SurfaceXplorer :: Data Files

ОДО "Микротестмашины"

| SurfaceXplorer [Работа с СЗМ-изображениями] > [Файлы данных]

3.1 Файлы данных

3.1.1 Структура данных
3.1.1.1 Форматы СЗМ-файлов
3.1.1.2 Форматы импортируемых/экспортируемых файлов
3.1.2 Открытие файлов данных
3.1.2.1 Открытие файлов с помощью системных ресурсов
3.1.2.2 Предварительный просмотр и открытие файлов данных из секции пиктограмм
3.1.2.3 Импорт файлов текстового формата
3.1.2.4 Импорт графических файлов растрового формата
3.1.2.5 Генерация СЗМ-изображения
3.1.3 Сохранение данных в файле
3.1.3.1 Управление слоями в файле
3.1.3.2 Сохранение данных в файле текстового формата
3.1.3.3 Сохранение изображения в файле растрового формата
3.1.3.4 Копирование изображения/данных в буфер обмена
3.1.3.5 Формирование файла отчета

3.1.1 Структура данных

Структура файлов с СЗМ-данными определяется методом их получения. Схема измерения поверхности с помощью СЗМ в общем случае (традиционная версия) предполагает, что острие чувствительного зонда перемещается относительно образца в плоскости XY от точки к точке по растровой схеме (рис. 3.1.1). При этом в начале зонд перемещается вдоль первой линии сканирования и возвращается обратно. Затем он перемещается на один шаг в перпендикулярном направлении ко второй линии сканирования, движется вдоль нее и обратно. Затем снова осуществляет перемещение на один шаг в перпендикулярном направлении к третьей линии и т.д.. В каждой точке измерений система отслеживает вертикальное положение зонда и регистрирует эти данные в виде СЗМ-матрицы. Измерения в точках обычно регистрируются при движении зонда по линиям сканирования в одном направлении (для уменьшения влияния нелинейностей пьезосканера).

Рис. 3.1.1 - Схема движения зонда в сканирующем зондовом микроскопе при измерении поверхности.

Направление вдоль линий сканирования называется направлением быстрого сканирования. Направление перпендикулярное направлению быстрого сканирования, т.е. то, в котором совершается переход от одной линии сканировани к другой, называется направлением медленного сканирования.

В общем случае СЗМ-данные представляют собой двухмерную матрицу значений размера X*Y, в которой положение элемента Zxy в этой матрице соответствует координатам X и Y точки измерений в плоскости, а численное значение самого элемента Zxy характеризует интенсивность измеренного в данной точке параметра, например:

8.597 | 8.265 | 8.376 | 7.633 | ... | ZX1
8.984 | 8.358 | 8.432 | 7.953 | ... | ZX2
9.647 | 9.058 | 9.205 | 9.168 | ... | ZX3
9.757 | 9.131 | 9.279 | 9.426 | ... | ZX4
... | ... | ... | ... | ... | ...
Z1Y | Z2Y | Z3Y | Z4Y | ... | ZXY

В зависимости от режима работы и измерений сканирующего зондового микроскопа СЗМ-матрица может, например, содержать данные об измеренных:

- высоте точек поверхности (СЗМ-изображение топографии)
- латеральных силах, действующих на зонд со стороны поверхности в каждой точке измерений (СЗМ-изображение латеральных сил или карта локальных сил трения)
- сдвиге фазы колебаний кантилевера в каждой точке измерений (СЗМ-изображение сдвига фазы или карта локальной жесткости)
- локальных электрических характеристиках (карта локальной проводимости, электрической емкости)
- локальных магнитных свойствах (карта локальных магнитных свойств)
- и др.

3.1.1.1 Форматы СЗМ-файлов.
Форматы СЗМ-файлов предусматривают запись в них данных в цифровом виде непосредственно в тех единицах, в которых они были изначально получены при измерении на сканирующем зондовом микроскопе, как это показано на примере выше. Структуру записи (т.е. формат) определяют изготовители оборудования и программного обеспечения для сканирующей зондовой микроскопии. На текущий момент в мире нет стандартизованных или принятых в качестве таковых форматов СЗМ-файлов, однако принципы их построения сводятся к следующим схемам.

Простая запись данных предусматривает размещение в файле одного СЗМ-изображения (т. е. единичной или отдельной матрицы значений). Структуру такой записи файла можно схематически представить следующим образом:

СЗМ-файл

Заголовок
Данные

Практически файл, посторенный по схеме простой записи данных, состоит из заголовка со служебной информацией и одного поля данных, в котором, собственно, и размещается матрица, описывающая СЗМ-изображение.

Недостаток такого формата состоит в необходимости записи множества файлов, относящихся к одному измерению, если сканирующий зондовый микроскоп регистрирует одновременно несколько типов данных, как это производится в современных приборах (например, топографию и латеральные силы при работе в контактном режиме, топографию и карту сдвига фазы колебаний кантилевера в динамическом режиме, изображение поверхности при первом и втором проходах при реализации двухпроходной методики и др.). В настоящее время простая запись данных для хранения СЗМ-изображений практически не используются. Тем не менее, подобная схема применяется, например, при экспорте данных в файл текстового формата, который может быть корректно использован для переноса результатов между приложениями различных производителей.

Слой данных отмечается символом в панели [Objects] (Объекты) вкладки Browse (Обзор)

Многослойная запись данных предусматривает размещение в СЗМ-файле более одной матрицы значений (данных), обычно относящихся к одному измерению, проведенному на сканирующем зондовом микроскопе. Каждая матрица значений (данных) записывается в отдельный слой внутри файла (практически - адресное пространство). Структура файла с многослойной записью данных, представлена на следующей схеме:

СЗМ-файл

Заголовок
Описание набора данных

Набор данных

Слой 1 (Матрица данных 1)
Слой 2 (Матрица данных 2)
...

Как видно из схемы, в файле содержатся:
- заголовок (служебная информация);
- информация с описанием набора данных (идентификаторы, смещение, или адреса записи соответствующих матриц данных, т.е. слоев);
- собственно матрицы данных, рассматриваемые как слои.

Каждый слой обычно представляет собой СЗМ-изображение какого-либо определенного типа, например – топография поверхности, карта латеральных сил, данные силовой спектроскопии и др. Все матрицы данных (слои), содержащиеся в СЗМ-файле с многослойной записью, по отношению друг к другу рассматриваются как совместные.

Структура СЗМ-файла с многослойной записью может предусматривать как ограниченное, так и неограниченное число совместных слоев. Кроме того, производители СЗМ и обрабатывающих программ могут ограничивать тип и формат данных (чиловых значений), записываемых в слоях.

СЗМ-файл (SPM2001, MPS)

Заголовок
Описание набора данных

Поля данных

Группа 1

Слой 1.1
Слой 1.2
...

Группа 2

Слой 2.1
Слой 2.2
...

Группа 3

Слой 3.1
Слой 3.2
...

Группа ...

Форматы файлов, поддерживаемые программой SurfaceXplorer. В программе SurfaceXplorer в качестве основного формата принята многослойная схема записи данных в СЗМ-файлах. Файлы внутренних форматов SPM2001 и MPS по умолчанию имеют расширения, соответственно, *.spm и *.mps. Дополнительно структура этих файлов содержит такую единицу, как группа, объединяющую матрицы данных (слои) одного типа, например, группа данных (слоев) топографии, группа данных (слоев) сдвига фазы, и т.д., как на схеме слева. Такая структура позволяет, к примеру, легко отслеживать и соотносить друг с другом слои, характеризующие одно состояние данных, если в файле записаны более одного набора данных, полученных при обработке СЗМ-зображений.

Тип данных отмечается символом в списке на панели [Objects] (Объекты) вкладки Browse (Обзор)

Формат SPM2001 (Scanning Probe Microscopy, версия 2001 г.) предусматривает запись данных без ограничения размеров и количества слоев. Данные записываются в виде двухмерных массивов (матриц) знаковых двухбайтных (16 бит) значений. Файл в формате SPM2001 обычно имеет достаточно компактный размер. Например, файл, включающий три совместных СЗМ-изображения с матрицей измерений 256х256 точек, имеет размер порядка 385 kB.

Формат MPS (Multi-Purpose Set, версия 2003 г.) также предусматривает многослойную запись данных без ограничения размеров полей и их количества, а также без ограничения типа и формата записываемых значений. Все эти параметры динамически определяются в описании набора данных файла и задаются при записи измерений. Таким образом, в файле данного формата могут содержаться как СЗМ-матрицы (двухмерные массивы), так и линейные (одномерные) массивы значений (например, данные силовой спектроскопии). Кроме того, формат MPS может использоваться при записи измерений других типов.

Помимо этих основных форматов файлов в программе SurfaceXplorer также непосредственно поддерживается работа со следующими типами файлов:

- SPM - формат файлов СЗМ-данных с простой записью (расширение *.spm);
- PPM - формат файлов СЗМ-данных с простой записью, специализированный для хранения изображений фазового контраста (phase contrast image) (расширение *.ppm);
- MTF - (MTM text file) - текстовой формат файлов данных, содержащий специальный заголовок с описанием данных, обеспечивающий их автоматическую сортировку/обработку при загрузке (расширение *.mtf). Подробное описание данного формата записи приводится ниже;
- TXT - текстовой формат файлов общего назначения (файл должен содержать цифровые дынные) (расширение *.txt); предусматривается специальная процедура импорта;
- BMP - графический формат файлов растровых изображений (расширение *.bmp); предусматривается специальная процедура импорта;
- JPG - графический формат файлов растровых изображений с алгоритмом сжатия (расширение *.jpg); предусматривается специальная процедура импорта.

Дополнительно в программе SurfaceXplorer реализована возможность работы с файлами СЗМ-данных других производителей СЗМ:

- 0## - файлы СЗМ-данных DI/Veeco NanoScope;
- SPM - формат файлов СЗМ-данных, создаваемых при измерениях на АСМ "ФемтоСкан", разработанном ООО НПП «Центр перспективных технологий» МГУ.

В программе SurfaceXplorer предусматривается специальная возможность копирования слоев (матриц данных) между открытыми в текущий момент файлами. Таким образом, в один файл с многослойной записью могут быть собраны изображения (данные) для различных режимов, участков, поверхностей, и т.д., что среди прочего позволяет рассматривать такой файл в дальнейшем как подобие базы данных или архива. Подробное описание функции управления слоями см. в п.3.1.3 "Сохранение данных в файле".

3.1.1.2 Форматы импортируемых/экспортируемых файлов
Форматы импортируемых/экспортируемых файлов предполагают наличие в них массивов данных, подобных описанной выше матрице значений. СЗМ-файлы в формате других производителей могут непосредственно обрабатываться программой SurfaceXplorer при наличии специализированных подключаемых модулей (plug-ins), ориентированных на данный формат. При отсутствии специализированного подключаемого модуля (plug-ins), ориентированного на данный формат СЗМ-файлов, может быть использована возможность импорта/экспорта СЗМ-изображения, записанного в файле текстового формата.

Необходимо отметить также, что структуру, подобную матрице СЗМ-данных имеют и традиционные графические файлы растровых форматов. Интерпретируя яркость каждого пиксела как характеристику высоты данной точки над плоскостью всего изображения, растровое изображение может быть преобразовано в матрицу СЗМ-данных. Благодаря этому растровые графические форматы иногда выступают альтернативой специальным форматам хранения СЗМ-данных.
Следует заметить, что для корректного преобразования растрового изображения в СЗМ-матрицу чаще всего необходимо вмешательство оператора, определяющего, например, масштабы и единицы измерений для всех трех осей преобразуемого изображения, поскольку в графическом файле отсутствует специальная служебная информация, необходимая для правильного отображения СЗМ-данных. Тем не менее, функция преобразования файлов графических форматов предоставляет уникальную возможность работать с данными, полученными методами, отличными от сканирующей зондовой микроскопии, например, с изображениями, полученными на растровом электронном микроскопе.

В программе SurfaceXplorer предусматривается возможность преобразования в СЗМ-матрицу графических файлов форматов *.bmp и *.jpg, а также сохранение изображения в любом из окон визуализации в файлах этих форматов.
Следует помнить, что в формате *.jpg информация записывается с использованием алгоритмов сжатия, что в итоге приводит к наличию определенных потерь в передаче полутонов. Однако применение сжатия позволяет получать файлы малых размеров.

Помимо описанных функций сохранения (экспорта) данных программа SurfaceXplorer предоставляет возможность сформировать специальный файл отчета в формате *.doc (MS Word) или *.htm, в который включается любое количество изображений из окон визуализации и вспомогательная информация о данных изображениях.

3.1.2 Открытие файлов данных

В программе SurfaceXplorer предусмотрены две разновидности открытия (загрузки) файлов СЗМ-данных:

- с помощью системных ресурсов - из системного диалога открытия файлов, перетаскиванием файла данных (или группы выделенных файлов) из файлового менеджера операционной системы в окно программы (drag-and-drop), запуском файла данных непосредственно в файловом менеджере операционной системы;
- с помощью специализированных ресурсов программы - из секции пиктограмм панелей обзора папок [Folders] и избранных папок [Favorites] на вкладке Browse (Обзор).

Открытие (загрузка) файлов данных с помощью системных ресурсов - из системного диалога, из файлового менеджера операционной системы (перетаскиванием или запуском) - не позволяет предварительно просмотреть содержание загружаемого файла.

3.1.2.1 Открытие файлов данных с использованием системных ресурсов

К системным ресурсам (т.е. возможностям, реализуемым встроенными средствами операционной системы), обеспечивающим открытие (загрузку) файлов данных в программу SurfaceXplorer для работы с ними, относятся

- системный диалог открытия файлов;
- функция drag-and-drop - перетаскивание файлов данных (в т.ч. группы выделенных файлов) из файлового менеджера операционной системы в окно программы;
- запуск файла данных непосредственно в файловом менеджере операционной системы.

Системный диалог открытия файлов (рис. 3.1.2.1) вызывается командой меню File > Open или нажатием кнопки на панели работы с файлами.

Рис. 3.1.2.1 - Пример окна системного диалога открытия файлов данных.

/
Load...

Навигация по папкам (переход между папками) на носителе осуществляется принятыми в операционной среде Win32 способами:
- для перехода на более низкий уровень - двойной щелчок по папке;
- для перехода на более высокий уровень - один щелчок по кнопке / в верхней строке окна диалога;
- открытие (загрузка) выбранного файла - двойным щелчком по имени файла в файловой панели диалога, либо выбором (один щелчок по имени файла) файла в файловой панели и нажатие кнопки Open окна.

Для отображения в файловой панели диалога того или иного типа файлов данных необходимо выбрать соответствующую опцию (маску расширения файлов) в селекторе Files of type: (Файлы типа:) в нижней части окна диалога. В селекторе предусморены следующие варианты (маски расширения файлов):

- Multi-purpose set (*.mps)
- SPM file format (*.spm)
- PPM file format (*.ppm)
- SPM2001 file format (*.spm)
- MTM text file (*.mtf)
- Text file (*.txt)
- BMP file format (*.bmp)
- JPG file format (*.jpg)
- NanoScope file format (*.0??)
- FemtoScan file format (*.spm)
- List of files (*.lst) - открытие группы файлов по списку
- All supported formats - все выше перечисленные форматы.

Следует помнить, что типы файлов анализируются не по их содержанию, а по расширению имени. Поэтому смена расширения файла данных или наоборот - присвоение файлу, не содержащему СЗМ-данных, расширения зарегистрированного типа приведет к неправильному отображению информации или вообще к ситуации, когда файл "не виден" в файловой панели диалога загрузки, а также в секции пиктограмм программы.

Load...

Открытие файлов данных перетаскиванием из файлового менеджера операционной системы производится выделением в окне файлового менеджера (например, Windows Explorer (Проводник) или Total Commander) одного или нескольких файлов данных и перетаскиванием их в окно программы SurfaceXplorer при нажатой левой кнопке мыши. Рекомендуется загружать таким образом файлы основных форматов. Также перед загрузкой файлов перетаскиванием необходимо, чтобы программа SurfaceXplorer была запущена на компьютере.

Open...

Запуск файла данных непосредственно в файловом менеджере операционной системы производится двойным щелчком левой кнопкой мыши по имени/пиктограмме/ярлыку файла. Рекомендуется загружать таким образом файлы основных форматов.

Открытие группы файлов по списку - одна из возможностей программы SurfaceXplorer, позволяющая сократить число однообразных часто использующихся операций. Предварительно необходимо создать сам список файлов, представляющий собой файл текстового формата, содержащий ссылки на загружаемые файлы данных. Формат файла списка следующий:

Файл списка

LST /специальный обязательный указатель файла списка/

SPM_data_file_name_1.spm /имя файла данных №1/

SPM_data_file_name_2.spm /имя файла данных №2/

SPM_data_file_name_3.spm /имя файла данных №3/

...

SPM_data_file_name_N.spm /имя файла данных №N/

Особенностью файла списка для загрузки его в программу SurfaceXplorer является наличие в его первой строке специального текстового указателя LST. В именах файлов допускается указание полного пути к ним.

3.1.2.2 Предварительный просмотр и открытие файлов данных из секции пиктограмм

Рис. 3.1.2.2 - Секция быстрого просмотра на вкладке Browse (Обзор) с активированным блоком просмотра содержания файла (справа от сектора объектов). |

Дополнительные сервисные возможности предоставляются при использовании для открытия (загрузки) файлов данных с помощью ресурсов самой программы SurfaceXplorer. Это в первую очередь относится к функции быстрого просмотра содержания файлов данных в секции пиктограмм на вкладке Browse (Обзор) (рис. 3.1.2.2). Пиктограммы файлов отображают в уменьшенном виде их содержание, поэтому имеется возможность предварительно выбрать интересующее изображение и целенаправленно загрузить необходимый файл для работы с ним в программе, не прибегая к стандартной процедуре открытия файла для ознакомления с содержащимися в нем данными. Возможность загрузить в программу с помощью блока просмотра содержания файла непосредственно интересующий слой, отличный от топографии, загружаемой по умолчанию, также повышает удобство и скорость работы в программе.

Open...
Activate...

Загрузка файла данных из секции быстрого просмотра (в том числе конкретных слоев из блока просмотра содержания файла) производится двойным щелчком левой кнопкой мыши по соответствующей пиктограмме в ней, после чего файл загружается в окно двухмерного представления в рабочей области программы. При этом если необходимо непосредственно загрузить слой, отличный от топографии, необходимо вначале выделить (активировать) в секции быстрого просмотра пиктограмму интересующего файла, а затем из блока просмотра содержания файла загрузить необходимый слой.

3.1.2.3 Импорт файлов текстового формата

Импорт данных, хранящихся в файлах текстового формата, предусматривает в первую очередь наличие определенной структуры записи в импортирумом файле. В частности, основное требование заключается в размещении группы числовых параметров, определяющих каждую точку данных, в отдельной строке через разделители (предпочтительно - через табуляторы). Так, например, для СЗМ-данных строка должна содержать как минимум такие параметры, как координата точки по оси X, координата точки по оси Y, параметр(-ы) по оси Z (измеренная величина в данной точке с координатами XY). Наборы линейных данных должны содержать как минимум две координаты для каждой точки.

| Знаком разделения целой и дробной части числа в программе SurfaceXplorer считается десятичная точка. Поэтому для корректной загрузки текстовых файлов необходимо следить, чтобы при их формировании в региональных установках операционной системы (Regional and Language Settings) в качестве разделителя целой и дробной части числа была установлена именно точка.

Открытие/импорт файла данных в текстовом формате производится:

- с помощью процедур открытия файлов с выбором соответствующего типа файлов - MTM text file (*.mtf) либо Text file (*.txt), - командой меню File > Open или нажатием кнопки на панели работы с файлами;
- с помощью команды меню File > Import > Import text file.

При импорте данных в текстовом формате программа анализирует содержание открываемого файла и выводит специализированное диалоговое окно для определения (задания) диапазонов параметров (значений) вручную (рис. 3.1.2.3).

Необходимо отметить, что текстовые файлы данных, сохраненные в формате MTM text file (*.mtf), содержат заголовок с описанием содержания файла, что позволяет программе автоматически и корректно загружать его без необходимости определять диапазоны значений вручную.

Диалоговое окно задания диапазонов параметров импортируемых данных (рис. 3.1.2.3) содержит следующие элементы.

Рис. 3.1.2.3 - Диалоговое окно задания диапазонов параметров при импорте файла данных в текстовом формате.

Таблица данных - зона в левой части окна, в которой в табличной форме отображаются содержащиеся в файле данные (при соблюдении структуры данных в файле). Слева от таблицы размещается вертикальная линейка с номерами строк импортируемого файла. В таблице предусмотрена возможность панорамирования видимой области данных с помощью полос прокрутки (по горизонтали и вертикали).

Секция общих параметров (Common) - содержит средства для описания данных:

- Тип (Type) - поле ввода, позволяющее задать наименование типа данных, которое будет соответствующим образом отображено в панели [Objects] (Объекты) вкладки Browse (Обзор), а также в заголовке окна визуализации данных.
- Наименование (Name) - поле ввода, позволяющее задать имя набора (поля) данных, которое будет соответствующим образом отображено в панели [Objects] (Объекты) вкладки Browse (Обзор), а также в заголовке окна визуализации данных.
- Начальная строка данных (Data start line) - поле ввода/селектор для указания строки в импортируемом файле, с которой начинаются числовые данные, предназначенные для загрузки в программу. Номер строки может быть определен по вертикальной линейке в таблице слева. Допускается как ввод параметра вручную, так и выбор необходимого значения с помощью кнопок селектора справа от поля ввода.
- Конечная строка данных (Data end line) - поле ввода/селектор для указания конечной строки загружаемых числовых данных в импортируемом файле. Номер строки может быть определен по вертикальной линейке в таблице слева. Допускается как ввод параметра вручную, так и установка необходимого значения с помощью кнопок "вверх" и "вниз" справа от поля ввода.

Необходимо тщательно следить за тем, чтобы заданный диапазон загружаемых данных включал только однородный массив числовых параметров (как по формату данных, так и по размещению/структуре). В противном случае программа воспримет загружаемые данные как ошибочные и процедура будет отменена.

Секция описания столбцов (Columns) - предоставляет средства для описания групп данных в загружаемой таблице:

- Количество столбцов (Number of columns) - поле ввода/селектор, определяющий количество загружаемых столбцов данных. Подразумевается загрузка групп данных, начиная с крайнего левого столбца таблицы. Параметр позволяет ограничить количество импортируемых групп данных. Допускается как ввод параметра вручную, так и выбор необходимого значения с помощью кнопок селектора справа от поля ввода.
- Таблица описания групп данных - содержит поля, в которые вручную заносятся надписи для осей координат (Axis name) и единицы измерения величин (Unit), соответствующие импортируемым группам данных. Номера строк таблицы описания соответствуют номерам загружаемых столбцов.

Кнопки OK и Cancel служат, соответственно, для запуска или отмены процедуры импортирования (загрузки) данных.

В случае, если импортируемые данные представляют собой линейные наборы данных, они будут визуализированы в окне представления профиля поперечного сечения. Если импортируемый набор данных образует двухмерную матрицу значений, он будет визуализирован в окне двухмерного представления.

3.1.2.4 Импорт графических файлов растрового формата

Импорт графических файлов предназначен в первую очередь для обеспечения в программе полноцненной работы с изображениями поверхностей, полученных методами растровой электронной микроскопии или других аналогичных методик. Подобным образом возможна также загрузка СЗМ-изображений, сохраненных в графическом файле растрового формата. В программе SurfaceXplorer предусматривается загрузка (импорт) графических файлов в форматах *.bmp или *.jpg. Интерпретация графической информации производится только путем анализа яркости каждого пиксела изображения, поэтому предпочтительно, чтобы импортируемое изображение было выполнено в градациях серого (Grayscale) либо полутонах одного цвета.

Фактически импортировать в программу можно любой графический файл (соответственно, в формате *.bpm или *.jpg), однако рекомендуется следить, чтобы содержание данных соответствовало профилю программы SurfaceXplorer, а именно - изображениям поверхностей, т.е характеризовали топографию.

Открытие/импорт файла графического формата производится:

- с помощью процедур открытия файлов с выбором соответствующего типа файлов - BMP file format (*.bmp) либо JPG file format (*.jpg), - командой меню File > Open или нажатием кнопки на панели работы с файлами;
- с помощью команды меню File > Import > Import bitmap file.

После выбора соответствующей процедуры открывается специализированное диалоговое окно импорта графического изображения Import bitmap file, в котором пользователь указывает калибровочные параметры для преобразования графического изображения в двухмерную матрицу данных (рис. 3.1.2.4).

Диалоговое окно задания калибровочных параметров импортируемого графического файла растрового формата (рис. 3.1.2.4 справа) содержит следующие элементы.

Рис. 3.1.2.4 - Исходное РЭМ-изображение в растровом фомате (слева) и диалоговое окно задания калибровочных параметров при импорте графического файла данных в растровом формате (справа).

Сектор задания загружаемого участка - зона в левой верхней части окна, используемая для предварительного просмотра импортируемого (открываемого) растрового изображение. В этом секторе также производится выделение загружаемого участка изображения - области на импортируемом изображении, который будет далее преобразован и загружен в программу дл ядальнейшей работы. Выделение загружаемого участка изображения осуществляется графически - "растягиванием" прямоугольника (проведением при нажатой левой кнопке мыши диагональной линии поперек предполагаемого прямоугольной области на изображении). Точка на изображении, над которой произведено нажатие левой кнопки мыши, считается начальной, а в которой кнопка отпускается - конечной. Выделенный участок обозначается на импортируемом изображении прямоугольной рамкой красного цвета (рис. 3.1.2.4 справа).

Размер в направлении X (Range X, nm) - цифровое поле ввода линейного размера выделенного загружаемого участка по оси X в нм. Ввод осуществляется вручную с клавиатуры компьютера и завершается нажатием клавиши Enter или переносом курсора в другое поле ввода.

Размер в направлении Y (Range Y, nm) - цифровое поле ввода линейного размера выделенного загружаемого участка по оси Y в нм. Ввод осуществляется вручную с клавиатуры компьютера и завершается нажатием клавиши Enter или переносом курсора в другое поле ввода.

Размер в направлении Z (Range Z,nm) - цифровое поле ввода диапазона высот шкалы серого для выделенного загружаемого участка по оси Z в нм. Ввод осуществляется вручную с клавиатуры компьютера и завершается нажатием клавиши Enter или переносом курсора в другое поле ввода. Высота каждого пиксела импортируемого изображения интерпретируется программой SurfaceXplorer исходя из яркости (независимо от цвета используется только яркостная составляющая данного пиксела). При этом самой нижней точкой считается наиболее темный (наименее яркий) пиксел в загружаемом участке изображения. Соответственно, самой верхней точкой считается наиболее яркий пиксел в загружаемом участке изображения. Все промежуточные значения яркости пикселей, составляющих импортируемый участок изображения, рассматриваются как соответствующие промежуточным высотам из заданного диапазона, рассчитываемом исходя из прорпорционального распределения яркости на зафиксированной шкале серого.

Секция калибровки (Calibrate) - служит для графического задания линейного размера загружаемого участка по имеющейся шкале.

- Вкл/Откл (On/Off) - переключатель для активации графического режима калибровки линейного размера загружаемого участка. В активированном (включенном) состоянии задание линейного размера загружаемого участка осуществляется графически. В выключенном - явным заданием линейных размеров путем ввода соотвествующих чисел в цифровых полях масштабов по осям X и Y.

  После активации данного режима необходимо на изображении в секторе задания загружаемого участка мышью "растянуть" отрезок прямой над участком с известной длиной. Калибровочный отрезок прямой отображается желтым цветом.
  Следует помнить, что на РЭМ-изображении обычно приводится масштабная шкала с указанием ее соотвествующего размера (длины). На СЗМ-изображениях таким участком может служить размерная шкала по его краям.
- Расстояние (Distance, nm) - цифровое поле для задания длины калибровочного отрезка в нм. Ввод осуществляется вручную с клавиатуры компьютера и завершается нажатием клавиши Enter или переносом курсора в другое поле ввода. Следует помнить, что при графической калибровке линейных размеров подразумевается использование единого масштаба для осей X и Y.

Тип данных (Type) - окно ввода наименования типа загружаемых данных. Например, "Топография", "Амплитуда" и т.п..

Имя данных (Name) - окно ввода имени для загружаемых данных. Это может быть любое уточняющее тип данных описание (слово), например, "Проход 2", "РЭМ" и т.п.

Импортирование (Import) - кнопка для запуска конвертации и окончательной загрузки растрового изображения с использованием калибровочных параметров, заданных в окне диалога (рис. 3.1.2.4 справа). Конвертированное и загруженное в программу растровое изображение визуализируется в окне двухмерного представления, например, как на рис. 3.1.2.5 слева вверху.

Отмена (Cancel) - кнопка для отмены окончательной загрузки растрового изображения.

Таким образом, для импорта графических файлов растрового формата необходимо выполнить следующие процедуры:

1. Открыть исходный графический файл - с помощью команды меню File > Open, либо нажатия кнопки на панели работы с файлами, либо команды меню File > Import > Import bitmap file. После открытия необходимого файла, он загружается в окно предварительного просмотра и ввода калибровочных данных (рис. 3.1.2.4 справа).
2. Задать (выделить) в окне предварительного просмотра загружаемый участок на импортируемом изображении - графическим выделением прямоугольного участка (растягиванием при нажатой левой кнопке мыши).
3. Ввести калибровочные значения для размеров загружаемого участка по осям X, Y, Z. Допускается либо явное задание размеров участка по осям X и Y, либо графическое задание калибровочного отрезка с последующим вводом его размера.
4. При необходимости - ввести описания типа и имени импортируемых данных.
5. Завершить процедуру конвертации изображения и окончательной загрузки данных - нажатием кнопки Import.

Рис. 3.1.2.5 - Пример импортированного РЭМ-изображения в двухмерном представлении с наложением цветовой палитры и симуляцией подсветки (слева) и в трехмерном представлении (справа).

Конвертированные данные представляют собой двухмерную матрицу данных и визуализируются в окне двухмерного представления, что позволяет в дальнейшем обрабатывать и/или трансформировать их подобно обычному СЗМ-изображению (рис. 3.1.2.5).

3.1.2.5 Генерация СЗМ-изображения

С целью получения СЗМ-файлов с заранее известными параметрами для проведения тестирования различных функций обработки в программе SurfaceXplorer предусмотрена возможность генерации искуственных СЗМ-изображений. Процедура выполняется с помощью специализированной панели New Image (Новое изображение) (рис. 3.1.2.6), активируемой командой меню File > Image simulation либо нажатием кнопки на панели инструментов.

На панели New Image (Новое изображение) (рис. 3.1.2.6) размещены три вкладки, на которых производится задание параметров для:

- генерируемой поверхности (вкладка Surface / Поверхность - рис. 3.1.2.6);
- фигур, размещаемых на ней (вкладка Shapes / Фигуры - рис. 3.1.2.7);
- шумового фона (вкладка Noise / Шум - рис. 3.1.2.8).

Рис. 3.1.2.6 - Специализированная панель для задания параметров генерируемого СЗМ-изображения (вкладка Surface /Поверхность/).

В правой части панели на всех трех вкладках расположена зона предварительного просмотра генерируемого элемента изображения (вверху), переключатель Color для выбора черно-белого или цветного режима отображения в зоне предварительного просмотра (под зоной предварительного просмотра), а также кнопки New (Новое изображение), Add (Добавить элемент) и Close (Закрыть панель).

Для генерации СЗМ-изображения необходимо создать новую матрицу нажатием кнопки на панели New (Новое изображение). Размер новой матрицы определяется на вкладке Surface. Добавление новых элементов к созданной матрице (изображению) производится после этого с помощью кнопки Add (Добавить элемент).

При этом следует учитывать, что конечный результат генерации зависит от очередности создания элементов изображения и соотношения их параметров ( в основном высотных).

Параметры генерируемой поверхности определяются на вкладке Surface. В первую очередь необходимо задать размер генерируемой матрицы в зоне Matrix, внеся необходимые значения размеров по осям X и Y в соответствующие поля. Размерность параметров - в точках матрицы данных.

Тип поверхности задается с помощью селектора, в котором предусмотрены следующие разновидности поверхностей:

- Plane - плоскость,
- SinX - синусоида в направлении X,
- CosX - косинусоида в направлении X,
- |SinX| - синусоида в абсолютном значении в направлении X,
- |CosX| - косинусоида в абсолютном значении в направлении X,
- SinY - синусоида в направлении Y,
- CosY - косинусоида в направлении Y,
- |SinY| - синусоида в абсолютном значении в направлении Y,
- |CosY| - косинусоида в абсолютном значении в направлении Y.

Parallelepiped, Pyramid Tetrahedral, Pyramid Trihedral, Cone, Cylinder Vertical, Cylinder Horizontal, Ellipsoid

Uniform Noise, Gaussian Noise, Weibull Noise

3.1.3 Сохранение данных в файле

Все данные, с которыми производилась работа в программе SurfaceXplorer, могут быть сохранены в файле или переданы для работы в другие программы через системный буфер обмена. Для СЗМ-изображений и других данных, представляющих собой двухмерную матрицу значений, предусматривается возможность сохранения в файлах следующих форматов:

- Multi-purpose set - *.mps
- SPM file format - *.spm
- PPM file format - *.ppm
- SPM2001 file format - *.spm
- BMP file format - *.bmp
- JPG file format -*.jpg
- Text file - *.txt (MTM text file - *.mtf)

Кроме того для многопольных наборов данных предусмотрена возможность выборочного сохранения слоев.

Линейные данные могут быть сохранены в файлах форматов

- Multi-purpose set - *.mps
- BMP file format - *.bmp
- JPG file format -*.jpg
- Text file - *.txt (MTM text file - *.mtf)

В любом случае, изображение в любом из специализированных окон программы может быть непосредственно скопировано в системный буфер обмена или сохранено в виде растрового изображения.

Кроме этого программа SurfaceXplorer предоставляет возможность сформировать специальный файл отчета в формате *.doc (MS Word) или *.htm, в который включается любое количество изображений из специализированных окон визуализации и вспомогательная (статистическая) информация о данных изображениях/объектах.

3.1.3.1 Управление слоями в файле

Одной из специальных функций программы SurfaceXplorer является управление слоями данных файлов. Предусмотрены как возможность выборочного сохранения слоев в новом файле, так и возможность копирования (импорта) в текущий файл слоев из других файлов с СЗМ-изображениями или удаления из текущего файла существующих слоев.

Функция выборочного сохранения слоев текущего открытого файла СЗМ-изображения реализуется с помощью специализированной панели [Select layers for saving...] (рис. 3.1.3.1), вызываемой командой меню File > Save selectively или нажатием кнопки на панели работы с файлами. Непосредственно после активации функции выводится системное диалоговое окно, где необходимо указать новое имя файла, в котором будет сохранен новый набор данных.

Рис. 3.1.3.1 - Специализированная панель выбора слоев для сохранения в новом файле.

В центральной части панели (рис. 3.1.3.1) размещена зона, в которой перечисляются все присутствующие в текущем файле слои, в том числе сформированные в текущем сеансе работы с СЗМ-изображением в программе SurfaceXplorer. Слои сгруппированы при этом по их типу. Активация переключателя перед именем слоя включает его в число слоев, сохраняемых в новом файле. Для выбора всехслоев для сохранения можно воспользоваться кнопкой Select all /Выбрать все/ справа от зоны списка слоев. Обратную процедуру - отключить сохранение всех слоев - можно оперативно произвести кнопкой Unselect all. Опция Save only one layer for each type /Сохранять только по одному слою для каждого типа/ позволяет предупредить ошибочное включение в число сохраныемых слоев более одного слоя каждого типа.

Функция импорта/удаления слоя для текущего открытого файла СЗМ-изображения реализуется с помощью специализированной панели [Data Set management] (Управление наборами данных) (рис. 3.1.3.2), активируемой командой меню File > Data Set management или нажатием кнопки на панели работы с файлами. Активировать панель также можно с помощью команды Data Set management в контекстном меню окна двухмерного представления.

Рис. 3.1.3.2 - Пример специализированной панели управления слоями: слева - файлы с исходным набором слоев; справа - в активный файл скопирован (импортирован) слой из вспомогательного файла. |

Панель управления слоями (рис. 3.1.3.2) содержит два сектора, представляющих списки слоев двух файлов СЗМ-изображений. В левом секторе Active /Активный/ отображается содержание изменяемого файла. По умолчанию в активный (левый) сектор автоматически загружается текущий СЗМ-файл. С помощью селектора в верхней части области в качестве активного (т.е. изменяемого) пользователь может выбрать любой другой СЗМ-файл из числа открытых (загруженных) в данный момент в программе SurfaceXplorer.

В правом секторе 2nd /Вторичный/ отображается содержание вспомогательного ("донорского") СЗМ-файла, из которого будет производиться импортирование (копирование) слоев. Аналогично активному сектору, с помощью селектора предусмотрена возможность выбора в качестве вспомогательного любого СЗМ-файл из числа открытых (загруженных) в данный момент в программе SurfaceXplorer. Если интересующего вспомогательного файла нет в списке открытых (т.е. в селекторе), то его необходимо загрузить с жесткого диска с помощью кнопки в центральной части панели.

В центральной части панели - между двумя секторами - размещены кнопки управления:
- кнопка загрузки вспомогательного файла. Вызывает системный диалог открытия файла, с помощью которого и производится загрузка;
- кнопка копирования выбранного во вспомогательном файле слоя в активный СЗМ-файл;
- кнопка удаления выбранного в активном СЗМ-файле слоя;
- кнопка вызова дополнительной информационной панели о текущем слое (и активном файле) (рис. 3.1.3.3). Данную панель можно также активировать с помощью команды Edit Data Field непосредственно в контекстном меню окна двухмерного представления (соответственно, для текущего типа данных).

Рис. 3.1.3.3 - Дополнительная информационная панель о слое

Дополнительная панель (рис. 3.1.3.3) представляет информацию о файле (группа Data Set /Набор данных/) и текущем слое (группа Data Field /Слой данных/). При наличии в файле вспомогательных записей о дате и времени измерения (Date and Time), наименовании измерительного устройства, на котором сформирован данный файл (Device name) и описании этого измерительного устройства (Device name) они будут представлены в соответствующих строках панели. В группе Data Field /Слой данных/ отображается информация о типе слоя (Type) и его имени (Name). Информация из строк панели может быть выделена и скопирована в системный буфер обмена с помощью комбинаций клавиш Ctrl-C или Ctrl-Ins .

3.1.3.2 Сохранение данных в файле текстового формата

    MTM TEXT FILE
    \Field: matrix
    \Type: Topography
    \Name: Topography
    \NumColumns: 256
    \NumRows: 256
    \Data:
    ------------------------------------------
      X,nm          Y,nm            Z,nm
    ------------------------------------------
    0.000           0.000           -5.597
    4.115           0.000           -5.265
    8.230           0.000           -5.376
    12.345          0.000           -5.633
    ...
    0.000           637.842         15.133
    4.115           637.842         14.213
    8.230           637.842         13.329
    12.345          637.842         12.592
    ...
    ------------------------------------------

    MTM TEXT FILE
    \Field: table
    \Type: Profile
    \Name: CS-Topography
    \NumColumns: 2
    \NumRows: 256
    \Data:
    -----------------------------
     Length,um       Z,um
    -----------------------------
     0.000           1.162
     0.016           1.200
     0.032           1.199
     0.048           1.198
     0.064           1.199
     0.080           1.195
    ...
    -----------------------------

    MTM TEXT FILE
    \Field: table
    \Type: Table
    \Name: FvsD Curve analysis
    \NumColumns: 5
    \NumRows: 256
    \Data:
    --------------------------------------------------------------------------
     Z,nm            Deflection,nm   Depth,nm        Load,nN         E,GPa
    --------------------------------------------------------------------------
     0.000           0.000           0.000           0.000           0.000
     16.000          38.000          -22.000         2280.000        0.000
     32.000          37.000          -5.000          2220.000        0.000
     48.000          36.000          12.000          2160.000        6.950
     64.000          37.000          27.000          2220.000        2.116
    --------------------------------------------------------------------------

    MTM TEXT FILE
    \Field: table
    \Type: Table
    \Name: Indentation analysis - S1
    \NumColumns: 5
    \NumRows: 49
    \Data:
    -----------------------------------------------------------------------------------
     Z,nm            Deflection,nm   Depth,nm        Load,nN         E,GPa
    -----------------------------------------------------------------------------------
     0.000           3.000           3.000           180.000         3.276
     16.000          3.000           13.000          180.000         0.363
     32.000          2.000           30.000          120.000         0.069
    ...
     738.000         266.000         472.000         15960.000       0.147
     754.000         268.000         486.000         16080.000       0.142
     770.000         270.000         500.000         16200.000       0.137
    -----------------------------------------------------------------------------------

    Information for S1:
    Spring constant of cantilever, N/m: 60.000
    Indentor curvature radius, nm: 40

3.1.3.3 Сохранение изображения в файле растрового формата

3.1.3.4 Копирование изображения/данных в буфер обмена

3.1.3.5 Формирование файла отчета

Создание нового отчета

New report (Новый отчет)

Добавление к отчету

Add to report (Добавить к отчету)

Сохранение файла отчета

Save report (Сохранить отчет)

Просмотр файла отчета

View report (Просмотр отчета)

Copyright © 2005-2006, Microtestmachines Co.
All rights reserved.