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TEM照片處理軟件 Digital Micrograph的基礎(chǔ)操作

來源：本站時(shí)間：2020-11-02 20:41:57 瀏覽：25257次

1 引言

在電子顯微學(xué)界，“TEM”圖像可曾困擾你？

你是否也被“.dm3”文件所折磨？

只需一款軟件：Digital Micrograph（DM）便可幫你解決這些科研難題。

眾所周知，在透射電子顯微鏡（TEM）（圖1）上，不但能進(jìn)行基本的形貌和結(jié)構(gòu)表征，而且能實(shí)現(xiàn)晶體學(xué)分析、成分分析等多種分析手段，精度可以達(dá)到原子級(jí)，從而得到關(guān)于材料結(jié)構(gòu)和成分的全方位信息。因此，對(duì)TEM分析軟件（DM）的掌握變得至關(guān)重要。下面，筆者將結(jié)合自己的科研經(jīng)驗(yàn)對(duì)DM軟件的基本操作進(jìn)行詳細(xì)的介紹。

TEM照片處理軟件 Digital Micrograph的基礎(chǔ)操作-1

圖1 Digital Micrograph軟件

2 軟件介紹

Digital Micrograph是一款電子顯微鏡輔助軟件，主要用于透射電鏡的數(shù)據(jù)采集和分析；在材料領(lǐng)域，電子顯微鏡（電鏡）的應(yīng)用是非常廣泛的，它比常規(guī)光學(xué)顯微鏡在放大倍數(shù)和清晰度上增強(qiáng)了1萬倍以上，是現(xiàn)代材料科學(xué)必不可少的工具；有了電子顯微鏡，必須要有相關(guān)的軟件搭配，Digital Micrograph就是其中之一。

這款由Gatan公司（圖2）開發(fā)的軟件，支持圖像采集、圖像處理和數(shù)據(jù)分析，能夠?qū)δ繕?biāo)物進(jìn)行更準(zhǔn)確的定點(diǎn)定位、化學(xué)研究，同時(shí)還能對(duì)分析報(bào)告進(jìn)行打印，適用于材料、化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程等相關(guān)領(lǐng)域的從業(yè)者。

TEM照片處理軟件 Digital Micrograph的基礎(chǔ)操作-2

3 軟件的基本功能介紹

DM安裝成功后，我們打開常見“dm3”文件即可看到圖3所示的工作界面，對(duì)該工作區(qū)域可以進(jìn)行如下劃分：

1.菜單（DM Menu）：多種操作指令按照其功能分類。

2.工具（DM Tool)）：這些可移動(dòng)窗口包括標(biāo)準(zhǔn)工具以及多種與被顯示圖像有關(guān)的信息。

3.圖像（Image）：圖像在DM軟件里被顯示的位置。

4.結(jié)果（Results）：這個(gè)文字窗口包含DM軟件在運(yùn)行中的一些輸出信息。比如圖像分析和測量的結(jié)果。窗口里面的文字可以被拷貝或以文件格式存儲(chǔ)。

TEM照片處理軟件 Digital Micrograph的基礎(chǔ)操作-3

當(dāng)然，大家也可以根據(jù)自己的習(xí)慣任意拖動(dòng)工具欄快捷方式的位置來對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。

注意：當(dāng)不小心刪除了快捷工具時(shí)，可以點(diǎn)擊菜單欄中的Window，在下拉菜單中選擇Basic Tools，然后點(diǎn)擊Show All即可（圖4）。

TEM照片處理軟件 Digital Micrograph的基礎(chǔ)操作-4

3.1 圖像的亮度與襯度

圖像亮度與襯度的調(diào)節(jié)是保證圖像質(zhì)量的重要一環(huán)，DM可以很容易地對(duì)圖像的亮度和襯度進(jìn)行調(diào)節(jié)。為了更好地說明DM調(diào)節(jié)亮度和襯度的原理，首先講解一下計(jì)算機(jī)屏幕顯示的原理。一般來講，屏幕顯示器的灰度為8位（黑白）24位（彩色），而Gatan數(shù)碼相機(jī)最低是12位（最高16位）。一個(gè)12位的數(shù)字圖像含有4096個(gè)強(qiáng)度值，屏幕顯示器的灰度分辨率為256（8位）。因?yàn)閳D像的強(qiáng)度分辨率大于顯示器的灰度級(jí)別，所以必須確定怎樣使用有限的顯示器灰度來顯示圖像中更高數(shù)目的強(qiáng)度。換句話說，可以在圖像中任選兩個(gè)強(qiáng)度值，指定較低的強(qiáng)度為屏幕顯示器的黑色（灰度=0），較高的強(qiáng)度為屏幕顯示器的白色（灰度=255）。由此可以定義一個(gè)圖像（4096個(gè)強(qiáng)度值）與顯示器（256灰度）之間的相互關(guān)系。對(duì)圖像亮度與襯度的調(diào)節(jié)實(shí)際上就是改變上述圖像與顯示器的相互關(guān)系。

如圖5，我們可以通過快捷工具欄中的Display Control使用亮度和襯度劃尺來優(yōu)化圖像的顯示。此外，雙擊”Contrast”或”Brightness”或“Gamma”文字（紅框中）可以復(fù)原亮度或襯度的初值。圖5優(yōu)化圖像顯示操作圖6為強(qiáng)度直方圖“Histogram”窗口，用鼠標(biāo)選擇位于右邊的強(qiáng)度峰（點(diǎn)擊峰的左端，按下鼠標(biāo)并拖至峰的右端）。這個(gè)操作改變了上面提到的圖像與顯示器之間的相互關(guān)系，從而改變了圖像的顯示。雙擊直方圖窗口下端的灰度橫帶（紅框中）可以復(fù)原直方圖的初始顯示值。

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圖5 優(yōu)化圖像顯示操作

圖6強(qiáng)度直方圖“Histogram”窗口強(qiáng)度直方圖窗口中的曲線稱為“襯度變換曲線”（即上面提到的圖像與顯示器之間的強(qiáng)度對(duì)應(yīng)關(guān)系）。在線性模式里，它是一條直線，在“gamma”顯示模式中，它變?yōu)榉蔷€性關(guān)系。此外通過選擇Image Display（也可以通過快捷鍵Ctrl+D），也可以把線性模式變?yōu)榉蔷€性。

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圖6 強(qiáng)度直方圖“Histogram”窗口

在圖像顯示的對(duì)話窗口中，選擇“object”下的“Image Display”，再點(diǎn)擊襯度（Contrast），然后在其右面的模式（Mode）選擇項(xiàng)中，選取均勻化（Equalized），最后點(diǎn)擊OK退出。用劃尺調(diào)節(jié)亮度或襯度，并觀察圖像的變化，此時(shí)強(qiáng)度直方圖中的曲線已經(jīng)不再是直線了（圖7）。

再回到原先的線性模式（Image Display，選擇Linearmode）。在考察（survey）設(shè)定選擇中，練習(xí)選擇cross-wire。用鼠標(biāo)選擇自動(dòng)考察（Auto Survey），然后用鼠標(biāo)點(diǎn)擊存儲(chǔ)鍵（Save Defaults），點(diǎn)擊OK，觀察圖像的變化。圖7改變強(qiáng)度直方圖“Histogram”窗口模式

TEM照片處理軟件 Digital Micrograph的基礎(chǔ)操作-7

3.2 彩色顯示（偽色）

一般來說，電子顯微鏡圖像應(yīng)該用黑白模式顯示。但有的時(shí)候有必要用偽彩來特別突出圖像中的某些細(xì)節(jié)，或者增加一些顯示的特殊效果。在用偽彩顯示時(shí)，屏幕顯示器的256個(gè)灰度（8數(shù)位）同一個(gè)彩色配置表建立一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而將一幅黑白圖像轉(zhuǎn)換成彩色圖像。

如圖8所示，在“Object”菜單下，選擇“Image Display”，

再選擇“Display”下的“Color”。在彩色配置表（ColorTable）下，選擇彩虹（Rainbow），點(diǎn)擊OK退出。此時(shí)圖像在偽彩模式下顯示。圖中的彩色方塊矩陣就是上面所說的黑白-彩色配置表，可以用亮度或襯度劃尺來改變圖像的顯示效果。再回到圖像顯示“Image Display”，選擇“Display”下的“Color”，選擇溫度“Temperature”，點(diǎn)擊OK退出。注意現(xiàn)在的彩色方塊矩陣（黑白-彩色配置表）已經(jīng)變了。

TEM照片處理軟件 Digital Micrograph的基礎(chǔ)操作-8

3.3 圖像注釋

圖像注釋通常包括在圖像中加入一些文字說明，箭頭標(biāo)記，和其他幾何圖形（例如，長方或圓形等等）。DM軟件里有很多這方面的功能可供大家選用。圖像注釋使用的工具可以在標(biāo)準(zhǔn)工具盤“Standard Tool”上面找到（圖9紅框）。

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圖9 圖像注釋工具

功能介紹如下：

（1）文字加入：隨意打開一張圖像，點(diǎn)擊“文字注釋”圖標(biāo)（上圖中“A”圖標(biāo)），然后點(diǎn)擊圖像中的任何一點(diǎn)，即可輸入所需文字，再點(diǎn)擊圖像中的任意位置可終止文字輸入模式。此外，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊剛剛輸入的文字，可拖動(dòng)文字從而改變其在圖像中的位置。

（2）改變字形：點(diǎn)擊圖像中的文字（文字塊的四角變?yōu)榫G色）。然后在物體“Object”菜單下，選擇字形“Text Font”即可改變字形。

（3）改變字體大小：同上。在物體“Object”菜單下，選擇“Text Size”即可改變字體大小。

（4）改變字體類型：同上。在物體“Object”菜單下，選擇“Text Style”即可改變字體。

（5）改變字體背景：同上。在物體“Object”菜單下，選擇“Background”即可改變背景。

（6）畫線段和箭頭：用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“線段”（“A”圖標(biāo)右側(cè)）。選擇圖像中的任何一點(diǎn)，按下并移動(dòng)鼠標(biāo)即可任意在圖像中畫線，釋放鼠標(biāo)，即終止畫線模式。在畫線時(shí)，同時(shí)按下鍵盤上的移動(dòng)鍵“Shift”，可以把直線的方向限制在0，45，和90度。此外，如果同時(shí)按下鍵盤上的“Alt”鍵,可以把直線變成單箭頭線。如果同時(shí)按下鍵盤上的控制“Ctrl”鍵,直線可以變成雙箭頭線。

（7）改變線段的類型：首先用鼠標(biāo)單擊圖像中的線段。在物體“Object”菜單下，選擇“Background”，即可選擇不同線段類型。

（8）畫矩形或方形：用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“方形”圖標(biāo)（圖9紅框左邊）。選擇圖像中的任何一點(diǎn)，按下并移動(dòng)鼠標(biāo)即可在圖像中畫出任意的矩形，釋放鼠標(biāo)，即終止模式。若在畫矩形時(shí)同時(shí)按下鍵盤上的移動(dòng)鍵“Shift”，矩形變?yōu)檎叫巍?/span>

（9）改變矩形或方形的類型：同上，在物體“Object”菜單下，選擇“Background”，即可選擇不同圖形類型。此外，畫橢圓或者圓形以及改變圖形類型操作與上文類似，讀者可自行摸索。

3.4 注釋物體的規(guī)則排列和組合

圖像中的各種注釋物體（例如文字，或幾何圖形，例如線段，方形，圓形等等），經(jīng)常有必要將它們做有規(guī)則的排列。在DM軟件中可以將這些注釋物體按水平中心線，豎直中心線，或中心點(diǎn)排列。如圖10所示，選擇所有的注釋物體（按下鼠標(biāo)畫一個(gè)虛設(shè)的方形區(qū)來包圍所有的注釋物體；或按下移動(dòng)鍵“Shift”,點(diǎn)擊來選擇每個(gè)注釋物體），被選擇后的注釋物體，端點(diǎn)變?yōu)榫G色。在物體“Object”菜單下，選擇“Align”的類型，即可選擇排列方式。

TEM照片處理軟件 Digital Micrograph的基礎(chǔ)操作-10

如果圖像中有很多的注釋物體，在規(guī)則排列做完后，為了便于保持它們之間的排列關(guān)系，可以將這些注釋物體合并變成一個(gè)綜合注釋物體。反過來也可以把一個(gè)綜合注釋物體拆成許多原始的注釋物體。即在“Object”菜單下，選擇“Group”，若要解除組關(guān)系，選擇“Ungroup”。

3.5 圖像裁剪

在DM軟件中可以非常容易地把圖像中的重要部分剪裁出來，并在一個(gè)新的圖像窗口中顯示。如圖11所示，對(duì)任何一張圖像可使用“矩形區(qū)域選擇工具”（圖中紅框內(nèi)虛線框）在圖像中選擇要裁剪的區(qū)域，在預(yù)選區(qū)域的左上角點(diǎn)擊并按下鼠標(biāo)，移動(dòng)鼠標(biāo)至區(qū)域的右下角，釋放鼠標(biāo)，選擇的區(qū)域會(huì)被一個(gè)虛線矩形框標(biāo)出。

同時(shí)按下鍵盤上的“Ctrl+C”即可復(fù)制選擇區(qū)域，同時(shí)按下“Ctrl+Alt+V”，即可在一個(gè)新的圖像窗口中顯示選擇區(qū)域。

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3.6 圖像顯示與文件顯示

在DM軟件里，有兩種模式可以用來顯示圖像。第一種模式叫圖像模式（Image），第二種叫文件模式（Page）。如圖12所示，在“Target”移動(dòng)窗口中有兩個(gè)鈕扣鍵，實(shí)心鍵為當(dāng)前的顯示模式。在圖像模式中，圖像顯示窗口與圖像尺寸大小一樣，而在文件模式中，圖像顯示窗口則與文件（紙張）的大小一樣。在該顯示模式中，我們可以清楚地看到圖像在紙張上的顯示位置和打印尺寸。此外，還可以在文件中添加其它的圖像。

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3.7 圖像顯示的坐標(biāo)系

數(shù)字圖像的基本單元叫做像素。圖像中每一點(diǎn)和該點(diǎn)上的強(qiáng)度由像素坐標(biāo)（x,y）以及強(qiáng)度值“Value”來表示。在DM軟件中，如果鼠標(biāo)在被顯示的圖像內(nèi)移動(dòng)時(shí)，鼠標(biāo)所在的像素位置以及該點(diǎn)的強(qiáng)度值可以很容易地在”圖像狀態(tài)”“Image Status”窗口中讀出（圖13）。

TEM照片處理軟件 Digital Micrograph的基礎(chǔ)操作-13

3.8 圖像的標(biāo)尺系

標(biāo)尺對(duì)于電子顯微圖像來說至關(guān)重要。使用預(yù)先儲(chǔ)存的電鏡放大倍數(shù)校正表，DM軟件會(huì)對(duì)從CCD相機(jī)采集的每一幅圖像進(jìn)行自動(dòng)校正。圖像被校正后，DM軟件自動(dòng)顯示圖像的標(biāo)尺。但是如果被顯示的圖像沒有帶標(biāo)尺，可以按照下面的步驟來顯示標(biāo)尺（圖14）。

TEM照片處理軟件 Digital Micrograph的基礎(chǔ)操作-14

如果電鏡的放大倍數(shù)沒有被預(yù)先校正（即不存在放大倍數(shù)校正表），DM軟件則會(huì)對(duì)圖像進(jìn)行錯(cuò)誤的校正。所以在使用CCD相機(jī)采集圖像時(shí)，一定要先校正電鏡的放大倍數(shù)。首先選擇“ROI Tools”中的虛線工具，在圖像中畫一條線，隨后選擇菜單中的“Analysis”，選擇“Calibrate”，在彈出來的對(duì)話欄中，選擇適當(dāng)?shù)膯挝唬缓筮x擇OK退出。校正完畢，重復(fù)圖14步驟，即可顯示標(biāo)尺。

3.9 圖像的儲(chǔ)存格式

DM軟件支持多種標(biāo)準(zhǔn)圖像儲(chǔ)存格式。如果沒有做特別設(shè)定，圖像的默認(rèn)儲(chǔ)存格式為Gatan特殊格式（.dm3）。與其它格式不同之處在于用Gatan特殊格式存儲(chǔ)的圖像只能用DM軟件打開。其他的標(biāo)準(zhǔn)商用軟件不能直接閱讀Gatan特殊存儲(chǔ)格式，所以

打不開用Gatan特殊格式存儲(chǔ)的圖像。這種特殊格式保留了所有同Gatan CCD相機(jī)有關(guān)的參數(shù)，比如圖像的曝光時(shí)間、處理模式、電鏡的放大倍數(shù)、樣品名稱以及操作者名字等。如果需要使用其它的格式來存儲(chǔ)圖像，比如TIFF或JPEG等，則可能會(huì)出現(xiàn)分辨率損失的情況。

以上就是Digital Micrograph的基本操作。認(rèn)真看完的你，學(xué)會(huì)了嗎？

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