СПОСОБ И СИСТЕМА ДВОЙНОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ ДЛЯ ГЕНЕРАЦИИ МНОГОМЕРНОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ ОБРАЗЦА
DUAL IMAGE METHOD AND SYSTEM FOR GENERATING MULTI-DIMENSIONAL IMAGE OF SAMPLE

[0001] По данной заявке испрашивают приоритет по 35 U.S.C. §119(e) предшествующей предварительной патентной заявки США № 61/547090, поданной 14 октября 2011 года, которая включена в полном объеме по ссылке в настоящий документ.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0002] Изобретение относится к способу генерации многомерного изображения образца. Изобретение также относится к системе для генерации многомерного изображения образца.
[0003] В последнее время трехмерная регистрация данных и визуализация объема посредством применения последовательного изготовления срезов ФИП (фокусированным ионным пучком) появились в качестве возможного способа получения, детального исследования и отображения многомерных изображений для различных материалов подложки. Например, в патентах США №№ 6855936 и 7750293 B2 описаны определенные системы, которые можно использовать для ФИП-СЭМ (сканирующий электронный микроскоп) способов трехмерной визуализации. ФИП система может действовать в качестве наноразмерного скальпеля для того, чтобы удалять очень тонкие срезы материала с образца, в то время как СЭМ захватывает изображения структуры образца на каждом срезе. Факторы, которые могут ограничивать более широкое использование ФИП-СЭМ способов трехмерной визуализации, включают вопросы реализации быстрого и точного анализа данных изображения и способы генерации объема изображения для изображений, захватываемых с использованием этих устройств.
[0004] В области цифровой петрофизики стали доступны и используются устройства для генерации компьютерных томографических (КТ) изображений образцов породы, таких как сверлильные обломки, чтобы анализировать образцы породы. Такие генерирующие КТ изображения устройства использовали для получения двухмерных полутоновых изображений образцов породы. Двухмерные изображения можно укладывать стопкой в трехмерный объем. Такие полутоновые изображения использовали, например, в качестве части анализа для получения оценок петрофизических параметров визуализируемого образца породы, например пористости, проницаемости, модулей сдвига и объемной упругости и коэффициента удельного электрического сопротивления образования.
[0005] Авторы данного изобретения понимали, что будет полезно генерировать многомерные изображения породы или других материалов со сверхвысоким разрешением в комбинации с мощными автоматизированными аналитическими возможностям для выравнивания и коррекции изображений, чтобы сделать возможным точный и согласованный наноразмерный анализ углеводородных отложений в породы или других образцах. Эта разработка может сделать возможной быструю и точную интерпретацию образца породы, например, в отношении содержимого геологической фазы и распределения на какие-либо индивидуальные двухмерные срезы и трехмерный объем в целом без необходимости лабораторного анализа образца и со сниженной зависимостью или необходимостью человеческого или ручного анализа в качестве части технологии. Авторы данного изобретения, кроме того, поняли, что существует необходимость в способах захвата и анализа уникальных цифровых изображений, которые могут обеспечивать точную интерпретацию за короткий период времени для пород из нестандартных или «плотных» мелкозернистых образований. Плотные образования могу иметь чрезвычайно низкую проницаемость в отличие от более типичных песчаников или других более пористых пород, которые анализировали с использованием цифровых физических способов изучения пород.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0006] Признак по изобретению заключается в предоставлении способа генерации многомерного изображения образца, который включает захват множества двухмерных изображений подложки области поверхности образца с использованием различных модальностей захвата изображения, которые имеют различные точности, и генерацию скорректированного изображения с использованием различных захваченных изображений.
[0007] Другой признак по изобретению состоит в предоставлении способа создания трехмерного объема посредством одновременного захвата двойных наборов поверхностных электронных двухмерных изображений подложки и обратно рассеянных электронных двухмерных изображений подложки, и генерации трехмерного объема подложки из поверхностных электронных двухмерных изображений подложки с использованием выравнивания множества обратно рассеянных электронных изображений подложки.
[0008] Дополнительный признак по изобретению состоит в предоставлении способа генерации трехмерного объема образца, который включает сканирование поверхности образца, содержащей множество фаз, с помощью первичного электронного пучка, генерируемого посредством источника электронов, и регистрацию данных отдельных изображений, основываясь на обнаруживаемых поверхностных электронов и обратно рассеянных электронов, испускаемых образцом во время сканирования, и хранение данных изображения в качестве двойного набора данных изображения, связанных со сканируемой поверхностью, удаление среза с образца и повторение захвата изображения множество раз, и затем корректировка по меньшей мере одной фазы в изображениях, основываясь на обнаруживаемых поверхностных электронах с использованием идентификации другой фазы, которую идентифицируют на изображениях, основываясь на обнаруживаемых обратно рассеянных электронах, испускаемых образцом во время сканирования.
[0009] Дополнительный признак по изобретению состоит в предоставлении способа генерации трехмерного объема образца, который включает сканирование поверхности образца, которая содержит кероген, пористость и минералы, где пиксели повторно относят из пространства керогена в пространство пор на анализируемом двухмерном изображении, которое захватывали, основываясь на обнаруживаемых поверхностных электронах, используя первую маску, и пиксели повторно относят из минерала в кероген на базовом анализируемом двухмерном изображении с использованием второй маски.
[0010] Другой признак по изобретению состоит в предоставлении системы для реализации указанных способов.
[0011] Дополнительные признаки и преимущества изобретения отчасти изложены в ниже следующем описании и отчасти видны из описания или могут быть поняты посредством практического осуществления изобретения. Цели и другие преимущества изобретения реализуют и достигают посредством элементов и комбинаций, в частности, отмеченных в описании и приложенной формуле изобретения.
[0012] Для достижения этих и других преимуществ и в соответствии с целями изобретения, как реализовано и обширно описано в настоящем документе, изобретение относится отчасти к способу генерации многомерного изображения образца, где способ включает захват первого двухмерного изображения подложки области поверхности образца с использованием первой модальности захвата изображения, где захватывают местоположения по меньшей мере одного материала в области поверхности. Второе двухмерное изображение подложки области поверхности захватывают с использованием второй модальности захвата изображения, которая отличается от первой модальности захвата изображения. Вторая модальность захвата изображения может обеспечивать более высокую точность относительно местоположений по меньшей мере одного материала в области поверхности, чем первая модальность захвата изображения. Первое двухмерное изображение подложки пространственно выравнивают, основываясь на втором двухмерном изображении подложки, и затем первое скорректированное двухмерное изображение подложки можно генерировать, основываясь по меньшей мере отчасти на местоположениях по меньшей мере одного материала на втором двухмерном изображении подложки. Необязательно первое скорректированное двухмерное изображение подложки содержит содержимое первого материала, определяемое посредством второй модальности, на которую не воздействует образование зарядов, относительно идентификации этого первого материала, который при определении с использованием первой модальности и содержимого пористости образца определяют посредством первой модальности, которая имеет более высокую точность относительно идентификации пористости на первом двухмерном изображении, чем вторая модальность. В качестве другой опции скорректированное двухмерное изображение подложки предоставляют посредством изменения первого двухмерного изображения подложки с использованием по меньшей мере одной цифровой маски, где местоположения по меньшей мере одного из пористости образца и органического содержимого, определяемых для первого двухмерного изображения посредством первой модальности, корректируют с использованием по меньшей мере одной маски, образуемой на основании одного или нескольких местоположений органического содержимого, идентифицируемых на втором двухмерном изображении подложки.
[0013] Изобретение дополнительно отчасти относится к способу создания трехмерного объема, где способ включает захват множества поверхностных электронных двухмерных изображений подложки и множества обратно рассеянных электронных двухмерных изображений подложки. Выравнивание множества обратно рассеянных электронных изображений подложки определяют для генерации трехмерного объема. Трехмерный объем подложки генерируют из поверхностных электронных двухмерных изображений подложки с использованием выравнивания множества обратно рассеянных электронных изображений подложки.
[0014] Изобретение дополнительно отчасти относится к способу генерации трехмерного цифрового изображения образца, где способ имеет стадии, которые включают a) сканирование поверхности образца, которая содержит кероген, пористость и минерал, с помощью первичного электронного пучка, генерируемого посредством источника электронов, и (i) регистрацию данных первого изображения, основываясь на обнаружении поверхностных электронов образца и хранении первых данных изображения в качестве первого двухмерного изображения, содержащего значение шкалы серого, присвоенное каждому из множества пикселей на изображении, и (ii) регистрацию данных второго изображения, основываясь на обнаружении обратно рассеянных электронов, испускаемых образцом, во время сканирования и хранения данных второго изображения в качестве второго двухмерного изображения, содержащего значение шкалы серого, присвоенное каждому из множества пикселей на изображении. Первое и второе двухмерные изображения предоставляют двойной набор данных изображения, связанных со сканируемой поверхностью. На стадии b) слой удаляют с образца посредством ионного пучка, направленного на образец, чтобы предоставить другую обнаженную поверхность на образце. На стадии c) другую обнаженную поверхность образца сканируют с помощью первичного электронного пучка, и стадии a)(i) и a)(ii) повторяют для того, чтобы предоставить двойной набор данных изображения, связанных с другой обнаженной поверхностью. На стадии d) стадии b) и c) повторяют множество раз. На стадии e) множество двойных наборов данных изображения, получаемых на стадиях a) и d), укладывают стопкой посредством расположения соответствующих первого и второго двухмерных изображений в том же последовательном порядке, как получают из образца. На стадии f) первые двухмерные изображения выравнивают относительно вторых двухмерных изображений. На стадии g) первые и вторые двухмерные изображения из множества двойных наборов данных изображений анализируют с отнесением пикселей к пространству пор, керогену или минералу для того, чтобы формировать анализируемые первые и вторые двухмерные изображения. На стадии h) пиксели, отнесенные к керогену на анализируемых первых двухмерных изображениях, которые не отнесены к керогену на анализируемых вторых двухмерных изображениях, идентифицируют в двойном наборе данных изображения. На стадии i) пиксели, идентифицированные на стадии h), повторно относят к пространству пор на анализируемых первых двухмерных изображениях, связанных с двойным набором данных изображения.
[0015] Изобретение дополнительно отчасти относится к способу генерации трехмерного цифрового изображения образца, где способ включает указанные в настоящем документе стадии a) - f), и дополнительно стадии g)-j), где двойные маски генерируют и используют для того, чтобы корректировать первые двухмерные изображения. На стадии g) этого способа осуществляют базовый анализ первых двухмерных изображений из множества двойных наборов данных изображения, включающий сегментацию пикселей для пространства пор, керогена или минерала, чтобы формировать базовые анализируемые первые двухмерные изображения. На стадии h) сначала проводят анализ вторых двухмерных изображений из множества двойных наборов данных изображения, который включает отбор только пикселей, которые имеют значения шкалы серого, превышающие предварительно выбираемое пороговое значение шкалы серого для керогена, чтобы определять первую маску. На стадии i) дополнительно проводят анализ вторых двухмерных изображений из множества двойных наборов данных изображения, который включает отбор только пикселей, которые имеют значения шкалы серого ниже предварительно выбираемого порогового значения шкалы серого для минерала, чтобы определять вторую маску. На стадии j) базовые анализируемые первые двухмерные изображения изменяют посредством первой маски и второй маски. Пиксели повторно относят из пространства керогена к пространству пор на базовых анализируемых первых двухмерных изображениях с использованием первой маски, а также пиксели повторно относят от минерала к керогену на базовых анализируемых первых двухмерных изображениях с использованием второй маски.
[0016] Изобретение дополнительно отчасти относится к системе для генерации трехмерного цифрового изображения образца, содержащей микроскоп заряженных частиц, первую и вторую системы обработки сигнала и компьютер. Микроскоп заряженных частиц содержит колонну сканирующего электронного пучка, которая содержит источник электронов для генерации первичного электронного пучка, колонну ионного пучка для генерации фокусированного ионного пучка на образце для того, чтобы последовательно удалять его тонкий слой в направлении толщины образца и обнажать другую поверхность образца для сканирования с помощью первичного электронного пучка, первый детектор заряженных частиц для обнаружения поверхностных электронов образца при сканировании с использованием первичного электронного пучка и второй детектор заряженных частиц для обнаружения электронов, обратно рассеиваемых сканируемым образцом. Первая система обработки сигнала действует для регистрации данных первого изображения, основываясь на поверхностных электронах образца, обнаруживаемых посредством первого детектора заряженных частиц, и хранения данных первого изображения в качестве первого двухмерного изображения, содержащего значение шкалы серого, присвоенное каждому из множества пикселей на изображении. Вторая система обработки сигнала действует для регистрации данных второго изображения, основываясь на электронах, обратно рассеиваемых посредством образца во время сканирования, которых обнаруживают посредством второго детектора заряженных частиц, и хранения данных второго изображения в качестве второго двухмерного изображения, содержащего значение шкалы серого, присвоенное каждому из множества пикселей на изображении. Первые и вторые двухмерные изображения предоставляют двойной набор данных изображения, связанный с другой обнаженной поверхностью. Компьютер имеет по меньшей мере один процессор, который может работать для исполнения компьютерной программы, способной осуществлять вычисления для создания трехмерного цифрового представления образца. Вычисления включают i) укладывание стопкой множества двойных наборов данных изображения, получаемых посредством первой и второй обрабатывающих систем, посредством расположения соответствующих первого и второго двухмерных изображений в последовательном порядке, как получают из образца, при выравнивании, ii) базовый анализ первых двухмерных изображений из множества двойных наборов данных изображения, включающий отнесение пикселей к пространству пор, керогену или минералу для того, чтобы формировать базовые анализируемые первые двухмерные изображения, iii) первый анализ вторых двухмерных изображений из множества двойных наборов данных изображения, который включат отбор только пикселей, которые имеют значения шкалы серого, превышающие предварительно выбираемое пороговое значение шкалы серого для керогена, чтобы определять первую маску, (iv) второй анализ вторых двухмерных изображений из множества двойных наборов данных изображения, который включает отбор только пикселей, которые имеют значения шкалы серого ниже предварительно выбираемого порогового значения шкалы серого для минерала, чтобы определять вторую маску, и (v) изменение базовых анализируемых первых двухмерных изображений посредством первой маски и второй маски, которое включает повторное отнесение пикселей из пространства керогена в пространство пор на базовых анализируемых первых двухмерных изображениях с использованием первой маски и повторное отнесение пикселей из минерала к керогену на базовых анализируемых первых двухмерных изображениях с использованием второй маски.
[0017] Следует понимать, что как приведенное выше общее описание, так и следующее подробное описание являются только образцовыми и поясняющими, и предназначены только для того, чтобы предоставить дополнительное объяснение изобретения, как заявлено.
[0018] Сопроводительные чертежи, которые включены в эту заявку и составляют ее часть, иллюстрируют некоторые из вариантов осуществления изобретения и вместе с описанием служат для объяснения принципов изобретения. Чертежи не обязательно приведены в масштабе. Схожие номера позиций на чертежах относятся к схожим элементам на различных видах.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0019] На фиг. 1 приведено схематическое представление системы согласно примеру изобретения.
[0020] На фиг. 2 представлена схематическая иллюстрация вторичных электронов и обратно рассеянных электронов, генерируемых с помощью первичного электронного пучка, который направляют на поверхность образца.
[0021] На фиг. 3A и 3B представлены двухмерные полутоновые изображения, захваченные для поверхности образца породы с использованием сканирования обратно рассеянных электронов (также называют в настоящем документе как сканирование «обратного рассеяния с выбором по энергии» («ОРВЭ» сканирование) или сканирование обратно рассеянных электронов (сканирование «ОРЭ») и сканирование электронов поверхности (также называют в настоящем документе как сканирование вторичных электронов («ВЭ2»)), соответственно одного и того же среза образца в соответствии с примером изобретения.
[0022] На фиг. 4A и 4B представлена сегментация керогеновой фазы как для ОРВЭ, так и для ВЭ2 срезов на фиг. 3A и 3B соответственно в соответствии с примером изобретения.
[0023] На фиг. 5A и 5B представлены сегментированные захваченные изображения, генерируемые в способе, включающем способ обработки двойного сигнала, где сегментация керогена из ОРВЭ данных представлена на фиг. 5A и сегментация пор из ВЭ2 данных представлена на фиг. 5B, в соответствии с примером изобретения.
[0024] На фиг. 6 представлена блочная диаграмма, показывающая различные стадии способа в соответствии с примером изобретения.
[0025] На фиг. 7A представлено ВЭ2 изображение и на фиг. 7D представлено ОРВЭ изображение, которые получали одновременно для одной и той же области поверхности образца и пространственно выравнивали. На фиг. 7B и 7C приведены изображения, которые представляют собой увеличенные области, маркированные на фиг. 7A соответствующими геометрическими формами. На фиг. 7E и 7F приведены изображения, которые представляют собой увеличенные области, маркированные на фиг. 7D соответствующими геометрическими формами, в соответствии с примером изобретения.
[0026] Фиг. 8A-8F содержат фиг. 8A-8C, которые соответствуют фиг. 7A-7C, а на фиг. 8D-8F представлены изображения после того, как на изображениях осуществляют базовую сегментацию. Часть пространства пор (черная), которая не верно помечена в качестве керогена (серый) в ВЭ2 данных, обозначена стрелкой, указывающей в направлении влево вверх на фиг. 8A, 8B, 8D и 8E, а часть керогена (серый), которая не помечена в качестве минерала (белый), обозначена стрелкой, указывающей горизонтально в направлении влево на фиг. 8A, 8C, 8D и 8F, в соответствии с примером изобретения.
[0027] Фиг. 9A-9B содержат фиг. 9A, которая соответствует фиг. 7D, а на фиг. 9B представлен пример маски, созданной для того, чтобы повторно помечать кероген в качестве поры в местоположениях, где сигнал считывают из внутренней части поры. ОРВЭ на фиг. 9A сегментируют с тем, чтобы отбирать все значения и только значения выше тех, которые представляют реальный кероген на ВЭ2 изображении, которые обозначают посредством «морских» участков на фиг. 9B, в соответствии с примером изобретения.
[0028] Фиг. 10A-10B содержат фиг. 10A, которая соответствует фиг. 7D, а фиг. 10B представляет пример макси, созданной для того, чтобы повторно помечать минерал в качестве керогена в местоположениях, где кероген заряжен. ОРВЭ на фиг. 10A сегментируют с тем, чтобы отбирать все значения и только значения ниже тех, которые представляют реальный минерал в ВЭ2 изображении, который обозначают посредством затенения, добавленного на фиг. 10B, в соответствии с примером изобретения.
[0029] Фиг. 11A-11I содержат три набора изображений, которые показывают эффект двух масок, созданных из ОРВЭ изображения, оказываемый на получаемую сегментацию. Набор ВЭ2 данных на фиг. 11A-11C соответствует фиг. 8A-8C, фиг. 11D-11F соответствуют фиг. 8D-8F, а базовая сегментация, модифицированная посредством двух масок, представлена на фиг. 11G-11I, и стрелки указывают на те же не верно помеченные фазы, как указано ранее на фиг. 8A-8F, в соответствии с примером изобретения.
[0030] На фиг. 12A-12C представлены три увеличенные вида пространства пор около стрелки, показанной на фиг. 11B, 11E и 11H, соответственно, где набор ВЭ2 данных представлен на фиг. 12A, базовая сегментация на фиг. 12B, а базовая сегментация после коррекции посредством двух масок на фиг. 12C, в соответствии с примером изобретения.
[0031] На фиг. 13 представлена таблица 1, в которой приведены результаты определения керогена и содержимого пористости для ФИП-СЭМ сканированных срезов образцов глинистого сланца с использованием способа в соответствии с примером изобретения и способа сравнения, включающего ручной анализ содержимого изображения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0032] Изобретение относится отчасти к способу генерации многомерного изображения образца, который объединяет различные модальности захвата изображения со способностью к анализу данных для идентификации и интеграции признаков изображения более высокой точности, захватываемого посредством каждой соответствующей модальности, чтобы получать согласованные данные изображения с более высокой точностью и согласованности, чем позволяет любая модальность в отдельности. Способ по изобретению может быть особенно полезен, например, для генерации цифровых изображений образцов, которые содержат различные фазы, захват изображения которых не происходит с одинаковыми уровнями точности с помощью одной модальности захвата изображения высокого разрешения. Зная эту проблему, способ по изобретению включает одновременный захват двойных наборов данных изображения для одной и той же поверхности образца с использованием различных модальностей захвата изображения. Различные модальности захвата изображения образуют часть системы генерации, регистрации, анализа двойного сигнала и отображения цифрового изображения. Необязательно по меньшей мере одна из модальностей может обеспечивать более высокую точность идентификации для по меньшей мере одного признака изображения в сравнении с другой модальностью или модальностями захвата изображения. Скорректированные изображения можно генерировать из идентификаций различных признаков с использованием соответствующей модальности, которая обеспечивает более высокую точность идентификации для данного признака. Образцы породы, например, могут иметь твердый материал одного или нескольких типов (например, неорганический материал, органический материал или комбинации этих фаз) и возможно пространство пор. Когда на многофазные материалы смотрят под сканирующим электронным микроскопом или другим устройством захвата изображения очень высокого разрешения, например, детектор поверхностных электронов или вторичных электронов в СЭМ, например, может генерировать сигналы, которые предусматривают двухмерные полутоновые изображения, которые могут отображать пространство пор с высокой точностью на данном уровне среза. Эти сканирования также могут захватывать сигналы от твердого материала внутри пространства пор в местоположении, которое относится к последующему или более глубокому срезу образца, что может создавать ошибки идентификации на изображении. Без коррекции посредством данного способа неправильно идентифицированный твердый материал из более глубокого среза может своим появлением на двухмерном изображении вводить в заблуждение, поскольку занимает пространство в том же двухмерном срезе, что и пора, через которую его обнаруживают. Кроме того, некоторое органическое содержимое пород, такое как кероген, также может заряжаться до минеральной фазы во время СЭМ сканирования и может быть неправильно идентифицировано в качестве минерала на двухмерном изображении. Соответственно использование только захваченной визуализации поверхностных электронов может вести к неправильному определению пространства пор и твердого материала или материалов для среза образца. Когда двухмерные изображения укладывают стопкой в единый трехмерный объем, эти ошибки идентификации могут объединяться, если их не корректировать с помощью данного способа. Данный способ может обеспечивать такие режимы коррекции в рутинных операциях с высокой степенью автоматизации, которые являются более точными, быстрыми и надежными, чем использование ручного анализа и обработки изображений.
[0033] Необязательно способ по изобретению может определять содержимое распределения фаз в содержащей органическое содержимое породе, где можно генерировать скорректированное двухмерное изображение подложки, которое содержит органическое содержимое, представляющее интерес, которое определяют посредством модальности, которая имеет более высокую точность в отношении органического содержимого, а какое-либо содержимое пористости определяют посредством другой модальности, которая имеет более высокую точность в отношении пористости на двухмерном изображении, которое выравнивали с использованием второго двухмерного изображения подложки. В качестве другой возможности способ по изобретению предусматривает вторую модальность захвата изображения, которая может идентифицировать по меньшей мере один тип твердого материала с высоким уровнем точности на том же уровне среза, и эту более точную идентификацию можно использовать для того, чтобы корректировать по меньшей мере одну из неправильных идентификаций твердых материалов на первом изображении, которые фактически представляют собой пространство пор, и неправильных идентификаций твердого материала в качестве твердого материала другого типа.
[0034] Данный способ можно применять к генерации и коррекции индивидуальных двухмерных изображений. Способ также можно применять к генерации и коррекции множества двухмерных изображений, которые получают из последовательных срезов образца, а скорректированные изображения в уложенном стопкой выравнивании обеспечивают симуляцию трехмерного объема высокой точности для сканированной части образца.
[0035] Как указано, данный способ можно реализовать с высокой степенью автоматизации за относительно короткий период времени. Данный способ позволяет избегать необходимости корректировать срезы руками по одному срезу за раз. Ручная обработка может занимать очень много времени, быть невоспроизводимой и неточной, например, как показано в примерах, включенных в настоящий документ. Кроме того, при ручной коррекции маркировки результаты могут в высокой степени зависеть от индивидуума, выполняющего ручную коррекцию. Данный способ снижает возможность появления таких ошибок и неблагоприятного влияния на результаты симулируемых изображений.
[0036] Необязательно способ по изобретению относится к созданию трехмерного отображения объема образца, где указанные различные модальности захвата изображения содержат модальность для захвата множества поверхностных электронных двухмерных изображений подложки и другую модальность, которая может содержать модальность для захвата множества обратно рассеянных электронных двухмерных изображений подложки, которые используют для того, чтобы корректировать поверхностные электронные двухмерные изображения подложки. После определения выравнивания в обоих наборах изображений, основываясь на множестве обратно рассеянных электронных изображений подложки, трехмерный объем подложки, состоящий из скорректированных изображений, можно генерировать из поверхностных электронных двухмерных изображений подложки, содержащих коррекцию, выполненную для неправильно идентифицированных признаков, опираясь на обратно рассеянные электронные изображения подложки. Необязательно другая модальность может содержать захват множества энергодисперсионных спектрометрических (ЭДС) изображений подложки.
[0037] Необязательно предусмотрен способ измерения пористости и органического содержимого в образцах породы или минерала, который может интегрировать возможности регистрации данных трехмерных изображений срез за срезом с мощными возможностями анализа изображений с высокой степенью автоматизации. Для того чтобы определять пористость и кероген или другие фракции органического содержимого в образце породы, микроскоп заряженных частиц, оборудованный для множества модальностей обнаружения сигнала, можно использовать для генерации трехмерных данных образца в качестве двойных наборов данных изображения. Двойные наборы данных изображения могут обеспечивать различные уровни точности в отношении визуализации различных признаков в образце, где двойные наборы данных можно выравнивать, анализировать и объединять или интегрировать в данных способах для того, чтобы получать уникальные изображения с высокой точностью и согласованностью для образца. Порода или минеральный материал, например, которые можно анализировать посредством способа, не обязательно ограничены. Порода может представлять собой, например, глинистый сланец, глинистую породу, алевролит, аргилит, порцелланит, доломит или их сочетание. Глинистый сланец в некоторых описаниях, предоставленных в настоящем документе, упоминают в качестве иллюстрации и не ограничения. Способ можно применять, например, к нестандартным или породам из «плотных» мелкозернистых образований и минералам. Материалы плотных образований могут иметь чрезвычайно низкую проницаемость, такую как абсолютная проницаемость меньше приблизительно 0,1 миллидарси, или даже могут не иметь пористых сетей путей потоков. Порода может содержать минеральный материал, такой как кристаллический твердый материал или минерал. Необязательно органическое содержимое может содержать кероген. Кероген представляет собой смесь органических химических соединений, которые образуют часть органического вещества в некоторых породах, таких как осадочные породы. Кероген типично нерастворим в обычных органических растворителях по причине очень большой молекулярной массы (например, больше 1000 Да) составляющих его соединений. При нагревании некоторые типы керогена могут высвобождать неочищенную нефть или природный газ. В одном из вариантов данного способа породу можно сканировать срез за срезом посредством ФИП-СЭМ устройства, которое одновременно генерирует множество сигналов, которые можно обрабатывать и формировать из них отдельные наборы полутоновых изображений, которые дают различные результаты для идентификации минерала (например, зерна), органического содержимого (например, керогена) и какого-либо содержимого пространства пор на срезах породы или другого сканируемого образца.
[0038] Необязательно, чтобы определять местоположения и фракции различных фаз в образце, таких как образец породы, сканирующий электронный микроскоп с фокусированным ионным пучком (ФИП-СЭМ), оборудованный для обнаружения множества модальностей, можно использовать для получения двухмерных изображений на различных срезах образца с очень высоким разрешением. Система 100 пучка заряженных частиц представлена на фиг. 1 для того, чтобы иллюстрировать ФИП-СЭМ систему, которую можно использовать для этой возможности. Система 100 пучка заряженных частиц содержит колонну 101 сканирующего электронного пучка и колонну 201 фокусированного ионного пучка. Как показано на фиг. 1, оптическая ось 102 колонны 101 электронного пучка и оптическая ось 202 колонны 201 фокусированного ионного пучка пересекаются по существу в плоскости, определяемой плоской поверхностью 302 образца 301. На этой иллюстрации оптическая ось 202 колонны 201 фокусированного ионного пучка идет приблизительно перпендикулярно этой плоскости образца 301 и, следовательно, ионный пучок падает перпендикулярно на эту поверхность в этом примере. Угол, под которым электронный пучок, идущий вдоль оптической оси 102 СЭМ колонный 101 падает на поверхность 302 образца 301 в этой конфигурации, может представлять собой стандартно используемое значение, такое как приблизительно от 30° приблизительно до 40°, или другие подходящие значения. В колонне 101 сканирующего электронного пучка первичный электронный пучок можно генерировать посредством источника электронов 103, такого как полевой эмиттер Шотки, и анода 104. Испускаемые электроны также могут проходить через извлекающий электрод 105, расположенный между источником электронов 103 и анодом 104. Затем ускоренный электронный пучок может проходить через канал в нижней части анода 104, его по существу коллимируют посредством коллиматорной системы 107, и затем он проходит через апертурную диафрагму 109 и внутреннее пространство 111 колонны 101 электронного пучка. Система, описанная до сих пор, может содержать компоненты, представленные в системе, такой как в патенте США № 7770293 B2, включенном в настоящий документ посредством ссылки в отношении этих и других деталей конструкции электронной оптической системы и ионной оптической системы. Детектор 112 вторичных или поверхностных электронов и отдельный детектор 114 для обратно рассеянных электронов расположены во внутреннем пространстве, 111 через которое проходит ускоренный электронный пучок. Далее в направлении пучка электронов может быть предусмотрена линза 116 объектива, которая может представлять собой комбинацию магнитной линзы и электростатической линзы, которая может иметь такие признаки, как описано во включенном ранее патенте. Колонна 201 фокусированного ионного пучка может содержать источник 203 ионов и другие компоненты, такие как описано во включенном ранее патенте, который способен генерировать ионный пучок который также может падать на поверхность 302 образца 301.
[0039] На левой стороне на фиг. 1 представлены некоторые управляющие элементы 1-5 системы 100. Управление 1 сканированием может генерировать сканирующий сигнал, который подают на колонну 101 электронного пучка, и то же или отдельное управление сканированием (не показано) может генерировать сканирующий сигнал, который подают на ФИП колонну 201. Сигнал управления 1 сканированием также можно подавать в память 2 данных и он может запускать память 2 данных. Память 2 данных может иметь достаточную емкость для того, чтобы хранить множество одновременно захватываемых наборов данных двойных изображений. Образец 301 испускает вторичные и обратно рассеянные электроны, поскольку первичный электронный пучок можно ускорять посредством компонентов линзы 116 объектива колонны 101 сканирующего электронного пучка в направлении оптической оси колонны 101 электронного пучка и можно обнаруживать посредством детекторов 112 и 114. Отдельные сигналы, обнаруживаемые посредством детекторов 112 и 114, можно усиливать или иным образом улучшать посредством соответствующих блоков 3A и 3B обработки сигнала и хранить в памяти 2 данных в комбинации с присвоенной информацией от управления 1 сканированием. Тонкие срезы можно удалять с образца 302 с использованием колонны 201 фокусированного ионного пучка. Посредством отклонения фокусированного ионного пучка, например, в направлении, перпендикулярном плоскости, которую определяют оптической осью колонны электронного пучка 111 и оптической осью колонны ионного пучка 201, используя управление 1 сканированием, тонкие срезы можно удалять с образца 302. Одновременно данные изображения генерируют с использованием сканированного электронного пучка и обнаружения вторичных и обратно рассеянных электронов с использованием детекторов 112 и 114 соответственно. Данные изображения, генерируемые посредством колонны электронного пучка в пределах времени, за которое удаляют один срез, определяют один набор данных изображения, и каждый детектор 112 и 114 захватывает сигналы для соответствующего набора данных изображения. Посредством повторного удаления одного среза за другим и непрерывной генерации данных изображения множество двойных наборов данных изображения регистрируют и сохраняют в памяти 2. Для сканирующих электронных микроскопов (СЭМ) сканеры типично выводят двухмерные массивы значений, представляющих значения шкалы серого. из сканера. На следующей стадии множество наборов данных изображения, которые хранят в памяти 2, оценивают в блоке 4 анализа данных и корректировки изображения. В отношении анализа и корректировки изображения отсылают к фиг. 3-13 в настоящем документе. После осуществления анализа и корректировки изображения результаты можно хранить в памяти 2 и достаточная информация может быть доступна для того, чтобы генерировать отображения результатов трехмерных изображений высокого разрешения на дисплее 5, в том числе, согласно обычным и известным способам отображения.
[0040] Как указано, признак этой возможности заключается в предоставлении одновременной способности обнаружения вторичных или поверхностных электронов и обратно рассеянных электронов для получения соответствующих двойных сигналов для захвата и генерации двойных наборов данных изображения, основываясь на каждом режиме обнаружения. Детектор вторичных электронов, например, можно использовать для того, чтобы обнаруживать сигналы, которые являются результатом взаимодействий электронного пучка с атомами на или около поверхности образца. Как проиллюстрировано на фиг. 2, первичные электроны первичного электронного пучка («ПЭ»), падающие на поверхность образца в пятно пучка, могут высвобождать вторичные электроны посредством неупругого взаимодействия, которые можно обозначать как «ВЭ1». Первичные электроны также могут проникать в образец, подвергаться множеству упругих взаимодействий внутри так называемого объема взаимодействия очень близко к поверхности образца и выходить из образца на некотором расстоянии от пятна пучка в качестве обратно рассеянных электронов, которые можно обозначать как «ОРЭ» или «ОРВЭ.» Кроме того, вторичные электроны могут высвобождаться из образца по мере того, как обратно рассеянные электроны выходят из образца, которые также могут выходить из образца на расстоянии от пятна пучка, и эти вторичные электроны можно обозначать как «ВЭ2». Обратно рассеянные электроны могут попадать за пределы линзы СЭМ, например, для высвобождения дополнительных вторичных электронов, иногда обозначаемых как «ВЭ3» (не показаны на фиг. 2). Представления о типах вторичных электронов ОРЭ, и ВЭ1, ВЭ2, и ВЭ3 в целом известны. Эти ОРЭ типично имеют более высокий энергетический уровень и другие отличия относительно вторичных электронов, и эти отличия можно использовать для того, чтобы отдельно обнаруживать их. Необязательно обнаружение вторичных электронов в способах по изобретению относится к обнаружению вторичных электронов «ВЭ2». В этой возможности двойные наборы данных изображения могут быть основаны на обнаружении сигналов для электронов ОРЭ и ВЭ2. Процесс рассеяния и механизмы, встречающиеся в объеме взаимодействия очень близко к поверхности образца, могут различаться для различных материалов и могут зависеть, например, от композиции и структуры материала. Как указано, одновременное обнаружение вторичных и обратно рассеянных электронов предусмотрено в данном способе с тем, чтобы двойные наборы данных изображения можно было захватывать для каждого среза образца.
[0041] Кроме того, как указано, после того как двойные наборы изображений захватывают для данного среза образца, фокусированный ионный пучок ФИП-СЭМ можно использовать для того, чтобы удалять тонкий слой с поверхности образца, и другой двойной набор данных изображения можно захватывать на вновь обнаженной поверхности. Тонкий слой, который удаляют с использованием ФИП, может составлять, например, приблизительно от 1 нм приблизительно до 30 нм, или приблизительно от 1 нм приблизительно до 20 нм, или приблизительно от 1 нм приблизительно до 15 нм, или приблизительно от 1 нм приблизительно до 10 нм, или приблизительно от 1 нм приблизительно до 5 нм, или приблизительно от 2 нм приблизительно до 4 нм, или другие значения. ФИП-СЭМ систему, которую можно адаптировать для использования в указанном способе, можно получать на коммерческой основе, например, в виде модели, обозначаемой как рабочая станция AURIGA CROSSBEAM ФИП-СЭМ из Carl Zeiss SMT AG (Oberkochen, Germany). В качестве альтернативной возможности, один из указанных детекторов поверхностных электронов и обратно рассеянных электронов можно заменять на детектор для обнаружения рентгеновских сигналов, испускаемых образцом, такой как энергодисперсионный спектрометр («ЭДС»), и хранить данные изображения в качестве альтернативного набора данных изображения в дополнение к данным изображения на основе поверхностных электронов или данных изображения на основе обратно рассеянных электронов.
[0042] Многие изображения можно последовательно получать в этих способах и затем объединять, укладывая в стопку и выравнивая их в правильном положении, чтобы создавать предварительный трехмерный объем. Вывод сканируемого изображения, получаемый посредством СЭМ сканера, может представлять собой трехмерный числовой объект, который содержит множество двухмерных срезов или сечений визуализируемого образца. Каждый двухмерный срез может содержать решетку значений, каждое соответствует небольшой области пространства, определяемого в пределах плоскости решетки. Каждую такую небольшую область пространства обозначают как «пиксели» и ей присваивают число, представляющее интенсивность изображения (или, например, плотность материала, как определяют посредством процедуры КТ сканирования).
[0043] Процесс, посредством которого двухмерные изображения укладывают стопкой и выравнивают, не является очевидным. Полутоновые изображения можно укладывать стопкой и выравнивать, например, с использованием программного обеспечения для визуализации и анализа данных, адаптированного для использования в данных способах. Укладывание стопкой можно осуществлять, например, посредством последовательного расположения изображений срезов в том порядке, в котором их получали из образца. Выравнивание может быть основано на способах обработки, которые идентифицируют правильное латеральное положение одного среза относительно следующего в той же стопке. Необязательно двухмерное изображение или изображения подложки, получаемые на основе обнаружения поверхностных электронов, можно выравнивать, опираясь на двухмерное изображение или изображения подложки, получаемые с использованием обнаружения обратно рассеянных электронов. Например, местоположения керогена на двухмерном изображении подложки, получаемые с использованием обнаружения обратно рассеянных электронов, могут быть очень точными и их можно использовать для того, чтобы выравнивать двухмерное изображение или изображения подложки, захваченные посредством обнаружения обратно рассеянных электронов и также одновременно захваченного двухмерного изображения или изображений подложки, полученных посредством обнаружения поверхностных электронов на сканируемом образце. Данные об обратно рассеянных электронах типично содержат меньше артефактов для таких образцов породы, как глинистый сланец, и эти двухмерные изображения можно использовать для более легкого выравнивания срезов и создания трехмерного объема. Например, поскольку местоположения керогена можно более точно отображать на обратно рассеянных электронных изображениях подложки, захваченных с образцов породы, и тогда более чем на поверхностных электронных изображениях подложки, места керогена на обратно рассеянных электронных изображениях подложки можно использовать для того, чтобы выравнивать дополняющее поверхностное электронное изображение подложки, которое одновременно захватывали с использованием ФИП-СЭМ системы. С использованием выравнивания, определяемого по данным об обратно рассеянных электронах, данными о поверхностных электронах можно манипулировать идентично. Идентифицированные местоположения керогена можно использовать для латерального (в направлениях X-Y) выравнивания двухмерного изображения подложки образца, которое одновременно получали посредством обнаружения поверхностных электронов. Когда трехмерный объем изображений следует генерировать, основываясь на последовательных сканированиях и захватах двойного набора данных изображения на каждом срезе, выравнивания также могут быть основаны на местоположениях керогена, идентифицированных на двухмерном изображении подложки, захваченном посредством обнаружения обратно рассеянных электронов для каждого среза, где наноразмерные или другие очень маленькие толщины срезов используют при генерации стопок двухмерных изображений для последовательно сканированных срезов образца. Используя малые толщины срезов, места керогена, которые проходят через прилегающие срезы изображений, получаемых посредством обнаружения обратно рассеянных электронов, можно идентифицировать и использовать в качестве опорной точки или точек для выравнивания этой стопки и отдельной стопки срезов, содержащей изображения, получаемые посредством обнаружения поверхностных электронов. Местоположения керогена на изображениях, получаемых посредством обнаружения обратно рассеянных электронов, можно использовать для того, чтобы латерально выравнивать одновременно захваченные изображения друг с другом, и изображения прилегающих срезов. Этот процесс выравнивания можно осуществлять срез за срезом для стопки последовательно полученных двойных наборов изображений для образца. Используя данный способ выравнивания, поверхностные электронные изображения можно выравнивать без дополнительной обработки, которая в ином случае потребовалась бы. В качестве другой возможности на поверхности визуализируемого образца в целях выравнивания можно создавать такие метки физического совмещения или эталонные метки, как описано, например, в патенте США № 7750293 B2.
[0044] Для целей настоящего документа «сегментация» обозначает процесс разделения цифрового изображения на множество сегментов (наборов пикселей). Сегментацию изображения типично используют для того, чтобы определять местоположение объектов и границ (линий, кривых и т.д.) на изображениях. Сегментацию пористой породы, например, можно использовать для того, чтобы выделять пространство пор и участки одной или нескольких непористых фаз и их границы. Сегментация изображения представляет собой процесс присвоения метки пикселям на изображении так, что пиксели с одной и той же меткой имеют определенные общие визуальные характеристики. Результат сегментации изображения представляет собой набор сегментов, которые совместно покрывают все изображение, или набор контуров, извлеченных из изображения. Каждый из пикселей в определенной области может быть схож в отношении некоторой характеристики или вычисленного свойства, такого как цвет, интенсивность или текстура. Смежные области различаются в отношении определенной характеристики(к). В области обработки цифровых изображений для сегментации изображения разработаны и используются алгоритмы и способы общего назначения. Например, цифровое изображение образца породы можно сегментировать на составляющие его классы. Термин «составляющие классы» может охватывать, например, открытые поры, минерал(ы), необязательно материалы других типов или какие-либо их сочетания. Элементы одного составляющего класса должны обладать одинаковой композицией и одной и той же общей структурой относительно других составляющих классов, чтобы они оказывали влияние в схожей степени на свойства породы. Как известно в этой области, может иметь место неясность при сегментации изображений ослабления рентгеновских лучей (например, для использования рентгеновской микротомографии) на составляющие классы схожих минералогических свойств, поскольку различные минералы породы могут иметь схожие ослабления рентгеновских лучей. Сегментации можно в значительной мере содействовать, если предшествующая информация о минеральной композиции образца ограничивает число возможностей для каждого пикселя. Также известно, что когда предшествующая информация отсутствует, дифракцию рентгеновских лучей можно использовать для того, чтобы определять минералогические свойства. Если два составляющих класса имеют равное или почти равное ослабление рентгеновских лучей, может потребоваться использовать структурные метрики для того, чтобы различать их, как будет ясно специалистам в данной области. Использование шкалы серого представляет собой неограничивающий пример. Эти и другие способы сегментации можно применять или адаптировать для использования в способе и системе по изобретению.
[0045] В качестве примера, после выравнивания двойные наборы данных изображения можно анализировать для того, чтобы относить или сегментировать пиксели на двухмерных полутоновых изображениях на различные фазы (например, пространство пор, керогена или минерала в некоторых образцах породы) для того, чтобы формировать базовые анализируемые двухмерные изображения. Значения, приписываемые каждому пикселю двухмерных срезов, типично представляют собой целое число, которое может варьировать, например, между 0 и 255, например, где 0 представляет собой, например, чистый черный, а 255 представляет собой чистый белый. Такое целое число типично обозначают как значение «шкалы серого». В приведенном примере от 0 до 255 можно ассоциировать, например, с восьмью цифровыми битами в цифровом слове, представляющем значение шкалы серого в каждом пикселе. Другие диапазоны шкалы серого могут быть связаны с более длинными или более короткими цифровыми словами в других реализациях, и диапазон от 0 до 255 не предназначен для того, чтобы ограничивать объем изобретения. Необязательно с целью имитации процесса с использованием такого числового объекта (шкалы серого) для образца породы, отнесение пикселей может содержать отнесение пикселей на изображениях к пространству пор, керогену или минералу посредством определения, отвечает ли пиксель предварительно выбранным пороговым критериям, основываясь на значениях шкалы серого, предварительно выбранных для пространства пор, керогена или минерала соответственно. Числовой объект можно обрабатывать, например, с тем, чтобы все пиксели, отнесенные к пустому пространству в образце породы (пространстве пор), были представлены обыкновенным числовым значением, например только нулями, и все пиксели, связанные с минералами или керогеном породы, были представлены различными (более высокими) числовыми значениями, например значениями или значениями диапазонов, значительно более близкими к 255 для минерала, и промежуточным значением или значением диапазона между таковым для минерала и поры для керогена. Рутинная операция, которую можно использовать для отнесения, например, может представлять собой программное обеспечение для визуализации и анализа данных, адаптированное для данного способа.
[0046] Для пород, таких как глинистый сланец, например, может иметь место более высокая сложность признаков изображений. Изображения также могут содержать артефакты процесса регистрации, которые не присутствуют в фактическом образце. Таким образом, создание трехмерной стопки изображений образца может быть технически сложным без данного способа. Например, когда изображения получают только от детектора поверхностных электронов, используемых в ФИП-СЭМ для того, чтобы создавать трехмерный объем, по которому количественно определяют пористость и кероген или другое органическое содержимое, изображения, созданные с использованием только данных детектора поверхностных электронов, могут обеспечивать более резкие края пространства пор (пористости), чем, например, данные детектора обратно рассеянных электронов. Однако обнаружено, что типично больше артефактов в данных о поверхностных электронах, что делает трехмерное выравнивание и количественное определение керогена или другого органического содержимого более сложным, чем при использовании другой модальности, например, данных об обратно рассеянных электронах. Тогда для точного определения пористости необходимы дополнительные стадии обработки, чтобы справиться с цифровыми артефактами, которые могут присутствовать в данных о поверхностных электронах. Однако, как указано, ручная коррекция типично требует времени и визуальной интерпретации и персональной оценки конкретного человека интерпретатора изображений. Данный способ может преодолеть эти проблемы, связанные с использованием ручной интерпретации изображении.
[0047] Необязательно в способе по изобретению керогеновую фракцию можно определять по данным об обратно рассеянных электронах и пористую фракцию можно определять по данным о поверхностных электронах, которые выравнивали с использованием стопки обратно рассеянных электронных изображений для какого-либо из указанных одновременно захваченных двухмерных изображений двойного набора данных, полученных на ФИП-СЭМ. Иллюстрация различных результатов, которые можно получать, основываясь на сканировании поверхностных электронов и сканировании обратно рассеянных электронов одной и той же поверхности образца породы с использованием устройства ФИП-СЭМ, и вычисления результата скорректированного изображения, основываясь на этих различающихся данных, представлена, например, на фиг. 3A-3B, 4A-4B и 5A-5B. На фиг. 3A и 3B представлены двухмерные полутоновые изображения, которые одновременно захватывали на поверхности образца породы (т.е. поверхность глинистого сланца) с использованием сканирования обратно рассеянных электронов (ОРВЭ)) и сканирования поверхностных электронов (сканирование вторичных электронов (ВЭ2)) соответственно одного и того же среза образца с использованием ФИП-СЭМ рабочей станции AURIGA CROSSBEAM, полученной из Carl Zeiss NTS GmbH. На фиг. 4A и 4B представлены отдельные ОРВЭ и ВЭ2 изображения сегментации срезов с фиг. 3A и 3B соответственно. На этой стадии анализа данных, вычисляемые результаты ОРВЭ сканирования на фиг. 3A составляют пористость 1,8%, кероген 22,1% и абсолютная проницаемость 0 нД, и для ВЭ2 сканирования на фиг. 3B они составляют пористость 5,6%, кероген 16,6% и абсолютную проницаемость 36/0/15 нД (оси x, y, z). Таким образом, результаты для ОРВЭ и ВЭ2 сканирования не сходятся. Эти результаты показывают, что ОРВЭ и ВЭ2 сканирования могут иметь значительно различающиеся возможности для того, чтобы отличать поры от керогена в глинистом сланце или другой породе. На фиг. 5A и 5B представлены сегментированные захваченные изображения из данного способа, включающего способ обработки двойного сигнала, где сегментация керогена по ОРВЭ данным представлена на фиг. 5A, а сегментация пор по ВЭ2 данным представлена на фиг. 5B. Необязательно содержание керогена в срезе образца можно определять только по сегментации керогена по данным о обратно рассеянных электронах (ОРВЭ) (фиг. 5A), а пористость можно определять только по сегментации пор по данным о поверхностных электронах (ВЭ2) (фиг. 5B), которые выравнивали с использованием стопки обратно рассеянных электронных изображений. Если используют эту возможность, вычисляемые и объединяемые результаты для этих двух типов изображений, получаемых для одного и того же среза образца, составляют пористость 5,6%, основываясь на определении пористости с более высоким разрешением по данным о поверхностных электронах, кероген 22,1%, основываясь на определении керогена с более высоким разрешением по данным об обратно рассеянных электронах, и абсолютную проницаемость 36/0/15 нД (ось x, y, z). Абсолютную проницаемость образца определяли посредством численного моделирования. Используя данный способ на множестве указанных одновременно захваченных двухмерных изображений двойного набора данных, полученных на ФИП-СЭМ для данного сканируемого образца, объемные фракции керогена, пористости и для других фаз породы можно определять более точно. Способ также можно применять к другим типам образцов, и он не ограничен породой или минералом. Время сегментации и обработки данных можно уменьшать посредством этого способа. Дополнительная польза от способа состоит в том, что он является более быстрым, согласованным и точным, чем способ, в котором используют ручной анализ.
[0048] Сегментировать ФИП-СЭМ изображения (ВЭ2), например, может становиться все сложнее, поскольку пространство пор становится больше и сигналы захватывают из твердого материала внутри пространства пор из местоположения, которое относится к последующему срезу. Нескорректированная сегментация, используемая для того, чтобы сегментировать наборы компьютерных томографических (КТ) данных, типично помечают этот материал как кероген (или в худшем случае как минерал для материалов, которые заряжены или ориентированы почти параллельно обработанной поверхности), когда его следовало бы пометить как пористость. Кероген, например, можно ошибочно помечать как минерал, когда он заряжается во время сканирования посредством ФИП-СЭМ устройства. Без данного способа эту неправильную идентификацию придется корректировать вручную посредством по одному срезу за раз. Как указано, ручной процесс требует очень много времени, неповторим и неточен. Результаты могут в высокой степени зависеть от индивидуума, который выполняет ручную коррекцию.
[0049] В качестве другой возможности, способ по изобретению может корректировать изображения, захваченные в виде поверхностных электронных двухмерных изображений подложки с использованием по меньшей мере одной маски, которую можно получать из обратно рассеянных электронных двухмерных изображений подложки, которые одновременно захватывают для каждого среза. В этой возможности пиксели можно повторно относить из пространства керогена к пространству пор на поверхностных электронных двухмерных изображениях подложки с использованием первой маски. Дополнительно или альтернативно пиксели можно повторно относить от минерала к керогену на поверхностных электронных двухмерных изображениях подложки с использованием второй маски. Для того чтобы корректировать поры, неверно идентифицированные как кероген на поверхностных электронных двухмерных изображениях подложки, например, где материал внутри поры из более глубокого среза представлен в диапазоне шкалы серого для керогена, проверку одновременно полученных наборов данных об обратно рассеянных электронах можно использовать для того, чтобы выявлять участки на поверхностных электронных двухмерных изображениях подложки, где пору неверно помечают как кероген. Например, данные об обратно рассеянных электронах, которые получают одновременно с и выравнивают с данными о поверхностных электронах, обнаруживают, что в участках, в которых пору неверно пометили как кероген в данных о поверхностных электронах, эти данные об обратно рассеянных электронах имеют значительно более высокое значение шкалы серого, чем участки, помеченные в качестве керогена, которые являются правильными. Это указывает на то, что эти участки имеют более высокие значения шкалы серого, чем ожидается для реального керогена. Например, с использованием первой маски, настоящей поре можно присваивать высокое значение шкалы серого, поскольку она выглядит белой относительно реального керогена в обратно рассеянных СЭМ изображения (например, приблизительно от 190 до 240). Для второй маски керогену, который заряжен и неверно помечен как минерал, можно присваивать низкое значение шкалы серого относительно минеральной фазы, поскольку кероген может выглядеть как более светлая градация серого относительно минеральной фазы на обратно рассеянных СЭМ изображениях (например, приблизительно от 0 до 115). Площадь поверхности в данных о поверхностных электронах, которая представлена значительно более темной градацией и имеет значительно более высокое значение шкалы серого, чем реальный кероген, в данных об обратно рассеянных электронах можно идентифицировать посредством сравнения керогена, идентифицированного в данных о поверхностных электронах, с таковым в данных об обратно рассеянных электронах. Например, набор данных об обратно рассеянных электронах может выявлять участки пор, которые неверно идентифицированы в качестве керогена на поверхностных электронных двухмерных изображениях подложки, которые имеют значения шкалы серого, которые выше участков, правильно помеченных в качестве керогена на обратно рассеянных электронных двухмерных изображениях подложки. Это различие можно использовать для того, чтобы корректировать пористость, которая неверно помечена в качестве керогена на поверхностных электронных двухмерных изображениях подложки, при этом оставляя местоположения реального керогена незатронутыми. Для того чтобы корректировать кероген, неверно идентифицированный в качестве минерала в местоположениях поверхностных электронных двухмерных изображений подложки, где кероген заряжен до диапазона шкалы серого для минерала во время сканирования (например, заряженный кероген выглядит значительно светлее, чем нормальный на изображениях), тот же набор данных об обратно рассеянных электронах, использованный для того, чтобы корректировать пористость, можно использовать для выполнения этих коррекций. Например, могут иметь место участки сегментированной минеральной фазы в наборе данных о поверхностных электронах, которые следует идентифицировать в качестве керогена, но этого не происходит, поскольку эти участки имеют значение шкалы серого, которое выше диапазона шкалы серого, присвоенного керогену. Обнаружено, что эти участки, неверно помечаемые в качестве минерала в данных о поверхностных электронах, имеют значительно более низкое значение шкалы серого в наборе данных об обратно рассеянных электронах, чем участки, помечаемые в качестве минерала, которые являются правильными. Эти участки в наборе данных о поверхностных электронах выглядят значительно более темными, чем настоящие участки минералов в наборе данных об обратно рассеянных электронах. Например, набор данных об обратно рассеянных электронах может выявлять участки керогена, неверно идентифицированные в качестве минерала на поверхностных электронных двухмерных изображениях подложки, которые имеют значения шкалы серого, которые ниже участков, верно помечаемых в качестве минерала на обратно рассеянных электронных двухмерных изображениях подложки. Это различие можно использовать для того, чтобы корректировать кероген, который неверно помечают в качестве минерала на поверхностных электронных двухмерных изображениях подложки, при этом оставляя реальный минерал незатронутым.
[0050] В блочной диаграмме на фиг. 6 представлены основные стадии процесса данного способа с использованием двойных масок для того, чтобы корректировать двойной набор данных изображения. На стадии 101 поверхность образца сканируют, например, с использованием ФИП-СЭМ, как показано в настоящем документе. На стадии 102 двойные наборы сигналов данных изображения СЭМ изображений, которые захватывают посредством множества детекторов, таких как указаны в настоящем документе, регистрируют (например, во время сканирования электронного пучка электронной оптической колонны в двух направлениях, перпендикулярных их оптической оси и обнаружения вторичных и обратно рассеянных электронов). На последующей стадии 103 этот двойной набор данных изображения хранят в памяти изображений. Во время регистрации набора данных изображения на стадии 103 срез можно удалять с образца на стадии 104, например, посредством сухого травления или распыления образца фокусированным ионным пучком. Эти стадии со 101 до 104 повторяют желаемое число раз, что обозначено возвратной стрелкой 104A, пока желаемое множество двойных наборов данных изображения не сохранят в памяти. После того, как желаемое число двойных наборов данных изображения регистрируют на стадии 103, двойные наборы изображений укладывают в стопки на стадии 105 и затем выравнивают на стадии 106. На стадии 107 изображения анализируют (например, сегментируют) для того, чтобы на изображениях предварительно отнести местоположения фаз, например, к порам, керогену и минералу для некоторых образцов породы. На стадиях 108 и 109 получают маски для корректировки пространства пор, которое неверно отнесено к керогену, и кероген, который неверно отнесен к минералу. На стадии 110 изменения или коррекции выполняют в одном из наборов изображений с использованием масок. После осуществления указанных выше стадий, доступна достаточная информация для того, чтобы генерировать отображение трехмерных изображений высокого разрешения согласно обычным и известным способам отображения.
[0051] Пример способа с двойной маской для коррекции цифровых изображений способа по изобретению представлен со ссылкой на фиг. 7-13. На этой иллюстрации глинистую сланцевую породу сканируют с использованием ФИП-СЭМ рабочей станции AURIGA CROSSBEAM из Carl Zeiss SMT AG (Oberkochen, Germany). Можно использовать другие комбинации различных модальностей сканирования, включая те, которые указаны в другом месте в настоящем документе. В этом примере двойные сигналы одновременно получают с использованием ВЭ2 детектора и ОРВЭ детектора, которые используют с ФИП-СЭМ устройством. Данные изображения регистрируют, основываясь на обнаруживаемых поверхностных электронах образца и сохраняемых в виде двухмерного изображения, содержащего значение шкалы серого, присвоенное каждому из множества пикселей на изображении. Отдельный набор данных изображения регистрируют, основываясь на обнаруживаемых обратно рассеянных электронах, испускаемых образцом во время сканирования и сохраняемых в виде двухмерных изображений, содержащих значения шкалы серого, присвоенных каждому из множества пикселей на изображении. Двухмерные изображения предусматривают двойной набор данных изображения, связанный со сканируемым образцом. Каждое из двухмерных изображений, получаемых на основе двойного обнаружения поверхностных электронов и обратно рассеянных электронов, можно укладывать стопкой и выравнивать предварительно отмеченным образом. Двойные наборы данных изображения затем можно анализировать для того, чтобы относить пиксели на двухмерных полутоновых изображениях к пространству пор, керогену или минералу для того, чтобы формировать базовые анализируемые двухмерные изображения. Коммерческое программное обеспечение для визуализации и анализа данных можно адаптировать для осуществления анализа, такого как компьютеризованная рутинная операция сегментации. Рутинная операция сегментации может представлять собой, например, инструмент или модуль программного обеспечения для визуализации и анализа данных, адаптированный для того, чтобы осуществлять анализ, указанный в настоящем документе.
[0052] Необязательно рутинные операции предусматривают использование ОРВЭ данных в качестве второго набора изображений для того, чтобы увеличивать точность помечаемых фаз пор и керогена в ВЭ2 данных в качестве первичного набора изображений. Две маски создают из ОРВЭ данных для двух целей. В качестве одной цели кероген повторно помечают в качестве поры в местоположениях, где материал внутри поры из более глубокого среза представлен в диапазоне шкалы серого для керогена. Пристальная проверка ОРВЭ данных, которые получают одновременно с и выравнивают с ВЭ2 данными, выявляет, что в участках, где поры неверно помечены в качестве керогена, ОРВЭ данные имеют значительно более высокое значение шкалы серого, чем участки, помеченные в качестве керогена, которые являются правильными. Как указано, эту разницу используют для того, чтобы корректировать пористость, неверно помеченную в качестве керогена, при этом оставляя реальный кероген незатронутым. В качестве другой цели минерал повторно помечают в качестве керогена в местоположениях, где кероген заряжен во время сканирования до диапазона шкалы серого для минерала, например, посредством ФИП-СЭМ устройства. Как указано, тот же набор ОРВЭ данных, используемый для того, чтобы корректировать пористость, можно использовать для того, чтобы корректировать кероген, где сегментированная минеральная фаза, которая должна быть керогеном, имеет значительно более низкое значение шкалы серого в наборе ОРВЭ данных, чем участки, помеченные в качестве минерала, которые являются правильными. Кероген, неверно помеченный в качестве минерала в данных о поверхностных электронах, корректируют, при этом оставляя реальный минерал незатронутым.
[0053] Например, на фиг. 7A представлено ВЭ2 изображение, а на фиг. 7D представлено ОРВЭ изображение, которое получали одновременно для одной и той же области поверхности образца и пространственно выравнивали. На фиг. 7B и 7C представлены изображения, которые представляют собой увеличенные области, маркированные на фиг. 7A соответствующими геометрическими формами. На фиг. 7E и 7F представлены изображения, которые представляют собой увеличенные области, маркированные на фиг. 7D соответствующими геометрическими формами. Набор ВЭ2 данных сегментируют с использованием программного обеспечения для визуализации и анализа данных для того, чтобы получать базовую сегментацию. Набор ОРВЭ данных также сегментируют для того, чтобы получать две маски, которые используют для того, чтобы изменять базовую сегментацию, получаемую из набора ВЭ2 данных.
[0054] Фиг. 8A-8F содержат фиг. 8A-8C, которые соответствуют фиг. 7A-7C, а на фиг. 8D-8F представлены изображения после того, как осуществляют базовую сегментацию изображений. Часть пространства пор (черный) неверно помечали в качестве керогена (серый), поскольку ВЭ2 данные получали из внутренней части пространства пор (например, см. стрелку, указывающую под углом в направлении влево вверх на фиг. 8A, 8B, 8D и 8E) и часть керогена (серый) неверно помечали в качестве минерала (белый), поскольку его заряжали во время сканирования (например, см. стрелку, указывающую в горизонтальном направлении в левую сторону на фиг. 8A, 8C, 8D, и 8F).
[0055] На фиг. 9A и 9B представлен пример способа создания первой маски для того, чтобы повторно помечать кероген в качестве поры в местоположениях, где сигнал считывают из внутренней части поры. Фиг. 9A соответствует фиг. 7D, а на фиг. 9B представлен пример созданной маски. ОРВЭ, представленное на фиг. 9A, анализируют с тем, чтобы отбирать все пиксели, которые имеют значения шкалы серого и только значения шкалы серого выше того, которое представляет реальный кероген на ВЭ2 изображении, которые обозначают как «морские» участки на фиг. 9B. Местоположения, где сигнал получают из внутренней части поры, имеют более высокие значения шкалы серого, чем в местоположениях, где присутствует реальный кероген, так что можно повторно помечать эти участки в качестве поры, без повторного мечения тех участков, которые представляют собой реальный кероген. Например, только пиксели, которые имеют значение шкалы серого, превышающее предварительно выбираемое пороговое значение шкалы серого для реального керогена, отбирают при определении первой маски.
[0056] Фиг. 10A-10B содержат фиг. 10A, которая соответствует фиг. 7D, а на фиг. 10B представлен пример второй маски, созданной для того, чтобы повторно помечать минерал в качестве керогена в местоположениях, где кероген заряжен до значений шкалы серого, отличных от реального керогена в ответ на процедуру ФИП-СЭМ сканирования. Порядок создания указанных первой и второй масок не ограничен. ОРВЭ данные на фиг. 10A анализируют с тем, чтобы отбирать все значения шкалы серого и только значения шкалы серого ниже тех, которые представляют реальный минерал на ВЭ2 изображении, на которые указывает затенение, добавленное на фиг. 10B. Например, анализ двухмерных ОРВЭ изображений из множества двойных наборов данных изображения можно осуществлять посредством выбора только пикселей, которые имеют значения шкалы серого ниже предварительно выбираемого порогового значения шкалы серого для минерала, чтобы определять вторую маску. Поскольку образование зарядов не составляет такой большой проблемы в наборе ОРВЭ данных по сравнению с набором ВЭ2 данных, можно выбирать заряженные участки керогена в наборе ОРВЭ данных, которые могут быть не сегментированы в качестве керогена в наборе ВЭ2 данных. Однако, поскольку границы в наборах ОРВЭ данных могут быть несколько нечеткими, а разрешение более низким, керогеновую фазу из набора ОРВЭ данных можно использовать, но это может быть не оптимальным решением. Например, границы можно сегментировать по набору ВЭ2 данных, например, с использованием указанного программного обеспечения для визуализации и анализа данных, тогда как ОРВЭ данные можно использовать только для того, чтобы заполнять заряженные участки внутри этих границ.
[0057] Фиг. 11A-11I содержат три набора изображений, которые показывают эффект двух масок, созданных по ОРВЭ изображению, оказываемый на получаемую сегментацию. Набор ВЭ2 данных на фиг. 11A-11C соответствует таковому на фиг. 8A-8C, а на фиг. 11D-11F соответствует фиг. 8D-8F. Базовая сегментация, модифицированная посредством двух масок, представлена на фиг. 11G-11I. Угол и горизонтальные стрелки указывают на те же области, как рассмотрено выше на фиг. 8A-8F. На фиг. 11H кероген внутри пространства пор около наклонной стрелки должным образом повторно помечен в качестве поры и на фиг. 11I минерал около горизонтальной стрелки должным образом повторно помечен в качестве керогена. Базовое анализируемое двухмерное изображение, основанное на ВЭ2 данных изображения, таким образом изменяют и корректируют посредством первой маски и второй маски. Пиксели повторно относят из пространства керогена к пространству пор на базовом анализируемом двухмерном изображении на основе ВЭ2 данных с использованием первой маски, и пиксели повторно относят от минерала к керогену на базовых анализируемых двухмерных изображениях на основе ВЭ2 данных с использованием второй маски.
[0058] На фиг. 12A-12C представлены три увеличенные вида пространства пор около стрелки, показанной на фиг. 11B, 11E и 11H, соответственно, где набор ВЭ2 данных представлен на фиг. 12A, базовая сегментация на фиг. 12B, базовая сегментация, скорректированная посредством двух масок, на фиг. 12C.
[0059] Таблица 1, которая представлен на фиг. 13, представляет сравнение результатов, получаемых при сравнении способа, где квалифицированный анализ используют для того, чтобы вручную анализировать изображения для того, чтобы сегментировать наборы ФИП данных, и указанного данного способа в отношении объемных фракций общей пористости и керогена. Значения керогена возрастают или убывают на основе природы образца. Как показано в результатах, в некоторых случаях ручной способ значительно недооценивает общую пористость образцов и по меньшей мере в некоторой степени во всех случаях.
[0060] Несмотря на то, что в целях упрощения на этой иллюстрации только показаны изображения, захваченные и скорректированные для отдельных срезов образца, следует принимать во внимание, что указанную ФИП-СЭМ рабочую станцию можно использовать для того, чтобы удалять последовательные слои с образца посредством ионного пучка, направленного на образец, чтобы предоставлять другую обнаженную поверхность на образце, и можно сканировать другой обнаженный срез и можно захватывать двойные наборы данных изображения для каждого среза для выравнивания, анализа и коррекции, как показано в настоящем документе. Трехмерный объем можно создавать с использованием получаемой стопки скорректированных изображений. Система по настоящей заявке может включать по меньшей мере одно устройство для того, чтобы отображать, печатать или хранить результаты сканирования, обработанные изображения, скорректированные изображения или другие результаты. Например, получаемый трехмерный объем можно отображать (например, на СИД дисплее, ЖК дисплее, ЭЛТ дисплее, дисплее высокого разрешения, плазменном экране или других дисплеях), хранить в памяти, печатать на принтере (например, срез за срезом) или комбинировать это в любом сочетании.
[0061] Указанные анализы и коррекции, выполняемые в наборах данных изображения, предусмотренные в данных способах, можно осуществлять с высокой степенью автоматизации. Программный модуль или модули можно программировать в программном обеспечении для визуализации и анализа данных, например для исполнения этой операции. Программный продукт можно хранить на постоянной машиночитаемой среде, которая при исполнении позволяет инфраструктуре компьютера осуществлять по меньшей мере указанные стадии формирования стопок, выравнивания, анализа и коррекции изображений. Машиночитаемая среда может содержать программный код, заключенный в одном или нескольких портативных накопительных изделиях (например, Memory stick, флэш-память, DVD, компактный диск, магнитный диск, лента и т.д.), в одной или нескольких накопительных частях вычислительного устройства, таких как память и/или другая накопительная система, и/или в виде сигнала данных, идущего по LAN или сети интернет (например, во время проводного/беспроводного электронного распространения программного продукта). С этой целью внедрение программного продукта может содержать одно или несколько из: (1) установки программного кода на вычислительное устройство, такое как компьютер, с машиночитаемой среды; (2) добавление одного или нескольких вычислительных устройств в инфраструктуру компьютера; и (3) внедрение и/или модификация одной или нескольких существующих систем инфраструктуры компьютера для того, чтобы позволить инфраструктуре компьютера осуществлять процессы по изобретению. Программный код может быть реализован в виде программных продуктов одного или нескольких типов, например, таких как прикладная программа/программа программного обеспечения, компонентное программное обеспечение/библиотека функций, операционная система, базовая система ввода-вывода/драйвер для конкретного вычислительного устройства и/или устройства ввода-вывода и т.п.
[0062] Техническая польза от данного способа может состоять в более точной сегментации и, следовательно, более высокой точности всех получаемых продуктов двухмерных и трехмерных изображений. Сама сегментация может быть воспроизводимой и может быть более согласованной среди множества пользователей. Например, сегментация с меньшей вероятностью пропускает пористость и кероген в образцах породы и может быть более воспроизводимой по причине уменьшенной или устраненной потребности в ручном мечении материалов. Получаемое качество вычисляемых свойств может быть повышено. Процесс сегментации может быть короче, чем ручные способы, и, следовательно, может быть более эффективным. Экономическая польза от данного способа может состоять в более высоком качестве, более согласованных результатах за более короткий период времени. Больше образцов можно обрабатывать с использованием тех же человеческих ресурсов. Больше проектов можно выполнять для заданного времени с использованием тех же человеческих ресурсов, поскольку данный способ позволяет уменьшать время, необходимое для того, чтобы сегментировать наборы ФИП данных, при этом уменьшая необходимость в ручном мечении фаз изображения образца.
[0063] Изобретение также относится к следующим аспектам/вариантам осуществления/признакам в любом порядке и/или в любой комбинации:
1. Изобретение относится к способу генерации многомерного изображения образца, который включает:
захват первого двухмерного изображения подложки области поверхности образца с использованием первой модальности захвата изображения, где захватывают местоположения по меньшей мере одного материала на области поверхности;
захват второго двухмерного изображения подложки области поверхности с использованием второй модальности захвата изображения, которая отличается от первой модальности захвата изображения, где вторая модальность захвата изображения обеспечивает более высокую точность в отношении местоположений по меньшей мере одного материала на области поверхности, чем первая модальность захвата изображения;
пространственное выравнивание первого двухмерного изображения подложки, основываясь на втором двухмерном изображении подложки;
генерацию первого скорректированного двухмерного изображения подложки по меньшей мере отчасти на основе местоположений по меньшей мере одного материала на втором двухмерном изображении подложки.
2. Способ по любому из предшествующих или последующих вариантов осуществления/признаков/аспектов, где первое скорректированное двухмерное изображение подложки содержит содержимое первого материала, определяемое посредством второй модальности, которая имеет более высокую точность в отношении идентификации этого первого материала, чем при измерении с использованием первой модальности, и содержимое пористости образца определяют посредством первой модальности, которая имеет более высокую точность в отношении идентификации пористости на первом двухмерном изображении, чем вторая модальность.
3. Способ по любому из предшествующих или последующих вариантов осуществления/признаков/аспектов, где генерация включает:
идентификацию местоположений по меньшей мере одного материала на первом двухмерном изображении подложки, которые соответствуют местоположениям по меньшей мере одного материала на втором двухмерном изображении подложки; и
коррекцию местоположений по меньшей мере одного материала на первом двухмерном изображении подложки, которые соответствуют местоположениям по меньшей мере одного материала на втором двухмерном изображении подложки, чтобы генерировать первое скорректированное двухмерное изображение подложки.
4. Способ по любому из предшествующих или последующих вариантов осуществления/признаков/аспектов, который дополнительно включает:
a) удаление слоя образца на области поверхности после захвата первого и второго двухмерных изображений подложки для того, чтобы обнажать другую область поверхности образца;
b) захват первого двухмерного изображения подложки на другой области поверхности с использованием первой модальности захвата изображения;
c) захват второго двухмерного изображения подложки на другой области поверхности с использованием второй модальности захвата изображения;
d) повторение стадий a), b) и c) множество раз;
e) пространственное выравнивание первых двухмерных изображений подложки на основе вторых двухмерных изображений подложки;
f) идентификацию для каждой другой области поверхности местоположений по меньшей мере одного материала на первом двухмерном изображении подложки, которые соответствуют местоположениям по меньшей мере одного материала на втором двухмерном изображении подложки;
g) коррекцию для каждой из других областей поверхности местоположений по меньшей мере одного материала на первом двухмерном изображении подложки, которые соответствуют местоположениям по меньшей мере одного материала на втором двухмерном изображении подложки, чтобы генерировать второе скорректированное двухмерное изображение подложки;
h) генерацию трехмерного объема подложки с использованием скорректированных двухмерных изображений подложки.
5. Способ по любому из предшествующих или последующих вариантов осуществления/признаков/аспектов, где генерация включает определение пористости подложки, основываясь на поверхностном электронном двухмерном изображении подложки, скорректированном посредством сравнения с обратно рассеянным электронным изображением подложки.
6. Способ по любому из предшествующих или последующих вариантов осуществления/признаков/аспектов, где первая модальность захвата изображения включает сканирование указанной области поверхности образца с помощью пучка заряженных частиц и регистрацию данных первого изображения посредством обнаружения вторичных (поверхностных) электронов, испускаемых образцом, и хранение данных первого изображения в виде первого набора данных изображения, который соответствует первому двухмерному изображению подложки, и где вторая модальность захвата изображения включает:
i) сканирование области поверхности образца с помощью пучка заряженных частиц и регистрацию данных второго изображения посредством обнаружения обратно рассеянных электронов, испускаемых образцом, и хранение данных второго изображения в качестве второго набора данных изображения, который соответствует второму двухмерному изображению подложки, или
ii) сканирование области поверхности образца с помощью пучка заряженных частиц и регистрацию данных второго изображения посредством обнаружения рентгеновских лучей, испускаемых образцом, с использованием энергодисперсионного спектрометра и хранение данных второго изображения в качестве второго набора данных изображения.
7. Способ создания трехмерного объема, который включает:
захват множества поверхностных электронных двухмерных изображений подложки;
захват множества обратно рассеянных электронных двухмерных изображений подложки;
определение выравнивания множества обратно рассеянных электронных изображений подложки для генерации трехмерного объема;
генерацию трехмерного объема подложки из поверхностных электронных двухмерных изображений подложки с использованием выравнивания множества обратно рассеянных электронных изображений подложки.
8. Способ по любому из предшествующих или последующих вариантов осуществления/признаков/аспектов, где на стадиях захвата используют электронный микроскоп, который содержит детектор поверхностных электронов и детектор обратно рассеянных электронов.
9. Способ по любому из предшествующих или последующих вариантов осуществления/признаков/аспектов, где электронный микроскоп представляет собой сканирующий электронный микроскоп (СЭМ), способный сканировать подложку с использованием первичного пучка заряженных частиц, где подложка испускает поддающиеся отдельному обнаружению поверхностные электроны и обратно рассеянные электроны.
10. Способ по любому из предшествующих или последующих вариантов осуществления/признаков/аспектов, который дополнительно включает:
удаление слоя подложки после того, как захватывают первое поверхностное электронное двухмерное изображение подложки и первое обратно рассеянное электронное двухмерное изображение подложки, и перед тем, как захватывают второе поверхностное электронное двухмерное изображение подложки и второе обратно рассеянное электронное двухмерное изображение подложки.
11. Способ по любому из предшествующих или последующих вариантов осуществления/признаков/аспектов, где стадию удаления слоя повторяют после того, как захватывают второе поверхностное электронное двухмерное изображение подложки и второе обратно рассеянное электронное двухмерное изображение подложки, и стадию удаления после захвата каждого последующего набора поверхностных электронных и обратно рассеянных электронных изображений повторяют по меньшей мере до момента после захвата предпоследнего набора изображений.
12. Способ по любому из предшествующих или последующих вариантов осуществления/признаков/аспектов, где удаление включает сухое травление, распыление или какие-либо их сочетания посредством фокусированного ионного пучка.
13. Способ по любому из предшествующих или последующих вариантов осуществления/признаков/аспектов, который дополнительно включает:
определение пористости подложки на основе последовательности поверхностных электронных двухмерных изображений подложки, скорректированных посредством сравнения с множеством обратно рассеянных электронных изображений подложки.
14. Способ по любому из предшествующих или последующих вариантов осуществления/признаков/аспектов, где подложка содержит по меньшей мере одну породу или минерал.
15. Способ по любому из предшествующих или последующих вариантов осуществления/признаков/аспектов, где подложка представляет собой глинистый сланец, глинистую породу, алевролит, аргилит, порцелланит, доломит или их сочетание.
16. Способ по любому из предшествующих или последующих вариантов осуществления/признаков/аспектов, где подложка содержит глинистый сланец.
17. Способ по любому из предшествующих или последующих вариантов осуществления/признаков/аспектов, который дополнительно включает:
определение содержимого включений на органической основе в подложке по обратно рассеянному электронному трехмерному изображению подложки.
18. Способ по любому из предшествующих или последующих вариантов осуществления/признаков/аспектов, где включение на органической основе содержит кероген.
19. Способ по любому из предшествующих или последующих вариантов осуществления/признаков/аспектов, способ дополнительно включает:
по меньшей мере одно из отображения поверхностного электронного трехмерного изображения подложки и обратно рассеянного электронного трехмерного изображения подложки на экране, печати поверхностного электронного трехмерного изображения подложки и обратно рассеянного электронного трехмерного изображения подложки и хранения поверхностного электронного трехмерного изображения подложки и обратно рассеянного электронного трехмерного изображения подложки в устройстве памяти.
20. Способ по любому из предшествующих или последующих вариантов осуществления/признаков/аспектов, где генерируемый объем состоит из вокселей, которые имеют длину стороны приблизительно от 1 нм приблизительно до 30 нм.
21. Способ по любому из предшествующих или последующих вариантов осуществления/признаков/аспектов, где удаляемый слой имеет толщину приблизительно от 1 нм приблизительно до 30 нм.
22. Способ создания трехмерного объема, который включает:
захват множества поверхностных электронных двухмерных изображений подложки;
захват множества обратно рассеянных электронных двухмерных изображений подложки;
определение выравнивания множества обратно рассеянных электронных изображений подложки для генерации трехмерного объема;
генерацию трехмерного объема подложки по обратно рассеянным электронным двухмерным данным подложки с использованием выравнивания множества поверхностных электронных изображений подложки.
23. Способ генерации трехмерного цифрового изображения образца, который включает стадии:
a) сканирование поверхности образца с помощью первичного электронного пучка, генерируемого посредством источника электронов, где образец содержит кероген и минерал, и (i) регистрация данных первого изображения, основываясь на обнаружении поверхностных электронов образца и хранения данных первого изображения в качестве первого двухмерного изображения, которое содержит значение шкалы серого, присвоенное каждому из множества пикселей на изображении, и (ii) регистрация данных второго изображения, основываясь на обнаружении обратно рассеянных электронов, испускаемых образцом во время сканирования, и хранение данных второго изображения в качестве второго двухмерного изображения, содержащего значение шкалы серого, присвоенное каждому из множества пикселей на изображении, где первое и второе двухмерные изображения предоставляют двойной набор данных изображения, связанных со сканируемой поверхностью;
b) удаление слоя с образца с помощью ионного пучка, направленного на образец, чтобы предоставлять другую обнаженную поверхность на образце;
c) сканирование другой обнаженной поверхности образца с помощью первичного электронного пучка, и повторение стадий a)(i) и a)(ii), чтобы предоставлять двойной набор данных изображения, связанных с другой обнаженной поверхностью;
d) повторение стадии b) и стадии c) множество раз;
e) укладывание стопкой множества двойных наборов данных изображения, получаемых на стадиях a) и d), посредством расположения соответствующих первого и второго двухмерных изображений в том же последовательном порядке, как получают из образца;
f) выравнивание первых двухмерных изображений относительно вторых двухмерных изображений;
g) анализ первых и вторых двухмерных изображений из множества двойных наборов данных изображения, который включает отнесение пикселей к пространству пор или керогену для того, чтобы формировать анализируемые первые и вторые двухмерные изображения;
h) идентификация пикселей, отнесенных к керогену на анализируемых первых двухмерных изображениях, которые не отнесены к керогену на анализируемых вторых двухмерных изображениях в двойном наборе данных изображения; и
i) повторное отнесение пикселей, идентифицированных на стадии h), к пространству пор на анализируемых первых двухмерных изображениях, связанных с двойным набором данных изображения.
24. Способ генерации трехмерного цифрового изображения образца, который включает стадии:
a) сканирование поверхности образца с помощью первичного электронного пучка, генерируемого посредством источника электронов, где образец содержит кероген и минерал, и (i) регистрация данных первого изображения на основе обнаружения поверхностных электронов образца и хранение данных первого изображения в качестве первого двухмерного изображения, которое содержит значение шкалы серого, присвоенное каждому из множества пикселей на изображении, и (ii) регистрация данных второго изображения на основе обнаружения обратно рассеянных электронов, испускаемых образцом во время сканирования, и хранение данных второго изображения в качестве второго двухмерного изображения, содержащего значение шкалы серого, присвоенное каждому из множества пикселей на изображении, где первые и вторые двухмерные изображения предоставляют двойной набор данных изображения, связанный со сканируемой поверхностью;
b) удаление слоя с образца с помощью ионного пучка, направленного на образец, чтобы предоставить другую обнаженную поверхность на образце;
c) сканирование другой обнаженной поверхности образца с помощью первичного электронного пучка и повторение стадий a)(i) и a)(ii), чтобы предоставлять двойной набор данных изображения, связанных с другой обнаженной поверхностью;
d) повторение стадии b) и стадии c) множество раз;
e) укладывание стопкой множества двойных наборов данных изображения, получаемых на стадиях a) и d), посредством расположения соответствующих первого и второго двухмерных изображений в том же последовательном порядке, как получают из образца;
f) выравнивание первых двухмерных изображений относительно вторых двухмерных изображений;
g) осуществление базового анализа первых двухмерных изображений из множества двойных наборов данных изображения, который включает сегментирование пикселей на пространство пор, керогена или минерала для того, чтобы формировать базовые анализируемые первые двухмерные изображения;
h) первый анализ вторых двухмерных изображений из множества двойных наборов данных изображения, который включает отбор только пикселей, которые имеют значения шкалы серого, превышающие предварительно выбираемое пороговое значение шкалы серого для керогена, чтобы определять первую маску;
i) второй анализ вторых двухмерных изображений из множества двойных наборов данных изображения, который включает отбор только пикселей, которые имеют значения шкалы серого ниже предварительно выбираемого порогового значения шкалы серого для минерала, чтобы определять вторую маску;
j) изменение базовых анализируемых первых двухмерных изображений посредством первой маски и второй маски, которое включает повторное отнесение пикселей из пространства керогена в пространство пор на базовых анализируемых первых двухмерных изображениях с использованием первой маски и повторное отнесение пикселей от минерала к керогену на базовых анализируемых первых двухмерных изображениях с использованием второй маски.
25. Способ по любому из предшествующих или последующих вариантов осуществления/признаков/аспектов, где удаление слоя на стадии b) включает ионное травление образца в направлении, приблизительно перпендикулярном к предыдущей обнаженной поверхности образца, чтобы удалять слой приблизительно равномерной толщины приблизительно от 1 нм приблизительно до 5 нм.
26. Способ по любому из предшествующих или последующих вариантов осуществления/признаков/аспектов, где образец содержит по меньшей мере одну породу или минерал.
27. Способ по любому из предшествующих или последующих вариантов осуществления/признаков/аспектов, где образец представляет собой глинистый сланец, глинистую породу, алевролит, аргилит, порцелланит, доломит или их сочетание.
28. Способ по любому из предшествующих или последующих вариантов осуществления/признаков/аспектов, который дополнительно включает стадию k), вычисление процентной доли общего пространства пор и процентной доли общего керогена для согласованных изображений образца, полученных посредством стадии j).
29. Система генерации трехмерных цифровых изображений образца, которая содержит:
a) микроскоп заряженных частиц, который содержит
колонну сканирующего электронного пучка, которая содержит источник электронов для генерации первичного электронного пучка,
колонну ионного пучка для генерации фокусированного ионного пучка на образце для того, чтобы последовательно удалять тонкий его слой в направлении толщины образца и обнажать другую поверхность образца для сканирования с помощью первичного электронного пучка,
первый детектор заряженных частиц для обнаружения поверхностных электронов образца при сканировании с использованием первичного электронного пучка,
второй детектор заряженных частиц для обнаружения обратно рассеянных электронов, испускаемых сканируемым образцом,
b) первую систему обработки сигнала для регистрации данных первого изображения на основе поверхностных электронов образца, обнаруживаемых посредством первого детектора заряженных частиц, и хранения данных первого изображения в качестве первого двухмерного изображения, которое содержит значение шкалы серого, присвоенное каждому из множества пикселей на изображении, и вторую систему обработки сигнала для регистрации данных второго изображения на основе обратно рассеянных электронов, испускаемых образцом во время сканирования, которые обнаруживают посредством второго детектора заряженных частиц, и хранения данных второго изображения в качестве второго двухмерного изображения, которое содержит значение шкалы серого, присвоенное каждому из множества пикселей на изображении, где первые и вторые двухмерные изображения предоставляют двойной набор данных изображения, связанных с другой обнаженной поверхностью;
c) компьютер, который содержит по меньшей мере один процессор, способный исполнять компьютерную программу, способную осуществлять вычисления для создания трехмерного цифрового представления образца, где вычисления включают:
укладывание стопкой множества двойных наборов данных изображения, полученных посредством первой и второй обрабатывающих систем посредством расположения соответствующих первого и второго двухмерных изображений в последовательном порядке, как получают из образца, при выравнивании,
базовый анализ первых двухмерных изображений из множества двойных наборов данных изображения, который включает отнесение пикселей к пространству пор, керогену или минералу для того, чтобы формировать базовые анализируемые первые двухмерные изображения,
первый анализ вторых двухмерных изображений из множества двойных наборов данных изображения, который включает отбор только пикселей, которые имеют значения шкалы серого, превышающие предварительно выбираемое пороговое значение шкалы серого для керогена, чтобы определять первую маску,
второй анализ вторых двухмерных изображений из множества двойных наборов данных изображения, который включает отбор только пикселей, которые имеют значения шкалы серого ниже предварительно выбираемого порогового значения шкалы серого для минерала, чтобы определять вторую маску, и
изменение базовых анализируемых первых двухмерных изображений посредством первой маски и второй маски, которое включает повторное отнесение пикселей из пространства керогена к пространству пор на базовых анализируемых первых двухмерных изображениях с использованием первой маски и повторное отнесение пикселей из минерала к керогену на базовых анализируемых первых двухмерных изображениях с использованием второй маски.
[0064] Изобретение может включать любую комбинацию этих различных признаков или вариантов осуществления, которые приведены выше и/или ниже в предложениях и/или абзацах. Любую комбинацию раскрытых признаков в настоящем документе считают частью изобретения, и ограничения не предусмотрены в отношении комбинируемых признаков.
[0065] Заявители конкретно включают полное содержание всех литературных источников, цитируемых в этом раскрытии. Кроме того, когда количество, концентрация или другое значение или параметр приводят в виде диапазона, предпочтительного диапазона или списка верхних предпочтительных значений и нижних предпочтительных значений, это следует понимать как конкретное раскрытие всех диапазонов, образованных из любых парой любого верхнего предела диапазона или предпочтительного значения и любого нижнего предела диапазона или предпочтительного значения, независимо от того, раскрыты ли диапазоны отдельно. Когда диапазон числовых значений указан в настоящем документе, если не указано иное, подразумевают, что диапазон включает свои конечные точки и все целые и дробные значения в пределах диапазона. Не предполагается, что объем изобретения ограничен конкретными указанными значениями при определении диапазона.
[0066] Специалистам в данной области будет очевидно, что можно выполнять различные модификации и вариации вариантов осуществления изобретения, не отступая от сущности или объема изобретения. Таким образом, подразумевают, что изобретение покрывает другие модификации и вариации изобретения, при условии, что они входят в объем приложенной формулы изобретения и ее эквивалентов.