磁光显微镜中宽视场反射显微镜的设置和图像处理

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磁光显微镜中宽视场反射显微镜的设置和图像处理

标准程序从磁性饱和状态的数字化平均图像开始，其中在外部直流磁场中消除了所有域。或者，可以应用一个中等振幅的交变场，它在平均过程中混合了域，其优点是样品上的力可能比直流饱和所需的高场小。该无域背景(参考)图像随后从包含域信息的状态中减去。然后，差值图像显示了区域图案的显微图，可以通过平均和数字对比度增强来改善，而不受地形对比度的影响。通常需要在不同方面研究相同的域，例如在Kerr和voight对比度条件下或使用不同的分析器和补偿器设置以获得深度选择性。这可以通过组合实验来实现:在创建了特定域模式的正则差分图像之后，在不同对比度条件下存储相同模式的图像作为参考图像，然后从相同对比度条件下获得的饱和状态图像中减去该图像。这样就得到了两幅具有相同域图案但对比度不同的图像。对于层选择成像来说，组合技术是必不可少的。

图1.实验设置宽视场克尔显微镜。图像处理和函数生成器通常在计算机中实现。平面内任意方向的磁场可以由一个可旋转的电磁铁施加。样品被安装在邮票上，邮票被放置在分裂的极片之间，以使一个合理的样品位移。在这样的设置下，磁场可以达到十分之一特斯拉，在适当的极尖几何形状和近极距离下达到特斯拉状态。通过特殊设计的电磁铁也可以产生垂直的磁场(即平行于物镜)

视频增强、宽视场磁光显微镜的完整实验装置示意图如图1所示。由于偏振器和分析仪的相对开度小，大部分光被丢弃，因此必须使用高光密度的光源。高压汞弧灯提供足够的亮度和颜色光谱，可以单色使用在黄绿色和蓝色范围通过合适的光谱过滤器。单色光的使用是深度选择性克尔显微镜的先决条件。水银灯的缺点是不稳定，寿命短。更稳定的是氙弧灯，它提供的白光密度只有汞灯的四分之一。如果用高灵敏度的摄像机来补偿光线不足，这仍然是足够的。宽视场显微镜的激光照明是有问题的:激光的相干性导致衍射图案(散斑)，这是由于光学器件表面和污垢颗粒的干扰。这种伪影可能比任何磁光对比度都要强几个数量级，消除这种伪影需要特殊的去斑点方法。

然而，令人满意的结果与激光照明显微镜只有在多帧累积图像，其中残余的激光效应得到充分平均。高强度发光二极管(LED)是未来应用前景广阔的光源。它们提供高稳定性的单色光，并且已经达到了适合磁光学显微镜的强度。将一组led直接放置在孔径膜片的平面上，使得膜片不再需要，因为可以通过运行阵列的不同led来模拟中心或移位的狭缝。zui近，通过使用不同颜色的单色led并将其放置在衍射平面上的选定位置，证明了不同磁化分量的同时宽视场成像。使用一些二向色装置分离相应的反射克尔图像，产生对选定的面内或面外磁化分量互补敏感的宽视场图像。这种二色成像方法将大大改进定量克尔显微镜技术，并有可能实现基于波长选择的方便的层选择性克尔显微镜。

增强对比度的图像处理需要数字图像采集。数字ccd(电荷耦合器件)或cmos(互补金属氧化物半导体)相机直接提供数字化数据流，而视频速率CCD相机的模拟输出必须通过模数转换器进行转换。如果数字CCD相机的帧速率足够快(约10赫兹)，可以实现实时成像，那么它就适合克尔显微镜。CCD芯片的冷却提高了信噪比，图像增强器可以进一步提高灵敏度。在实际应用中，需要对图像亮度进行适当调整，以满足摄像机的zui佳动态范围。增大分析仪角度或将光圈开到消光交叉的宽度以外，从而增大背景强度，是实现大信噪比的实用手段。可能的对比度损失并不是一个严重的问题，因为对比度可以通过电子差分成像来增强。为了创建差分图像，首先通过对相同样本状态的重复图像求和来存储平均参考图像。然后从所有后续图像中连续减去参考图像。由于对域运动的视觉观察是任何一种域分析的基础，如果在不平均的情况下“实时”进行减法过程是有利的。为了表示和记录的目的，可以通过在递归过程中添加一些数字化图像来产生传入图像的运行平均值来减少噪声。由于噪声是随机的，而信号不是随机的，因此运行平均既可以减少噪声的贡献，又可以增强输出数字图像的信号分量。结果得到一幅亮度恒定的图像，随着平均时间的增加，图像的噪声不断降低。通过差分图像处理，可以显示0.1%以下的对比度(人眼的对比度灵敏度zui多为百分之几)。因此高机械，热，电稳定的显微镜是必不可少的，以获得zui佳结果。

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