Alicona MeX Getting started. Включи и действуй!

В данном пособии изложена базовая последовательность действий для реконструкции трехмерного профиля поверхности образца с помощью программного обеспечения MeX от компании Alicona. Это пособие не ставит своей целью рассмотреть те богатые возможности, которые есть в ПО MeX для вычисления тех или иных метрологических характеристик поверхности. Также не рассматриваются опции для работы с проблемными образцами, например образцами с ярко выраженной периодической структурой или образцами, содержащими широкие однородные области. Для более подробного ознакомления с возможностями программы MeX обращайтесь к Руководству пользователя MeX.

Принцип работы программного обеспечения MeX

Электронное изображение есть по определению двумерная проекция трехмерного объекта. На единичном электронном изображении информация о высоте h объекта утеряна. Но если получить два изображения одного и того же объекта, снятых под разными углами α, то изучаемый объект сместится в горизонтальном направлении на одном кадре стереопары по сравнению со вторым. Определив величину смещения р (параллакса), можно вычислить высоту h:

вычисление высоты
вычисление высоты вычисление высоты

Программа MeX на каждом из кадров стереопары изображений идентифицирует парные объекты, определяет для них параллакс р и вычисляет высоту h каждого пикселя изображения, тем самым реконструируя 3D-поверхность.

Логическая организация программы MeX

Четырехуровневая иерархия хранения данных, перечисление от общего к частному:

Логическая организация программы MeX

При копировании Database копируется только набор ссылок, остальные объекты копируются как обычные файлы.

Последовательность действий для реконструкции 3D-поверхности с помощью MeX.

Описание для сканирующих электронных микроскопов марки TESCAN

1. Отъюстировать микроскоп.

2. Выбрать участок для реконструкции, перейти в режим RESOLUTION или DEPTH , нажать на «Дегаусс» Дегаусс , сфокусировать изображение.

3. На панели Управление столиком поставить галочку Тот же участок, чтобы все последующие наклоны столика образцов происходили без смещения поля зрения.

4. Наклонить столик образцов на угол α/2 в любую сторону (про выбор угла α см. ниже).

5. Накопить изображение. Если на панели Управление столиком наклон указан со знаком «–», то при сохранении изображения добавить в название файла слово «left». Если наклон указан со знаком «+», то слово «right». Сохранить изображение в любом растровом формате кроме JPEG.

6. Наклонить столик образцов на угол α/2 в сторону, противоположную той, что была в п. 4.

7. На уже полученном в п. 5 первом кадре стереопары выставить перекрестье с помощью модуля Измерения, которое точно пометит центр кадра. Такое же перекрестье выставить на живом окне сканирования:

Выбор центра кадра в программе Alicona

8. Убедиться, что в центре живого окна сканирования в точности тот же самый объект, что и в центре первого, уже полученного, кадра стереопары. (Важным требованием создания качественной стереопары является эуцентричность наклона, т.е. присутствие одного и того же центрального объекта точно в центре обоих кадров стереопары.)

9. Накопить второй кадр стереопары, в название добавить слово «left» или «right», см. п. 5. Второй кадр должен быть собран при том же увеличении, том же WD, том же HV, тех же настройках яркости/контраста/гамма-коррекции, с тем же количеством пикселей, что и первый кадр! Сохранить изображение в любом растровом формате кроме JPEG.

10. Открыть программу MeX .

11. В дереве данных нажать правой кнопкой на New Project, выбрать Creator Dataset и пройти по шагам навигатора, нажимая Next. Описание ключевых пунктов этого навигатора см. ниже.

Создание нового проекта

12. Пользователям микроскопов TESCAN с камерами с маркировками LM, XM, GM, AM выбрать Stereo Creator. Пользователям микроскопов TESCAN VEGA SB выбрать Auto Calibration.

Создание нового проекта

Примечание:
Для корректной реконструкции 3D-поверхности необходимо точно знать угол α. Все «старшие» камеры микроскопов TESCAN имеют полностью моторизованный столик образцов, благодаря чему угол наклона столика известен с хорошей точностью. В бюджетном микроскопе VEGA SB наклон не моторизован. Пользователь VEGA SB, во-первых, должен вручную напечатать угол наклона α в последующем диалоге, считав его со шкалы ручного наклона. А во-вторых необходимо набрать третье, калибровочное, изображение, проанализировав которое, программа MeX уточнит значение угла наклона α. В качестве калибровочного изображения обычно собирают изображение при наклоне столика 0°

13. Загрузить два кадра стереопары, не перепутав, какой из них «левый», а какой «правый». Геометрические параметры в средней части этого окна считываются автоматически при загрузке изображений (но пользователям VEGA SB придется напечатать Rel.tilt angle, см. п. 12). Нижняя часть окна нужна для уточнения эуцентричности наклона путем искусственного смещения одного кадра относительно другого. Если при наборе изображений рекомендации п. 7, 8 были выполнены, в нижней части этого окна не нужно ничего исправлять.

Создание нового проекта

14. Выделить область для реконструкции так, чтобы она не включала в себя никаких текстовых пометок. Здесь зеленый квадрат — это участок для реконструкции, который по умолчанию предлагает программа MeX; желтый квадрат — участок для реконструкции, выбранный пользователем. Участок для реконструкции не примыкает вплотную к границам кадра, так как при наклоне периферийные области кадра выходят за пределы поля обзора на каком-нибудь из кадров стереопары, из-за чего реконструкция становится невозможной.

Участок для реконструкции поверхности - Alicona - Tescan

15. Окно для заметок

Окно для заметок - Alicona - Tescan

16. Дождитесь исчезновения сообщения Creation of a low density surface dataset. Появится окно, которое нужно только для того, чтобы проверить, не перепутали ли Вы правый и левый кадры при загрузке стереопары. Если перепутали, то реконструированная 3D-поверхность окажется вывернутой наизнанку (выступы превратятся во впадины и наоборот).

Alicona - Tescan

17. Запустите живое стерео-сканирование на микроскопе TESCAN (Инструменты → 3D Сканирование), рекомендуется при этом активировать детектор вторичных электронов SE. В специальных анаглифных очках оцените, где на изучаемом участке выступы, а где впадины, и убедитесь, что у реконструированной 3D-поверхности выступы и впадины на тех же местах.

Alicona - Tescan

18. Подтвердите программе MeX корректность получившейся 3D-поверхности. Дождитесь исчезновения сообщения Creation of the final surface dataset. Генерация итоговой 3D-поверхности может занять несколько минут, в зависимости от параметров Вашей видеокарты и от количества пикселей в кадрах стереопары.

19. Реконструированный Dataset будет помещен в окно, где перечислены все Datasets данного проекта. Откройте его двойным щелчком.

Alicona - Tescan

20. Откроется окно для визуализации реконструированной 3D-поверхности. Левой кнопкой мыши поверхность можно вращать и наклонять. Вертикальный бегунок справа настраивает цветокодирование изоповерхностей (раскрашивание в искусственных цветах так, чтобы одним цветом были отмечены области с одинаковым уровнем высоты). Вертикальный ряд кнопок справа открывает богатые возможности программного обеспечения MeX для вычисления тех или иных метрологических характеристик.

Alicona - Tescan

21. Откроем, например, окно для построения одномерных профилей высот ProfileRoughnessMeasurement:

Alicona - Tescan

22. Primary — это исходный профиль, Waviness — профиль волнистости (общий тренд изменения высоты), Roughness — профиль шероховатости (неровности поверхности, которые останутся, если убрать общий тренд). Для каждого выбранного типа профиля (Primary, Waviness или Roughness) определяются отдельно все метрологические параметры во вкладках, переключаемых внизу окна ProfileRoughnessMeasurement:

Primary

Alicona - Tescan

Waviness

Alicona - Tescan

Roughness

Alicona - Tescan

23. Аналогично построению одномерных профилей организованы окна для получения двумерных или трехмерных метрологических характеристик (вертикальная колонка кнопок справа в п. 20). Комментарии к получению кадров стереопары для дальнейшего использования их в MeX

24. Угол α должен быть выбран таким, чтобы между правым и левым кадрами стереопары было значимое различие. Другими словами, если перепад высот на выбранном участке исследования относительно мал, то угол α должен быть больше, чтобы система была более чувствительна к незначительному перепаду высот. Если перепад высот относительно велик, то угол α мал. Например, при реконструкции поверхности излома стартовое значение для угла α составляет 10° (соответственно, α/2 = 5°). Не следует выбирать угол α больше, чем это необходимо в рамках данной задачи, так как при наклоне на большой угол на одном из кадров стереопары часть объектов поверхности окажется в области геометрической тени. Программе MeX для реконструкции необходимо видеть объект на обоих изображениях. Если на одном из кадров объект затенен другим объектом, то эти места реконструируются линейной интерполяцией:

Alicona - Tescan

25. Качество реконструированной 3D-поверхности зависит от того, какое разрешение имели исходные изображения стереопары. Типичным размером каждого из кадров стереопары для MeX является размер 4096 × 4096 пикселей или больше. Недостатком работы с фотографиями больших разрешений является то, что процесс Creation of the final surface dataset занимает длительное время.

26. При получении электронных изображений оператор обычно следит за выполнением ряда требований, как то: 1) в кадре не должно быть ярко белых или ярко черных участков, 2) не должно быть расфокусированных участков, 3) яркость/контраст/гамма-коррекция должны быть подобраны так, чтобы не допускать ситуацию, при которой различные объекты сливаются в один однородный по оттенку объект. Все это тем более верно при накоплении изображений для MeX. Также на изображениях для MeX не должно быть никаких надписей, стрелок и прочих маркеров.

Отдел методической поддержки
ООО «ТЕСКАН», июль 2015