Реализация данного алгоритма, в общем случае, состоит из четырех последовательных стадий:
- нахождение положения центра каждой поры на микрофотографии в декартовой системе координат путем обработки РЭМ изображения пористой оксидной пленки в программе ImageJ (более подробно см. в разделе «Статистический анализ изображений»);
- поиск в полученном массиве координат центров пор ближайших соседей для каждого канала с использованием алгоритма Вороного;
-
расчет угла φi между вектором, соединяющим выбранную пору с ближайшей соседней из числа найденных на предыдущем шаге, и положительной полуосью абсцисс (см. рис. 1) – данная величина переводится в интервал [0°; 60°] путем многократного прибавления или вычитания 60° и усредняется по всем ближайшим соседям (величина <φ>);
-
раскраска поры на РЭМ изображении в зависимости от угла <φ> в соответствии с введенной цветовой шкалой.
Рисунок 1. Определение угла ориентации φ единичной поры для кластера из выбранной поры и ее ближайшего окружения [R. Hillebrand et al. // ACS Nano, 2008, v. 2(5), pp. 913–920].
В результате на основании изображения растровой электронной микроскопии формируется цветная карта, показывающая ориентацию рядов пор в плоскости оксидной пленки (рис. 2а,б). Применение данного алгоритма позволяет не только визуализировать доменную структуру анодного оксида алюминия, но и наглядно демонстрирует дефекты в гексагональной упаковке каналов (на изображении окрашены белым цветом).
Применение алгоритма цветовой кодировки к изображениям РЭМ при малом увеличении (рис. 2в) позволяет визуализировать ориентационные корреляции в структуре анодного оксида алюминия на большой площади [K.S. Napolskii et al. // J. Mater. Chem., 2012, v. 22, pp. 11922–11926]. На рисунке 2в отчетливо видно преобладание зеленой окраски системы пор, что соответствует <φ>~25° согласно выбранной цветовой шкале. Распределение ориентации рядов пор для данного участка представлено в виде гистограммы на рисунке 2г. На изображении виден четкий максимум. Его положение (<φ>) соответствует выделенному направлению ориентации системы пор, а ширина на полувысоте (FWHM) характеризует мозаичность пористой структуры (Δφ).
Рисунок 2. (а) Изображение РЭМ нижней поверхности мембраны анодного оксида алюминия после удаления барьерного слоя. (б) Изображение РЭМ после цветовой кодировки – поры раскрашены в зависимости от среднего угла ориентации ближайшего окружения. Белым показаны поры, не имеющие гексагонального окружения. (в) Изображение РЭМ при малом увеличении после цветовой кодировки. Видно присутствие выделенного направления ориентации рядов пор. (г) Распределение пор по углу ориентации для изображения на панели (в). Иллюстрации заимствованы из работы [K.S. Napolskii et al. // J. Mater. Chem., 2012, v. 22, pp. 11922–11926].
Программу GrainDistribution (разработчики: Александра В. Рослякова и Дмитрий С. Кошкодаев) и инструкцию по её применению для цветовой кодировки РЭМ изображений Вы можете бесплатно скачать по ссылке ниже.
Если Вы воспользовались нашей программой и нашли ее полезной, пожалуйста, процитируйте нашу работу [I.V. Roslyakov, D.S. Koshkodaev, A.A. Eliseev, D. Hermida-Merino, V.K. Ivanov, A.V. Petukhov, K.S. Napolskii. Growth of Porous Anodic Alumina on Low-Index Surfaces of Al Single Crystals // The Journal of Physical Chemistry C, 2017. DOI: 10.1021/acs.jpcc.7b09998] в своих научных трудах.