Базовые действия

Считывание значений и основные геометрические операции представляют собой основу любой программы обработки данных. Gwyddion предлагает большой набор функций для масштабирования данных, вращения, изменения количества точек и извлечения профилей. Данный раздел описывает эти простые, но нужные функции.

Простые операции с изображениями

Большинство основных операций можно найти в меню menuchoice>Обработка данныхБазовые действия

Масштабирование

Обработка данныхБазовые действияМасштабировать

Изменить шаг дискретизации данных для получения другого размера в пикселях с использованием выбранного метода интерполяции.

Обрезка

Инструмент обрезки может кадрировать изображение либо на месте, либо помещая результат в новое изображение (с включенной опцией Создать новое изображение). С включенной опцией Сохранять пространственные смещения, координаты верхнего левого угла результирующего изображения соответствуют верхнему левому углу выбранной области, в противном случае, координаты верхнего левого угла устанавливаются в (0, 0).

Расширение

Обработка данныхБазовые действияРасширить

Расширение фактически обратная операция к обрезке. Разумеется, добавить новые настоящие данные вокруг границы изображения можно только измеряя дополнительные данные. Поэтому данная функция предлагает вместо этого несколько простых методов искусственного расширения, такие как зеркальное и незеркальное периодическое продолжение или повтор граничных значений.

Поворот

Поворот данных на 90 градусов или на заданный пользователем угол можно произвести используя функции поворота: Обработка данныхБазовые действияПовернуть по часовой, Повернуть против часовой или Повернуть на угол. Поворот на 180° будет эквивалентен операции Перевернуть обе оси.

Перевернуть

Flip the data horizontally (i.e. about the vertical axis) and vertically (i.e. about the horizontal axis) with Data ProcessBasic OperationsFlip Horizontally and Flip Vertically, respectively.

Flip Both (Rotate by 180°)

Отразить данные относительно центра (т.е. по обеим осям) используя Обработка данныхБазовые действияПеревернуть обе оси.

Invert Value

Обработка данныхБазовые действияИнвертировать значение

The inversion function inverts the data about the mean value, keeping the mean value unchanged.

Ограничить диапазон

Обработка данныхБазовые действияОграничить диапазон

Диапазон данных может быть ограничен обрезанием данных, выходящих за заданный интервал. Интервал может быть задан численно или взят из диапазона псевдоцвета, заданного ранее используя Инструмент диапазон псевдоцвета Также возможно отсечь выпадающие части изображения, выступающие дальше, чем умноженное на заданное число среднеквадратичное отклонение от среднего значения.

Квадратный образец

Обработка данныхБазовые действияКвадратный образец

Увеличить разрешение данных (вдоль оси с большим размером пикселя) чтобы сделать пиксели квадратными. В большинстве сканов пиксели имеют соотношение сторон 1:1, следовательно эта функция не действует на них.

Уклон

Обработка данныхБазовые действияНаклон

Tilt the data by a gradient or angle, specified numerically.

Dimensions and Units

Обработка данныхБазовые действияРазмеры и единицы измерения

Изменить физические размеры, единицы измерения или масштабы значений, а также горизонтальные смещения. Это может пригодиться для исправления необработанных данных, которые были импортированы с неправильными физическими масштабами, или как простая ручная перекалибровка шкал размеров и значений.

Примечание

Настройки запоминаются между вызовами. Это позволяет повторить одинаковую перекалибровку для множественных данных. Также достаточно легко можно применить перекалибровку, использованную в последний раз даже если это было не нужно. Если не уверены, всегда начинайте работу с нажатия кнопки Сброс чтобы очистить все смещения и множители.

Считывание значений

Простейший способ чтения данных это поместить курсор мыши поверх точки, в которой необходимо считать значение. Координаты при этом показываются в строке состояния окна данных или окна графика.

Инструмент считать значение

Инструмент Считать значение предлагает больше вариантов считывания данных: он показывает координаты и значения в последней точке окна данных, где была нажата кнопка мыши. Он может усреднить значение в круговой окрестности выбранной точки, это управляется опцией Радиус усреднения. Если этот радиус равен 1, показывается значение в единичной точке (как делает простейший метод). Кнопка Установить ноль сдвигает поверхность таким образом, чтобы сделать текущее значение z новым нулевым уровнем.

Считать значение также может показывать наклон локальной грани или локальную кривизну поверхности. Радиус усреднения снова определяет радиус области, используемой для аппроксимации плоскостью. Кривизна. в частности, требует относительно больших площадей чтобы быть достоверной.

Наклоны

Во всех инструментах Gwyddion, наклоны плоскости и грани показываются в сферических углах (ϑφ) вектора нормали к плоскости.

Угол ϑ является углом между направлением вверх и нормалью, это означает, что ϑ = 0 для горизонтальных граней и увеличивается с наклоном. Угол всегда больше нуля.

Угол φ — угол между осью x и проекцией нормали на плоскость xy, отсчитываемый против часовой стрелки как показано на следующем рисунке. Для граней это означает, что φ соответствует направлению грани вниз.

Измерение положения граней

Положение грани поверхности (показана синим) измеряется как отсчитываемый против часовой стрелки угол между осью x и проекцией вектора нормали грани n на плоскость xy.

Инструмент расстояний

Расстояния и разности значений можно измерять с помощью инструмента расстояние. Он показывает горизонтальное (Δx), вертикальное (Δy) расстояния и общее расстояние по плоскости (R); азимут φ (измеряется так же, как наклон φ ) и разницу значений конечных точек Δz для набора линий выбранных для текущих данных.

Расстояния можно скопировать в буфер обмена или сохранить в текстовый файл с помощью кнопок под списком.

Снимок экрана диалогового окна измерения расстояний.

Инструмент измерения расстояний с тремя выбранными линиями.

Извлечение профиля

Инструмент извлечения профиля извлекает профили вдоль линий нарисованных и настроенных с помощью мыши на изображении и показываемые в виде живого предварительного результата в диалоговом окне. Профили могут быть различной «толщины», что означает что больше соседних точек данных в направлении поперёк направления профиля будет использоваться для расчёта одной точки профиля для получения более широких профилей. Это может быть весьма полезно для уменьшения шума при измерении объектов правильной формы.

После того, как профили выбраны, их можно извлечь в виде графиков (как отдельных, так и сгруппированных в одном окне графика), которые в свою очередь могут быть проанализированы соответствующими функциями работы с графиками.

Снимок экрана диалогового окна извлечения профилей

Инструмент извлечения профилей с тремя извлеченными профилями и раскрытыми настройками.

Кривая профиля строится по данным, выбираемыми через регулярные интервалы вдоль выбранной линии. Значения в точках, которые не попадают точно в центр пикселя (что обычно случается с наклонными линиями) интерполируются с использованием выбранного режима интерполяции. Если не задано определённое число точек с помощью опции Фикс. разр., число точек соответствует длине линии в пикселях. Это означает, что для полностью горизонтальных и вертикальных линий интерполяция не используется.

Схема интерполяции субпикселей профиля

Иллюстрация выборки данных при извлечении профиля для наклонных линий. Схемы слева показывают точки вдоль линии где считываются данные для естественного и очень высокого разрешения. Графики справа показывают извлечённые значения. Сравнение естественного профиля и профиля высокого разрешения снятых с интерполяцией округлением показывает, что действительно точки данных кривой с естественным разрешением образуют подмножество точек профиля высокого разрешения. Влияние метода интерполяции на значения данных вне узлов сетки показано на нижних двух графиках, сравнивающих интерполяцию округлением и бикубическую при высоком разрешении.

В измерении профилей поперёк кромок и ступеней нередко важно выбрать направление профиля перпендикулярным грани. Кнопки Улучшить направление и Улучшить все могут помочь с этим. Первая пытается улучшить перпендикулярность редактируемой сейчас линии, в то время как вторая улучшает все выбранные линии. Центры линий при этом сохраняются, подстраиваются только направления профилей. Автоматическое улучшение не всегда безотказно, но обычно хорошо работает на достаточно явных отдельных кромках.

Радиальные профили

Стандартные профили, описанные выше, соответствуют режиму Линейные профили инструмента извлечения профилей. Также существует возможность извлекать радиальные профили, т.е. усреднённые по углам формы симметричных особенностей поверхности выбрав режим Радиальные профили. В этом случае ось абсцисс графика будет представлять расстояние от центра, а не вдоль линии. Начало координат находится в центре выбранной линии (и обозначается засечкой).

Хотя линия может быть настроена вручную, нахождение таким образом наилучшего центра радиального профиля может оказаться непростой задачей. Вследствие этого, данный инструмент может точно определить положение наилучшего центра самостоятельно. Для этого нужно приблизительно выбрать желаемую линию профиля и затем нажать кнопку Сделать симметричным чтобы настроить редактируемую в настоящий момент линию или Сделать симметричным все для точной настройки всех линий. Линии будут слегка сдвинуты чтобы минимизировать разницу между линейными профилями, взятыми в различных направлениях от центра.

Преобразование в другие типы данных

Функция Обработка данныхБазовые действияПридать объём создаёт объёмные данные из изображения. Поле высот интерпретируется как поверхность твёрдого объекта, как принято в АСМ. Воксели ниже поверхности (внутри материала) заполняются единицами, воксели выше поверхности (снаружи) нулями. Координата z объёмных данных соответствует единицам измерения данных изображения, значения для объёмных данных будут без единиц измерения.

Функция Обработка данныхБазовые действияПревратить слои в объём создаёт объёмные данные из последовательности изображений. Все изображения в файле должны иметь одинаковые пространственные размеры и единицы измерения. Они интерпретируются как плоскости объёмных данных, которые создаются упаковкой изображений последовательно друг за другом. Координата z для объёмных данных следовательно соответствует номеру плоскости в последовательности (и может быть задана в диалоговом окне), в то время, как значения данных для блока объёмных данных будут иметь те же единицы измерения, что и исходные изображения.

Функция Обработка данныхБазовые действияПреобразовать в XYZ создаёт блок данных XYZ из изображения. Каждый пиксель изображения соответствует одной точке в создаваемом блоке данных XYZ. Следовательно, координаты xy формируют правильную сетку и все единицы измерения будут соответствовать изображению.