1.5 Об обработке изображений, полученных сканирующим туннельным микроскопом «УМКА - 02G»
Изображения, полученные методом зондовой микроскопии, как правило, содержат ряд артефактов, которые появляются при сканировании (неидеальное острие зонда, внешние вибрации и шумы и т.д.).
Правильная обработка и интерпретация полученных снимков является необходимым условием для анализа результатов. На сегодняшний день существует ряд программ [107], которые успешно справляются с коррекцией изображений, полученных CTM. Среди них SPIP (Scanning Probe Image Processor) [108], FemtoScan Online [109], WSxM (Windows Scanning x Microscopy) [110], Gwyddion [111], работа которых в первую очередь связана с устранением связанных с процессом сканирования дефектов на получаемых изображениях. Данные программы позволяют вычитать плоскость поверхности более высокого порядка, корректировать нелинейные эффекты, усреднять по строкам, восстанавливать поверхность с учётом формы зонда, фильтровать шумы и т.д. Кроме того, зачастую положение зонда по отношению к образцу не строго перпендикулярно, а имеется некий наклон. Вышеперечисленные программы имеют возможность устранить этот артефакт при редактировании. Делается это при помощи вычитания плоскости наклона или поворота плоскости изображения. Из-за того что в сканирующей зондовой микроскопии изображения строятся построчно, могут происходить искажения в виде ступенек. Для удаления такого вида артефакта используют вычитание среднего значения высоты. Важными аспектами являются нахождение калибровочных коэффициентов по осям и корректировка деформации сканов из- за гистерезиса, неортогональности и нелинейности пьезосканера. Ко всему прочему вышеназванные программы дают возможность фильтровать различного рода шумы: случайные выбросы, пики, высокочастотные шумы и т.д. Наиболее часто используется техника фильтрации шумов за счёт Фурье-преобразования, которая реализована во всех этих программах. Такое преобразование даёт возможность фильтрации шумов в любом диапазоне частот.
Для получения адекватных изображений, полученных CTM, вводятся различные компенсирующие модели, которые описывают определённое искажение, либо добавляются конструктивные изменения в само устройство
[112] .
Однако все эти методы, несмотря на то что помогают бороться с искажениями, вносят сами определённую погрешность в конечные результаты, и поэтому перед нами встаёт задача получения адекватных изображений с определённой повторяемостью - только так можно оценить как суммарные погрешности, так и случайную погрешность, получаемую прибором. В вышеназванной работе ставится вопрос о точности измерений сканирующего туннельного микроскопа. Авторы статьи утверждают, что измерения должны производиться сериями, это связано с тем, что на кончике зонда образуется конденсат (особенно если сканирование производится при наличии атмосферы), а также с тем, что зонд в процессе сканирования притупляется. На сканирующем туннельном микроскопе «УМКА - 02-Е» был проведён ряд измерений с интервалом 5 минут, который состоял из 100 сканов. Авторами сделан вывод, что модель компенсации термодрейфа в данном микроскопе работает хорошо, так как повторяемость результатов достаточно высока.Несмотря на тот факт, что имеющееся программное обеспечение к настоящему времени обладает широким спектром возможностей, из описания программ не всегда можно извлекать понятную информацию о методике расчета морфологических характеристик, таких, как шероховатость, фрактальная размерность, оценки погрешности при расчете площадей и объемов наностуктур на поверхности подложки, выделение границ зерен, применение пороговых фильтров (например, медианного фильтра) и последующая статистическая обработка объектов (распознавание образов и многофакторный статистический анализ), расположенных на поверхности подложки и др. При этом достаточно условно выделяют четыре группы параметров, которые могут описать свойства поверхности: амплитудные, пространственные, функциональные, фрактальные
[113] . Оценка амплитудных параметров является самой простой и позволяет на понятийном уровне оценить рельеф поверхности, симметрию распределения
профиля поверхности относительно среднего значения и протяженность такого распределения.
Функциональные параметры дают возможность оценить степень сохранения гладкости поверхности и гладкости впадин. Пространственные параметры позволяют описать анизотропию поверхности и периодичность исследуемой структуры. Фрактальный анализ поверхности позволяет, с одной стороны, установить наличие самоподобных структур, с другой стороны, определить изменения физических свойств участков поверхности образца с фрактальной структурой и без нее [114-117].Также, на наш взгляд, важным этапом обработки изображений является выбор градиентной цифровой палитры для 2Dи 3D изображений (данный метод фактически является одной из ступеней метода пороговой фильтрации [118]), что, в частности, позволяет наряду с методом водораздела [119] упростить задачу поиска объектов исследования и анализа (как отдельных объектов, так и в целом профиля) на поверхности образца.
Безусловно, приведенные выше примеры являются неисчерпывающими, и методики обработки изображений, на наш взгляд, должны отвечать конкретной задаче исследования. Однако определяющим фактором для использования той или иной методики являются поиск и «корректное устранение» артефактов.
Еще по теме 1.5 Об обработке изображений, полученных сканирующим туннельным микроскопом «УМКА - 02G»:
- Глава 2. Технологические основы современных сканирующих зондовых микроскопов. Обзор основных методик туннельной микроскопии. Нанотехнологический комплекс «YMKA-02G»
- О методике подготовки образцов для изучения фрактальной размерности и электрических свойств контакта зонд-образец с помощью сканирующего туннельного микроскопа
- Глава 3. Исследование морфологии рельефа, фрактальных свойств поверхности и электрических характеристик контакта зонд-образец для наноразмерных металлических пленок на диэлектрических подложках методом сканирующей туннельной микроскопии
- Оценка размерного и температурного интервала штатного функционирования сканирующего туннельного микроскопа для изучения отдельных участков поверхности
- Сканирующая зондовая микроскопия
- Глава 1. Современное состояние исследованийв области изучения морфологических характеристик наночастиц и электрических характеристик туннельного контакта зонд-образец методами атомной, зондовой и туннельной микроскопии
- Принципы работы сканирующих зондовых микроскопов. Метод постоянного тока и метод постоянной высоты
- 3.3 Сопоставление результатов по исследованию фрактальных свойств наноразмерных пленок золота, серебра: атомно-силовая и туннельная микроскопия
- Компьютерное моделирование процесса взаимодействия зонда силового туннельного микроскопа с образцом на примере системы медь (зонд) - золото (образец)
- О проведении компьютерного эксперимента по моделированию взаимодействия зонда сканирующего микроскопа с образцом и оценка размерного и температурного диапазона для штатного функционирования
- Реализация блочного построения алгоритмов обработки изображения
- 3.3. Оценка рациональных размеров апертуры обработки изображений
- Получение изображения
- Обработка изображения для задачи движения мобильного робота по направляющей
- B105. Трансформация в географические проекции, экспорт в ГИС и тематическая обработка изображений MODIS