高速CMOS相机在EBSD微结构分析中的应用

在本次采访中，EDAX公司EBSD产品经理Matt Nowell向AZoM介绍了高速CMOS相机在EBSD微结构分析中的应用。

您能给我们简单介绍一下EBSD检测器的历史吗?

我们正在接近初始衍射实验的100年周年纪念标记，这将导致我们现在术语电子反向散射衍射（EBSD）模式。使用胶片捕获初始EBSD图案。你把它放进室里，揭露它，把它带出来，发展它，看看它。这是比我们习惯的速度较慢的收集时间。您从单点或单一谷物收集模式。当您查看这些模式时，您必须处理强度梯度和图像扭曲等事物，但您可以获得一些具有有趣的晶体信息的漂亮模式。然而，它们不是一种在大量谷物上定位的实际技术。

这项技术的演变的下一步开始将它带到今天的位置是与个人电脑的相框集成。David Dingley开创了在线索引的使用，在那里他将将一个硅浓度的目标摄像机耦合到视频捕获板中，进入PC，将图案获取到PC中，然后通过单击图案中的已知区域轴来进行晶体索引．下一步是自动索引。计算机不能单击区域轴，而是可以识别模式内的带位置并确定晶体取向。我们称这个过程索引。

这个开发过程的第三步是完全自动化。这是由斯图尔特·赖特博士在1992年完成的，他创建了方向成像地图，即OIM地图，每个像素都可以根据方向着色。有了这些相机，我们被限制在电视速率成像，把模拟信号从相机到帧捕获器。

如果我们在多年来看待索引速度，在我们有模拟摄像机的90年代中，并且最大帧速率为每秒约25到30帧。2001年是推出数字CCD相机，在那里我们最初跳跃了大约40个模式，并在2006年左右推出了高速数字CCD摄像头。导致跳跃，最初每秒大约200帧。这种技术继续发展，直到我们实现每秒约1,500种模式的速度。

然后，几年前，高速数字CMOS相机的引入。这导致了一个飞跃，大约3000图案每秒，现在看我们最新的相机4500索引图案每秒或更高的速度。

这就引出了EDAX的新Velocity™EBSD相机系列。你能告诉我们更多关于这些相机的信息吗?

我们有两种不同的型号。我们有我们的速度™加上，其索引速度可达每秒约3000个索引点。然后是Velocity™Super，其速度可达每秒4500个索引点。这是由一个高速，低噪声CMOS传感器供电。成像传感器有一个640 × 480像素分辨率的传感器。在最高速度下，我们以120 × 120像素的图像分辨率运行，这是通过将原始图像分割成较低分辨率的图像来实现的。

在这种分辨率下，我们不仅可以更快地运行相机，而且图案的像素分辨率也比我们在高速运行时使用CCD传感器时更高。使用ccd时，最高速度是每秒1500点，我们的运行速度是30 * 30像素。CMOS传感器是4500，我们现在是120 × 120像素，所以我们用CMOS传感器更快地获得更多信息。这种像素分辨率提高了频带检测，反过来提高了索引性能，也提高了定位精度，甚至在我们现在可以获得的高速。

在相机的全分辨率下，我们得到了一个480 × 480像素的分辨率图像。我们可以把它收起来。使用2x2分箱，我们将2 × 2的像素块平均到240 × 240像素的分辨率。我们可以装成4 * 4的，这样我们就得到了120 * 120的像素。这是我们扫描的标准设置。然后我们有一个8 × 8像素的装箱集，它是60 × 60像素的。

相机本身可以以全速和全分辨率运行。它可以以这个速率收集帧，但是传输到计算机的图像受到这些图像大小的限制。我们可以得到一个更快的传输从相机到计算机随着我们增加垃圾箱。在4 × 4的箱中，我们每秒可以得到4500个索引点。8 × 8分箱不会增加扫描速度。如果您想为几个不同的应用程序保存模式，那么这样做只是为了减少文件大小。

简而言之，Velocity™相机系列可以提供高达4,500个索引点每秒速度的质量分度，可用于一系列材料，包括变形材料，非立方体材料和多相材料。欧洲杯足球竞彩它非常适用于原位和3D EBSD应用程序。

CCD和CMOS传感器之间有什么区别？

在向高速摄像机过渡的过程中发生的最大变化是从传统的CCD传感器到高速CMOS传感器的转变。两个传感器都使用硅作为光电二极管材料。当光光子击中硅，它就会转化成电子电荷，从而决定我们每像素能捕获多少光信号。

CCD是一种较旧的技术，一般来说，人们说他们使用单个读出放大器，但在实践中，有时使用双读出放大器。这是一个瓶颈。使用CMOS传感器，每个像素都有其读数放大器，因此我们将从1-2放大器到307,200，允许我们获得更快的读数和更快的帧速率。

在CMOS上，在每个像素处收集电荷，然后通过放大器。一旦通过该处理，可以通过垂直和水平信号线更快地传输它。每个像素都有自己的专用电子设备，这导致更快的帧速率。

重要的是要认识到传感器只是探测器的一部分。该传感器本身是一个高速传感器，专门为我们的EBSD应用程序进行了优化，但整个系统已经针对该应用程序的EBSD性能进行了优化。

磷光体屏幕本身，我们希望它很明亮。我们的SEM上的光束电流固定了有限数量的电子，因此我们希望能够从我们使用的电子数量获得尽可能多的光，但我们也希望它快速。磷光体的衰变时间必须能够实现我们的高速映射，因此我们挑选了一个荧光屏，既明亮又快速。我们在Velocity™中使用的镜头是定制设计的，用于灵敏度和性能，以及低失真，因此它是一个非常快速，非常有效的镜头。

您能否更详细地告诉我们有关兴趣分析系统的模式区域（Prias™）的更多信息？

Prias™是一种成像技术，其使用磷光体筛网和磷光体屏内的区域作为不同的成像通道。它有三种不同的模式。我们打电话Prias™Live.，我们刚刚建立了五个兴趣区域的五个，可以快速拍照。我们有Prias™系列，我们在我们收集EBSD数据时监控三个不同的地区。我们有顶级频道，中间通道和底部通道。我们还可以通过我们称之为Prias™分析，保存所有模式并自由定义不同的ROI。

你能告诉我们EDAX的探测器还有什么其他功能吗?

除了能够高速获取我们的方向图之外，我们还能够将这些与我们的Edax EDS探测器联系起来。我们拥有我们的辛烷精和辛烷值精英探测器，可提供最高的输入和输出计数。

我们拥有的另一个独特的功能和特性是npar™，这是我们的邻居模式平均和重新索引。这是一种方法来提高模式的信号 - 噪音，而我们扫描。我们保存每个模式，然后通过采用模式并采用周围的模式进行重新处理它们，将它们平均在一起以提高信号 - 噪声，然后重新筛选该低噪声模式。当然，您现在有效地使空间采集量更大，但是，对于该内核区域具有更强大的模式，折衷的折衷了这一事实是它是一个更大的采样量。

我想说一点关于速度的含义以及我们可以用它来做什么。多年来，我们发现，随着探测器的速度越来越快，人们收集的数据也越来越多。我们可以在扫描网格中获得更高密度的采样点，从而更好地定义晶粒、晶粒边界和子结构。

我们可以看出更大的扫描区域和更低的放大倍数，给出更好的统计数据，更好的纹理或优选的方向确定。我们可以获得更多的像素以提高角度精度，但是，对于更大的数据集，只需记住，我们正在处理更大的存储要求。您的计算时间刚刚开始变大，因为您正在从100万到1000万到5000万点数据集的处理，它确实需要更长的时间来搅拌。

我提到这个的原因是，越大不一定越好。你必须考虑你要测量的是什么，你实验的目标是什么。

定向成像显微镜（OIM）分析™如何使数据处理更容易？

里面有几个特性OIM分析™帮助处理更大的数据集。首先，它是一个64位的应用程序，这意味着它可以处理更大的数据集。其次，分析功能是多线程的，这允许计算需求分布在可用的CPU硬件上。第三，有一些专门用于预览分析功能的功能，以确定是否值得继续进行全面分析。这些特性利用了EBSD数据的统计特性。

为什么高速收集如此重要?

高速是动态实验的理想选择，因为我们可以每秒收集3,000到4,000点的数据，我们可以在同一时间内获得更多的谷物，并在地图上较少的时间变化。

另一个需要高速采集的应用程序是3D EBSD，在那里我们取一张图像，然后取一片。这通常用聚焦的离子束来完成，但也可以用宽光束源或机械抛光来完成。然后，我们取另一个EBSD图像。传统上，EBSD经常被认为是限制因素，但现在快速相机，它不是。拥有高速摄像机可以让你获得更多的切片，更大的切片面积，或者更快的切片。

关于Matt Nowell.

MATT是EDAX的EBSD产品经理，对EBSD和微观结构表征有热情。Matt于1995年在犹他大学毕业后加入了Texsem Labs（TSL），具有材料科学与工程学位。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球在TSL，他是团队的一部分，使EBSD和OIM的开发和商业化开创。在1999年获得EDAX获取TSL之后，他加入了应用程序组，帮助继续将EBSD作为一种技术，并将结构信息与使用EDS收集的化学信息集成。

在Edax中，Matt已经参与了许多角色，包括产品管理，业务发展，客户和技术支持，工程和应用支持和发展。马特在各种应用领域发表了70多篇论文。他非常喜欢与科学家，工程师和显微镜互动的机会，以帮助扩大EBSD在材料表征中发挥的作用。欧洲杯足球竞彩在他的业余时间，如果改变他的俱乐部的质地会影响他的最终得分，马特享受着高尔夫球和思考。