Цифровой микроскоп - Digital microscope
Цифровой микроскоп представляет собой разновидность традиционного оптического микроскопа , который использует оптику и цифровую камеру для вывода изображения на монитор , иногда с помощью программного обеспечения , работающих на компьютере . Цифровой микроскоп часто имеет собственный встроенный светодиодный источник света и отличается от оптического микроскопа тем, что в нем нет возможности наблюдать образец непосредственно через окуляр. Поскольку изображение фокусируется на цифровой схеме, вся система предназначена для изображения на мониторе. Оптика для человеческого глаза отсутствует.
Цифровые микроскопы варьируются от обычно недорогих цифровых USB-микроскопов до современных промышленных цифровых микроскопов, стоимость которых составляет десятки тысяч долларов. В недорогих коммерческих микроскопах обычно отсутствует оптика для освещения (например, освещение Келера и фазово-контрастное освещение), и они больше похожи на веб-камеры с макрообъективом . Оптический микроскоп может быть также оснащен цифровой камерой.
История
Первый цифровой микроскоп был создан в 1986 году компанией из Токио , Япония , которая сейчас известна как Hirox Co. LTD . Он включал в себя блок управления и объектив, подключенный к компьютеру. Первоначально соединение с компьютером было аналоговым через соединение S-video. Со временем это соединение было изменено на Firewire 800 для обработки большого количества цифровой информации, поступающей с цифровой камеры. Примерно в 2005 году они представили передовые многофункциональные устройства, для которых не требовался компьютер, но были встроены монитор и компьютер. Затем, в конце 2015 года, они выпустили систему, в которой компьютер снова был отдельным, но подключенным к компьютеру через USB 3.0, воспользовавшись скоростью и долговечностью USB-соединения. Эта система также была намного более компактной, чем предыдущие модели, за счет уменьшения количества кабелей и физического размера самого устройства.
Изобретение USB- порта привело к появлению множества USB-микроскопов различного качества и увеличения. Они продолжают дешеветь, особенно по сравнению с традиционными оптическими микроскопами. Они предлагают изображения с высоким разрешением, которые обычно записываются непосредственно на компьютер, и которые также используют компьютерную мощность для своего встроенного светодиодного источника света. Разрешение напрямую зависит от количества мегапикселей, доступных на конкретной модели, от 1,3 МП, 2 МП, 5 МП и выше.
Стерео и цифровые микроскопы
Основное различие между стереомикроскопом и цифровым микроскопом - это увеличение . В стереомикроскопе увеличение определяется путем умножения увеличения окуляра на увеличение объектива. Поскольку цифровой микроскоп не имеет окуляра, увеличение с помощью этого метода невозможно. Вместо этого увеличение для цифрового микроскопа первоначально определялось тем, во сколько раз больше образец был воспроизведен на 15-дюймовом мониторе. Хотя размеры мониторов изменились, физический размер используемого чипа камеры не изменился. В результате значения увеличения и поле зрения остаются такими же, как в исходном разрешении, независимо от размера используемого монитора. Средняя разница в увеличении оптического микроскопа и цифрового микроскопа составляет около 40%. Таким образом, коэффициент увеличения стереомикроскопа обычно на 40% меньше, чем коэффициент увеличения цифрового микроскопа.
Поскольку в цифровом микроскопе изображение проецируется непосредственно на камеру CCD, можно получить записанные изображения более высокого качества, чем при использовании стереомикроскопа. Линзы стереомикроскопа созданы для оптики глаза. Присоединение ПЗС-камеры к стереомикроскопу приведет к получению изображения с искажениями для окуляра. Хотя изображение на мониторе и записанное изображение могут быть более высокого качества с цифровым микроскопом, применение микроскопа может определять, какой микроскоп предпочтительнее.
Цифровой окуляр для микроскопов
Цифровой окуляр для микроскопов. Программное обеспечение содержит широкий спектр дополнительных принадлежностей, обеспечивающих универсальность, таких как наблюдение фазового контраста, наблюдение в ярком и темном поле, микрофотография, обработка изображений, определение размера частиц в мкм, патологический отчет и менеджер пациента, микрофотография, запись видео о мобильности, рисование и маркировка и т. д.
разрешение
С помощью типичной 2-мегапиксельной ПЗС-матрицы создается изображение размером 1600 × 1200 пикселей. Разрешение изображения зависит от поля зрения объектива, используемого с камерой. Приблизительное разрешение в пикселях можно определить, разделив горизонтальное поле зрения (FOV) на 1600.
Увеличить разрешение можно за счет создания субпиксельного изображения. Метод сдвига пикселей использует привод для физического перемещения ПЗС-матрицы для получения нескольких перекрывающихся изображений. Комбинируя изображения в микроскопе, можно получить субпиксельное разрешение. Этот метод предоставляет информацию о подпикселях, усреднение стандартного изображения также является проверенным методом для получения информации о подпикселях.
2D измерение
Большинство современных цифровых микроскопов имеют возможность измерять образцы в 2D. Измерения выполняются на экране путем измерения расстояния от пикселя до пикселя. Это позволяет измерять длину, ширину, диагональ и круг, а также многое другое. Некоторые системы даже способны считать частицы.
3D измерение
Трехмерное измерение достигается с помощью цифрового микроскопа путем наложения изображений. Используя шаговый двигатель, система снимает изображения от самой нижней фокальной плоскости в поле зрения до самой высокой фокальной плоскости. Затем он реконструирует эти изображения в трехмерную модель на основе контраста, чтобы получить трехмерное цветное изображение образца. На основе этих трехмерных моделей можно проводить измерения, но их точность зависит от шагового двигателя и глубины резкости объектива.
2D и 3D мозаика
2D- и 3D-мозаику, также известную как сшивание или создание панорам , теперь можно выполнять с помощью более совершенных цифровых микроскопических систем. При двухмерной мозаике изображение автоматически плавно объединяется в реальном времени путем перемещения предметного столика по оси XY. 3D-мозаика сочетает в себе перемещение сцены XY при двухмерной мозаике с перемещением по оси Z при трехмерном измерении для создания трехмерного панорамного изображения.
USB-микроскопы
Цифровые микроскопы варьируются от недорогих устройств стоимостью от 20 долларов США, которые подключаются к компьютеру через разъем USB, до устройств стоимостью в десятки тысяч долларов. Эти современные системы цифровых микроскопов обычно автономны и не требуют компьютера.
Некоторые из более дешевых микроскопов, которые подключаются через USB, не имеют подставки или простой стойки с зажимными соединениями . По сути, это очень простые веб-камеры с небольшими объективами и датчиками, которые могут использоваться для просмотра объектов, находящихся не очень близко к объективу, механически устроенных так, чтобы можно было сфокусироваться на очень близких расстояниях. Обычно утверждается, что увеличение может регулироваться пользователем от 10x до 200-400x.
Для работы устройств, которые подключаются к компьютеру, требуется программное обеспечение. Основная операция включает просмотр изображения с микроскопа и запись «снимков». Более продвинутая функциональность, возможная даже с более простыми устройствами, включает запись движущихся изображений, покадровую фотосъемку, измерение, улучшение изображения, аннотацию и т. Д. Многие из более простых устройств, которые подключаются к компьютеру, используют стандартные средства операционной системы и не требуют устройства. специфические драйверы. Следствием этого является то, что многие различные пакеты программного обеспечения микроскопа могут использоваться взаимозаменяемо с разными микроскопами, хотя такое программное обеспечение может не поддерживать функции, уникальные для более совершенных устройств. Базовые операции могут быть возможны с программным обеспечением, входящим в состав операционных систем компьютера - в Windows XP изображения с микроскопов, для которых не требуются специальные драйверы, можно просматривать и записывать в «Сканерах и камерах» на Панели управления.
У более совершенных цифровых микроскопов есть стойки, которые удерживают микроскоп и позволяют его поднимать и опускать, подобно стандартным оптическим микроскопам. Калиброванное движение во всех трех измерениях доступно за счет использования шагового двигателя и автоматизированного столика. Разрешение, качество изображения и динамический диапазон зависят от цены. Системы с меньшим количеством пикселей имеют более высокую частоту кадров (от 30 до 100 кадров в секунду) и более быструю обработку. Более быструю обработку можно увидеть при использовании таких функций, как HDR ( расширенный динамический диапазон ). Помимо микроскопов общего назначения, производятся специализированные инструменты для конкретных приложений. Эти устройства могут иметь диапазон увеличения от 0 до 10 000 раз, являются либо комплексными системами (встроенными в компьютер), либо подключаются к настольному компьютеру. Они также отличаются от более дешевых USB-микроскопов не только качеством изображения, но и возможностями, а также качеством конструкции системы, что обеспечивает более длительный срок службы таких систем.
Смотрите также
- USB-микроскоп
- Цифровое изображение
- Микроскоп
- Расширенный динамический диапазон
- Оптический микроскоп
- Hirox
- Цифровая патология