🔬 SPM-Kit

Analizador open-source de datos AFM / KPFM para microscopía de sonda de barrido

Desarrollado en el SPM Lab de la Universidad Técnica Federico Santa María (UTFSM)

📖 Documentación · Instalación · Uso rápido · Características · Validación · Arquitectura · Contribuir

_{Interfaz de spmkit · captura con datos sintéticos de ejemplo}

📖 Guía de estudio: teoría de AFM con diagramas en docs/theory/index.html (ábrela en el navegador).

---

Lee formatos NanoSurf (.nid, .nhf) y Gwyddion (.gwy), y entrega análisis listo para publicar: rugosidad, perfiles, KPFM y nanomecánica, con una CLI y una GUI científica. Su lectura del .nid está validada a precisión de máquina contra Gwyddion.

✨ Características

🗂️ Formatos	Lee .nid, .nhf, .gwy; escribe .gwy (round-trip con Gwyddion)
📊 Rugosidad	ISO 25178 (Sa, Sq, Sz, Ssk, Sku) + nivelación (plano/polinomio/filas)
📈 Perfiles	Perfiles de línea interactivos con interpolación bilineal
⚡ KPFM	Potencial de contacto (CPD) y función de trabajo
🔩 Nanomecánica	Hertz/Sneddon → módulo de Young, adhesión, mapas de módulo
〰️ Resonancia	Thermal tuning → sensado de masa por Δf: f(t), Δm(t), tasa de evaporación, ley d²
🧊 Vista 3D	Superficie 3D interactiva con dorado e iluminación hillshade
📐 Espectral	PSD radial, exponente de Hurst, dimensión fractal, longitud de correlación
🧮 Simulador	Gemelo digital del cantiléver: ruido térmico y corrimiento por masa
🧫 Granos	Detección de partículas y estadística de tamaños
🎨 Figuras	Editor WYSIWYG, colormaps científicos, barra de escala → PNG/SVG/PDF
🧩 Comparar	Fusiona 2–4 archivos con colorbar y escala compartidas
📝 Reportes	Informe HTML completo (imprimible a PDF) + procesamiento por lotes
🖥️ GUI	7 pestañas, tema claro/oscuro, atajos de teclado, drag & drop

🖼️ La app en acción

Cada sección procesando datos (ejemplos con datos sintéticos):

Visor — imagen, perfil y rugosidad/KPFM	Nanomecánica — curva F-d y ajuste Hertz
Vista 3D — superficie con iluminación	Resonancia — sensado de masa
Simulador — gemelo digital del cantiléver	Editor de figuras — publicación
Comparar — panel con escala/color compartidos

📦 Instalación

Requiere Python ≥ 3.11.

# Desde el repositorio (disponible ya):
pip install "git+https://github.com/kegouro/spmkit#egg=spmkit[gui]"

# Desde PyPI (una vez publicado):
pip install spmkit              # núcleo + CLI
pip install "spmkit[gui]"       # + interfaz gráfica
pip install "spmkit[all]"       # todo (gui, gwy, hdf5, granos, figuras, reportes)

Verifica la instalación:

spmkit --version
spmkit gui          # abre la interfaz gráfica

Extras disponibles

Extra	Añade
gui	Interfaz gráfica (PyQt6 + pyqtgraph)
viz	Figuras de publicación (matplotlib, colormaps, scale bar)
gwy	Interop Gwyddion .gwy
hdf5	Lectura/exportación HDF5
grains	Detección de granos (scipy)
report	Reportes HTML/PDF
nanosurf	Lector .nhf validado (NSFopen)

Funciona con pip o uv. Build backend: hatchling.

🚀 Uso rápido

CLI

spmkit info     scan.nid                     # metadatos y canales
spmkit roughness scan.nid -c Z-Axis          # rugosidad (ISO 25178)
spmkit nanomech spec.nid --tip-radius 10e-9  # ajuste Hertz → módulo de Young
spmkit grains   scan.nid                     # detección de granos
spmkit figure   scan.nid -o fig.svg          # figura de publicación
spmkit convert  scan.nid scan.gwy            # → Gwyddion
spmkit gui                                   # interfaz gráfica

Como librería

from spmkit import load
from spmkit.core.analysis import leveling, roughness, kpfm

data  = load("scan.nid")
flat  = leveling.plane_fit(data["Z-Axis"])   # corrige inclinación
stats = roughness.statistics(flat)            # Sa, Sq, Sz, Ssk, Sku
cpd   = kpfm.statistics(data["CPD"], tip_work_function=5.0)

🔬 Validación científica

La lectura del .nid se verificó contra el .gwy exportado por Gwyddion para la misma medida: conversión a unidades físicas exacta a precisión de máquina (correlación 1.000000) y orientación de imagen consistente con Gwyddion/NanoSurf. Detalles en docs/VALIDATION.md.

🖼️ Figuras de publicación

Colormaps perceptualmente uniformes (incluido el dorado estilo NanoSurf), barra de escala física, textos arrastrables y rango de color editable.

🏗️ Arquitectura

Separación estricta en tres capas. CLI y GUI solo usan la API pública del core; nunca tocan parsers ni implementan análisis.

┌───────────────┐   ┌───────────────┐
│     cli/      │   │     gui/      │   ← presentación (typer / PyQt6)
└───────┬───────┘   └───────┬───────┘
        └───────────┬───────┘   importan funciones del core
                    ▼
        ┌───────────────────────┐
        │         core/         │   ← puro Python, sin UI
        │ io · analysis · viz   │
        └───────────────────────┘
                    ▲
   .nid / .nhf / .gwy ┘

Más en docs/ARCHITECTURE.md.

🧰 Formatos soportados

Formato	Extensión	Estado
NanoSurf clásico	.nid	✅ Lectura validada
NanoSurf HDF5	.nhf	🧪 Experimental
Gwyddion	.gwy	✅ Lectura y escritura
Exportación	.csv .json .h5 .png .svg .pdf	✅

🧪 Tests y calidad

• 106 tests con pytest (cobertura ~73%), incluyendo una suite de validación científica (tests/validation/) que compara la lectura del .nid contra exports reales de Gwyddion.
• Tipado estático con mypy, lint con ruff, formato con black.
• CI en GitHub Actions corre lint + tests en Python 3.11 y 3.12 en cada push.

pytest                    # tests + cobertura
ruff check src tests      # lint
black --check src tests   # formato
mypy src                  # tipos

🤝 Contribuir

¡Bienvenidas las contribuciones! Lee CONTRIBUTING.md. El análisis vive en core/; la CLI/GUI solo orquestan. Todo pasa por ruff, black, mypy y pytest.

📖 Citación

Si usas spmkit en tu investigación, cítalo según CITATION.cff.

📄 Licencia

MIT © 2026 SPM Lab UTFSM — Prof. Tomás Corrales, José Labarca.