掃描電鏡（SEM, Scanning Electron Microscope）是一種高分辨率成像工具，廣泛應用于材料科學、生物醫學、電子、納米技術等領域。其圖像呈灰度形式，反映樣品表面形貌、成分等信息。為了進一步分析圖像中的結構細節或信號強度的空間分布，科研人員常常需要從SEM圖像中提取切片曲線圖，也叫“灰度剖面曲線”或“線剖面圖”。

一、什么是切片曲線圖？

切片曲線圖是一種將圖像中的一條直線區域上的灰度值變化，轉化為二維曲線的圖形分析工具。本質上，它將圖像的空間信息轉化為定量信號，對比明顯區域、邊界、結構過渡等極為有效。

例如，從一個納米顆粒的邊緣畫一條直線，可以提取出從背景到顆粒內部灰度值的變化情況，反映邊緣清晰度、顆粒邊界梯度等。

二、準備工作

在提取曲線圖之前，需要準備如下材料和工具：

SEM圖像文件：格式可以是 .tif、.jpg、.bmp 等；

圖像處理軟件：推薦使用以下工具：

ImageJ（免費，功能強大）

OriginPro（繪圖和數據處理專業工具）

Python + OpenCV/Matplotlib（適合定制化處理）

Photoshop + Excel（基礎用戶也可用此組合）

標定信息：圖像是否已知像素尺寸（如1像素 = 10 nm），可換算為物理單位。

三、提取步驟（以ImageJ為例）

Step 1：打開圖像

使用 ImageJ 打開 SEM 圖像文件；

如需標定距離單位，使用 Analyze > Set Scale 設置比例（如100像素 = 1微米）；

Step 2：繪制測量線

選擇菜單欄的直線工具（Straight Line Tool）；

在圖像中點擊并拖動，畫出一條你希望提取曲線的位置線。

Step 3：提取曲線數據

點擊 Analyze > Plot Profile；

會彈出一個窗口，顯示該直線上的灰度值變化曲線（即切片曲線圖）；

如果需要保存數據，點擊 File > Save As... 或 List 將數值導出為 .txt 或 .csv。

Step 4：后續分析或繪圖

可將導出的數據導入 Origin、Excel、Python 等工具中；

添加坐標軸標簽、單位、曲線擬合、微分分析等；

四、常見應用場景

顆粒邊緣清晰度分析：通過邊界灰度變化坡度，評價成像質量；

薄膜厚度測量：垂直畫線，識別亮暗界限可估算厚度；

元素能譜疊加驗證：與EDX能譜強度對比分析；

界面或缺陷識別：對不均質區域進行強度變化分析；

重復結構的周期性分析：如柵格、納米圖案等；

五、進階技巧

提取曲線均值線：使用 Rectangular Selection Tool 畫出一條細條帶，然后用 Analyze > Plot Profile 提取平均剖面；

批量處理圖像：ImageJ 支持宏命令自動批量提?。?/span>

導出為矢量圖：用 Origin 繪圖，可輸出EPS等高質量圖形用于論文；

色彩圖轉灰度：若SEM圖像是偽彩圖，應先用 Image > Type > 8-bit 轉換為灰度圖；

六、注意事項

圖像原始性：提取的切片曲線圖應基于未壓縮、高質量圖像，否則灰度變化失真；

線段選取方向要慎重：應垂直或平行于結構變化方向，避免傾斜失真；

采樣密度與像素分辨率有關：圖像像素太低會導致提取曲線粗糙；

背景校正：若圖像存在整體亮度漂移，可先做背景扣除或平滑；

重復測量：多個區域重復提取能提高結果的統計可靠性。

七、總結

從掃描電鏡圖像中提取切片曲線圖，是一種將圖像定性信息量化分析的有效手段。通過軟件如ImageJ繪制直線并提取灰度分布，不僅可以快速得到信號強度隨位置變化的曲線，還能進一步進行結構尺寸測量、邊界過渡分析、材料對比研究等。掌握該技能，能極大提升科研數據的分析深度與嚴謹性，適用于從材料微結構研究到生物組織電鏡分析等廣泛場景。