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美国 Gatan 公司/科扬国际贸易(上海)有限公司 第二期数字电子显微学训练班 DigitalMicreograph 软件练习 (2005 年5月中国杭州) 修订本 2.

0 (2005 年5月)

2 DigitalMicrograph 软件入门 在电子显微学界 Gatan DigitalMicrograph (DM)是一个为人皆知的软件.DM 具有采集 图像,图像处理和分析,数据管理和报告打印等多种功能.为了使广大用户能够更好 地熟悉和掌握 DM 的多种功能,我们特别编辑了这本练习册.由于 DM 软件的功能五 花八门,丰富多彩,我们不可能对它的每一项功能作详细的介绍.本练习册汇集了一 些代表性很强的练习.每一个练习都有详细的步骤说明.希望以此能够将读者带进 门,以便日后自学提高对 DM 软件的理解和操作使用能力.从而更好地满足用户在数 字电子显微学方面的需求. 数字暗室 同传统的底片技术相比,数字图像最突出的优点在于图像可以很容易地通过计算机软 件进行多种操作与变换.很多同暗室相关的实验步骤都可以通过软件在计算机中很容 易地实现.比如,调节图像的亮度或衬度,选区放大,图像的非均匀亮度调节(遮挡 曝光),图像粘贴,贴字和测量等.上面所举的例子构成了数字暗室的基础. 数字暗室图像技术可以大大地提高工作效率.通过使用计算机软件,很多繁琐,重复 性高和费力的工作步骤可以被大大地简化.这一点仅从获取一张洗印好的图片所需经 过的全过程就可以清楚地说明(底片冲洗,暗室放大,贴字等). 修订本 2.0 (2005 年5月)

3 DigitalMicrograph 工作环境全貌 (DM Menu)菜单:多种操作指令按照其功能分类. (DM Tool) 工具;

这些可移动窗口包括标准工具以及多种与被显示图像有关的信息. (Image) 图像: 图像在 DM 软件里被显示的位置. (Results) 结果: 这个文字窗口包含 DM 软件在运行中的一些输出信息.比如图像分 析和测量的结果.窗口里面的文字可以被拷贝或以文件格式存储. 修订本 2.0 (2005 年5月)

4 练习一 1. 图像的亮度与衬度 图像亮度与衬度的调节是保证图像质量的重要一环.DM 可以很容易地对图像的亮度 和衬度进行调节.为了更好地说明 DM 调节亮度和衬度的原理,我们首先讲解一下计 算机屏幕显示的原理.一般来讲,屏幕显示器的灰度为

8 位(黑白)24 位(彩色). Gatan 数码相机最低是

12 位(最高

16 位).一个

12 位的数字图像含有

4096 个强度 值.屏幕显示器的灰度分辨率为 256(8 位).因为图像的强度分辨率大于显示器的灰 度级别,所以我们必须首先确定怎样使用有限的显示器灰度来显示图像中更高数目的 强度.换句话说,我们可以在图像中任选两个强度值,指定较低的强度为屏幕显示器 的黑色(灰度= 0),较高的强度为屏幕显示器的白色(灰度= 255).由此我们定义 了一个图像(4096 个强度值)与显示器(256 灰度)之间的相互关系. 图像亮度与衬度的调节实际上就是改变上述图像与显示器的相互关系. 操作步骤: 在计算机桌面的文件夹(Gatan School)里,打开(单击)图像 Nerve.5.dm3 . DigitalMicrograph 软件启动并显示图像. 这是一个衬度较低的图像.图像中的铜网像(黑)大大地影响了样品真实图像的显 示.请按照以下的步骤说明来调节图像的亮度和衬度. - 在显示窗口中,使用亮度和衬度划尺来优化图像的显示. - 双击 Contrast 或 Brightness 可以复原亮度或衬度的初值.(请练习并学会使用). 修订本 2.0 (2005 年5月)

5 - 强度直方图 Histogram 窗口(如下),用鼠标选择位于右边的强度峰(点击峰的 左端,按下鼠标并拖至峰的右端).这个操作改变了上面提到的图像与显示器之间的 相互关系.从而改变了图像的显示. ? 双击此处 - 双击直方图窗口下端的灰度横带可以复原直方图的初始显示值.(请练习并学会使 用). - 使用在显示窗口中的 gamma 划尺也可以改变图像的显示.双击 Gamma 可以复 原其初始值.(请练习并学会使用). 强度直方图窗口中的曲线称为 衬度变换曲线 (它就是我们上面提到的图像与显示 器之间的强度对应关系).在线性模式里,它是一条直线.在 gamma 显示模式中, 它变为非线性关系.此外通过选择 Image Display…(在Object 菜单下),也可以把线性 模式变为非线性. 具体步骤如下: 修订本 2.0 (2005 年5月)

6 在图像显示的对话窗口中(上右图),用鼠标点击衬度(Contrast).然后在其右面的模式 (Mode)选择项中,选取均匀化(Equalized).最后点击 OK 退出.用划尺调节亮度或衬 度,并观察图像的变化.此时强度直方图中的曲线已经不再是直线了. 现在我们再回到原先的线性模式(Image Display…, 选择 Linear mode). 在考察(survey)设 定选择中,练习选择 cross-wire.用鼠标选择自动考察(AutoSurvey).然后用鼠标点击 存储键(Save Defaults).点击 OK.观察图像的变化. 重复练习 sparse, whole image, 和reduction,观察图像的变化. 下表列出了显示图像变化的原因. 图像:Nerve.5.dm3. 最大值 = 2595,最小值 = -2. 上面的表格列出了不同的考察(survey)设定选择对图像显示所依据的最大和最小值的影 响.从中不难看出为什麽显示图像会因考察方式而变化. 2. 彩色显示(伪色) 一般来说,电子显微镜图像应该用黑白模式显示.但有的时候有必要用伪彩来特别突 出图像中的某些细节,或者增加一些显示的特殊效果.在用伪彩显示时,屏幕显示器 的256 个灰度(8 数位)同一个彩色配置表建立一一对应关系,从而将一幅黑白图像 转换成彩色图像. 操作步骤: 在计算机桌面的文件夹(Gatan School)里,打开(单击)图像 Lathe turnings at 16x.dm3 . 在Object 菜单下,选择 Image Display… 在左面直框内(下图)Display 下,选择彩色(Color).在彩色配置表(Color Table)下, 选择彩虹(Rainbow),点击 OK 退出.此时图像在伪彩模式下显示.下图中的彩色方块 矩阵就是上面所说的黑白-彩色配置表. 用亮度或衬度划尺来改变图像的显示效果. M in (黑)Max(白 ) C ro s s -w ire

2 1 .0

2 1

0 3 .0 S p a rs e

1 9 .0

2 4

0 6 .0 W h o le im a g e -2 .0

2 5

9 5 .0 R e d u c tio n

2 1 .0

2 3

8 8 .8 修订本 2.0 (2005 年5月)

7 再回到图像显示(Image Display…). 选择彩色(Color).在彩色配置表(Color Table)下,选 择温度(Temperature),点击 OK 退出.注意现在的彩色方块矩阵(黑白-彩色配置表) 已经变了.点击 OK 退出.复原亮度和衬度值. 自定义'

黑白-彩色配置表'

回到图像显示(Image Display…). 选择彩色(Color).在彩色配置表(Color Table)下,选择 温度(Temperature) 或彩虹(Rainbow). 在彩色方块矩阵中,左上角的彩块代表图像中最低的强度值.强度由左向右递增.右 下角的彩块代表图像中最高的强度值. 用鼠标点击选择整个(或部分)彩色方块矩阵.选择后,出现一个对话窗口(见下 图).此时你可以选择任意的颜色来代表图像中的最低的强度值,然后任意选择另外 一个颜色来代表最高的强度值. 上面所选的两个颜色在连续彩色

图表中(见下图)用两个小圆圈来表示.在两个圆圈 之间连一条线.在这条线上的所有颜色就构成了一个'

黑白-彩色配置表'

. 这个自定义配 置表可以很方便地被储存起来(点击 Save 健)备将来使用. 修订本 2.0 (2005 年5月)

8 3. 图像注释 图像注释通常包括在图像中加入一些文字说明, 箭头标记,和其他几何图形(例如, 长方或圆形等等).DM 软件里有很多这方面的功能可供用户选用.图像注释使用的工 具可以在标准工具盘(Standard Tool C 通常位于 DM 软件窗口的左上角)上面找到. 下图显示的是图像注释工具(虚线框内). 文字加入 在计算机桌面的文件夹(Gatan School)里,打开任何一张图像. 首先用鼠标点击 文字注释 图标(上图中 A 图标).然后点击图像中的任何一点, 此时出现一条竖直短线,键入所需要的文字.再用鼠标点击图像中的一点即可终止文 字输入模式(竖直短线消失). 用鼠标点击刚刚输入的文字,按下并移动鼠标即可改变文字在图像中的位置. 修订本 2.0 (2005 年5月)

9 改变字形 用鼠标点击选择图像中的文字(文字块的四角变为绿色).然后在物体(Object)菜 单下,选择字形(Text Font). 改变字体大小 同上.在物体(Object)菜单下,选择字体大小(Text Size). 改变字体类型 同上.在物体(Object)菜单下,选择字体类型(Text Style). 改变字体背景 同上.在物体(Object)菜单下,选择字体背景(Background). 画线段和箭头 用鼠标点击 线段 图标(文字图标右侧).选择图像中的任何一点,按下并移动鼠 标即可任意在图像中画线. 释放鼠标,即终止画线模式. 在画线时,同时按下键盘上的移动键 Shift ,可以把直线的方向限制在 0, 45, 和90 度. 在画线时,如果同时按下键盘上的 Alt 键,可以把直线变成单箭头线.如果同时按下 键盘上的控制 Cltr 键, 直线变成双箭头线. 试试看: 如果同时按下键盘上的 Shift 和 Alt ,或 Shift 和 Cltr 键,会出现什麽结 果? 改变线段的类型 首先用鼠标单击图像中的线段(此时线段的两个端点变为绿色).在物体(Object) 菜单下,选择背景(Object ->

Background).DM 软件里一共有四种不同的背景可供选 择. 画矩形或方形 用鼠标点击 方形 图标.选择图像中的任何一点,按下并移动鼠标即可在图像中画 出任意的矩形. 释放鼠标,即终止模式. 在画矩形时,如果同时按下键盘上的移动键 Shift ,矩形变为正方形. 修订本 2.0 (2005 年5月)

10 改变矩形或方形的类型 同上,首先用鼠标单击图像中矩形的任何一个边(此时图形的四个端点变为绿色). 在物体(Object)菜单下,选择背景(Object ->

Background).DM 软件里一共有四种不 同的背景可供选择. 试试看: 选择填充(Filled)或不填充(Not Filled), 会出现什麽结果? 画椭圆形或园形 用鼠标点击 园形 图标.选择图像中的任何一点为椭圆或圆的中心,按下并移动鼠 标即可在图像中画出任意的椭圆图形. 释放鼠标,即终止模式. 在画椭圆时,如果同时按下键盘上的移动键 Shift ,椭圆变为园形. 改变椭圆的类型 类似直线和方形,先用鼠标点击图像中的椭圆或园形(此时在图形的四周出现四个绿 色端点).在物体(Object)菜单下,选择背景(Object ->

Background). 试试看: 选择填充(Filled)或不填充(Not Filled), 会出现什麽结果? 4. 注释物体的规则排列 图像中的各种注释物体(例如文字,或几何图形,例如线段,方形,园形,等等), 经常有必要将它们做有规则的排列. 在DM 软件中可以将这些注释物体按水平中心 线,竖直中心线,或中心点排列. 具体步骤如下: 用鼠标选择所有的注释物体(按下鼠标画一个虚设的方形区来包围所有的注释物体, 或按下移动键 Shift , 用鼠标点击来选择每个注释物体).被选择后的注释物体,端 点变为绿色. 在物体(Object)菜单下,选择排列(Object ->

Align)的类型. 修订本 2.0 (2005 年5月)

11 5. 注释物体合并 如果图像中有很多的注释物体,在规则排列做完后,为了便于保持它们之间的排列关 系,最好将这........