Crys TBox

CrysTBox
Crys TBox
CrysTBoxLogo.png
스크린샷
CellViewer.png
개발자밀로슬라브 클링거
초기 릴리즈2014년 12월 9일, 7년 전(2014년 12월 9일)
기입처매트랩
운영 체제Microsoft Windows
이용가능기간:영어
유형과학적인
면허증.비상업적 사용 시 무료
웹 사이트crystbox.fzu.cz

Crystallographic Tool Box(Crystallographic Tool Box)는 고정밀 자동 분석 및 인터랙티브 시각화를 통해 전송 전자 현미경 이미지를 기반으로 재료 연구를 가속화할 수 있도록 설계된 컴퓨터 도구 모음입니다.CrysTBox는 인공지능과 컴퓨터 비전에 의존하여 인간 평가자에 비해 일상적인 결정학적 분석을 단순하고 빠르고 정확하게 수행합니다.서브픽셀[1] 정밀도 및 인터랙티브 시각화와 함께 높은 수준의 자동화를 통해 비결정학자가 학제간 연구를 허용하는 경우에도 정량적 결정학 분석에 접근할 수 있습니다.동시에 숙련된 재료 과학자는 포괄적인 분석을 위해 고급 기능을 활용할 수 있습니다.

CrysTBox는 체코 과학 아카데미 물리학 연구소 전자 현미경 연구소에서 개발 중입니다.학술용으로 무료로 이용하실 수 있습니다.2022년 현재, 스위트는 [3]ETH 취리히, 로렌스 [4]버클리 국립 연구소, 맥스 [5]플랑크 연구소, 중국 [6]과학 아카데미, 프라운호퍼 연구소[7] 또는 옥스퍼드 [8]대학의 연구를 지원하는 90개국[2] 이상의 연구 및 교육 시설에 배치되었다.

스위트

과학 툴로서 CrysTBox 스위트는 학술 목적으로 자유롭게 사용할 수 있으며 커뮤니티에서 널리 사용되는 파일 형식을 지원하며 다른 과학 소프트웨어와의 상호 연결을 제공합니다.

유용성

CrysTBox는 비상업적 주체가 비상업적으로 사용할 경우 온디맨드 방식으로 무료로 사용할 수 있습니다.Crys를 안전하게 다운로드하는 유일한 방법TBox 설치는 공식 [note 1]웹사이트에 있는 요청 양식을 통해 제공됩니다.Crys에 사용된 MATLAB의 라이센스로 인해 상업적 사용이 허용되지 않습니다.TBox [2]컴파일

주목할 만한 조사 및 사용자

교육 외에도 CrysTBox는 핵[9] 연구부터 고고학 [10]및 고생물학까지 다양한 응용 분야의 연구에 주로 사용됩니다.특히, 이 제품군은 적층 제조(3D 프린팅 생분해성 합금[11],[7] 금속 유리 또는 고엔트로피[12] 합금 포함), 내구성 코팅,[13] 레이저 충격 피닝,[14] 수질 청소 기술[15] 또는 5천만 년 된 [10]부싯돌의 특성화에 사용되었습니다.

Crys의 지원을 받은 연구 기관TBox ETHZurich,[3]대학 California,[16]의 웁살라 University,[13]옥스포드 University,[8]대학 Waterloo,[15]의 인도 Technology,[17]난양 기술 University[12]의 또는 대학 Tokyo[18]의뿐 아니라 연구 막스 플랑크 Institutes,[12]중국어 아카데미 Scien의 같은 기관으로 교육 설비를 포함하고 있다.Ces,[6]프라운호퍼 Institutes[7]나 미국 n.Oak Ridge [9]NL, Lawrence Berkeley [4]NL, Idaho[9] NL 및 Lawrence Livermoore [14]NL과 같은 이온 실험실(NL).

제한 및 단점

CrysTBox는 MATLAB 컴파일러를 사용하여 독립 실행형 설치 프로그램으로 컴파일됩니다.따라서 툴박스와 함께 1~2GB의 MATLAB 라이브러리가 설치됩니다.

cellViewer에서 사용되는 회절 시뮬레이션은 운동학적 회절 이론에 기초하고 있습니다.이것은 사용자 상호작용에 대한 실시간 응답을 허용하지만, 여러 전자-물질 상호작용에 의해 야기된 일부 현상이 Crys에 의해 시각화되더라도 동적 회절 이론으로 덮인 이중 회절과 같은 고급 회절 특징을 다루지 않습니다.TBox - 예를 들어 Kikuchi 선.

분석 도구는 스케일 보정 결함에 대한 보정을 제공하지만 타원 왜곡과 같은 영상 왜곡에 대한 보정은 제공하지 않습니다.고정밀 측정이 필요하거나 왜곡이 기준치를 초과할 경우 분석 전에 적절한[19] 도구를 사용해야 한다.

결정학적 시각화 도구

기능적 관계를 시각화하고 실험 데이터를 보다 잘 이해하기 위해 그래픽 인터페이스는 사용자 인터랙티브와 기능적 상호 연결을 강조합니다.이 제품군에는 두 가지 시각화 도구가 있습니다. 하나는 단일 재료를 묘사하는 도구이고 다른 하나는 두 개의 서로 다른 재료 간 성장에 초점을 맞추는 도구입니다.

cellViewer - 단결정 시각화

cellViewer 사용자 인터페이스입니다.

CellViewer를 사용하면 재료 연구에 널리 사용되는 4가지 모드로 샘플 재료를 시각화할 수 있습니다.

그래피컬 유저 인터페이스는, 유저에게 2개의 인터랙티브 뷰를 나란히 제공합니다.이러한 보기는 앞서 언급한 네 가지 시각화 모드의 임의 조합을 표시하여 상호 관계를 인식할 수 있습니다.예를 들어, 직접 공간에서의 원자 구조의 회전은 시뮬레이션 회절 패턴의 즉각적인 업데이트로 이어집니다(설정된 경우).회절점이 선택되면 단위 셀 등에 대응하는 결정면이 나타난다.이러한 상호 연결은 사용 가능한 4가지 시각화 모드의 각 쌍에 대해 구현됩니다.전자 시각화를 통해 역극 그림과 같이 널리 사용되지만 직관적이지 않은 표현을 쉽게 이해할 수 있습니다.예를 들어, 역극 그림의 색 삼각형을 입체 투영법이나 보다 직관적인 3D 원자 [1]구조로 그리면 된다.

  • 마그네슘을 시료로 한 시각화 모드의 다양한 사용 예
  • 3D atomic structure with selected planes

    선택한 평면이 있는 3D 원자 구조

  • Diffraction pattern with selected reflections (planes)

    선택한 반사(평면)가 있는 회절 패턴

  • 3D atomic structure with inverse pole figure

    역극 도형의 3차원 원자 구조

  • Stereographic projection with inverse pole figure

    역극 도형을 사용한 입체 투영

  • Inverse pole figure

    역극 도형

ifaceViewer - 성장 간 시각화

ifaceViewer 사용자 인터페이스.

ifaceViewer를 사용하면 두 가지 잘못된 방향의 재료와 수정 쌍둥이나 입자 경계 등의 인터페이스를 시각화할 수 있습니다.사용자 인터페이스는 3가지 뷰를 제공합니다.각 뷰는 선택한 재료와 방향의 단위 셀을 나타내는2개의 작은 뷰와 2개의 구조의 적절한 인터페이스를 나타내는 큰 뷰입니다.인터페이스는 다음 4가지 모드로 시각화할 수 있습니다.

사용자 인터페이스의 3가지 뷰는 모두 기능적으로 상호 연결되어 있습니다.사용자가 한 보기의 내용을 회전하면 다른 보기의 내용이 그 뒤를 따릅니다.한 뷰에서 결정학적 평면 또는 방향이 선택되면 다른 뷰에 표시되며 이에 대응하는 결정학적 인덱스가 명시됩니다.또한 이 도구를 사용하여 일치하는 사이트 격자를 강조 표시하거나 잘못 배치된 두 [1]재료에서 평행하거나 거의 평행한 평면 및 방향 목록을 계산할 수 있습니다.

  • Crys의 사용 가능한 4가지 시각화 모드에 표시된 δ5 방향 오류에 있는 두 개의 알루미늄 격자의 인터페이스TBox Iface Viewer
  • 3D model of both unit cells

    두 단위 셀의 3D 모델

  • Wire model of both unit cells

    두 단위 셀의 와이어 모델

  • Interface cross section

    인터페이스 횡단면

  • Bulk representation

    벌크 표현

TEM 이미지 자동 분석

CrysTBox는 회절 패턴 및 고해상도 투과 전자 현미경 이미지 자동 처리를 위한 도구를 제공합니다.이 도구는 인공지능과 컴퓨터 비전의 알고리즘을 채택하고 있기 때문에 수동 평가에 비해 높은 정확도를 제공할 수 있도록 최소한의 작업자의 노력이 필요하도록 설계되어 있습니다.4개의 분석 도구를 사용하여 회절 패턴을 색인화하고 격자 상수(거리 및 각도), 샘플 두께 등을 측정할 수 있습니다.고도의 자동화에도 불구하고 사용자는 전체 프로세스를 제어할 수 있으며 필요에 따라 개별 단계를 수동으로 수행할 수 있습니다.

diffractGUI - HRTEM 및 회절처리

diffractGUI 사용자 인터페이스

회절GUI를 사용하면 회절 패턴과 단결정 또는 제한된 수의 결정체의 고해상도 이미지를 자동으로 분석할 수 있습니다.결정 방향을 결정하고 개별 회절 지점을 인덱싱하며 피코메트리 정밀도로 평면 [20]간 각도와 거리를 측정할 수 있습니다.입력 이미지는 다음을 나타낼 수 있습니다.

입력 이미지는 다음 단계로 처리됩니다.

  1. 설정 및 이미지 특성에 따른 전처리(해상도 및 노이즈 감소, 직접 공간 이미지용 푸리에 변환 등)
  2. 다양한[21] 스케일의 회절 반사 검출(일반적으로 스폿 검출에 사용되는 가우시안과의 차이, CBED 디스크[24] 검출에 사용되는 Hough[22][23] 변환).
  3. 가장 강력한 탐지는 축척 공간에서 선택됩니다.
  4. 표준 격자는 LANSAC 알고리즘을 사용하여[25] 가장 강력한 검출 세트에 적합합니다.
  5. 격자 베이스 벡터의 길이와 각도를 측정한다.
  6. 결정 격자 배향을 결정하고 샘플 재료의 이론적 파라미터를 사용하여 회절 반사를 동정한다.[26][27]

인간의 평가에 비해 회절.GUI는 한 번에 수십 개 또는 수백 개의 회절 스팟을 고려하므로 서브픽셀의 [20]정밀도로 패턴을 현지화할 수 있습니다.

  • 티타늄의 회절 패턴에 나타난 자동화 절차의 개별 단계
  • Input image

    이미지 입력

  • 30 strongest reflections detected

    30개의 가장 강한 반사가 감지

  • Regular lattice

    정격자

  • Lattice basis and parameters measured

    측정된 격자 기준 및 매개변수

  • Reflections identified for zone axis [0 -1 1]

    구역 축에 대해 식별된 반사 [0 - 1 1]

ringGUI - 링 회절 분석

ringGUI 사용자 인터페이스

RingGUI를 사용하면 다결정 또는 분말 샘플의 링 회절 이미지를 자동으로 처리할 수 있습니다.회절링 식별, 행성간 거리 정량화, 샘플 재료의 특성화 또는 식별에 사용할 수 있습니다.이미 알려진 재료를 사용하면 현미경 보정에 도움이 될 수 있습니다.입력 영상은 다음과 같이 처리됩니다.

  1. 비임 검출,
  2. 링 중앙의 위치 파악,
  3. 회절 프로파일의 정량화 및 배경 강도의 추정
  4. 이미지 내의 링 식별[27](프로파일 내의 링 식별).

결과는 다음 2개의 인터랙티브하고 기능적으로 상호 연결된 그래픽 요소로 추가 처리 및 시각화할 수 있습니다.

  • 인터랙티브 회절 이미지– 사용자는 빔 스톱퍼를 제거하고 배경을 감산하여 희미하거나 얼룩진 링을 드러내거나 표시된 링의 결정학적 식별을 통해 회절 이미지의 가독성을 향상시킬 수 있습니다.
  • 회절 프로파일 – 이미지 강도의 원형 평균은 링에 대응하는 피크와 해당 피크가 주어진 샘플 재료에 대해 알려진 이론적 값과 일치함을 나타냅니다.

회절화상과 회절프로파일은 모두 마우스 클릭으로 회절링을 선택할 수 있다.그런 다음 해당 링이 두 그래픽 표현으로 강조 표시되고 세부 [1]정보가 나열됩니다.

  • MgO의 인터랙티브 회절 이미지를 통해 제시된 patretial 및 최종 결과의 예
  • Input image

    이미지 입력

  • Beam-stopper detected

    빔 스톱퍼가 감지됨

  • Ring centre localized

    링 중앙 위치 지정

  • Background removed

    배경 삭제

  • Beam-stopper removed

    빔 스톱퍼 제거

  • Background and beam-stopper removed with faint rings revealed

    희미한 링이 드러나면서 배경과 빔 스톱퍼가 제거됨

  • Rings identified

    호출음 식별

  • Comparison of experimental and theoretical rings

    실험환과 이론환의 비교

2BeamGUI - 표본 두께 추정

2Beam 사용자 인터페이스GUI.

샘플 두께는 2Beam을 사용하여 추정할 수 있습니다.2개의 빔 [26][28]근사에서의 수렴빔 전자회절 패턴(CBED)으로부터의 GUI.이 절차는 다음 단계에서 회절된 디스크에서 강도 프로파일을 자동으로 추출하는 것을 기반으로 합니다.

  1. 회절 디스크의 반지름은 멀티스케일 Hough [24]변환을 사용하여 결정된다.
  2. 전송된 디스크와 회절된 디스크가 현지화되고 반사가 [26][27]색인화됩니다.
  3. 디스크는 수평으로 정렬되고 잘라지며 디스크 전체에 걸쳐 프로파일이 측정됩니다.
  4. 회절된 디스크의 프로파일은 주어진 재료, 반사 및 지정된 두께 범위에 대해 자동으로[26] 시뮬레이션된 일련의 프로파일과 일치합니다.

절차가 완료되면 측정된 프로파일과 가장 유사한 시뮬레이션 프로파일이 회절된 디스크와 함께 백그라운드에 표시됩니다.이를 통해 사용자는 자동화된 추정치의 정확성을 확인하고 지정된 두께 [1]범위 내의 다른 강도 프로파일의 유사성을 쉽게 확인할 수 있습니다.

  • 티타늄 시료의 두께 자동 추정을 위한 개별 단계
  • Input image

    이미지 입력

  • Disks detected

    검출된 디스크

  • Disks aligned with profiles measured

    측정된 프로파일에 맞춰 정렬된 디스크

  • Comparison of measured (blue) and simulated (green) profile for thickness of 139 nm

    139 nm 두께에 대한 측정된(파란색) 프로파일과 시뮬레이션된(녹색) 프로파일 비교

GPAGUI - 기하학적 위상 분석

gpaGUI 사용자 인터페이스.

gpaGUI라는 도구는 기하학적 위상 분석을 위한 대화형 인터페이스를 제공합니다.고해상도 [29][30]영상을 사용하여 다양한 결정량의 2D 지도를 생성할 수 있습니다.

주파수 영역에서 기하학적 위상 분석이 이루어지기 때문에 고해상도 영상은 푸리에 변환을 사용하여 주파수 표현으로 변환해야 합니다.수학적으로, 빈도 이미지는 원래 이미지와 크기가 동일한 복잡한 매트릭스입니다.결정학적으로, 원화상에 존재하는 결정면에 대응하는 강도 피크를 나타내는 원화상의 인위적인 회절 패턴이라고 볼 수 있다.원하는 계산을 수행한 후, 역 푸리에 변환을 사용하여 주파수 표현을 원래의 공간 영역으로 변환할 수 있다.

빈도 영상을 사용하여 다양한 결정학적 분석을 수행할 수 있습니다.특정 회절점에 가까운 영역으로부터의 정보만을 사용하도록 필터링 하면(나머지는 0으로 설정), 역 푸리에 변환에 의해 얻을 수 있는 필터링된 직접 화상은 선택된 회절점에 대응하는 평면만을 그린다.게다가 그 복잡한 성질 때문에, 주파수 화상은 진폭과 위상을 계산하는 데 사용될 수 있다.화상에 묘사된 하나의 결정면의 벡터와 함께, 그것들은 주어진 [29]평면의 평면간 2D 지도 거리를 생성하기 위해 사용될 수 있다.평행하지 않은 평면의 두 벡터를 알고 있는 경우 이 방법을 사용하여 변형률 및 변위 [30]맵을 생성할 수 있습니다.

gpaGUI의 그래피컬 유저 인터페이스는, 세로 방향으로 2개의 반으로 나누어져 있습니다.각각의 사용자 인터페이스에는 다음이 포함됩니다.

  • 결정학적 평면에 대응하는 하나의 회절 지점을 선택할 수 있는 회절도 미리보기.
  • 선택한 수량(입력 이미지, 필터링된 이미지 또는 위에서 언급한 지도 중 하나)을 시각화하여 추가 분석을 위해 관심 지점 또는 관심 영역을 선택할 수 있습니다.
  • 포인트 또는 관심 영역의 상세 분석 결과.사용자는 포인트 분석을 통해 시각화된 맵의 임의의 픽셀을 선택하여 특정 픽셀과 가장 가까운 픽셀의 정확한 값을 확인할 수 있습니다.더 넓은 면적의 분석이 필요한 경우, 다각형 영역의 평균, 표준 편차, 중위수, 최소, 최대 및 총 면적의 통계 세부사항을 열거할 수 있도록 지도에서 다각형 영역의 윤곽을 그릴 수 있습니다.

인터페이스의 각 반이 하나의 결정학적 평면을 지정할 수 있기 때문에 gpaGUI는 2개의 벡터를 필요로 하는 것을 포함한 전술한 모든 결정학적 양을 계산할 수 있다.전체 분석의 정밀도와 반복성은 회절 피크 위치 파악의 정확도에 의존합니다.수동 피크 현지화의 부정확성을 극복하기 위해(마우스 클릭으로) gpaGUI는 입력 이미지를 회절 처리할 수 있습니다.피크를 [1]정확하게 현지화하고 인덱스를 작성하기 위한 GUI.

  • 마그네슘 고해상도 이미지에서 GPAGUI를 사용하여 생성된 2D 지도의 예.
  • Input image

    이미지 입력

  • Filtered image of plane (0 1 0)

    평면의 필터링된 이미지(0 1 0)

  • Map of (0 1 0) d-spacing

    (0 1 0) d스페이스 맵

  • Map of XX component of strain tensor

    변형률 텐서의 XX 성분 지도

  • Map of X component of displacement vector

    변위 벡터의 X 성분 지도

「 」를 참조해 주세요.

메모들

  1. ^ CrysTBox는 다양한 소프트웨어 설치 또는 언인스톨러를 집약하는 웹 사이트에서 배포되지 않습니다.이러한 원본에서 다운로드한 설치 프로그램에는 멀웨어가 포함될 수 있습니다.마찬가지로 CrysTBox를 제거하기 위해 추가 소프트웨어가 필요하지 않습니다.그렇게 가장하는 소프트웨어는 Crys와 연결되어 있지 않습니다.TBox 개발자

레퍼런스

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