本申请公开了一种局域轨道函数的三维重构方法及装置，其中，方法包括：采集多个倾转角度下的样品的图像数据，在实空间等间隔进行撒点并利用线性累加，得到多个倾转角度的每个倾转角度下的计算图像，进而获取损失函数关于待优化参数的梯度，且根据梯度优化待优化参数，筛选出满足预设条件的原子，重新计算新的损失函数，直至满足收敛条件，在实空间重构局域轨道函数的中心的三维空间坐标和局域轨道函数的形状，得到三维重构结果。由此，解决了相关技术中只能从重构出的三维密度矩阵中获取原子的三维坐标，且无法对误差进行校正，导致重构的过程对硬件需求较高，且重构的三维坐标精度较差的技术问题。较差的技术问题。较差的技术问题。
【技术实现步骤摘要】
局域轨道函数的三维重构方法及装置
[0001]本申请涉及三维成像
，特别涉及一种局域轨道函数的三维重构方法及装置。
技术介绍
[0002]通常情况下样品的电子显微镜照片中蕴含着样品丰富的、难以直观获取的信息，应用三维重构算法从样品一系列电子显微镜投影照片中获取样品的三维结构信息对在根本的层面上理解材料成分和性能的关系有很大帮助。
[0003]近年来，随着数据采集方法、迭代三维重建算法和后处理方法的发展，AET(Atomic Electrical Tomography，原子尺度电子层析成像)已成为三维和四维原子尺度结构表征的有力工具，它提供了在原子水平上关联材料结构和性质的能力，相关技术中的AET能够以亚埃精度确定三维原子坐标和元素种类，并揭示其在动态过程中的原子尺度时间演化。
[0004]然而，相关技术中，AET算法从重构出的三维密度矩阵中通过寻峰来获取原子的三维坐标，对硬件的需求较高，且在寻峰过程中，需要进行繁琐的人为干预，难以避免因人为干预造成的误差，同时，在直接对原子的三维坐标进行重构的同时，无法对采集图像时存在的样品漂移、样品台的机械倾转误差进行矫正，准确度较差，有待改善。
技术实现思路
[0005]本申请提供一种局域轨道函数的三维重构方法及装置，以解决相关技术中只能从重构出的三维密度矩阵中获取原子的三维坐标，且无法对误差进行校正，导致重构的过程对硬件需求较高，且重构的三维坐标精度较差的技术问题。
[0006]本申请第一方面实施例提供一种局域轨道函数的三维重构方法，包括以下步骤：采集多个倾转角度下的样品的图像数据；基于所述图像数据，在实空间等间隔进行撒点并利用线性累加，得到所述多个倾转角度的每个倾转角度下的计算图像；以及根据每个倾转角度下的计算图像计算损失函数，并获取所述损失函数关于待优化参数的梯度，且根据所述梯度优化所述待优化参数，筛选出满足预设条件的原子，重新计算新的损失函数，直至满足收敛条件，在所述实空间重构局域轨道函数的中心的三维空间坐标和局域轨道函数的形状，得到三维重构结果。
[0007]可选地，在本申请的一个实施例中，采集所述多个倾转角度下的样品的图像数据，包括：获取所述多个倾转角度下的样品的初始图像数据；对所述初始图像数据进行对中合轴和降噪处理，并由处理后的图像归一化，得到所述图像数据。
[0008]可选地，在本申请的一个实施例中，所述损失函数的计算公式为：
[0009][0010]其中，W代表损失函数，M代表倾转角度的总数，j代表倾转角度的序号，i代表局域轨道函数序号，P代表图像的边长，u代表图像中每个像素的横坐标，v代表图像中每个像素的纵坐标，f
j
(u,v)代表第j个角度下计算得到的图像，b
j
(u,v)代表第j个角度下实验所得的
图像。
[0011]可选地，在本申请的一个实施例中，所述筛选出满足预设条件的原子，包括：在每一步迭代更新完参数后，检测所有局域轨道函数的参数在检测到任一局域轨道函数的参数小于由所述所有局域轨道函数参数得到的阈值时，删除所述任一局域轨道函数的同时，通过建立二叉树得到局域轨道函数中心距离小于预设像素的局域轨道函数对索引，删除局域轨道函数对中的任意一个局域轨道函数；每一步迭代更新完参数并删除完所述局域轨道函数后，将每个局域轨道函数的参数均以预设概率减小为预设倍数，且设置保护时间，使得在所述保护时间内，不允许执行筛选操作和删除操作。
[0012]可选地，在本申请的一个实施例中，所述待优化参数包括每个局域轨道函数中心的三维空间坐标、描述其形状的参数、每个转角对应的三个欧拉角、每个角度下样品的漂移、样品台的机械倾转偏差中的至少一项。
[0013]本申请第二方面实施例提供一种局域轨道函数的三维重构装置，包括：采集模块，用于采集多个倾转角度下的样品的图像数据；累加模块，用于基于所述图像数据，在实空间等间隔进行撒点并利用线性累加，得到所述多个倾转角度的每个倾转角度下的计算图像；以及重构模块，用于根据每个倾转角度下的计算图像计算损失函数，并获取所述损失函数关于待优化参数的梯度，且根据所述梯度优化所述待优化参数，筛选出满足预设条件的原子，重新计算新的损失函数，直至满足收敛条件，在所述实空间重构局域轨道函数的中心的三维空间坐标和局域轨道函数的形状，得到三维重构结果。
[0014]可选地，在本申请的一个实施例中，所述采集模块包括：获取单元，用于获取所述多个倾转角度下的样品的初始图像数据；降噪单元，用于对所述初始图像数据进行对中合轴和降噪处理，并由处理后的图像归一化，得到所述图像数据。
[0015]可选地，在本申请的一个实施例中，所述损失函数的计算公式为：
[0016][0017]其中，W代表损失函数，M代表倾转角度的总数，j代表倾转角度的序号，i代表局域轨道函数序号，P代表图像的边长，u代表图像中每个像素的横坐标，v代表图像中每个像素的纵坐标，f
j
(u,v)代表第j个角度下计算得到的图像，b
j
(u,v)代表第j个角度下实验所得的图像。
[0018]可选地，在本申请的一个实施例中，所述重构模块包括：检测单元，用于在每一步迭代更新完参数后，检测所有局域轨道函数的参数删除单元，用于在检测到任一局域轨道函数的参数小于由所述所有局域轨道函数参数得到的阈值时，删除所述任一局域轨道函数的同时，通过建立二叉树得到局域轨道函数中心距离小于预设像素的局域轨道函数对索引，删除局域轨道函数对中的任意一个局域轨道函数；保护单元，用于在每一步迭代更新完参数并删除完所述局域轨道函数后，将每个局域轨道函数的参数均以预设概率减小为预设倍数，且设置保护时间，使得在所述保护时间内，不允许执行筛选操作和删除操作。
[0019]可选地，在本申请的一个实施例中，所述待优化参数包括每个局域轨道函数中心的三维空间坐标、描述其形状的参数、每个转角对应的三个欧拉角、每个角度下样品的漂移、样品台的机械倾转偏差中的至少一项。
[0020]本申请第三方面实施例提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存
储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如上述实施例所述的局域轨道函数的三维重构方法。
[0021]本申请第四方面实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如上述实施例所述的局域轨道函数的三维重构方法。
[0022]本申请实施例基于采集的多个倾转角度下的样品的图像数据，获得多个倾转角度下的计算图像，进而计算出计算图像的损失函数，求取优化参数的梯度，从而获得优化参数，在经过反复筛选和计算后，直至损失函数满足收敛条件，进而获得三维重构结果，可以精简三维坐标的重构过程，不仅降低了对硬件的要求，还能减少繁琐的人为干预，节约劳动力成本，同时在迭代过程中，还可以矫正样品漂移和样品台的机械倾转误差，进而提高三维坐标重构的准确性。由此，解决了相本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种局域轨道函数的三维重构方法，其特征在于，包括以下步骤：采集多个倾转角度下的样品的图像数据；基于所述图像数据，在实空间等间隔进行撒点并利用线性累加，得到所述多个倾转角度的每个倾转角度下的计算图像；以及根据每个倾转角度下的计算图像计算损失函数，并获取所述损失函数关于待优化参数的梯度，且根据所述梯度优化所述待优化参数，筛选出满足预设条件的原子，重新计算新的损失函数，直至满足收敛条件，在所述实空间重构局域轨道函数的中心的三维空间坐标和局域轨道函数的形状，得到三维重构结果。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采集所述多个倾转角度下的样品的图像数据，包括：获取所述多个倾转角度下的样品的初始图像数据；对所述初始图像数据进行对中合轴和降噪处理，并由处理后的图像归一化，得到所述图像数据。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述损失函数的计算公式为：其中，W代表损失函数，M代表倾转角度的总数，j代表倾转角度的序号，i代表局域轨道函数序号，P代表图像的边长，u代表图像中每个像素的横坐标，v代表图像中每个像素的纵坐标，f
j
(u,v)代表第j个角度下计算得到的图像，b
j
(u,v)代表第j个角度下实验所得的图像。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述筛选出满足预设条件的原子，包括：在每一步迭代更新完参数后，检测所有局域轨道函数的参数在检测到任一局域轨道函数的参数小于由所述所有局域轨道函数参数得到的阈值时，删除所述任一局域轨道函数的同时，通过建立二叉树得到局域轨道函数中心距离小于预设像素的局域轨道函数对索引，删除局域轨道函数对中的任意一个局域轨道函数；每一步迭代更新完参数并删除完所述局域轨道函数后，将每个局域轨道函数的参数均以预设概率减小为预设倍数，且设置保护时间，使得在所述保护时间内，不允许执行筛选操作和删除操作。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的方法，其特征在于，所述待优化参数包括每个局域轨道函数中心的三维空间坐标、描述其形状的参数、每个转角对应的三个欧拉角、每个角度下样品的漂移、样品台的机械倾转偏差中的至少一项。6.一种局域轨道函数的三维重构装置，其特征在于，包括：采集模块，用于采集多个倾转角度下的样品的图像数据；累加模块，用于基于所述图像数据，在实空间等间隔进行撒点并利用线性累加，得到所述多个倾转角度的每个倾转角度下的计算图像；以及重构模块，用于根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：于荣，毛梁泽，程志英，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：
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