离子探针二次离子图像的漂移模糊复原和超分辨率重建研究

The NanoSIMS is a secondary ion mass spectrometer with the highest spatial resolution, which depends on the creative co-axial ions optical design. Its unique high spatial resolution element image analysis is often applied in space science, earth science, life science ,materials science and other fields. However, subject to the hardware and ions optical design, it is difficult to further improve the spatial resolution of NanoSIMS. In addition, the ions image is often drift or distorted with the temperature. The project intends to take the NanoSIMS ions image as research object and establish a complete set of secondary ions image processing system and method. For drift ions image restoration, the multipoint temperature of the instrument is modeling. The multi-frame image super-resolution reconstruction method is try to be applied to the secondary ions image processing. Consequently, the application fields of instrument will be expanded to sub-micron or more subtle with the higher spatial resolution.

纳米离子探针(NanoSIMS)凭借其创新性的共轴离子光学设计，成为世界上空间分辨率最高的磁式离子探针。其独特的高空间分辨率元素图像分析功能被越来越多的应用在空间科学、地球科学、生命科学和材料科学等领域。然而，受制于仪器的硬件及离子光学设计，其图像空间分辨率很难再进一步得到提升。并且，在二次离子成像的过程中，二次离子图像经常会随着温度漂移或变形。本项目拟以纳米离子探针二次离子图像为研究对象，建立一套完整的二次离子图像处理系统及方法，通过对造成二次离子图像偏移的温度源进行建模来复原漂移离子图像，并试图将多图像超分辨率重建应用在二次离子图像处理当中，从而突破仪器的空间分辨率极限，拓展离子探针的应用领域到亚微米甚至更高级别。

纳米离子探针具有超高的空间分辨力，为空间科学、生命科学和材料科学提供了新的重要技术支撑，尤其强大离子图像分析本领，可以获得亚微米级以下的样品的元素、同位素信息。然而，其高空间分辨也带来相应问题：1. 图像的稳定性容易受环境温度的影响，从而影响图像质量。2. 小离子束斑下，信号采样量的不足，降低了分析精度。基于以上问题，本项目首先建立了一套多点位、高精度纳米离子探针温度监测系统，通过对温度变化及图像漂移模糊进行建模，开发了纳米离子探针的图像漂移自适应校正办法并得到了应用。另外，针对高空间分辨分析精度不足的问题，本项目以锆石、硅酸盐熔体的微量元素分析为例，对纳米离子探针的成像系统进行研究，提出了离子图像分处理与感兴趣区域ROI结合的方式，将微量元素的分析空间分辨率，从前人的10微米以上，突破到亚微米级别，从而为地球科学提供新的技术支撑。