CrysTBox
CrysTBox (क्रिस्टलोग्राफिक टूल बॉक्स) कंप्यूटर उपकरणों का एक समूह है जिसे अत्यधिक सटीक स्वचालित विश्लेषण और इंटरैक्टिव विज़ुअलाइज़ेशन के माध्यम से संचरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप छवियों पर आधारित सामग्री अनुसंधान में तेजी लाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। कृत्रिम बुद्धिमत्ता और कंप्यूटर दृष्टि पर भरोसा करते हुए, CrysTBox नियमित क्रिस्टलोग्राफिक विश्लेषणों को मानव मूल्यांकनकर्ताओं की तुलना में सरल, तेज और अधिक सटीक बनाता है। उप-पिक्सेल परिशुद्धता और इंटरैक्टिव विज़ुअलाइज़ेशन के साथ स्वचालन का उच्च स्तर मात्रात्मक क्रिस्टलोग्राफिक विश्लेषण को गैर-क्रिस्टलोग्राफरों के लिए भी सुलभ बनाता है जो एक अंतःविषय अनुसंधान की अनुमति देता है। साथ ही, अनुभवी भौतिक वैज्ञानिक व्यापक विश्लेषण के लिए उन्नत कार्यात्मकताओं का लाभ उठा सकते हैं। CrysTBox को चेक एकेडमी ऑफ साइंसेज के इंस्टीट्यूट ऑफ फिजिक्स में इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी की प्रयोगशाला में विकसित किया जा रहा है। शैक्षणिक उद्देश्यों के लिए, यह मुफ़्त में उपलब्ध है। 2022 तक, सुइट को ई. टी. एच. ज्यूरिख, लॉरेंस बर्कले राष्ट्रीय प्रयोगशाला, मैक्स प्लैंक संस्थान, चीनी विज्ञान अकादमी, फ्राउनहोफर संस्थान या ऑक्सफोर्ड विश्वविद्यालय के अनुसंधान का समर्थन करने वाले 90 से अधिक देशों में अनुसंधान और शैक्षिक सुविधाओं में तैनात किया गया है। सुइट एक वैज्ञानिक उपकरण के रूप में, CrysTBox सुइट शैक्षणिक उद्देश्यों के लिए स्वतंत्र रूप से उपलब्ध है, यह समुदाय में व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले फ़ाइल प्रारूपों का समर्थन करता है और अन्य वैज्ञानिक सॉफ्टवेयर के साथ परस्पर संबंध प्रदान करता है। उपलब्धता CrysTBox गैर-वाणिज्यिक विषयों द्वारा गैर-वाणिज्यिक उपयोग की मांग पर स्वतंत्र रूप से उपलब्ध है। CrysTBox इंस्टॉलर डाउनलोड करने का एकमात्र सुरक्षित तरीका आधिकारिक वेबसाइट पर एक अनुरोध प्रपत्र के माध्यम से है। CrysTBox संकलन के लिए उपयोग किए जाने वाले MATLAB के लाइसेंस के कारण व्यावसायिक उपयोग की अनुमति नहीं है। उल्लेखनीय अनुसंधान और उपयोगकर्ता शिक्षा के अलावा, CrysTBox का उपयोग मुख्य रूप से परमाणु अनुसंधान से लेकर पुरातत्व और जीवाश्म विज्ञान तक के अनुप्रयोग के क्षेत्रों के साथ अनुसंधान में किया जाता है। अन्य के अलावा, सुइट को योजक निर्माण (3 डी मुद्रित बायोडिग्रेडेबल मिश्र धातु, धातु ग्लास या उच्च-एन्ट्रापी मिश्र धातु सहित), प्रतिरोधी कोटिंग्स, लेजर शॉक पीनिंग, पानी की सफाई प्रौद्योगिकियों या 5 करोड़ साल पुराने चकमक के लक्षण वर्णन के विकास में नियोजित किया गया था। ई. टी. एच. ज्यूरिख, कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, उप्साला विश्वविद्यालय, ऑक्सफोर्ड विश्वविद्यालय, वाटरलू विश्वविद्यालय, भारतीय प्रौद्योगिकी संस्थान, नानयांग प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय या टोक्यो विश्वविद्यालय जैसी शैक्षणिक सुविधाओं के साथ-साथ मैक्स प्लैंक संस्थान, चीनी विज्ञान अकादमी, फ्राउनहोफर संस्थान या अमेरिकी राष्ट्रीय प्रयोगशालाएं (एन. एल.) जैसे ओक रिज एन. एल., लॉरेंस बर्कले एन. एल., इडाहो एन. एल. और लॉरेंस लिवरमोर एन. एल. शामिल हैं। सीमाएँ और नुकसान CrysTBox को MATLAB कम्पाइलर का उपयोग करके एक स्टैंड-अलोन इंस्टॉलर में संकलित किया जाता है। इसलिए, 1-2 जीबी मैटलैब पुस्तकालयों को टूलबॉक्स के साथ स्थापित किया जाता है। सेलव्यूयर में उपयोग किया जाने वाला विवर्तन अनुकरण गतिज विवर्तन सिद्धांत पर आधारित है। यह उपयोगकर्ता की बातचीत के लिए एक वास्तविक समय की प्रतिक्रिया की अनुमति देता है, लेकिन यह गतिशील विवर्तन सिद्धांत द्वारा कवर किए गए दोहरे विवर्तन जैसी उन्नत विवर्तन विशेषताओं को शामिल नहीं करता है, भले ही कई इलेक्ट्रॉन-पदार्थ की बातचीत के कारण होने वाली कुछ घटनाओं को CrysTBox द्वारा देखा जाता है-उदाहरण के लिए किकुची रेखाएँ। विश्लेषणात्मक उपकरण पैमाने की अंशांकन खामियों के लिए सुधार प्रदान करते हैं, लेकिन अण्डाकार विरूपण जैसे छवि विकृतियों के लिए समायोजन प्रदान नहीं करते हैं। यदि उच्च-सटीकता माप की आवश्यकता है या यदि विरूपण मानक स्तरों से अधिक है, तो विश्लेषण से पहले उपयुक्त उपकरणों को लागू किया जाना चाहिए। क्रिस्टलोग्राफिक विज़ुअलाइज़ेशन टूल्स कार्यात्मक संबंधों की कल्पना करने और प्रयोगात्मक डेटा की बेहतर समझ प्रदान करने के लिए, ग्राफिकल इंटरफेस उपयोगकर्ता अंतःक्रियाशीलता और कार्यात्मक परस्पर संबंध पर जोर देता है। सुइट में दो दृश्य उपकरण हैंः एक एकल सामग्री को दर्शाता है जबकि दूसरा दो अलग-अलग सामग्रियों के बीच के विकास पर केंद्रित है। सेलव्यूअर-एकल क्रिस्टल विज़ुअलाइज़ेशन सेलव्यूयर सामग्री अनुसंधान में व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले चार तरीकों में नमूना सामग्री की कल्पना करने की अनुमति देता हैः परमाणु संरचना का 3डी मॉडल (प्रत्यक्ष स्थान), नकली विवर्तन पैटर्न (पारस्परिक स्थान), स्टीरियोग्राफिक प्रक्षेपण (क्रिस्टलोग्राफिक विमानों के 3डी स्थान का प्रक्षेपण और 2डी की दिशा), व्युत्क्रम ध्रुव आकृति (स्टीरियोग्राफिक प्रक्षेपण का परिभाषित भाग)। ग्राफिकल यूजर इंटरफेस उपयोगकर्ता को साथ-साथ दो इंटरैक्टिव दृश्य प्रदान करता है। ये दृश्य उपरोक्त चार दृश्य विधियों के मनमाने संयोजन को प्रदर्शित कर सकते हैं जो उनके आपसी संबंधों को समझने की अनुमति देते हैं। उदाहरण के लिए, प्रत्यक्ष अंतरिक्ष में परमाणु संरचना का घूर्णन (यदि ऐसा निर्धारित किया गया है) नकली विवर्तन पैटर्न के तत्काल अद्यतन की ओर ले जाता है। यदि कोई विवर्तन स्थान चुना जाता है, तो संबंधित क्रिस्टलोग्राफिक तल इकाई कोशिका आदि में दिखाए जाते हैं। इस तरह के इंटरकनेक्शन को चार उपलब्ध विज़ुअलाइज़ेशन मोड में से प्रत्येक जोड़ी के लिए लागू किया जाता है। इलेक्ट्रॉनिक विज़ुअलाइज़ेशन व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले, फिर भी कम सहज ज्ञान युक्त प्रतिनिधित्वों जैसे कि व्युत्क्रम ध्रुव आकृति की समझ को सरल बनाने की अनुमति देता है। उदाहरण के लिए व्युत्क्रम ध्रुव आकृति के रंगीन त्रिभुज को स्टीरियोग्राफिक प्रक्षेपण में या अधिक सहज ज्ञान युक्त 3 डी परमाणु संरचना में आकर्षित करके। - इंटरग्रोथ विज़ुअलाइज़ेशन दो गलत उन्मुख सामग्रियों और उनके इंटरफेस जैसे क्रिस्टल जुड़वां या अनाज की सीमाओं के विज़ुअलाइज़ेशन की अनुमति देता है। उपयोगकर्ता इंटरफेस तीन दृश्य प्रदान करता हैः दो छोटे दृश्य, प्रत्येक चयनित सामग्री और अभिविन्यास के एक इकाई कक्ष को दर्शाता है, और दो संरचनाओं के एक उपयुक्त इंटरफेस को दर्शाने वाला एक बड़ा दृश्य। इंटरफेस को चार तरीकों से देखा जा सकता हैः दोनों यूनिट कोशिकाओं का 3डी मॉडल, दोनों यूनिट कोशिकाओं का वायर-फ्रेम मॉडल, इंटरफेस का क्रॉस सेक्शन, थोक प्रतिनिधित्व (कई सौ परमाणुओं तक)। यूजर इंटरफेस में तीनों दृश्य कार्यात्मक रूप से आपस में जुड़े हुए हैं। यदि एक दृश्य की सामग्री को उपयोगकर्ता द्वारा घुमाया जाता है, तो अन्य दृश्य अनुसरण करते हैं। यदि एक दृश्य में एक क्रिस्टलोग्राफिक तल या दिशा का चयन किया जाता है, तो इसे अन्य दृश्यों में दिखाया जाता है और संबंधित क्रिस्टलोग्राफिक सूचकांकों को बताया जाता है। उपकरण संयोग स्थल जाली को उजागर करने या विमानों और दिशाओं की सूची की गणना करने की भी अनुमति देता है जो दो गलत सामग्री में समानांतर या लगभग समानांतर हैं। TEM छवियों का स्वचालित विश्लेषण CrysTBox विवर्तन पैटर्न और उच्च-रिज़ॉल्यूशन संचरण इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी छवियों के स्वचालित प्रसंस्करण के लिए उपकरण प्रदान करता है। चूँकि उपकरण कृत्रिम बुद्धिमत्ता और कंप्यूटर दृष्टि के एल्गोरिदम को नियोजित करते हैं, इसलिए उन्हें मैनुअल मूल्यांकन की तुलना में उच्च सटीकता प्रदान करने के लिए न्यूनतम प्रचालक प्रयास की आवश्यकता के लिए डिज़ाइन किया गया है। चार विश्लेषणात्मक उपकरणों का उपयोग सूचकांक विवर्तन पैटर्न, जाली स्थिरांक (दूरी और कोण), नमूना मोटाई आदि को मापने के लिए किया जा सकता है। स्वचालन के उच्च स्तर के बावजूद, उपयोगकर्ता पूरी प्रक्रिया को नियंत्रित करने में सक्षम है और यदि आवश्यक हो तो व्यक्तिगत चरणों को मैन्युअल रूप से करता है। डिफ्रैक्ट जी. यू. आई.-एच. आर. टी. ई. एम. और डिफ्रैक्शन प्रोसेसिंग डिफ्रैक्ट जी. यू. आई. एकल क्रिस्टल या सीमित संख्या में क्रिस्टलों के डिफ्रैक्शन पैटर्न और उच्च-रिज़ॉल्यूशन छवियों के स्वचालित विश्लेषण की अनुमति देता है। यह क्रिस्टल अभिविन्यास, सूचकांक व्यक्तिगत विवर्तन धब्बों को निर्धारित करने और पिकोमेट्रिक सटीकता में अंतर-समतल कोणों और दूरी को मापने में सक्षम है। इनपुट छवि चित्रित कर सकती हैः चयनित क्षेत्र विवर्तन पैटर्न, उच्च-रिज़ॉल्यूशन छवि, नैनोडिफ्रैक्शन पैटर्न या अभिसारी बीम इलेक्ट्रॉन विवर्तन। इनपुट छवि को निम्नलिखित चरणों में संसाधित किया जाता हैः सेटिंग और छवि प्रकृति के अनुसार पूर्व प्रसंस्करण (संकल्प और शोर में कमी, प्रत्यक्ष अंतरिक्ष छवियों के लिए फूरियर परिवर्तन आदि)। विभिन्न पैमानों पर विवर्तन प्रतिबिंबों का पता लगाना (आमतौर पर स्पॉट डिटेक्शन के लिए उपयोग किए जाने वाले गॉसियन का अंतर, सीबीईडी डिस्क डिटेक्शन के लिए हॉफ ट्रांसफॉर्म)। स्केल स्पेस में सबसे मजबूत पहचान का चयन किया जाता है। एक नियमित जाली आर. ए. एन. एस. ए. सी. एल्गोरिदम का उपयोग करके सबसे मजबूत पहचान के सेट के लिए उपयुक्त है। जाली आधारित वैक्टर की लंबाई और कोणों को मापा जाता है। क्रिस्टल जाली अभिविन्यास निर्धारित किया जाता है और नमूना सामग्री के सैद्धांतिक मापदंडों का उपयोग करके विवर्तन प्रतिबिंबों की पहचान की जाती है। मानव मूल्यांकन की तुलना में, एक बार में दसियों या सैकड़ों विवर्तन स्थलों पर विचार करता है और इसलिए, उप-पिक्सेल सटीकता के साथ पैटर्न को स्थानीयकृत कर सकता है। रिंगजीयूआई-रिंग विवर्तन विश्लेषण रिंगजीयूआई पॉलीक्रिस्टलाइन या पाउडर नमूनों की रिंग विवर्तन छवियों के स्वचालित प्रसंस्करण की अनुमति देता है। इसका उपयोग विवर्तन वलय की पहचान करने, अंतर-समतलीय दूरी की मात्रा निर्धारित करने और इस प्रकार नमूना सामग्री की विशेषता या पहचान करने के लिए किया जा सकता है। ज्ञात सामग्री के साथ, यह सूक्ष्मदर्शी अंशांकन में सहायता कर सकता है। इनपुट छवि को निम्नानुसार संसाधित किया जाता हैः बीम-स्टॉपर का पता लगाना, रिंग केंद्र का स्थानीयकरण, विवर्तन प्रोफ़ाइल का परिमाणीकरण और इसकी पृष्ठभूमि की तीव्रता का अनुमान, छवि में रिंग की पहचान (प्रोफ़ाइल में शिखर)। परिणामों को आगे संसाधित किया जा सकता है और दो इंटरैक्टिव, कार्यात्मक रूप से आपस में जुड़े ग्राफिकल तत्वों में देखा जा सकता हैः इंटरैक्टिव विवर्तन छवि-उपयोगकर्ता को बीम-स्टॉपर को हटाकर, पृष्ठभूमि को घटाकर, बेहोश या धब्बेदार रिंगों को प्रकट करके या चित्रित रिंगों की क्रिस्टलोग्राफिक पहचान करके विवर्तन छवि की पठनीयता में सुधार करने की अनुमति देती है। विवर्तन रूपरेखा-छवि की तीव्रता का गोलाकार औसत वलय के अनुरूप शिखरों और दिए गए नमूना सामग्री के लिए ज्ञात सैद्धांतिक मूल्यों के साथ उनके मिलान को दर्शाता है। दोनों, विवर्तन छवि के साथ-साथ विवर्तन प्रोफ़ाइल का उपयोग माउस क्लिक के साथ विवर्तन वलय का चयन करने के लिए किया जा सकता है। इसके बाद संबंधित रिंग को ग्राफिकल प्रतिनिधित्व दोनों में हाइलाइट किया जाता है और विवरण सूचीबद्ध किए जाते हैं। दो बीम जी. यू. आई.-नमूना मोटाई अनुमान दो बीम सन्निकटन में एक अभिसारी बीम इलेक्ट्रॉन विवर्तन पैटर्न (सी. बी. ई. डी.) से दो बीम जी. यू. आई. का उपयोग करके नमूना मोटाई का अनुमान लगाया जा सकता है। प्रक्रिया निम्नलिखित चरणों में विवर्तन डिस्क में तीव्रता प्रोफ़ाइल के स्वचालित निष्कर्षण पर आधारित हैः विवर्तन डिस्क त्रिज्या को बहु-स्तरीय हॉफ परिवर्तन का उपयोग करके निर्धारित किया जाता है, संचारित और विवर्तन डिस्क को स्थानीयकृत किया जाता है और प्रतिबिंब को अनुक्रमित किया जाता है, डिस्क क्षैतिज रूप से संरेखित होते हैं, क्रॉप किए जाते हैं और प्रोफाइल को डिस्क में मापा जाता है, विवर्तन डिस्क में प्रोफ़ाइल को दी गई सामग्री, प्रतिबिंब और निर्दिष्ट मोटाई सीमा के लिए स्वचालित रूप से अनुकरण किए गए प्रोफाइल की एक श्रृंखला के साथ मिलान किया जाता है। एक बार प्रक्रिया पूरी हो जाने के बाद, मापा प्रोफ़ाइल और सबसे समान नकली प्रोफ़ाइल पृष्ठभूमि पर विवर्तन डिस्क के साथ प्रदर्शित की जाती है। यह उपयोगकर्ता को स्वचालित अनुमान की शुद्धता को सत्यापित करने और निर्दिष्ट मोटाई सीमा के भीतर अन्य तीव्रता प्रोफाइल की समानता को आसानी से जांचने की अनुमति देता है। जी. पी. ए. जी. यू. आई.-ज्यामितीय चरण विश्लेषण जी. पी. ए. जी. यू. आई. नामक उपकरण ज्यामितीय चरण विश्लेषण के लिए एक संवादात्मक इंटरफेस प्रदान करता है। यह उच्च-रिज़ॉल्यूशन छवियों का उपयोग करके विभिन्न क्रिस्टलोग्राफिक मात्राओं के 2 डी मानचित्र उत्पन्न करने की अनुमति देता है। चूँकि ज्यामितीय चरण विश्लेषण आवृत्ति क्षेत्र में किया जाता है, इसलिए उच्च-रिज़ॉल्यूशन छवि को फूरियर परिवर्तन का उपयोग करके आवृत्ति प्रतिनिधित्व में परिवर्तित करने की आवश्यकता होती है। गणितीय रूप से, बार-बार आने वाली छवि एक जटिल मैट्रिक्स है जिसका आकार मूल छवि के बराबर है। क्रिस्टलोग्राफिक रूप से, इसे मूल छवि के एक कृत्रिम विवर्तन पैटर्न के रूप में देखा जा सकता है जो मूल छवि में मौजूद क्रिस्टलोग्राफिक विमानों के अनुरूप तीव्रता शिखरों को दर्शाता है। वांछित गणना करने के बाद, आवृत्ति प्रतिनिधित्व को व्युत्क्रम फूरियर परिवर्तन का उपयोग करके मूल स्थानिक क्षेत्र में वापस बदला जा सकता है। आवर्ती छवि का उपयोग करके विभिन्न क्रिस्टलोग्राफिक विश्लेषण किए जा सकते हैं। यदि इसे फ़िल्टर किया जाता है ताकि केवल एक विशेष विवर्तन स्थान के करीब के क्षेत्र से जानकारी का उपयोग किया जा सके (बाकी को शून्य पर सेट किया जाता है), तो व्युत्क्रम फूरियर परिवर्तन द्वारा प्राप्त एक फ़िल्टर की गई सीधी छवि केवल चयनित विवर्तन स्थान के अनुरूप विमानों को दर्शाती है। इसके अलावा, इसकी जटिल प्रकृति के कारण, आवृत्ति छवि का उपयोग आयाम और चरण की गणना करने के लिए किया जा सकता है। छवि में दर्शाए गए एक क्रिस्टलोग्राफिक तल के वेक्टर के साथ, उनका उपयोग दिए गए तल की 2डी मानचित्र अंतर-समतल दूरी उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है। यदि गैर-समानांतर विमानों के दो वैक्टर ज्ञात हैं, तो विधि का उपयोग तनाव और विस्थापन के मानचित्र उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है। जी. पी. ए. जी. यू. आई. के ग्राफिकल यूजर इंटरफेस को ऊर्ध्वाधर रूप से दो हिस्सों में विभाजित किया गया है, जिनमें से प्रत्येक में निम्नलिखित शामिल हैंः डिफ्रैक्टोग्राम पूर्वावलोकन एक क्रिस्टलोग्राफिक तल के अनुरूप एक विवर्तन स्थान का चयन करने की अनुमति देता है। एक चयनित मात्रा का दृश्य (इनपुट छवि, फ़िल्टर की गई छवि या ऊपर उल्लिखित मानचित्रों में से एक) आगे के विश्लेषण के लिए रुचि के बिंदु या रुचि के क्षेत्र का चयन करने की अनुमति देता है। रुचि के बिंदु या क्षेत्र के विस्तृत विश्लेषण के परिणाम। बिंदु विश्लेषण उपयोगकर्ता को विशेष पिक्सेल और उसके निकटतम पड़ोस के सटीक मूल्यों को देखने के लिए दृश्य मानचित्र के किसी भी पिक्सेल का चयन करने की अनुमति देता है। यदि व्यापक क्षेत्र के विश्लेषण की आवश्यकता है, तो मानचित्र में एक बहुभुज क्षेत्र को रेखांकित किया जा सकता है जिससे इसके सांख्यिकीय विवरणों की गणना की जा सकती हैः माध्य, मानक विचलन, मध्य, न्यूनतम, अधिकतम और बहुभुज का कुल क्षेत्र। चूंकि इंटरफेस का प्रत्येक आधा एक क्रिस्टलोग्राफिक तल निर्दिष्ट करने की अनुमति देता है, इसलिए जी. पी. ए. जी. यू. आई. उपरोक्त सभी क्रिस्टलोग्राफिक मात्राओं की गणना करने की अनुमति देता है, जिसमें दो वैक्टर की आवश्यकता होती है। पूरे विश्लेषण की परिशुद्धता और पुनरावृत्ति विवर्तन शिखर स्थानीयकरण की सटीकता पर निर्भर करती है। मैनुअल पीक लोकलाइजेशन (माउस क्लिक के साथ) की अशुद्धि को दूर करने के लिए, जी. पी. ए. जी. यू. आई. शिखरों को सटीक रूप से स्थानीयकृत और अनुक्रमित करने के लिए इनपुट छवि को संसाधित करने की संभावना प्रदान करता है। यह भी देखें संचरण इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी चयनित क्षेत्र विवर्तन अभिसारी किरण इलेक्ट्रॉन विवर्तन उच्च-रिज़ॉल्यूशन संचरण इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी ज्यामितीय चरण विश्लेषण इलेक्ट्रॉन क्रिस्टलोग्राफी क्रिस्टल संरचना कंप्यूटर दृष्टि कृत्रिम बुद्धिमत्ता फूरियर परिवर्तन गौसियों का अंतर आर. ए. एन. एस. ए. सी. चेकोस्लोवाकिया विज्ञान अकादमी टिप्पणियाँ संदर्भ बाहरी लिंक क्राइटबॉक्स चेकोस्लोवाकिया विज्ञान अकादमी के भौतिकी संस्थान को प्राप्त करने के लिए फॉर्म का अनुरोध करें ओपन डेटाबेस अकार्बनिक क्रिस्टल संरचना डेटाबेस क्रिस्टलोग्राफी विज्ञान शिक्षा सॉफ्टवेयर इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी कंप्यूटर दृष्टि सॉफ्टवेयर दृश्यीकरण सॉफ्टवेयर