WITio：MATLAB数据评估工具箱，实现WITec显微镜大数据的双向互操作性

软件X 18（2022）101009原始软件出版物WITio：MATLAB数据评估工具箱，用于编写WITec显微镜大数据的更广泛Joonas Tapani Holmi，Harri Lipsanen电子和纳米工程系，阿尔托大学，P.O.Box 13500，FI-00076 Aalto，Espoo，Finlandar t i cl e i nf o文章历史记录：接收1十二月2020收到修订版2021年9月29日接受2022年保留字：MATLAB工具箱大数据评估WITec显微镜双向互操作性完整文件导入/导出自定义自动化脚本WITec项目（*.wip）文件WITec数据（*.wid）文件a b st ra ctWITio是一个免费的基于脚本的MATLAB数据评估工具箱，用于全球数千名学术和工业用户使用的数千台WITec显微镜生成的文件。这些模块化显微镜擅长先进的成像技术和相关研究，但也很容易产生庞大的大数据。虽然WITec软件可以手动批量处理其中的一些数据，但由于没有脚本功能，32位内存限制（通过缓慢的内存映射缓解）以及没有数据压缩，因此目前在大数据评估方面受到限制。部分解决办法是将数据导出到其他地方，但由于其手动、有损和单向性质，损失了时间、元数据和对WITec软件的访问。WITio通过引入MATLAB软件（64位）的优势并通过完全读/写功能实现与WITec软件的双向互操作来解决这些限制WITec项目/数据（*.wip/*.wid）文件（包括转换等元数据）。这意味着工具箱用户可以使用两个世界的最佳方式来执行以前不可能的顺序例程，其中一些任务是通过MATLAB中的脚本完成的，而其他任务则是通过WITec软件完成的。该工具箱支持自动化脚本、文件批处理、轻松访问定制工具和更系统的数据评估，同时减少缓慢且容易出错的手动工作。它甚至支持一些基于实时自动保存的测量期间任务自动化。它的代码在许可证下被释放，以挑战WITec软件的额外许可证成本，并邀请WITec社区分享。由于所述的好处，它的MATLAB脚本先决条件是一个很好的投资。总之，WITio致力于不断为不断增长的大数据提供新的见解，在未来几年为社区©2022作者（S）。由爱思唯尔公司出版这是CC BY许可下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）中找到。代码元数据当前代码版本v2.0.1永久链接到用于此代码版本的代码/存储库https：//github。Com/ElsevierSoftwareX/SOFTX-D-20-0088https：//gitlab. Com/jtholmi/wit_io/tre/v2. 0的情况。1Code Oceancompute capsulehttps：//doi. 或g/10。24433/CO. 5319390. v1法律代码许可证BSD3-Clause许可证使用git的代码版本控制系统使用的软件代码语言、工具和服务MATLABR2011arner，WITecGmbHmicroscopesandsof tware编译要求，操作环境依赖性MATLAB产品如果可用，链接到开发人员文档/手册https：//gitlab。Com/jtholmi/wit_io/blob/v2. 0的情况。1/README. Md支持电子邮件的问题jtholmi@gmail。Com1. 动机和意义WITio是一个MATLAB数据评估工具箱，专为WITecGmbH显微镜生成的Wit TreeWITec公司成立于*通讯作者。电子邮件地址：jtholmi@gmail.com（Joonas Tapani Holmi）。网址：https：//gitlab. com/jtholmi/wit_io（Joonas Tapani Holmi）.https://doi.org/10.1016/j.softx.2022.1010091997年，是专门的模块化仪器利用先进的成像技术，最显着的共焦拉曼显微镜（CRM）。除了CRM之外，WITec显微镜还可以结合多种成像模式，如原子力显微镜（AFM）、扫描电子显微镜（SEM）和扫描近场光学显微镜（SNOM），作为附加或内置扩展[1]。他们擅长相关研究，但很容易产生具有科学潜力的大数据[2]，其中大部分仍然是2352-7110/©2022作者。 由Elsevier B.V.出版。这是一篇开放获取的文章，使用CC BY许可证（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表SoftwareX期刊主页：www.elsevier.com/locate/softxJoonas Tapani Holmi和Harri Lipsanen软件X 18（2022）1010092无法获得所提供的专有软件。事实上，这些产品包括用于基本数据评估的WITec软件、用于专用数据分析的WITec项目和用于专用显微镜转向的WITec控制的许可证[1]，但是，尽管积极更新，但如果没有付费许可证升级，则无法获得主要更新。WITec软件也有一个Plus版本，具有各种先进的数据评估和化学计量功能[1]，但其许可证是计算机绑定的，这可能对客户造成财务上的损失 。 初 步 结 果 通 常 手 动 导 出 到 其 他 数 据 评 估 软 件 ， 例 如MathWorks的MATLAB和OriginLab的Origin。MATLAB是一个多功能的矩阵实验室，适合于大的多维数据，而不像Origin，它擅长于一维数据分析，线形拟合和绘图。WITec软件v4和v5（最新版）包括一个导出到MATLAB *.mat文件的选项，减少了导出所花费的时间，但它仅适用于光谱数据集。此外，数据导入选项仍然可以忽略不计，使导出的数据滞留在WITec软件之外。对WITec软件缺陷的更全面分析见图10。1.一、在这里，WITio通过补充WITec软件来解决这些问题，例如有限的大数据适应性，据作者1.1. 大数据分析（在显微镜框架内）大数据[2，3]是快速生成的、大容量的和复杂的数据集，如果没有系统的自动化和先进的技术，就不可能获得全面的见解。在多样化的显微镜领域，它是任何笨重的东西：千兆字节的数据，众多的文件或大量难以解码的感兴趣的特征。 例如，生物或药物样品的CRM研究产生了数十个有趣的拉曼波段，并且大量的高光谱分析从先进的自动数据评估技术中获得了显着的提升[4]。相关显微技术的最新进展对大数据评估能力提出了不断增长的需求。几乎所有的WITec显微镜都可以快速生成大数据，特别是在使用CRM-AFM，CRM-SNOM 或CRM-SEM 组合进行相关研究时[1]。幸运的是，WITec软件充其量仍然可以处理数十GB的数据，并从多个手动附加的文件中手动一次批处理数百个数据对象。然而，由于以下原因，它目前在大数据评估能力(1)缺少脚本（用于自动化、自定义算法和文件批处理），（2）32位或4GB内存限制（缓解 通过磁盘速度受限的存储器映射），（3）缺乏数据压缩（为了节省空间），以及（4）有限的数据导入/导出能力。作者认为，解决这些限制是解锁新的研究开发和新的大规模工业用途的关键。从本质上讲，脚本功能和直接访问WITec显微镜数据格式以使用定制的大数据评估算法，例如积极研究的化学计量学方法[2，4]，对于评估大数据是必要的。所有这些缺点都由WITio解决，它是一个可互操作的网关，可以从WITec显微镜中获得未开发的大数据见解。1.2. 以前的工作WITio的未发表的前身，表示为wip_reader，于2016年首次用于通过基于CRM的Si峰分析确定剥离的石墨烯薄片中的石墨烯层数[5]。它涉及基于脚本的后处理和数十个2-D图像的分析，其中每个空间像素包含1-D光谱[5]。然而，由于其严重的内存使用和代码的复杂性，在那个时候，前身是完全重新设计和重写面向对象编程（OOP），其只读限制删除，所以WITio诞生。2018年的一项最新工作利用工具箱通过基于CRM的体积应力分布三维成像识别氨热生长块状α-GaN中的螺纹位错类型[6]。它涉及数据校准后的系统高光谱分析和体积数据集的仔细构建[6]。这在WITio2020年的另一项合作工作涉及金属有机气相生长GaN台面的基于CRM的二维应力分布成像外延对图案化6英寸Si[7]第七节。通过半自动WITiov1.2.0脚本对这些扫描进行光谱校准和后处理，以供出版[7]。最终，工具箱在2020年底从v1.4.0.1到v2.0.0发布了另一个主要版本它的代码被重新组织成包，并稍微重新设计了许多改进，但失去了向后兼容性，如其changelog中所述。2021年最新发表的工作在基于MATLAB的相关研究中使用了WITiov2.0.0，研究了金纳米光栅上单层MoS2的非线性和线性光学过程的等离子体放大[8]。2. 软件描述WITio代表机智/机智，是一个MATLAB数据评估工具箱，适用于WITec显微镜用户，可生成WITec Tree格式文件，主要是WITec项目/数据（*.wip/*.wid）文件。它解决了图中提到的大数据评估中的WITec软件限制。1和更多它通过其完整的文件读/写功能实现了与WITec软件的新的双向互操作性，通过该功能，可以使用两种软件中最好的一种，而缺点较少。这包括对任何元数据（如转换）的完全访问。尽管如此，工具箱独立提供基本的数据评估工具，可以访问MATLAB第3节中列出的十几个演示案例还帮助新用户执行基于脚本的数据评估，最好是完全自动化的。出于这些原因，它的MATLAB脚本先决条件是非常值得的投资。工具箱代码以开源形式发布，以便WITec显微镜用户可以共享，在未来的岁月里，我们将在此基础上进行修改和建设本节中的概述仅涉及WITiov2.0.1的表面，它由超过300个文件中的12000多行MATLAB代码组成，不包括第三方库。2.1. 软件构架WITio的体系结构如图2所示，通过文件导入/导出的简化概念。该工具箱基于OOP概念构建，并依赖于由三个主要类创建的对象之间的相互作用：（1）WITforTree对象，（2）WIP用于Project对象，（3）wid用于Data对象。这些智慧树对象大多在幕后工作，对用户隐藏，而wip Project和widData对象作为用户的主要编程接口。 他们的类设计以及wip和wid的相互依赖性受到WITec项目/数据（*.wip/*.wid）文件结构的启发。为了简化，所有的类方法规范都被有意省略了。它们的主要目的如下：（1）将wit对象链接在一起，形成一个Tree结构的任意wit Tree格式文件，（2）wip对象链接到树中的项目，并提供项目管理工具，其数据内容，和（3）wid对象是链接到其数据内树，并提供数据评估工具。Joonas Tapani Holmi和Harri Lipsanen软件X 18（2022）1010093Fig. 1. 两种软件的各个方面的快速定性比较，第一行的WITec软件v5.1.15.71（包括红色的Plus版）和WITio v2.0.1在第二排。 这两个软件在每个方面都给出了从0（=最差）到5（=最好）的分数，并使用相同数量的填充星进行可视化。分数定性地估计软件一个关键的影响因素也是潜在的科学（商业）影响。每个方面得分更高的人用黄色突出显示这里RAM=随机存取存储器，auto=自动，manu=手动。图二. 通过一个文件读写的例子说明WITio的体系结构。左边的文件内容只能由wit对象直接访问。与除了这些主要的类之外，工具箱还使用了一百多个其他函数2.2. 软件功能以下小节简要概述了WITio请注意，许多函数的代码文件头包含超出本出版物范围的更多细节。但是，WITiov2.0.1的文档并不完整，只详细介绍了基本内容，而且它的演示案例很少。我们的计划是覆盖所有提供的功能，使未来更容易为工具箱做出贡献2.2.1. WITec显微镜文件WITec项目/数据（*.wip/*.wid）文件通过wip/wid类的读写方法导入MATLAB和从MATLAB导出，如第3.1节所示。它们使用为任何WITree格式文件（如WITec软件配置文件）设计的通用WIT类读/写方法WITio还支持 *.zip和 *.zst数据压缩格式，但3倍的空间节省直到第4.2节才讨论。工具箱文件操作已优化，以获得最佳性能文件批处理脚本和大数据评估。结果，它的文件写入速度几乎与WITec软件v5.1.15.71一样快，但由于MATLAB对象构造和交互引起的开销，文件读取仍然慢得多。当读取一个存储了数十个图形用户界面（GUI）的文件以进行数据查看时，工具箱可以胜过WITec软件，工具箱会忽略这些图形用户界面，但WITec软件v5.1.15.71会强制进行重建。2.2.2. 管理和查看加载的内容存储在witTree对象中的文件内容由创建的wipProject对象和wid Data对象解释，可以调用其manager方法将其全部列出到GUI中以进行数据选择和预览。一个例子如图所示。3.第三章。这是迄今为止检查大型widData对象数组的最简单方法，但也可以通过调用plot方法逐个预览它们。一旦GUI关闭，选择将返回到MATLAB工作空间。2.2.3. 解释数据单元并转换为其他单元在WITec软件中有四个plopolwid数据对象，如图所示。 2，其类型属性为TDBitmap、TDGraph、TDImage或TDText。前三个可以联系起来到定义单位解释和轴转换的特殊wid Data对象，无论是数据、空间、光谱还是时间。这些都可以通过wip类的解释和转换方法来识别，并通过演示案例（A.2.）根据第3.2节的规定。例如，存储为TDBitmap的校准显微镜视频图像的像素坐标可完全转换为空间坐标，稍后可用于绘制比例尺在图像上，如演示案例（B.4.）PLOTDATAPOSITIONDSCALEBR.2.2.4. 基本后处理：通过遮罩和裁剪进行数据选择数据选择任务，如遮罩任意空间区域和裁剪矩形选择，也可以在WITio中完成，如演示案例（B.2.）Maskdatandaverage和（B.3.）Cropdata，分别。Joonas Tapani Holmi和Harri Lipsanen软件X 18（2022）1010094图三. 默认情况下，WITio.read函数调用通过隐式调用manager打开WITio的Project Manager GUI。右侧的其他窗口通过与显示的数据交互打开。 在此之前，用户被交互式地要求浏览感兴趣的文件，并且由于“-ifall”，是否在没有GUI的情况下加载所有数据。 对'-Manager'和'--all'引导管理器也列出非部署数据。2.2.5. 基础数据分析：数据光谱滤波和拟合材料的光谱表征通常涉及通过估计或曲线拟合提取各种峰属性，例如面积、强度、位置和宽度。像WITec软件一样，WITio通过应用光谱滤波器来实现这一点，光谱滤波器首先将数据裁剪到指定范围，然后可选地去除线性背景，最后提取感兴趣的属性。 它需要调用wid类filter_*方法，其中*是以下四个类别之一的过滤器类型(1)BG用于背景去除，（2）分别用于面积、强度、位置或偏移 的 属 性 估 计 的sum 、 max 、 center_of_mass 或 min ，（3）用于曲线拟合的Gaussian、Lorentzian或Voigtian，以及（4）用于定制的Fun滤波器的使用在演示案例（B.1.）中演示。Filterdataforlineshaparameters。值 得 注 意 的 是 ， 这 些 曲 线 拟 合 依 赖 于 WITio 。 fun. fit 。fit_lineshape_arbitrary函数，其使用标准Levenberg-Marquardt2.2.6. 高级后处理：广义光谱拼接一些WITec显微镜可以自动测量拼接点光谱，其中顺序移位的光谱线性合并在一起。不幸的是，它们中没有一个可以对行扫描和图像扫描这样做。WITio采用了这种光谱拼接方案，并将其推广到任意移位的光谱，也允许合并图像扫描数据集。它的使用如图所示。 4和演示案例（D.）这是一个很好的例子。2.2.7. 高级后处理：无模式视频拼接同样，许多WITec显微镜可以自动将N × M矩阵的光学图像拼接成一个。然而，任何视频摄像机视图问题，如渐晕，都很容易被视为结果图像中的重复图案，如图1（a）所示。 五、WITio通过模式去除算法解决了这个问题，该算法建立在G.Buzzi-Ferraris和F. Manenti（2011）[11].未图案化的图像示于图1的（b）中。5和演示案例（E.）非专利技术的发展使其失去了竞争力。2.2.8. 高级后处理：扫描线错误校正像CRM和AFM这样的扫描仪器可能会在扫描图像中遭受扫描线类型的伪影[5，6]。这些可以表现为加性误差（对于来自AFM的高度图像或来自CRM的峰位置图像）[6]，或乘法误差（对于来自CRM或SNOM的强度图像）[5]。WITio包括两个鲁棒校正算法作为解决方案：fun. 我是GE。apply[6]和WITio. fun. 我是GE。apply_MRLCM[5]分别用于加性误差和乘性误差。后者通过演示案例（F.）参见第3.2节。2.2.9. 高级后处理：自动化脚本MATLAB的基本优势是能够编写脚本，执行经常重复的数据评估任务，为一批的文件。它们不仅可以节省时间，而且还可以更加系统化，更不容易出现人为错误，这是成功进行大数据评估的关键。WITio支持自动化脚本，并提供了一些半自动化的交互式脚本，如第3.3节所列，可以根据特定需求进行修改2.2.10. 高级用户：特殊功能和自定义WITio作为一个MATLAB数据评估工具箱，使WITec用户能够与WITec软件不同，几乎所有内容的内部工作都可以在MATLAB中进行研究，高级用户甚至可以在工具箱中实现最新的算法该工具箱还可以Joonas Tapani Holmi和Harri Lipsanen软件X 18（2022）1010095见图4。演示案例4，其中（a）中的白色LED光的26个重叠光谱在（b）中通过线性加权方案缝合在一起。（a）中连续光谱之间的失配是由于光谱仪侧的仪器误差而发生的图五. 演示案例5，其中校正了在（a）中从WITec软件获得的关于SiO2/Si衬底上的剥离的石墨烯薄片的7 × 5视频拼接图像从（b）中的重复模式。在这个特定的情况下，该图案是由由于渐晕引起的摄像机视图的边缘阴影产生的。白色比例尺长度为0.5 mm。满足高级用户的需求，他们可能希望以自定义方式更改wit Tree文件。例如，来自其他制造商的显微镜的数据这是一个很好的例子。3. 说明性实例3.1. 开始使用工具箱第一个演示案例（A.1.） Importfiletogetstarted开始于用于加载任何WITec项目/数据（*.wip/*.wid）文件的MATLAB命令：>> [ O_wid，O_wip，O_wit ] = WITio。read（f i l e）;三个输出O_wid、O_wip和O_wit分别保存wid Data、wipProject和witTree对象。在任何时候，前两个对象数组的内容都可以通过执行O_wid.manager或O_wip.manager在GUI中快速列出，如第2.2.2节所述。witTree对象可以通过在MATLAB的命令窗口中执行O_wit当不带参数地调用wip类read方法时，会要求用户浏览文件。默认情况下，文件内容将在打开的项目管理器窗口中列出，用户可以在其中直观地检查并选择感兴趣的数据，关闭窗口将返回选定的项目，产出这一点在前面的图中已经说明。3.第三章。3.2. 演示案例WITio中包含了十几个示例，它们以交互方式展示了工具箱的基础知识，并使新用户能够立即开始数据评估查找和执行演示的最简单方法是在命令窗口中编写WITio.demo，按Enter-键列出可用的案例，然后单击鼠标左键运行演示案例。运行的演示会自动在MATLAB的编辑器中打开其代码这是当前的演示案例列表：（ A.1. ） Importfilletogett ttart e tt artd ， （ A.2. ） （ A. 3. ）Plotdata，（A.4.）Permnenuserererences，（A.5.）压缩和压缩文件，（B.1.）已完成的文件，（B.2.）Maskdatandaverage，（B.3.）Cropdata，（B.4.）PLOTDATAPOSITIONASCALEBR，（C.）Graphenedaanalys，（D.）Stitchspectra，E. 未包装的包装盒，（F.）Scanlinerecorrecti〇n，和（Z.）这是一个很好的例子。3.3. 批量案例类似地，可以通过编写WITio来查找批处理案例。批处理并按回车键。或者，用户可以利用MATLABTab键完成功能，首先在WITio.batch后添加一个点.这些半自动化的批处理脚本可用于数 据 后 处 理 ： （ 1. ） N 〇 rmalizelocalmax ， （ 2. ）Removecosmicraysandaverage ， （ 3. ） Removedarkcurent ，（4.）Regexprename，以及（5.）ZeroRayleighpeak。Joonas Tapani Holmi和Harri Lipsanen软件X 18（2022）10100964. 影响见图6。WITio潜在影响概述。4.3. 定制自动化脚本和大数据评估WITio具有显著的潜力，可以提高数千个WITec显微镜用户的研究和商业产出，因为它可以结合MATLAB（64位）和WITec软件（32位）的优势，节省宝贵的时间并降低经济成本。 主要影响，总结在图。6、在本节中解释。4.1. 第一次，最好的MATLAB和WITec软件虽然WITio是独立的，但它是为互操作性而设计的，最好与WITec软件一起使用。 第一次，WITec显微镜文件的所有内容（包括对任何元数据的完全访问，如转换）可以在MATLAB环境中轻松快速地打开，修改和保存完全导入和导出文件的能力具有许多经济意义，因为它节省了时间，并允许轻松访问大量的MATLAB功能库，而不会失去在需要时将数据返回到WITec软件的能力这种双向数据评估，其中一些任务可以通过MATLAB中的自定义脚本完成，其他任务可以在WITec软件中完成，使以前不可能的例程成为可能，例如在WITec软件之前在MATLAB中自动进行数据校正。因此，预计工具箱用户将以这种互补的方式利用两个世界的最佳情况。4.2. 通过数据压缩和解压缩与WITec软件不同，WITio支持Zlib Deflate（*.zip）[12]和Zstandard（*.zst）[13]格式来压缩/存储WITec显微镜文件。令人惊讶的是，12 GB的250随机基于CRM的文件可以压缩到4 GB或30%的大小为 *.zip和 *.zst在最低压缩级别为1.最先进的算法Zstandard实现了相同的3：1压缩比，平均比Zlib Deflate快3倍。 观察到的空间节省意味着WITec作为TDGraph是迄今为止文件中最占用空间的数据类型，最简单的解决方案是向其添加新的DataFieldCompressionMethod条目，并通过ZStandard或类似方法在内部压缩其数据这些空间节省可能是通过在内部应用所报告的无损高光谱图像压缩算法之一，甚至进一步改进[14]。无论如何，希望这些空间节省能激励WITec软件开发人员在未来解决这个问题，特别是考虑到对大量生产数据的工业用户的潜在影响。同时，作者推荐快速 *.zst压缩大数据文件。自动化是WITio中最具吸引力的方面之一，因为基于脚本的数据分析和后处理比手动工作更系统，更不容易出现人为错误和不一致，特别是在应用于大数据时。例如，文件批处理脚本可以重复许多测量文件的仪器错误的复杂校准。事实上，越多的数据集需要相同的数据评估步骤，自动化的好处就越大。一种可能的实时应用是使工具箱跟踪WITecControl此外，该工具箱还允许轻松双向访问定制的（大）数据评估工具。对于WITec用户来说，编写自定义的自动化脚本从未如此简单，这些脚本使用了MATLAB的最佳特性，节省了时间，并比以前更容易获得对更大数据的更广泛见解。这不仅创造了许多新的研究机会，而且还具有巨大的经济意义，特别是如果应用于不断重复数据评估任务的大规模行业4.4. 对数千名学术和行业用户的在这篇文章发表之前，WITio在作者所在大学的大约50个WITec 用 户 和 其 他 几 十 个 用 户 中 已 经 知 道 根 据 R. Wolfgang（2014）[1]，他们的客户中有60%来自学术界（公立大学或研究机构），40%来自研究密集型行业。公司收入在2019年之前几乎呈线性增长[1，15]，到2020年底，总收入达到200 Me1700件售出的仪器，最低成本为120 ke [1]。有趣的是，在1998年至2020年期间，对近11500份WITec相关出版物的文献计量学MATLAB分析假设它仍然是总数的60%[1]，我们得出至少1500个WITec客户（或仪器）。同样的分析也被用来估计WITec用户的最小数量，假设每个出版物至少有一个WITec用户然而，这可能是一个低估，因为不是所有的WITec用户都发表，也不是所有的研究工作都发表。此外，该工具箱不太可能在WITec显微镜上下文之外使用，因为它的Wit Tree文件格式，尽管它的许多算法适用于其他制造商显微镜的数据。Joonas Tapani Holmi和Harri Lipsanen软件X 18（2022）10100974.5. 免费许可证和基于社区的未来升级为了对WITec社区产生最大的影响，在“代码元数据”中提到的WITio源代码是在自由和许可的BSD 3条款许可证下发布的，该许可证这允许任何拥有MATLAB软件许可证的人使用WITec显微镜文件。学术用户受到的影响最大，因为他们的机构可能已经以折扣价购买了MATLAB用于一般研究目的。然而，没有MATLAB的工业用户最初受到的影响最小，因为他们需要时间来考虑完整的商业价格，并评估工具箱尽管如此，MATLAB的依赖性可以在将来通过将工具箱移植到其他编程语言（如Python）来消除。免费工具箱的目的是影响，特别是那些WITec用户，不能不断升级到最新的WITec软件，也没有其昂贵的Plus版本与计算机绑定许可证。开源也是对WITec社区的一个邀请事实上，贡献越多，获得新功能的速度就越快。已经在工具箱中投入了数千个工作时间，其超过12000个可执行行的300多个MATLAB代码文件将很快使其新用户受益，他们可以避免从头开始实施类似的痛苦。4.6. 对现有和新的研究问题有更由于前面提到的原因，WITio改进了许多现有研究问题的追求，例如，材料应力的系统定量分析[6，7]。到目前为止，即使只有一小部分WITec社区采用了该工具箱，其成果新的研究机会也是出于同样的原因产生的，特别是通过大数据评估。例如，该工具箱通过其体积应力分布首次基于CRM识别GaN中的螺纹位错[6]。通过共同努力，工具箱可以最好地跟上对大数据评估不断增长的需求5. 结论和未来方向WITio开发了基于脚本的MATLAB数据评估工具箱，专为全球数千台WITec显微镜生成的WITec项目/数据（*.wip/*.wid）文件而这些模块化显微镜可以轻松生成大量的大数据，这些显微镜擅长先进的成像技术和相关研究。在显微镜下，大数据是任何难以处理的东西：千兆字节的数据，众多的文件或许多难以解码的物理属性。虽然提供的WITec软件可以手动批量处理其中的一些，但它并不适合大型由于以下原因，数据评估的性能受到限制：缺乏脚本（用于自动化、自定义算法和文件批处理）、32位内存限制（通过缓慢的内存映射缓解）以及没有数据压缩。数据可以手动导出到其他地方作为部分解决方案，但由于其手动、有损和单向性质，损失了时间、元数据和对WITec软件的访问。所提供的工具箱解决了所有这些限制，并最大限度地提高对WITec社区的影响，在许可证下是免费的，挑战WITec软件的额外许可证成本。我们邀请WITec社区在此基础上继续努力，以不断探索新的方法来洞察不断增长的大数据。该工具箱旨在补充WITec软件，而不是取代它。由于WITio能够完全读取/写入WITec显微镜文件及其元数据（如转换），因此其用户可以与WITec软件进行互操作，并受益于两种工作环境的优势新的双向性使以前不可能的数据评估任务，如自动系统校准在MATLAB之前的任务在WITec软件。它甚至授予轻松访问可定制的数据评估工具。通过实现自动化、文件批处理和更系统的数据评估，脚本减少了缓慢且容易出错的手动工作通过跟踪WITecControl因此，小数据和大数据评估都受益于双向性和MATLAB脚本的强大组合此外，MATLAB的64位内存访问可以大大提高处理大型文件的性能尽管其MAT- LAB脚本的先决条件，工具箱预计将导致许多新的研究和商业用途之间的数千沙学术和工业WITec显微镜用户在世界上。此外，作者认为，MATLAB和WITec软件之间的双向性，可以更广泛地洞察大数据，甚至可以由WITec营销，以在未来获得比竞争对手更大的WITio的未来发展方向预计将由社区提交了功能请求和贡献。可以肯定的是，即将到来的版本将带来新的演示案例，并对不完整的代码文档进行改进。高光谱4-D数据集的更简单处理也受到追捧，因为工具箱和WITec软件仍然只将它们的层视为单独的图像扫描，就像收集的一样。另一个有趣的方向是通过组件对象模型开发与WITec显微镜的实时现场互操作，这可以实现新的自动化可能性，如高级仪器重新校准。这也是一个选项，以港口工具箱到其他编程语言，因为它会摆脱MATLAB许可证成本。Octave是MATLAB的开源替代品，但遗憾的是，由于其不完整的OOP实现，它无法运行工具箱更有可能的是尝试移植到Python，这是一种成熟的高级编程语言，具有强大的数据评估库。CRediT作者贡献声明概念化，方法论，软件，验证，形式分析，调查，数据管理，写作-初稿，写作-评论编辑，可视化. 哈里·利普萨宁：资源，写作竞合利益作者声明，他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，可能会影响本文报告的工作致谢该软件的开发得到了芬兰阿尔托大学各种赠款的资助。特别是，作者要感谢芬兰科学院旗舰计划，光子学研究与创新（PREIN），授权号320167。研究活动在OtaNano进行- 阿尔托大学的Alanova纳米纤维中心Joonas Tapani Holmi和Harri Lipsanen软件X 18（2022）1010098引用[1] 龙格湾WITec GmbH（1997; DE）.在：论文的补充“技术创业”。Karlsruhe：KIT Scientific Publishing; 2014，http://dx.doi.org/10.5445/KSP/1000036457，URL http：//etm. 恩technn nn。启泰 edu/454. php.[2] 帕拉斯塔·塔希尔使用化学计量学方法的大（生物）化学数据挖掘：对化学家的 需 求 。 AngewChemIntEd2018.http://dx.doi 的 网 站 。org/10.1002/ange.201801134。[3] Gandomi A，Haider M.超越炒作：大数据概念，方法和分析。Int J InformManag2015;35：137-44.http://dx.doi.org/10.1016/j的网站。ijinfomgt.2014.10.007网站。[4] Amigo JM，Babamoradi H，Elcorotizabal S.超光谱图像分析一个教程。AnalChimActa 2015;896 ： 34-51.http://dx.doi.org/10.1016/j.aca 的 网 站 。2015.09.030。[5] Holmi JT. 通 过 基 于 拉 曼 的 Si 峰 分 析 确 定 石 墨 烯 层 的 数 量 。 硕 士http://urn.fi/URN:NBN:fi[6] Holmi JT，Bairamov BH，Suihkonen S，Lipsanen H.通过共焦拉曼三维成像的体积应力分布识别氨热生长体α-GaN中的穿透位错类型。J Cryst Growth2018;499：47-54. http://dx.doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2018.07.024网站。[7] Kim I，Holmi J，Raju R，Haapalinna A，Suihkonen S. 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