Для исследования влияния зонда на данные мы должны прежде знать его геометрию. В общем случае, геометрия зонда может быть получена следующими способами:

В Gwyddion можно использовать первый и последний из предложенных подходов. Большая часть зондов с простой геометрией может быть смоделирована используя модель зонда (Обработка данных → Зонд → Модель зонда) . Этот вид задания геометрии может быть весьма эффективен, если нам нужно только проверить карту достоверности или провести моделирование влияния зонда.

Чтобы получить более детальную (и более приближенную к реальности) модель структуры зонда можно использовать алгоритм слепой оценки (Обработка данных → Зонд → Слепая оценка).

Слепая оценка зонда основана на применении хорошо известного факта. что на некоторых данных о поверхности мы можем непосредственно увидеть изображения отдельных деталей зонда. Алгоритм перебирает все данные поверхности и в каждой точке пытается уточнить каждую точку зонда в соответствии с наибольшим наклоном в направлении между заданной точкой зонда и его острием.

В Gwyddion можно использовать две модификации вышеприведённого алгоритма: частичная оценка зонда, которая использует только ограниченное число наиболее высоких точек изображения и полная оценка, которая использует изображение целиком (и, вследствие этого, гораздо медленнее). В модуле оценки зонда Gwyddion можно также использовать частичную оценку как начальную точку для полной оценки. Это должно улучшить скорость работы полной оценки.

изображения зондов СЗМ, полученные из данных предыдущего рисунка используя алгоритм слепой оценки.

Когда нам известна геометрия зонда, мы можем использовать свёртку зонда (расширение) для моделирования процесса получения данных. для этого используется модуль расширения (Обработка данных → Зонд → Расширение). Это может быть, в частности, полезно при работе с данными, полученными в результате численного моделирования (см., например, [2]).

Следует заметить, что этот алгоритм (также, как и следующие два) требует совместимых данных о скане и о зонде, т.е. физические величины размера точек скана и точек изображения зонда должны быть одинаковыми. Это соотношение автоматически гарантируется для моделей зонда, полученных методом слепой оценки на том же наборе данных (или на данных с похожей размерностью). Если изображение получено другим путём, вам возможно придётся пересчитать его.

Модель фрактальной поверхности до (слева) и после (справа) свёртки с зондом.

Обратной операцией к свёртке является восстановление поверхности (эрозия), которая позволяет частично исправить влияние зонда на данные изображения. Для этого используйте функцию восстановления поверхности (Обработка данных → Зонд → Восстановление поверхности). Конечно, те данные, которые соответствуют точкам, где зонд не касался поверхности (т.е. поры) не могут быть восстановлены, т.к. об этих точках нет информации.

Исходное и восстановленное изображение ZnSe полученное испорченным зондом СЗМ.

Как видно, наиболее проблемными участками изображения СЗМ являются точки, где зонд касался поверхности не в одной точке, а в нескольких. В этих точках наблюдается потеря информации. Алгоритм карты достоверности может пометить те точки, где зонд вероятно касался поверхности только одной точкой.

Карта достоверности. полученная со стандартной решетки. Следует отметить, что параметры модели зонда были взяты с технического описания для демонстрационных целей . Слева образец, справа – он же с картой достоверности.

Алгоритм карты достоверности следовательно может использоваться для выделения на изображении СЗМ данных, повреждённых в результате взаимодействия с зондом необратимым образом. Для анализа данных СЗМ на изображениях с большими уклонами всегда важно проверять наличие подобных точек. В Gwyddion можно использовать функцию карты достоверностей для создания этих карт (Обработка данных → Зонд → Карта достоверности).

[1] J. S. Villarubia, J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. 102 (1997) 425.

[2] P. Klapetek, I. Ohlídal, Ultramicroscopy, 94 (19-29), 2003