2020 Fiscal Year Research-status Report
高度情報処理技術との融合による走査型硬Ｘ線顕微鏡の高分解能化
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20K12504
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
大隅 寛幸 国立研究開発法人理化学研究所, 放射光科学研究センター, 専任研究員 (90360825)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 走査型硬Ｘ線顕微鏡 / ブラインド・デコンボリューション / マルチフレーム超解像 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
物性や材料特性の発現機構の微視的解明を希求する構造科学研究では、従来から結晶構造解析や電子状態解析に放射光X線が活用されてきたが、近年進歩が著しいX線集光技術を取り入れることで、メゾスケールの高次構造をスコープに加えたマルチスケール構造科学研究への発展が期待できる。ところが、光学顕微鏡の空間分解能を超える集光X線が利用できるようになったものの、装置が大掛かりかつ複雑なために種々の要因で走査顕微観察像が歪み、空間分解能が劣化してしまう問題に直面している。走査顕微観察像は、原像と装置分解能関数の畳み込み積分になっているので、デコンボリューション処理によりブレ除去と解像度改善が期待できる。今年度は、全変動正則化に基づくデコンボリューション処理を行う計算プログラムを作成した。これにより、最尤推定期待値最大化法に基づくデコンボリューション処理では顕著な、測定データよりも未知パラメータの数が多いために過学習してしまう問題が大きく改善された。作成したプログラムは、主-双対近接分離法に基づいたアルゴリズムを採用しており、最適解を効率的に求めることができる。また、隣り合う測定スポットを過剰にオーバーラップさせ取得した走査像に対して適用する、マルチフレーム超解像処理のフィジビリティスタディを実施した。その結果、フレーム間のバラつきがショットノイズよりも大きいことが判明したため、フレーム毎に入射ビーム強度が異なる観測モデルへと修正し、復元画像の像質を向上させることに成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度は、デコンボリューション処理とマルチフレーム超解像処理を組み込んだ、新しい計算アルゴリズムを構築することを計画していた。実際に、そのような計算アルゴリズムを構築し、走査顕微観察像のブレ除去と解像度改善を図る処理を実現する見通しが立った。さらに、室温で測定した走査顕微観察像に実際に適用し、その結果から観測モデルを修正するなど研究のサイクルは回り始めており、温度ドリフトの影響の補正に取り組む準備はできている。研究計画の見直しが必要な問題は発生しておらず、概ね計画通りに進捗していると自己評価している。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度以降は、当初の計画通り、冷却試料の走査顕微観察の高空間分解能化に取り組む。装置の膨張・収縮による試料上のビーム照射位置のドリフトを、ブラインド・デコンボリューション処理により補正することで、空間分解能の劣化を最小限に抑えた走査顕微観察を実現し、磁性体中の磁区のイメージングに適用する予定である。また、高空間分解能化した走査顕微測定技術を、3次元可視化技術へと発展させることにも取り組む。X線の波長もしくは反射の指数を変えて多重測定することで深さ方向分解測定を行い、3次元再構成により冷却試料中に埋もれた磁区構造の可視化研究を実施する予定である。
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| Causes of Carryover |
学会がオンライン開催となり旅費が発生しなかった。熱伝導率が低いスーパーエンジニアリングプラスチック製試料ホルダーの製作費として使用する。
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