2.1. 实验模型

这个dxtbx公司使用实验模型的概念来封装实验描述中可以相互分离的某些方面。实验模型被编码为四类容器：光束、测角仪、探测器和扫描。这些信息分别包含有关源波长和方向、晶体旋转轴（用于旋转数据）、执行测量的仪器以及图像帧和任何旋转之间的关系的信息。在单晶X射线衍射的背景下，这些模型在实验技术和光束线硬件方面是完全通用的。这是通过使用完全矢量化的描述来实现的，该描述只表达实验的抽象几何，而不表达其他性质。除了光束与晶体和旋转轴的交点外，没有对几何形状进行任何假设。特别是，在旋转法扫描的表示中，旋转轴不假定与光束方向正交。由于模型由矢量描述组成，原则上，它们的分量可以用任何选定的坐标系表示；然而，在dxtbx公司，几何图形使用标准imgCIF约定表示（Bernstein&Hammersley，2005). 我们从EEC位置敏感探测器软件合作编程研讨会（Bricogne，1987). 特别是，我们采用了其中讨论的“虚拟化”方案，这涉及到对衍射实验的每个组成部分形成一个抽象和通用的定义。这个dxtbx公司构成了该研讨会概述的“仪器定义语言”的基础，通过该语言，实际波束线硬件被映射到任何特定实验的抽象模型表示。

在核心实验模型中，探测器模型必然是最复杂的，需要进一步解释。我们抽象的基本单位是一个面板，它代表一个矩形探测器平面，¹面向实验室空间。即使探测器是一个包含一个或多个此类面板的容器的简单情况下，这些面板都不需要共面，也可以准确捕获为钻石光束线I23构建的半桶形Pilatus 12M-DLS（图2). 对于更奇异的探测器dxtbx公司支持通用层次模型，允许将面板组织为逻辑相关的组和子组。这对于CSPAD（哈特等。, 2012)，用于LCLS CXI光束线（图2)，其中面板的子集可以相互移动。

图2 LCLS CXI光束线处的CSPAD探测器(一)（由Philip Hart提供）和Pilatus 12M-DLS在Diamond Beamline I23(b条)（由DECTRIS有限公司提供）。

在确定探测器上的位置时dxtbx公司使用虚拟探测器平面的概念。虚拟平面上的位置由面板标识符和连接到该面板的二维笛卡尔坐标系中的坐标给出。该点对应于光子撞击探测器表面的位置，与实际使用的探测器硬件无关。在虚拟平面接口后面，面板位置和像素位置之间的硬件特定映射封装在毫米对像素函数（及其逆函数）中，该函数必须由特定于实际探测器硬件的代码提供。例如，这将考虑带有厚传感器的探测器，传感器内的交互点可能会改变测量的像素位置。在dxtbx公司，这是通过将抽象检测器模型与“策略”类（Gamma）配对来实现的等。, 1994)，这允许在不改变模型本身的情况下修改检测器模型的行为。该类是简单映射中所有硬件特定畸变的自然场所，包括视差和几何畸变效果，例如由光纤锥化引起的。

单个面板的几何图形k用矩阵很方便地表示，.用于面板k，矩阵的列是面板基向量和，由平移向量增强，在实验室空间中定位面板框架的原点（图3). 矩阵的使用方便地将反射预测方程简化为沿散射方向到探测器平面的投影，完全避免了三角函数，有利于矩阵运算（Thomas，1992). 通常，所有使用dxtbx公司模型会这样做通过图3总结了矢量表示这确保了坐标系的选择与这些算法的工作无关，但需要注意的是，实验室坐标系的原点位于主光束和样品的交点处。

图3 旋转法的衍射几何描述dxtbx公司模型。单色X射线束由波矢表示，与样本旋转轴相交，由单位向量给定，位于互惠实验室坐标系的原点。抽象探测器平面k在真实空间实验室坐标系中使用原点向量进行描述和一对正交基向量探测器模型提供了一对极限，极限x个和极限年，在平面内形成一个有边界的矩形面板。晶体模型补充了dxtbx公司几何模型，其设置以φ-轴框架（以旋转角度与相互实验室框架对齐φ=0°）通过设置矩阵，遵循蛋白质数据库(https://www.pdb.org/pdb/home/home.do)惯例。衍射用波矢量表示，可以延伸到这一点(X,Y（Y）)它在面板坐标系中与探测器面板相接。

2.2. 高级数据块和图像集接口

通过高级数据块接口。数据块检查图像文件元数据头信息，以确定所提供列表中连续图像之间的关系。这使得可以将图像作为相关图像的块进行访问，例如共享一组特定实验模型的图像。图像块按照此方案组织为图像扫描和图像集。这个我米一克e（电子）S公司w个e（电子）e（电子）第页类表示一系列图像，这些图像在三维中相邻像素之间具有明确的几何关系，例如使用旋转方法拍摄的一系列图像。这个我米一克e（电子）S公司e（电子）t吨类用于不存在此关系的情况，例如对于串行飞秒晶体学产生的静态图像数据，但这些图像仍然是单个数据采集的一部分。这个我米一克e（电子）S公司w个e（电子）e（电子）第页类派生自我米一克e（电子）S公司e（电子）t吨类。这两个类都通过Python列表风格的界面提供了对图像数据的方便访问，在这个界面上可以迭代集合中的图像，并可以选择和使用子集。这个我米一克e（电子）S公司w个e（电子）e（电子）第页类提供了对一系列几何相关图像进行操作的附加方法。这个D类一t吨一B类我o个c（c）k类可以包含我米一克e（电子）S公司e（电子）t吨和我米一克e（电子）S公司w个e（电子）e（电子）第页类。

在内部我米一克e（电子）S公司w个e（电子）e（电子）第页和我米一克e（电子）S公司e（电子）t吨类保留对单个或多文件读取器类的引用，该类处理从单个文件（如HDF5文件）读取图像序列（HDF Group，2010)，或多个文件，例如图像文件的集合。这两个读取器类都实现了一个接口，允许图像扫描和图像集以通用的方式与不同的数据存储表示进行交互。使用“flyweight”模式（Gamma）实现对图像子集的支持等。, 1994)通过轻量级高级接口访问的多个子集保留对执行读取和解释的单个读取器的引用。这具有在并行访问多个子集图像时减少内存使用的优点。

2.3. 图像元数据存储

提供了一种模块以使得能够直接存储修改后的图像集元数据。然后可以从文件表示创建图像集，从而可以保存经过优化的实验几何体以供以后使用。数据使用JavaScript对象标记（JSON）格式保存（Crockford，2006）); 之所以选择这种格式，是因为它是人类可读的，是一种开放标准，并且在许多编程语言中都得到了本机支持。特别是，Python标准库包含一个模块，用于将任意Pythons结构读写为JSON格式，从而方便在dxtbx公司.

2.4. 这个格式插件系统

这个dxtbx公司提供了一种插件机制来处理来自多个文件格式的输入，并对实验几何体进行替代描述。每个F类o个第页米一t吨类用于解释特定的图像文件和元数据格式，以及F类o个第页米一t吨通用检测器和数据表示的类包含在dxtbx公司用户可以添加自己的图像格式来处理定制图像格式或本地变体（参见附录A类和B类). 注册表维护以下项的树结构F类o个第页米一t吨类，这样最专用的格式离根最远。有关插件机制的更多详细信息，请参阅附录D类这种用于处理不同数据表示的模型有两个优点：操作不需要外部站点文件；此外，复杂修正(例如Pilatus检测器的平铺位置校正）可以以独立的方式进行编码。

波束线描述的可扩展性是dxtbx公司：特别是光束线科学家编写F类o个第页米一t吨描述如何使用图像标题中的值的模块（可能扩展了检测器的更通用示例）。自定义F类o个第页米一t吨模块可以放在指定的目录中，然后自动注册以在dxtbx公司应用程序启动时。扩展库的能力主要用于存在不寻常的实验硬件或波束线具有某些特性（例如左手旋转轴）的情况。将使用两个示例来演示扩展库的容易程度。

3.1. 这个cctbx公司图像查看器

这个cctbx公司图像查看器用于显示来自各种不同来源的衍射图像（索特等。, 2013). 它已经更新，以利用dxtbx公司，展示了F类o个第页米一t吨,我米一克e（电子）S公司e（电子）t吨和我米一克e（电子）S公司w个e（电子）e（电子）第页类。从命令行运行时，查看器使用dxtbx公司 我米一克e（电子）S公司e（电子）t吨工厂创建集合或扫掠。它加载集合中的第一个图像，显示它，并通过保留对我米一克e（电子）S公司e（电子）t吨或我米一克e（电子）S公司w个e（电子）e（电子）第页对象。这个dxtbx公司允许应用程序快速添加对几种新文件格式的支持，最重要的是新定义的HDF5文件。

HDF5（HDF集团，2010年)是一种文件容器格式，目前用于大型数据集，例如来自XFEL束线或精细切片同步加速器实验的数据集。新一代探测器目前支持120帧的帧速率 Hz，地平线上的探测器将支持1000帧速率 Hz或更高。使用每个图像一个文件将这些数据集存放在文件系统上是不现实的，因此最好使用HDF5等容器技术。这个dxtbx公司提供了一个插件接口，允许将HDF5数据集包装在M（M）u个我t吨我F类我我e（电子）R（右）e（电子）一d日e（电子）第页类，提供对其包含的图像和元数据的轻松访问。随着HDF5格式的发展dxtbx公司插件可以被编写或修改以支持其元数据格式（布鲁斯特等。, 2014). 这些插件将把新格式无缝地连接到现有系统上，允许图像显示和处理。

3.2.下2

如中所述介绍,下2最初使用的是CCP4型套件读取X射线衍射图像的标题。虽然这对程序支持的初始实验设置范围有效，但随着支持更复杂的实验几何体，例如使用κ测角仪和2θ探测器臂。

最初，这是通过提供读取特定图像类型的替代方法来解决的，这些方法在DiffractionImage-based方法失败后按顺序进行测试；然而，这种方法很快导致了非常复杂的代码，伸缩性非常差。自开发和合并dxtbx公司进入之内下2然而，支持任意实验几何形状的分析变得更加简单，允许下2除用于大分子晶体学实验外，还用于分析小分子数据（通常具有更复杂的几何结构）。预计在未来，这一趋势将继续下去，为晶体衍射实验开发新光束线的科学家将能够为他们的光束线本身添加特定的支持。

3.3. 这个DIALS（刻度盘）框架

这个DIALS（刻度盘）该项目旨在为衍射数据的处理提供一个可扩展的框架和软件包。它面向全球高级光源的用户，因此需要从各种数据源访问图像数据和实验几何图形。为了简化实现并保持通用性，实验几何和图像数据必须以统一的方式公开，而不依赖于底层数据表示。在以下背景下DIALS（刻度盘），的dxtbx公司为这些挑战提供了解决方案。