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.

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.

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.

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.

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.

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

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.