LabVIEW开发图像采集和图像处理程序

LabVIEW开发图像采集和图像处理程序

扫描电子显微镜（SEM）是一种功能强大的工具，广泛用于高分辨率的生物和半导体样品检测。然而，对于大面积或3D成像，SEM成像是一个耗时的过程。MBSEM旨在通过同时扫描多个像素来减少采集时间。MBSEM包含196个光束，所有电子束同时扫描来自光束的信号，分别引导到检测平面，并使用YAG屏幕转换为196个光“斑点”。 

使用快速相机“模拟”这样的探测器阵列，需要一个强大的算法来进行图像处理和采集。使用LabVIEW  FPGA应用程序和包含摄像头和FPGA的硬件模块，这是实时图像处理和采集的绝佳平台。有几种操作模式可用于实现图像处理算法：流式处理、离线或混合。系统架构包含硬件模块和软件模块（LabVIEW Vision和LabVIEW FPGA）。通过这种组合，能够以每秒数千帧的速度从相机获取所有图像，并将它们发送到FPGA进行处理。

MBSEM系统的硬件设置由一个摄像头、一个NIPXI-6259和一个带板载FPGA的NI PCIe-1473R图像采集卡组成。传感器扫描时捕获来自样品的光（光子）。选择了Optronis（CL600×2CMOS）相机，相机链接具有8位灰度级别。相机仅将ROI内的像素发送到FPGA。NIPXI-6259将热像仪与光束偏转同步，直接或通过FPGA相机链路向相机发送同步信号。硬件架构支持在线和离线图像处理：通过FPGA进行板载在线处理，以及使用保存在固态硬盘上的原始图像进行离线处理。

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该软件需要确定每个相机图像中14×14个斑点的强度。每个电子束扫描位置都有一个相机图像。在Matlab中创建掩模，以方便快速确定斑点强度，以及使用Xilinx系统发生器在LabVIEW中设计图像处理算法。该算法在Xilinxvirtex-5LX100FPGA中实现。Xilinx系统发生器生成一个位文件，该文件可加载到FPGA中。

MBSEM成像软件包括图像预处理、掩码创建、Blob处理和后处理。预处理使数据以合适的格式可用于处理，后处理使数据可读用于MatLab或其他下游FPGA平台。

图像处理算法主要分为三个级别：低、中、高。低级算法对单个像素或邻域进行操作。中级算法将像素数据转换为不同的表示形式。高级算法旨在使用来自另一个层次的信息从图像中提取意义。因此，在从低级表示到高级表示的过程中，由于像素数据更改为更具描述性的表示，可利用的并行性相应减少。

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