Программный пакет для обработки, визуализации и анализа СЗМ-данных SurfaceView

SurfaceView содержит общий набор функций, обычных для программ обработки СЗМ-данных (3D-, 2D-, 1D- визуализация, фильтрация, расчет статистических параметров, моделирование подсветки и т.д.) и включает такие возможности для представления данных, как гибкая настройка цветовой палитры, способов отображения, оперативное масштабирование, вращение трехмерного изображения и т.д.

Возможность подключения внешних модулей (Plug-ins) придает программе дополнительную функциональность. Например, plug-ins реализуют сегментацию (зеренный анализ), деконволюцию СЗМ-изображения с учетом формы острия зонда, вычисление фрактальной размерности, 3D моделирование контакта анализируемой поверхности, некоторые другие специальные функции. Plug-ins также поддерживают работу с широким набором существующих и разрабатываемых форматов файлов.

Специальной функцией программы SurfaceView является возможность непосредственного анализа СЗМ-изображения топографии и сопутствующего изображения контраста. АСМ в дополнение к их изначальной функции измерения топографии в позволяют картографировать локальные силы трения, микромеханические свойства, локальные электрические, магнитные или теплофизические свойства, а также регистрировать данные статической и динамической силовой спектроскопии. Анализ распределения свойств материала по участку поверхности и их сопоставление с микрогеометрией помогает понять некоторые присущие особенности материалов и предложить новые пути их улучшения для достижения новых предварительно задаваемых показателей.

Совместное 3D изображение (см. рисунок) позволяет комбинировать данные двух типов. Один из них служит основным набором данных и отображается как трехмерный СЗМ-образ. В качестве основного набора данных могут быть использованы различные СЗМ-изображения, однако изображение топографии имеет среди прочих приоритет, т.к. описывает "фундаментальную" характеристику пространственного распределения материала на границе фаз в пределах участка сканирования. Вторичный набор данных служит в качестве таблицы цветов, в соответствии с которой и осуществляется окрашивание точек рельефа базового трехмерного изображения. СЗМ-изображения контрастов, получаемые одновременно с измерением топографии, и используются в качестве вторичного набора данных. Таким образом. совместное 3D изображение сочетает информацию от двух наборов данных и непосредственно визуализирует распределение специфических характеристик на участке сканирования. Рисунок показывает, что подобный совместный анализ особенно полезен при исследовании образцов с неоднородными свойствами, например, композиционных материалов.

Пример совместного анализа топографии и изображения контраста с помощью программного пакета SurfaceView.

Топография и изображение фазового контраста представлены на совместном 3D изображении. Поверхность пьезокерамики, с добавкой порошка серебра. Синий цвет соответствует частицам серебра, желтый цвет соответствует материалу керамической матрицы. Видно. что серебро выступает над поверхностью керамической матрицы, т.е. выдавливается из нее.

Уникальной функцией, реализованной в программе SurfaceView является функция устранения артефактов измерения высоты, вызываемых нерваномерным деформированием материала образца острием зонда АСМ при сканировании в полуконтактном режиме (Tapping Mode).

Данная функция принимает во внимание действительные модули Юнга материалов, находящихся в пределах сканируемого участка на поверхности образца (верхний рисунок) и корректирует высоту точек на АСМ-изображении топографии, используя информацию о распределении локальной жесткости из соответствующего изображения фазового контраста. В результате рассчитывается матрица разницы высот (нижний рисунок), которая и используется для коррекции изображения топографии.

Функция визуализации профиля поперечного сечения включает возможность одновременного отображения двух профилей, относящихся к любым АСМ-изображениям из одного набора данных.

Если на одном из изображений (например, топографии) выбирается произвольная линия для построения профиля поперечного сечения, программа отслеживает соответствующие профили во всех других матрицах данных (например, фазовом контрасте), существующих в этом наборе СЗМ-данных. Данная функция обеспечивает более точные измерения и анализ интересующих характеристик АСМ-изображения, включая сопоставление свойств, отличных от данных топографии. На рисунке показан пример, на котором профиль по изображению топографии совмещен с соответствующим профилем по изображению фазового контраста. Видно, что некоторые поднятые участки менее жесткие, чем материал во впадинах микрорельефа.