;-)

Интерфейс программы обработки СЗМ-изображений компании НТ-МДТ

Сканирующая зондовая микроскопия

Сканирующая зондовая микроскопия (СЗМ) — один из мощных современных методов исследования формы и локальных свойств поверхности твердого тела. Разрешение получаемых изображений в 1000 и более раз выше, чем у лучших оптических микроскопов, работающих в ультрафиолетовом диапазоне. Электронные микроскопы имеют не менее высокое разрешение, но они могут работать только с проводниками и полупроводниками в полном вакууме и оказывают разрушающее действие на живые клетки.

Предел разрешения микроскопа, нм (10−9 м)
оптического (УФ)200—300
электронного~0,1
СЗМ~0,1(1 ангстрем)

C помощью сканирующего зондового микроскопа можно получить цифровое изображение атомарной решетки, живой клетки, интегральной микросхемы, структуры полимера, рабочей поверхности компакт-диска. Получаемые изображения исследуемой поверхности являются по сути трехмерными, т. к. при сканировании в каждой точке образца измеряется ее относительная высота или значение одного из физических свойств: механических (например, жесткости), оптических или электромагнитных. СЗМ применяется в физике, химии, материаловедении, биологии, медицине и на высокотехнологичном производстве.

Сканирующие зондовые микроскопы, производимые компанией НТ-МДТ, поставляются вместе с программным обеспечением для управления прибором и обработки получаемых с их помощью данных. В Студии Лебедева спроектирован и оформлен пользовательский интерфейс программного модуля обработки и анализа СЗМ-изображений, разрабатываемого в компании НТ-МДТ.



Дата выпуска: 03.06.2005

В главных ролях:

арт-директор
проектировщики интерфейса и дизайнеры
пиктограф
менеджер

Студия Лебедева выражает благодарность Станиславу Леэсменту за помощь в работе над проектом

Все СЗМ-изображения являются собственностью компании НТ-МДТ



Поверхность штампа для DVD-дисков

E-coli JM-109 — кишечная палочка

ДНК pEGFP на слюде

Монокристаллы уротропина и H2PtCl6

Атомарная решетка высокоориентированного пиролитического графита


Обработка СЗМ-изображений


Главное окно модуля

Сканированное изображение занимает максимально возможный размер по вертикали, благодаря перемещению панели инструментов и общей оптимизации рабочего пространства.

На панели инструментов расположены часто используемые инструменты выделения области, преобразования и анализа изображения.




Чувствительность «волшебной палочки» плавно изменяется с помощью ползунка в любой момент, а не только перед выделением

У шкалы оси z можно перемещать концы отображаемого диапазона (треугольники) и весь выбранный диапазон в пределах максимального (как скроллбар). При необходимости можно открыть вспомогательную гистограмму, которая сделана на полупрозрачном фоне, чтобы ее можно было оставить на экране.


Гистограмму на прозрачном фоне можно быстро включить и отключить

Все преобразования изображения осуществляются с помощью панели инструментов или фильтров, вызванных из меню. Фильтры применяются для выравнивания плоскости изображения, снижения уровня шума, повышения резкости и для решения специальных задач.

Все фильтры накладываются на изображение, не изменяя исходные данные сканирования. Видна вся цепочка фильтров, благодаря чему всегда понятно, какие преобразования и в каком порядке были применены — это повышает доверие к результатам исследования и является частью научной этики.


Каждый фильтр имеет свою иконку, отображающую параметры, маску наложения или результат работы фильтра. Для иллюстрации поворота и зеркального отображения используется квадратик с несимметричной буквой F (filter). Названия фильтров в списке также содержат значения параметров, например, rotate by −13°, Fit lines (order 2, horizontal)

Простым перетаскиванием можно изменить порядок применения фильтров, любой из них можно временно отключить. У каждого фильтра есть маска наложения, т. е. области, на которые воздействует фильтр. Параметры фильтра настраиваются в отдельном окне, при этом используется режим предварительного просмотра.




Настройка фильтра polynomial fit, компенсирующего уклоны вычитанием аппроксимирующей кривой, как правило, низких порядков. Голубая линия — сечение, по которому автоматически подбирается поправочная кривая (ее можно также редактировать визуально). Зеленая линия — контрольное сечение. По изменению ее наклона можно оценить результат работы фильтра



Предупреждения системы не прерывают работу пользователя, как в некоторых других программах

Анализ СЗМ-изображений

После того, как произведены необходимые преобразования, настройка и коррекция изображения, наступает время для его изучения и анализа. Программный модуль предоставляет инструменты для линейных измерений, статистического и гармонического анализа.

В старой версии программы в результате применения любого инструмента происходило дополнительное разбиение рабочего пространства, чтобы освободить место для фрейма с результатами. С появлением нового фрейма размер остальных уменьшался.




Работа инструмента «Профиль сечения». Маркеры можно передвигать и вдоль линии сечения, и на графике с профилем


Для сравнения изображений предусмотрено разбиение рабочего пространства на два или четыре окна. Специальный замочек () позволяет синхронно масштабировать и прокручивать сравниваемые изображения, а также проводить на них одновременные измерения. Это полезно, если во время сканирования одновременно измерялись различные физические величины и было получено несколько «параллельных» изображений.



Слева — рельеф, справа — разность фаз. На шкалах обоих изображений отображается значение в точке под курсором

Один из инструментов статистического анализа предназначен для изучения распределения микрозерен на неровной поверхности объекта. Этот инструмент распознает микрозерна с учетом порогового значения, заданного пользователем.


Каждое зерно попадает в таблицу. Зерна в таблице группируются по интервалам площади, объема, глубины или другого значения, выбранного пользователем. Количество зерен в каждой группе таблицы отображается на гистограмме. Выбранные зерна или их группы подсвечиваются на изображении, в таблице и на гистограмме


Если «ширина» столбиков гистограммы, заданная пользователем, достаточно большая, то рядом с каждым столбиком отображается значение его «высоты»



Иконки

Основные инструменты для работы с изображениями выглядят привычно — как и 20 лет назад, когда их впервые нарисовали.



Палитры

Для визуализации данных СЗМ предложен набор палитр-спектров. Часть из них решает конкретные аналитические задачи, другая часть — чисто презентационные:



Проект

Российская компания НТ-МДТ («Устройства и материалы для нанотехнологий») поставляет на мировой рынок высококачественные зондовые нанолаборатории, сканирующие зондовые микроскопы, сопутствующие аксессуары и программные продукты.

В 2004 году в Студии Артемия Лебедева начали проектировать пользовательский интерфейс программных продуктов, разрабатываемых в компании НТ-МДТ для управления зондовыми микроскопами и обработки получаемых с их помощью данных.

Модуль обработки и анализа СЗМ-изображений является первым из них.


НТ-МДТ  Интерфейсы