一种高速图像的采集与处理方法、系统、终端及存储介质与流程

本发明涉及图像处理，尤其涉及一种高速图像的采集与处理方法、系统、终端及计算机可读存储介质。

背景技术：

1、在半导体工业的电子束曝光、检测等精密设备中，需要通过扫描电子束并采集二次电子或背散射电子信号来实时构建样品表面的高分辨率图像。该过程对图像数据的采集速度、传输可靠性、重建准确性以及显示的实时性均有极高要求。

2、目前的技术方案通常采用现场可编程门阵列（field-programmable gate array，fpga）进行高速数据采集，并通过用户数据报协议（user datagram protocol，udp）网络将数据发送至上位机进行图像重建和显示。然而，该方案存在以下突出缺陷：

3、1.图像重建错乱：udp协议不保证数据包的顺序和可靠性。在高带宽、高速率传输场景下，数据包极易出现乱序、跨帧抵达的情况，导致上位机无法正确重建图像。

4、2.扫描模式适应性差：为提升效率，扫描常采用蛇形（往返）路径。现有系统缺乏与扫描模式深度协同的数据打包与重建机制，导致重建图像错位，需要额外的后处理校正。

5、3.系统资源竞争与卡顿：为追求实时显示，图形用户界面（ui）需要高频刷新完整的高分辨率图像，严重占用cpu或gpu资源，导致界面卡顿，影响操作员实时观测。

6、4.图像质量不可控：原始电子图像动态范围有限，对比度低，关键纳米结构难以辨识。现有系统缺乏嵌入在高速流水线中的实时图像增强能力。

7、因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种高速图像的采集与处理方法、系统、终端及计算机可读存储介质，旨在解决udp传输导致的图像错乱、扫描模式与重建逻辑脱节、显示卡顿及图像质量不佳等问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种高速图像的采集与处理方法，所述一种高速图像的采集与处理方法包括如下步骤：

3、控制电子束按照预设扫描模式对样品进行扫描，采集扫描产生的物理信号，并将所述物理信号转换为数字图像数据；

4、对所述数字图像数据进行分组，并添加封装信息，得到多个数据包，其中，所述封装信息包括：用于标识图像帧起始的帧起始标志位、用于标识数据包起始的包起始标志位、帧序列号、包序列号以及用于指示当前图像帧扫描模式的扫描模式标识；

5、接收所述数据包，根据所述帧起始标志位确定图像帧的边界，并根据所述包序列号对属于同一图像帧的数据包进行排序与重组，得到与所述预设扫描模式相对应的图像帧数据；

6、对所述图像帧数据进行图像增强处理，得到增强图像数据；

7、在独立于图像增强处理流程的显示通道中，按照预设显示刷新策略对所述增强图像数据进行可视化显示。

8、进一步，所述控制电子束按照预设扫描模式对样品进行扫描，采集扫描产生的物理信号，并将所述物理信号转换为数字图像数据，具体包括：

9、通过数模转换器产生的扫描控制信号，驱动电子束按预设扫描模式对应的路径对样品进行光栅扫描，通过电子探测器根据所述光栅扫描，生成模拟电压信号；

10、采集所述模拟电压信号，并在高速时钟信号同步下，将所述模拟电压信号转换为数字图像数据。

11、进一步，所述对所述数字图像数据进行分组，并添加封装信息，得到多个数据包，具体包括：

12、将所述数字图像数据暂存于缓冲区，当所述缓冲区内的数据量达到预设的采样点数阈值时，触发封装操作；

13、在所述触发封装操作过程中，将所述达到阈值的数据作为一个数据分组，并添加封装信息以形成数据包。

14、进一步，所述接收所述数据包，根据所述帧起始标志位确定图像帧的边界，并根据所述包序列号对属于同一图像帧的数据包进行排序与重组，得到与所述预设扫描模式相对应的图像帧数据，具体包括：

15、根据待采集图像的宽度与高度参数，设置相应大小的数据缓存区；

16、接收所述数据包，检查所述数据包的数据长度，并解析所述数据包的封装信息，根据所述帧起始标志位识别新图像帧的开始，并根据所述包序列号对同一图像帧内的数据包进行排序，得到目标数据包；

17、根据所述扫描模式标识及预设的图像参数，计算所述目标数据包的有效载荷数据对应的图像坐标，并将有效载荷数据写入所述数据缓存区的相应位置，得到目标图像帧数据。

18、进一步，所述接收所述数据包，根据所述帧起始标志位确定图像帧的边界，并根据所述包序列号对属于同一图像帧的数据包进行排序与重组，得到与所述预设扫描模式相对应的图像帧数据，还包括：

19、当所述扫描模式标识指示为蛇形扫描模式时，识别出正向数据子段和反向数据子段，将所述正向数据子段写入数据缓存区的相应位置，对所述反向数据子段执行反转操作后再写入数据缓存区的相应位置。

20、进一步，所述对所述图像帧数据进行图像增强处理，得到增强图像数据，具体包括：

21、对所述图像帧数据执行双边滤波处理，得到第一目标图像帧数据；

22、对所述第一目标图像帧数据执行自适应直方图均衡化处理，得到第二目标图像帧数据；

23、对所述第二目标图像帧数据执行伽马校正或分段线性对比度拉伸处理，得到增强图像数据。

24、进一步，所述在独立于图像增强处理流程的显示通道中，按照预设显示刷新策略对所述增强图像数据进行可视化显示，具体包括：

25、设置独立于数据接收、图像重建及图像增强处理流程的显示通道；

26、在所述显示通道中，按照预设显示刷新策略从所述增强图像数据的输出缓冲区获取目标图像；

27、将所述目标图像渲染至用户界面进行显示。

28、此外，为实现上述目的，本发明还提供一种高速图像的采集与处理系统，所述高速图像的采集与处理系统用于实现如上所述的高速图像的采集与处理方法，其中，所述高速图像的采集与处理系统包括：

29、数据采集模块，用于控制电子束按照预设扫描模式对样品进行扫描，采集扫描产生的物理信号，并将所述物理信号转换为数字图像数据；

30、数据分组模块，用于对所述数字图像数据进行分组，并添加封装信息，得到多个数据包，其中，所述封装信息包括：用于标识图像帧起始的帧起始标志位、用于标识数据包起始的包起始标志位、帧序列号、包序列号以及用于指示当前图像帧扫描模式的扫描模式标识；

31、数据重组模块，用于接收所述数据包，根据所述帧起始标志位确定图像帧的边界，并根据所述包序列号对属于同一图像帧的数据包进行排序与重组，得到与所述预设扫描模式相对应的图像帧数据；

32、图像增强模块，用于对所述图像帧数据进行图像增强处理，得到增强图像数据；

33、显示模块，用于在独立于图像增强处理流程的显示通道中，按照预设显示刷新策略对所述增强图像数据进行可视化显示。

34、此外，为实现上述目的，本发明还提供一种终端，其中，所述终端包括：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高速图像的采集与处理程序，所述高速图像的采集与处理程序被所述处理器执行时实现如上所述的高速图像的采集与处理方法的步骤。

35、此外，为实现上述目的，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质存储有高速图像的采集与处理程序，所述高速图像的采集与处理程序被处理器执行时实现如上所述的高速图像的采集与处理方法的步骤。

36、本发明的有益效果为：本发明通过控制电子束并转换物理信号，为整个系统提供了高质量、可控的原始数据源。接着，在数据分组时添加包含帧起始标志、帧内包序列号及扫描模式标识等信息的封装，为后续在不可靠传输信道中实现可靠、有序的数据重建奠定了结构基础。进而，接收端依据封装信息确定帧边界、排序数据包并根据扫描模式标识进行图像重组，避免图像错乱，并实现了对多种扫描模式的自适应准确重建。然后，对重建后的图像帧进行增强处理，有效提升了原始电子图像的视觉质量与细节清晰度。最后，通过采用可配置的刷新策略，将计算密集的图像处理与用户界面渲染解耦，在确保图像处理完整性的同时，避免了因高频刷新高分辨率图像而导致的界面卡顿，从而实现了流畅的实时可视化。总之，本发明实现了高速图像采集处理系统在传输可靠性、重建准确性、图像质量及显示流畅性方面的全面提升。