取模块603被配置为在所述行扫描的非有效时间内，从所述行扫描图像信号中获取所述行的噪声信号；

平均噪声信号获取模块604被配置为根据所述行的噪声信号，获取所述行的平均噪声信号；

第二图像信号获取模块605被配置为根据所述行的第一图像信号和所述行的平均噪声信号，获取所述行的第二图像信号。

根据本公开实施例提供的技术方案，通过行扫描图像信号获取模块，被配置为使用粒子束对成像区域做行扫描，获取行扫描图像信号；第一图像信号获取模块，被配置为在所述行扫描的有效时间内，从所述行扫描图像信号中获取所述行的第一图像信号；噪声信号获取模块，被配置为在所述行扫描的非有效时间内，从所述行扫描图像信号中获取所述行的噪声信号；平均噪声信号获取模块，被配置为根据所述行的噪声信号，获取所述行的平均噪声信号；第二图像信号获取模块，被配置为根据所述行的第一图像信号和所述行的平均噪声信号，获取所述行的第二图像信号，从而对成像区域的噪声进行逐行估计和消除，噪声估计准确，能良好跟踪噪声在不同位置和不同时间的变化，有效提高成像质量。

根据本公开实施例提供的技术方案，通过所述行扫描的有效时间包括：所述粒子束在所述行扫描的正向周期中，进入样品区域的时间；和/或所述行扫描的非有效时间包括：所述粒子束在所述行扫描的正向周期中，进入样品区域前的时间；和/或所述粒子束在所述行扫描的反向周期中的时间，从而逐行利用行扫描的非有效时间，获得无样品信息的噪声信号，良好跟踪噪声在不同位置和不同时间的变化，提高噪声估计精度。

根据本公开实施例提供的技术方案，通过所述噪声信号获取模块包括：粒子束消减子模块，被配置为在所述行扫描的非有效时间内，消减所述粒子束，从所述行扫描图像信号中获取所述行的噪声信号；和/或粒子束偏折子模块，被配置为在所述行扫描的非有效时间内，偏折所述粒子束，从所述行扫描图像信号中获取所述行的噪声信号，从而防止粒子束在行扫描的非有效时间内到达成像区域，获取准确的噪声信号。

根据本公开实施例提供的技术方案，通过所述消减所述粒子束包括：在所述粒子束进入所述成像区域的通道上吸收所述粒子束，使所述粒子束无法到达所述成像区域；和/或在所述粒子束进入所述成像区域的通道上反射所述粒子束，使所述粒子束无法到达所述成像区域；和/或在所述粒子束进入所述成像区域的通道上散射所述粒子束，使所述粒子束无法到达所述成像区域，从而获取准确的噪声信号。

根据本公开实施例提供的技术方案，通过所述偏折所述粒子束包括：在所述粒子束进入所述成像区域的通道上使用电场和/或磁场偏折所述粒子束，使所述粒子束无法到达所述成像区域，从而获取准确的噪声信号。

根据本公开实施例提供的技术方案，通过所述平均噪声信号获取模块包括：积分处理子模块，被配置为对所述行的噪声信号进行积分处理，获取所述行的平均噪声信号；或均值滤波处理子模块，被配置为对所述行的噪声信号进行均值滤波处理，获取所述行的平均噪声信号，从而获得准确的行的平均噪声，跟踪不同区域、不同时间的行的平均噪声。

根据本公开实施例提供的技术方案，通过所述第二图像信号获取模块包括：第三图像信号获取子模块，被配置为对所述行的第一图像信号进行保持操作，得到所述行的第三图像信号；平均噪声信号消减子模块，被配置为从所述行的第三图像信号中消减所述行的平均噪声信号，得到所述行的第二图像信号，从而使得第三图像信号与行的平均噪声信号保持同步，准确地进行噪声消除，提高成像质量。

根据本公开实施例提供的技术方案，通过所述从所述行的第三图像信号中消减所述行的平均噪声信号包括：使用卡尔曼滤波处理，从所述行的第三图像信号中消减所述行的平均噪声信号，从而有效跟踪不同行、不同时间的行的平均噪声，降低行中噪声对图像质量的不利影响，提高图像质量。

根据本公开实施例提供的技术方案，通过在所述行扫描的有效时间内，从所述行扫描图像信号中获取所述行的第一图像信号之前，还包括：第一模数转换模块，被配置为将所述行扫描图像信号由模拟信号转换为数字信号，从而在数字域实现大部分处理，提高灵活性。

根据本公开实施例提供的技术方案，通过还包括：第二模数转换模块，被配置为将所述第二图像信号由模拟信号转换为数字信号，从而将降噪后样品图像信号转换到数字域，利于存储和传输。

附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施方式的***、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，路程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

描述于本公开实施方式中所涉及到的单元或模块可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。所描述的单元或模块也可以设置在处理器中，这些单元或模块的名称在某种情况下并不构成对该单元或模块本身的限定。

作为另一方面，本公开还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施方式中所述节点中所包含的计算机可读存储介质；也可以是单独存在，未装配入设备中的计算机可读存储介质。计算机可读存储介质存储有一个或者一个以上程序，所述程序被一个或者一个以上的处理器用来执行描述于本公开的方法。

以上描述仅为本公开的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (16)

1.一种粒子束成像降噪方法，包括：

使用粒子束对成像区域做行扫描，获取行扫描图像信号；

在所述行扫描的有效时间内，从所述行扫描图像信号中获取所述行的第一图像信号；

在所述行扫描的非有效时间内，从所述行扫描图像信号中获取所述行的噪声信号；

根据所述行的噪声信号，获取所述行的平均噪声信号；

根据所述行的第一图像信号和所述行的平均噪声信号，获取所述行的第二图像信号；

其中，所述行扫描的有效时间包括：

所述粒子束在所述行扫描的正向周期中，进入样品区域的时间；和/或

所述行扫描的非有效时间包括：

所述粒子束在所述行扫描的正向周期中，进入样品区域前的时间；和/或

所述粒子束在所述行扫描的反向周期中的时间；

所述在所述行扫描的非有效时间内，从所述行扫描图像信号中获取所述行的噪声信号包括：

在所述行扫描的非有效时间内，消减所述粒子束，从所述行扫描图像信号中获取所述行的噪声信号；和/或

在所述行扫描的非有效时间内，偏折所述粒子束，从所述行扫描图像信号中获取所述行的噪声信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述消减所述粒子束包括：

在所述粒子束进入所述成像区域的通道上吸收所述粒子束，使所述粒子束无法到达所述成像区域；和/或

在所述粒子束进入所述成像区域的通道上反射所述粒子束，使所述粒子束无法到达所述成像区域；和/或

在所述粒子束进入所述成像区域的通道上散射所述粒子束，使所述粒子束无法到达所述成像区域。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述偏折所述粒子束包括：

在所述粒子束进入所述成像区域的通道上使用电场和/或磁场偏折所述粒子束，使所述粒子束无法到达所述成像区域。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述行的噪声信号，获取所述行的平均噪声信号包括：

对所述行的噪声信号进行积分处理，获取所述行的平均噪声信号；或

对所述行的噪声信号进行均值滤波处理，获取所述行的平均噪声信号。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述行的第一图像信号和所述行的平均噪声信号，获取所述行的第二图像信号包括：

对所述行的第一图像信号进行保持操作，得到所述行的第三图像信号；

从所述行的第三图像信号中消减所述行的平均噪声信号，得到所述行的第二图像信号。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述从所述行的第三图像信号中消减所述行的平均噪声信号包括：

使用卡尔曼滤波处理，从所述行的第三图像信号中消减所述行的平均噪声信号。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述行扫描的有效时间内，从所述行扫描图像信号中获取所述行的第一图像信号之前，还包括：

将所述行扫描图像信号由模拟信号转换为数字信号。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

将所述第二图像信号由模拟信号转换为数字信号。

9.一种粒子束成像降噪装置，包括：

行扫描图像信号获取模块，被配置为使用粒子束对成像区域做行扫描，获取行扫描图像信号；

第一图像信号获取模块，被配置为在所述行扫描的有效时间内，从所述行扫描图像信号中获取所述行的第一图像信号；

噪声信号获取模块，被配置为在所述行扫描的非有效时间内，从所述行扫描图像信号中获取所述行的噪声信号；

平均噪声信号获取模块，被配置为根据所述行的噪声信号，获取所述行的平均噪声信号；

第二图像信号获取模块，被配置为根据所述行的第一图像信号和所述行的平均噪声信号，获取所述行的第二图像信号；

其中，所述行扫描的有效时间包括：

所述粒子束在所述行扫描的正向周期中，进入样品区域的时间；和/或

所述行扫描的非有效时间包括：

所述粒子束在所述行扫描的正向周期中，进入样品区域前的时间；和/或

所述粒子束在所述行扫描的反向周期中的时间；

所述噪声信号获取模块包括：

粒子束消减子模块，被配置为在所述行扫描的非有效时间内，消减所述粒子束，从所述行扫描图像信号中获取所述行的噪声信号；和/或

粒子束偏折子模块，被配置为在所述行扫描的非有效时间内，偏折所述粒子束，从所述行扫描图像信号中获取所述行的噪声信号。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述消减所述粒子束包括：

在所述粒子束进入所述成像区域的通道上吸收所述粒子束，使所述粒子束无法到达所述成像区域；和/或

在所述粒子束进入所述成像区域的通道上反射所述粒子束，使所述粒子束无法到达所述成像区域；和/或

在所述粒子束进入所述成像区域的通道上散射所述粒子束，使所述粒子束无法到达所述成像区域。

11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述偏折所述粒子束包括：

在所述粒子束进入所述成像区域的通道上使用电场和/或磁场偏折所述粒子束，使所述粒子束无法到达所述成像区域。

12.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述平均噪声信号获取模块包括：

积分处理子模块，被配置为对所述行的噪声信号进行积分处理，获取所述行的平均噪声信号；或

均值滤波处理子模块，被配置为对所述行的噪声信号进行均值滤波处理，获取所述行的平均噪声信号。

13.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第二图像信号获取模块包括：

第三图像信号获取子模块，被配置为对所述行的第一图像信号进行保持操作，得到所述行的第三图像信号；

平均噪声信号消减子模块，被配置为从所述行的第三图像信号中消减所述行的平均噪声信号，得到所述行的第二图像信号。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述从所述行的第三图像信号中消减所述行的平均噪声信号包括：

使用卡尔曼滤波处理，从所述行的第三图像信号中消减所述行的平均噪声信号。

15.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，在所述行扫描的有效时间内，从所述行扫描图像信号中获取所述行的第一图像信号之前，还包括：

第一模数转换模块，被配置为将所述行扫描图像信号由模拟信号转换为数字信号。

16.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括：

第二模数转换模块，被配置为将所述第二图像信号由模拟信号转换为数字信号。

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