ShowDiffraction tutorial

import%20marimo%0A%0A__generated_with%20%3D%20%220.23.13%22%0Aapp%20%3D%20marimo.App(width%3D%22medium%22%2C%20app_title%3D%22ShowDiffraction%20tutorial%22)%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20_()%3A%0A%20%20%20%20import%20sys%0A%0A%20%20%20%20import%20marimo%20as%20mo%0A%0A%20%20%20%20return%20mo%2C%20sys%0A%0A%0A%40app.cell%0Aasync%20def%20_(mo%2C%20sys)%3A%0A%20%20%20%20_VENDORED%20%3D%20%5B%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22anywidget-0.11.0-py3-none-any.whl%22%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22comm-0.2.3-py3-none-any.whl%22%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22ipywidgets-8.1.8-py3-none-any.whl%22%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22jupyterlab_widgets-3.0.16-py3-none-any.whl%22%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22psygnal-0.15.1-py3-none-any.whl%22%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22typing_extensions-4.16.0-py3-none-any.whl%22%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22widgetsnbextension-4.0.15-py3-none-any.whl%22%2C%0A%20%20%20%20%5D%0A%20%20%20%20if%20sys.platform%20%3D%3D%20%22emscripten%22%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20import%20micropip%20as%20_mp%0A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20_base%20%3D%20mo.notebook_location()%20%2F%20%22public%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20with%20mo.status.spinner(title%3D%22Loading%20analysis%20engine%E2%80%A6%22)%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20await%20_mp.install(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%5Bstr(_base%20%2F%20%22wheels%22%20%2F%20w)%20for%20w%20in%20_VENDORED%5D%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%2B%20%5Bstr(_base%20%2F%20%22showdiffraction_live-0.1.0-py3-none-any.whl%22)%5D%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20)%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20await%20_mp.install(%22scipy%22)%0A%20%20%20%20ready%20%3D%20True%0A%20%20%20%20return%20(ready%2C)%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20_(ready)%3A%0A%20%20%20%20import%20io%0A%0A%20%20%20%20import%20numpy%20as%20np%0A%0A%20%20%20%20from%20showdiffraction_live%20import%20ShowDiffraction%0A%20%20%20%20from%20showdiffraction_live.crystal%20import%20Phase%2C%20library_phase%0A%0A%20%20%20%20assert%20ready%0A%20%20%20%20return%20Phase%2C%20ShowDiffraction%2C%20io%2C%20library_phase%2C%20np%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20_(mo)%3A%0A%20%20%20%20mo.md(%22%22%22%0A%20%20%20%20%23%20ShowDiffraction%20tutorial%0A%0A%20%20%20%20An%20interactive%20d-spacing%20analyzer%20for%20electron%20diffraction%2C%20running%20in%20your%0A%20%20%20%20browser.%20This%20page%20walks%20through%20the%20workflow%20on%20synthetic%20and%20real%20patterns%3B%0A%20%20%20%20the%20%5Bmain%20app%5D(showdiffraction.html)%20runs%20the%20same%20tools%20on%20your%20own%20data.%0A%0A%20%20%20%20Diffraction%20analysis%20is%20usually%20split%20across%20tools%3A%20hand%20measurement%20in%20an%0A%20%20%20%20image%20viewer%2C%20a%20separate%20program%20for%20indexing%2C%20a%20script%20for%20distortion%20or%0A%20%20%20%20profiles.%20ShowDiffraction%20is%20the%20complete%20workflow%20in%20one%20widget%3A%20one%20click%0A%20%20%20%20chains%20center%20refinement%2C%20ring%20detection%2C%20phase%20calibration%2C%20profile%20fitting%2C%0A%20%20%20%20and%20hkl%20indexing%2C%20with%20exact%20metric-tensor%20crystallography%20and%20a%20phase%20library%0A%20%20%20%20of%20100%2B%20cited%20standards%20behind%20it.%0A%20%20%20%20%22%22%22)%0A%20%20%20%20return%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20_(mo)%3A%0A%20%20%20%20mo.md(%22%22%22%0A%20%20%20%20%23%23%20Single-crystal%20spots%0A%0A%20%20%20%20A%20synthetic%20%5B001%5D%20zone-axis%20pattern.%20Spots%20are%20auto-detected%2C%20a%20custom%20cubic%0A%20%20%20%20phase%20is%20set%2C%20and%20Index%20Spots%20fills%20hkl%20labels%20and%20solves%20the%20zone%20axis.%20Click%0A%20%20%20%20spots%20to%20measure%20d-spacings%20and%20angles%3B%20try%20Move%20to%20drag%20one.%0A%20%20%20%20%22%22%22)%0A%20%20%20%20return%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20_(Phase%2C%20ShowDiffraction%2C%20mo%2C%20np)%3A%0A%20%20%20%20_rng%20%3D%20np.random.default_rng(0)%0A%20%20%20%20_size%20%3D%20256%0A%20%20%20%20_center%20%3D%20(_size%20-%201)%20%2F%202%0A%20%20%20%20_rows%2C%20_cols%20%3D%20np.mgrid%5B0%3A_size%2C%200%3A_size%5D%0A%20%20%20%20_pattern%20%3D%20np.zeros((_size%2C%20_size)%2C%20np.float32)%0A%20%20%20%20for%20_h%20in%20range(-4%2C%205)%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20for%20_k%20in%20range(-4%2C%205)%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20_amp%20%3D%206.0%20if%20_h%20%3D%3D%200%20and%20_k%20%3D%3D%200%20else%201.0%20%2F%20(1%20%2B%200.4%20*%20(_h%20*%20_h%20%2B%20_k%20*%20_k))%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20_pattern%20%2B%3D%20_amp%20*%20np.exp(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20-((_rows%20-%20(_center%20%2B%20_h%20*%2028.0))%20**%202%20%2B%20(_cols%20-%20(_center%20%2B%20_k%20*%2028.0))%20**%202)%20%2F%208.0%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20)%0A%20%20%20%20single_crystal%20%3D%20_rng.poisson(1000.0%20*%20(_pattern%20%2B%200.05)).astype(np.float32)%0A%0A%20%20%20%20saed%20%3D%20ShowDiffraction(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20single_crystal%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20center%3D(_center%2C%20_center)%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20bf_radius%3D14%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20k_pixel_size%3D0.018%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20title%3D%22Single-crystal%20SAED%22%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20offline%3DTrue%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20verbose%3DFalse%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20panel_width_px%3D530%2C%0A%20%20%20%20)%0A%20%20%20%20saed.detect_spots(max_spots%3D12)%0A%20%20%20%20saed.custom_phases%20%3D%20%5B%7B%22name%22%3A%20%22Cubic%22%2C%20%22a%22%3A%201.984%2C%20%22absences%22%3A%20%22none%22%7D%5D%0A%20%20%20%20saed.phase_name%20%3D%20%22Cubic%22%0A%20%20%20%20saed.index_spots(Phase.from_cubic(%22Cubic%22%2C%201.984%2C%20absences%3D%22none%22))%0A%20%20%20%20saed_view%20%3D%20mo.ui.anywidget(saed)%0A%20%20%20%20saed_view%0A%20%20%20%20return%20(saed%2C)%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20_(mo%2C%20saed)%3A%0A%20%20%20%20mo.md(f%22Zone%20axis%3A%20**%7Bsaed.zone_axis%7D**%20from%20the%20two%20anchor%20reflections%3B%20every%20%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%22labeled%20spot%20satisfies%20the%20zone%20law.%22)%0A%20%20%20%20return%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20_(mo)%3A%0A%20%20%20%20mo.md(%22%22%22%0A%20%20%20%20%23%23%20Polycrystalline%20rings%0A%0A%20%20%20%20Synthetic%20magnetite%20rings%20at%20true%20Fe3O4%20d-spacings.%20Auto%20runs%20the%20whole%0A%20%20%20%20pipeline%3B%20the%20side%20rail%20opens%20the%20radial%20Profile%2C%20Azimuthal%20scan%2C%20Mask%20view%2C%0A%20%20%20%20and%20Quality%20report.%20Fit%20refines%20ring%20radius%20and%20width%2C%20Fit%20Ellipse%20measures%0A%20%20%20%20distortion%2C%20and%20Identify%20ranks%20phase%20candidates.%0A%20%20%20%20%22%22%22)%0A%20%20%20%20return%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20_(ShowDiffraction%2C%20mo%2C%20np)%3A%0A%20%20%20%20_rng%20%3D%20np.random.default_rng(0)%0A%20%20%20%20_size%20%3D%20512%0A%20%20%20%20_center%20%3D%20(_size%20-%201)%20%2F%202%0A%20%20%20%20_rows%2C%20_cols%20%3D%20np.mgrid%5B0%3A_size%2C%200%3A_size%5D%0A%20%20%20%20_radius%20%3D%20np.hypot(_rows%20-%20_center%2C%20_cols%20-%20_center)%0A%20%20%20%20_pattern%20%3D%204.0%20*%20np.exp(-(_radius**2)%20%2F%2080.0)%0A%20%20%20%20for%20_d%2C%20_strength%2C%20_width%20in%20%5B%0A%20%20%20%20%20%20%20%20(2.967%2C%201.7%2C%203.0)%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20(2.532%2C%201.3%2C%203.5)%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20(2.099%2C%201.0%2C%204.0)%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20(1.715%2C%200.8%2C%204.5)%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20(1.485%2C%200.55%2C%205.0)%2C%0A%20%20%20%20%5D%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20_r%20%3D%201.0%20%2F%20(_d%20*%200.004)%0A%20%20%20%20%20%20%20%20_pattern%20%2B%3D%20_strength%20*%20np.exp(-((_radius%20-%20_r)%20**%202)%20%2F%20(2%20*%20_width**2))%0A%20%20%20%20magnetite_pattern%20%3D%20_rng.poisson(100.0%20*%20(_pattern%20%2B%200.05)).astype(np.float32)%0A%0A%20%20%20%20magnetite%20%3D%20ShowDiffraction(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20magnetite_pattern%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20title%3D%22Magnetite-like%20rings%22%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20offline%3DTrue%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20verbose%3DFalse%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20panel_width_px%3D530%2C%0A%20%20%20%20)%0A%20%20%20%20magnetite.phase_name%20%3D%20%22Fe3O4%22%0A%20%20%20%20magnetite.run_auto(max_rings%3D5)%0A%20%20%20%20magnetite.dp_colormap%20%3D%20%22viridis%22%0A%20%20%20%20mo.ui.anywidget(magnetite)%0A%20%20%20%20return%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20_(mo)%3A%0A%20%20%20%20mo.md(%22%22%22%0A%20%20%20%20%23%23%20Real%20data%3A%20magnetite%20nanoparticles%0A%0A%20%20%20%20The%20same%20pipeline%20on%20a%20real%20Fe3O4%20SAED%20pattern%20(amorphous%20carbon%20support%2C%20so%0A%20%20%20%20the%20broad%20halo%20near%20d%20%3D%203.6%20%C3%85%20is%20excluded%20before%20calibration).%0A%20%20%20%20%22%22%22)%0A%20%20%20%20return%0A%0A%0A%40app.cell%0Aasync%20def%20_(io%2C%20mo%2C%20np%2C%20sys)%3A%0A%20%20%20%20import%20pathlib%0A%0A%20%20%20%20_loc%20%3D%20mo.notebook_location()%20%2F%20%22public%22%20%2F%20%22fe3o4_saed_512.npy%22%0A%20%20%20%20if%20sys.platform%20%3D%3D%20%22emscripten%22%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20from%20pyodide.http%20import%20pyfetch%0A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20_bytes%20%3D%20await%20(await%20pyfetch(str(_loc))).bytes()%0A%20%20%20%20else%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20_bytes%20%3D%20pathlib.Path(_loc).read_bytes()%0A%20%20%20%20real_pattern%20%3D%20np.load(io.BytesIO(_bytes)%2C%20allow_pickle%3DFalse)%0A%20%20%20%20return%20(real_pattern%2C)%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20_(ShowDiffraction%2C%20mo%2C%20real_pattern)%3A%0A%20%20%20%20real%20%3D%20ShowDiffraction(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20real_pattern%2C%20title%3D%22Fe3O4%20SAED%20(real)%22%2C%20offline%3DTrue%2C%20verbose%3DFalse%2C%20panel_width_px%3D530%0A%20%20%20%20)%0A%20%20%20%20real.phase_name%20%3D%20%22Fe3O4%22%0A%20%20%20%20real.run_auto(max_rings%3D5%2C%20exclude_radius%3D70)%0A%20%20%20%20real.fit_ring_profile()%0A%20%20%20%20mo.ui.anywidget(real)%0A%20%20%20%20return%20(real%2C)%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20_(library_phase%2C%20mo%2C%20real)%3A%0A%20%20%20%20_names%20%3D%20(%22Fe3O4%22%2C%20%22%CE%B3-Fe2O3%22%2C%20%22%CE%B1-Fe2O3%20(hematite)%22%2C%20%22%CE%B1-Fe%22)%0A%20%20%20%20_reports%20%3D%20real.identify_phase(%5Blibrary_phase(n)%20for%20n%20in%20_names%5D)%0A%0A%20%20%20%20def%20_err(c)%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%20%22n%2Fa%22%20if%20c%5B%22mean_err%22%5D%20is%20None%20else%20f%22%7B100%20*%20c%5B'mean_err'%5D%3A.2f%7D%25%22%0A%0A%20%20%20%20_rows%20%3D%20%22%5Cn%22.join(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20f%22%7C%20%7Bc%5B'name'%5D%7D%20%7C%20%7Bc%5B'matched'%5D%7D%2F%7Bc%5B'n_obs'%5D%7D%20%7C%20%7B_err(c)%7D%20%7C%22%20for%20c%20in%20_reports%0A%20%20%20%20)%0A%20%20%20%20mo.md(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20f%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%23%23%20Verify%20the%20phase%0A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20Identification%20works%20best%20as%20verification%3A%20rank%20the%20phases%20you%20expect%20by%20how%0A%20%20%20%20%20%20%20%20well%20their%20line%20positions%20explain%20the%20measured%20rings.%0A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%7C%20candidate%20%7C%20lines%20matched%20%7C%20mean%20%CE%94d%20%7C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%7C---%7C---%7C---%7C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%7B_rows%7D%0A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20Fe3O4%20and%20%CE%B3-Fe2O3%20differ%20by%200.5%25%20in%20lattice%20constant%2C%20so%20ring%20positions%20alone%0A%20%20%20%20%20%20%20%20keep%20the%20spinels%20close%3B%20separating%20them%20takes%20chemistry%20or%20intensities.%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%0A%20%20%20%20)%0A%20%20%20%20return%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20_(mo)%3A%0A%20%20%20%20mo.md(%22%22%22%0A%20%20%20%20---%0A%20%20%20%20Next%3A%20analyze%20your%20own%20pattern%20in%20the%20%5Bmain%20app%5D(showdiffraction.html)%2C%20or%20see%0A%20%20%20%20the%20%5Bdemo%20tour%5D(demo.html)%20with%20a%20closed-loop%20synthesize-and-recover%20playground.%0A%20%20%20%20Python%20users%3A%20%60quantem.widget%60%20ships%20the%20same%20analyzer%20for%20JupyterLab%2C%20plus%20a%0A%20%20%20%20one-command%20CLI%20(%60quantem%20showdiffraction%20pattern.npy%60).%0A%20%20%20%20%22%22%22)%0A%20%20%20%20return%0A%0A%0Aif%20__name__%20%3D%3D%20%22__main__%22%3A%0A%20%20%20%20app.run()%0A