【实操指南】处理电镜图片别焦虑，DM干货手把手教你~

01 电镜照片的基本类型

电子显微镜是当前材料科学发展必不可少的研究利器。常用的透射电子显微镜、扫描电子显微镜及其能谱、电子损失谱的附件测试和输出的数据基本以图片结果为主。这些数据的二次分析成为研究工作分析和论文撰写的重要部分，尤其是高倍透射图片，通过后处理可获得很多充分的数据性结果，能够为结构和机理等的深入分析提供有力证据。

然而当前，电子显微镜的类型、附属检测器的类型众多，得到的数据格式不统一，虽均为称度随空间的分布变化，但每个公司的仪器产品出现的数据结果并不互相兼容，此外也没有统一的专业分析工具。以领域内市场占有率最高的Gatan和JEOL公司电镜产品为例，其主要的数据结果类型如下表：

表1 Gatan和JEOL公司电镜数据结果类型

0 2 电镜照片处理的基本原理

电镜照片主要解析粒径分布、单晶/多晶、晶面结构、元素和原子分散，其本质是信号的空间分布，基本机理与比例尺地图是一致的。透射、扫描电子显微镜中，主要的仪器参数有：仪器型号、加速电压、分辨率、放大倍数、相机长度、比例尺、拍摄日期等参数，其中，最重要的参数为放大倍数和分辨率。

放大倍数代表了图片中单位长度与客观实际长度的比例，以测量工具量出比例尺长度，与标称长度比对即可换算图片其他长度对应的实际材料尺寸。

分辨率为该透射电镜理论上能分辨最小尺寸的能力极限，表示拍摄照片中单个像素点对应实际尺寸的大小，与放大倍数联合表示了电镜照片中相关细微结构的区分能力。而分辨能力是由加速电压、相机镜头和球差附件共同决定的，加速电压通过降低光源波长提高理论分辨能力极限，不同位置的球差矫正器能够消除信号噪声提高透射像、暗场像、能谱像等的成像清晰度，相机镜头的采集成像能力决定了最终图像的分辨率。

图1 典型电镜照片及附带参数

因而不同电镜在相同放大倍数下的成像质量和代表的信号等并不相同。如图1所用的JEOL JEM-2100F透射电子显微镜，其放大倍数极限与市面上常见的球差电镜类同，能够达到1500 k倍，然而其分辨率仅为0.19 nm，不同原子等的成像无明显区别，无法如球差电镜的结果图一样实现原子级的分辨能力。

0 3 电镜照片处理的常用软件

遵从基本原理，只要能够测量长度的方式均能对电镜照片进行后处理分析，甚至可以用打印图片来刻度尺丈量计算（手动狗头）。其实，能够测量长度的常用软件有很多，如PowerPoint、Photoshop、画图等均能完成简单的测量处理，也可以完成亮度、对比度调节和上伪色等操作。

各仪器公司的拍摄控制软件是比较专业化的处理工具，能够在处理基本粒径分析、晶面间距等测量外，还能够进行傅里叶变换、降噪处理等，得到更加深入的数据结果。

然而大部分专业软件都是绑定操作电脑的，仅能在仪器控制拍摄电脑上进行数据处理工作，如JEOL公司的iTEM。相对易获得的图像处理软件，除去功能相对单一的处理软件（如nanomeasure）外，还有相对齐全的ImageJ、Image-Pro、Digimizer 、Digital Micrograph等。

其中，Digital Micrograph 不仅能够自动识别Gatan公司电镜拍摄的dm3、dm4、Tif文件中的标尺、放大倍数、仪器型号等信息，还能够对图片中进行上伪色突出对比度、选区傅里叶变换、划线取向灰度分析等。此外，完整版的Digital Micrograph软件中还内置了电子损失谱（EELS）的标准谱图，方便对实验样品的EELS数据进行比对和分析。

0 4 其他公司电镜图导入Digital Micrograph

图2 TIF格式图片导入DM软件

DM软件功能全面，能够打开TIF格式的图片。对其他厂家和类型的电子显微镜拍摄的TIF格式的数据结果，均可以导入DM软件中进行分析和后处理。

如图2所示，打开软件，将tif图片直接拖入或者使用file-open选择文件打开均可。对于经过其他软件，如PS等，进行过格式转换的图片，DM软件无法识别，拖入的文件会报错。对于导入的文件，一般情况下，DM软件可直接识别Gantan仪器的TIF类型结果，用鼠标可拖动可调节导入的图片中标尺的位置和大小。不能自动识别的其他仪器的文件可以利用软件中的calibrate功能进行图片标尺、放大倍数的识别。

图3 基于图片标尺的Calibrate过程

图4 Calibrate过程的参数输入

在Microscope下有三种calibrate模式，分别基于图片实空间长度、傅里叶变换空间晶面间距和图片中的仪器信息。第三种不适用于非Gatan公司图片。选择第一种校正方法，如图3所示，利用左侧工具栏工具拖动识别线段与已知线段重合（可以使用shift保持水平）。完成之后点击ok，出现如图4所示的的calibration对话框中选择合适的单位并输入准确的数值。然后点击Ok即可。

图5 基于已知晶面的Calibrate过程

对于没有标尺的图片，若已知图片中的某具体晶面或者结构间距，可以利用该数据进行校正。如图5所示，对图片做选取傅里叶变换，选择第二种校正方法，出现的变换结果中，选种对应的变换对称点，点击ok，出现的对话框中，填入对应晶面的1/d数值，并将单位改为1/nm，点击ok即可。

0 5 导入识别后图片的后处理示例

图片完成Calibrate后，即可在Edit中的Data Bar中添加标尺，如图6所示，添加后可拖动标尺至合适位置及大小。这时候左侧工具栏中的长度、晶面间距、添加文字等工具均可使用了。

图6中演示的是傅里叶变换测量晶面间距的过程。选区傅里叶变换区域时需要按住Alt，才能选取合法区域。出现的图片中对应的衍射点/环的距离/直径的一半的倒数，为对应的晶面间距。

关于图片上伪色，右击图片，选择Image Display中的color，可以更改涂色模式和色阶。左侧工具栏中的亮度、对比度和gama值可以调整图片的显示效果。

图6 标尺添加与FFT变化过程示意

扫描与透射电镜图一般为黑白色深浅表示称度，在很多时候视觉对比效果并不强，尤其PPT展示过程中，黑白色阶比较难识别。如图7所示的石墨碳包覆纳米钴，通过DM软件的伪色功能，右击图片，选择Image Display中的color，更改涂色模式和色阶将图片上伪色，可以充分提高图片的显示效果。

图7 伪色增强对比效果示意图