掃描電鏡作為一種基礎(chǔ)顯微成像工具，因具有超高的放大能力，從而被高校、科研院所、材料研發(fā)和質(zhì)量分析部門廣泛用于研發(fā)、生產(chǎn)過程。

相比于光學(xué)放大器件，掃描電子顯微鏡使用電子束進(jìn)行成像，放大、分辨能力比光學(xué)顯微鏡有非常大的提升。

圖1 金相樣品光學(xué)顯微鏡圖像 (左) 和掃描電鏡圖像 (右)

景深是一種普適用于所有的光學(xué)成像儀器的概念。所謂景深，就是照片中清晰圖像的范圍，景深越大，我們看到的視野中清晰的范圍就越大，或稱景深分辨能力強(qiáng)；反之，景深越?。\），視野范圍中能夠清晰的范圍越狹小，成像器材的景深分辨能力越弱（圖2）。

圖2 小景深和大景深

光學(xué)元件中，只有一個(gè)參數(shù)會(huì)直接影響景深分辨能力，那就是光束的收斂角的大或小。光束到達(dá)焦點(diǎn)后，收斂角越小，其得到的景深越深，例如在照相機(jī)中，光圈直徑的減小會(huì)直接將收斂角減小，景深則越深（如圖3）。

圖3 照相機(jī)中光圈對(duì)景深的影響示意圖

與光學(xué)顯微鏡相比，掃描電鏡的成像介質(zhì)（電子束）的匯聚性非常好，因此到達(dá)樣品表面的電子束收斂角通常非常小，因而電鏡的景深分辨能力往往比光學(xué)顯微鏡強(qiáng)（圖4）。

圖4 掃描電鏡 (右) 明顯比光學(xué)顯微鏡 (左) 具有更好的景深分辨能力

但是，我們也同樣需要明確，掃描電鏡的景深分辨能力并非無限大。在遇到一些極其特殊的樣品時(shí)，比如幾乎垂直放置的多層膜材料（圖5），即使是掃描電鏡也難以表現(xiàn)其全部細(xì)節(jié)。因此，需要通過一些圖像處理手段，以更簡(jiǎn)單高效的方式就可以讓電鏡使用者直接得到大景深圖片。

圖5 近乎垂直放置的多層膜材料截面

首先，使用飛納電鏡的腳本開發(fā)工具寫一個(gè)自動(dòng)曝光程序，曝光一系列景深深度不同的圖像（圖6）。然后，使用 景深堆疊合成（Focus Stack Merging） 這一圖像處理技術(shù)，再用圖像識(shí)別和處理手段將每張照片中清晰的部分提取出來，最終合成一張全部區(qū)域清晰（景深較大）的圖像（圖7）。

由于是使用圖像合成的方法進(jìn)行運(yùn)算合成，因此理論上使用這種方法可以獲得景深無限大的樣品圖像，或稱之為 超景深 圖像。

圖6 一組焦距不同的圖像堆疊 (Focus Stacking)

圖7 圖像景深合成 (Focus Merging) 前后效果比較

超景深圖像可以滿足大景深成像的應(yīng)用場(chǎng)景，比如金屬、水泥等材質(zhì)的拉伸斷口這類縱深較大的樣品成像及分析（圖8），獲得超景深圖像可以使研究人員輕松看到此類樣品的全部細(xì)節(jié)。

圖8 超景深使用場(chǎng)景 (左：復(fù)雜形狀截面；右：多種材料拉伸斷口)