Digitales Mikroskop - Digital microscope
Ein digitales Mikroskop ist eine Variation eines herkömmlichen optischen Mikroskops, das eine Optik und eine Digitalkamera verwendet, um ein Bild auf einem Monitor auszugeben , manchmal mithilfe von Software, die auf einem Computer ausgeführt wird . Ein digitales Mikroskop hat oft eine eigene eingebaute LED- Lichtquelle und unterscheidet sich von einem optischen Mikroskop dadurch, dass es nicht vorgesehen ist, die Probe direkt durch ein Okular zu beobachten. Da das Bild auf die digitale Schaltung fokussiert ist, ist das gesamte System auf das Monitorbild ausgelegt. Die Optik für das menschliche Auge entfällt.
Digitalmikroskope reichen von normalerweise kostengünstigen USB-Digitalmikroskopen bis hin zu fortschrittlichen industriellen Digitalmikroskopen, die Zehntausende von Dollar kosten. Die preisgünstigen handelsüblichen Mikroskope verzichten normalerweise auf die Optik zur Beleuchtung (zB Köhler-Beleuchtung und Phasenkontrast- Beleuchtung) und ähneln eher Webcams mit Makro-Objektiv . Ein optisches Mikroskop kann auch mit einer Digitalkamera ausgestattet werden.
Geschichte
Ein frühes digitales Mikroskop wurde 1986 von einer Firma in Tokio , Japan , hergestellt, die heute als Hirox Co. LTD bekannt ist . Es enthielt eine Steuerbox und ein Objektiv, das an einen Computer angeschlossen war. Die ursprüngliche Verbindung zum Computer war analog über eine S-Video-Verbindung. Im Laufe der Zeit wurde diese Verbindung auf Firewire 800 umgestellt, um eine große Menge digitaler Informationen von der Digitalkamera verarbeiten zu können. Um 2005 führten sie fortschrittliche All-in-One-Einheiten ein, die keinen Computer erforderten, aber den Monitor und den Computer eingebaut hatten. Ende 2015 veröffentlichten sie dann ein System, bei dem der Computer wieder getrennt, aber über USB 3.0 mit dem Computer verbunden war, und nutzte die Geschwindigkeit und Langlebigkeit der USB-Verbindung. Dieses System war auch viel kompakter als frühere Modelle, wobei die Anzahl der Kabel und die physische Größe der Einheit selbst reduziert wurden.
Die Erfindung des USB- Ports führte zu einer Vielzahl von USB-Mikroskopen in unterschiedlicher Qualität und Vergrößerung. Der Preis sinkt weiter, insbesondere im Vergleich zu herkömmlichen optischen Mikroskopen. Sie bieten hochauflösende Bilder, die normalerweise direkt auf einem Computer aufgezeichnet werden und die die Computerleistung auch für ihre eingebaute LED-Lichtquelle nutzen. Die Auflösung hängt direkt von der Anzahl der Megapixel ab, die bei einem bestimmten Modell verfügbar sind, von 1,3 MP, 2 MP, 5 MP und aufwärts.
Stereo- und Digitalmikroskope
Ein Hauptunterschied zwischen einem Stereomikroskop und einem Digitalmikroskop ist die Vergrößerung . Bei einem Stereomikroskop wird die Vergrößerung durch Multiplikation der Okularvergrößerung mit der Objektivvergrößerung bestimmt. Da das Digitalmikroskop kein Okular besitzt, kann die Vergrößerung mit dieser Methode nicht ermittelt werden. Stattdessen wurde die Vergrößerung für ein digitales Mikroskop ursprünglich dadurch bestimmt, wie viel größer die Probe auf einem 15-Zoll-Monitor abgebildet wurde. Während sich die Monitorgrößen geändert haben, hat sich die physische Größe des verwendeten Kamerachips nicht geändert. Als Ergebnis sind Vergrößerungszahlen und Sichtfeld immer noch die gleichen wie die ursprüngliche Definition, unabhängig von der Größe des verwendeten Monitors. Der durchschnittliche Vergrößerungsunterschied zwischen einem optischen Mikroskop und einem digitalen Mikroskop beträgt etwa 40%. So ist die Vergrößerungszahl eines Stereomikroskops in der Regel 40 % geringer als die Vergrößerungszahl eines Digitalmikroskops.
Da das Digitalmikroskop das Bild direkt auf die CCD-Kamera projiziert, ist es möglich, Bilder mit höherer Qualität als mit einem Stereomikroskop aufzunehmen. Beim Stereomikroskop sind die Linsen für die Optik des Auges gemacht. Das Anbringen einer CCD-Kamera an einem Stereomikroskop führt zu einem Bild, das Kompromisse für das Okular eingegangen ist. Obwohl das Monitorbild und das aufgezeichnete Bild mit dem Digitalmikroskop von höherer Qualität sein können, kann die Anwendung des Mikroskops bestimmen, welches Mikroskop bevorzugt wird.
Digitales Okular für Mikroskope
Digitales Okular für Mikroskope Software enthält umfangreiches optionales Zubehör und bietet vielseitige Funktionen wie Phasenkontrastbeobachtung, Hell- und Dunkelfeldbeobachtung, Mikrofotografie, Bildverarbeitung, Partikelgrößenbestimmung in µm, Pathologiebericht und Patientenmanager, Mikrofotografie, Aufzeichnung von Mobilitätsvideos, Zeichnen und Beschriftung usw.
Auflösung
Mit einem typischen 2-Megapixel-CCD wird ein 1600×1200 Pixel großes Bild erzeugt. Die Auflösung des Bildes hängt vom Sichtfeld des mit der Kamera verwendeten Objektivs ab. Die ungefähre Pixelauflösung kann bestimmt werden, indem das horizontale Sichtfeld (FOV) durch 1600 geteilt wird.
Eine erhöhte Auflösung kann erreicht werden, indem ein Subpixel-Bild erzeugt wird. Die Pixelverschiebungsmethode verwendet einen Aktuator, um das CCD physisch zu bewegen, um mehrere überlappende Bilder aufzunehmen. Durch Kombinieren der Bilder innerhalb des Mikroskops kann eine Subpixel-Auflösung erzeugt werden. Dieses Verfahren liefert Subpixel-Informationen, die Mittelung eines Standardbildes ist ebenfalls eine bewährte Methode, um Subpixel-Informationen bereitzustellen.
2D-Messung
Die meisten digitalen High-End-Mikroskopsysteme können Proben in 2D messen. Die Messungen werden auf dem Bildschirm durchgeführt, indem der Abstand von Pixel zu Pixel gemessen wird. Dies ermöglicht Längen-, Breiten-, Diagonal- und Kreismessungen sowie vieles mehr. Einige Systeme sind sogar in der Lage, Partikel zu zählen.
3D-Messung
Die 3D-Messung wird mit einem digitalen Mikroskop durch Bildstapelung erreicht. Mit einem Schrittmotor nimmt das System Bilder von der untersten Bildebene im Sichtfeld zur höchsten Bildebene auf. Dann rekonstruiert es diese Bilder in ein 3D-Modell basierend auf dem Kontrast, um ein 3D-Farbbild der Probe zu erhalten. Aus diesen 3D-Modellen können Messungen vorgenommen werden, deren Genauigkeit jedoch vom Schrittmotor und der Schärfentiefe des Objektivs abhängt.
2D- und 3D-Kacheln
2D- und 3D-Kacheln, auch bekannt als Stitching oder Erstellen eines Panoramas , können jetzt mit den fortschrittlicheren digitalen Mikroskopsystemen durchgeführt werden. Beim 2D-Kacheln wird das Bild durch Verschieben des XY-Tisches automatisch in Echtzeit nahtlos zusammengefügt. 3D-Kacheln kombiniert die XY-Tischbewegung der 2D-Kachelung mit der Z-Achsen-Bewegung der 3D-Messung, um ein 3D-Panorama zu erstellen.
USB-Mikroskope
Digitalmikroskope reichen von preiswerten Einheiten ab etwa 20 US-Dollar, die über einen USB-Anschluss an einen Computer angeschlossen werden, bis hin zu Einheiten, die Zehntausende von Dollar kosten. Diese fortschrittlichen digitalen Mikroskopsysteme sind normalerweise in sich abgeschlossen und benötigen keinen Computer.
Einige der günstigeren Mikroskope, die über USB angeschlossen werden, haben kein Stativ oder ein einfaches Stativ mit klemmbaren Gelenken . Sie sind im Wesentlichen sehr einfache Webcams mit kleinen Objektiven und Sensoren – und können verwendet werden, um Motive zu betrachten, die nicht sehr nahe am Objektiv sind – die mechanisch so angeordnet sind, dass sie auf sehr kurze Entfernungen scharfstellen können. Die Vergrößerung soll typischerweise vom Benutzer einstellbar von 10× bis 200-400× sein.
Geräte, die mit einem Computer verbunden sind, benötigen zum Betrieb Software. Die grundlegende Bedienung umfasst das Betrachten des Mikroskopbildes und das Aufnehmen von "Schnappschüssen". Erweiterte Funktionen, die auch mit einfacheren Geräten möglich sind, umfassen das Aufnehmen von bewegten Bildern, Zeitrafferaufnahmen, Messungen, Bildverbesserungen, Anmerkungen usw. Viele der einfacheren Einheiten, die an einen Computer angeschlossen werden, verwenden die Standardfunktionen des Betriebssystems und benötigen kein Gerät -spezifische Treiber. Eine Folge davon ist, dass viele verschiedene Mikroskop-Softwarepakete austauschbar mit verschiedenen Mikroskopen verwendet werden können, obwohl solche Software möglicherweise keine Funktionen unterstützt, die für die fortschrittlicheren Geräte einzigartig sind. Die grundlegende Bedienung ist möglicherweise mit Software möglich, die als Teil des Computerbetriebssystems enthalten ist – unter Windows XP können Bilder von Mikroskopen, die keine speziellen Treiber erfordern, über "Scanner und Kameras" in der Systemsteuerung angezeigt und aufgezeichnet werden.
Die fortschrittlicheren digitalen Mikroskopeinheiten verfügen über Stative, die das Mikroskop halten und es ermöglichen, es auf- und abzubauen, ähnlich wie bei herkömmlichen optischen Mikroskopen. Durch die Verwendung eines Schrittmotors und eines automatisierten Tisches sind kalibrierte Bewegungen in allen drei Dimensionen verfügbar. Die Auflösung, Bildqualität und der Dynamikumfang variieren mit dem Preis. Systeme mit einer geringeren Pixelanzahl haben eine höhere Bildrate (30fps bis 100fps) und eine schnellere Verarbeitung. Die schnellere Verarbeitung zeigt sich bei Verwendung von Funktionen wie HDR ( High Dynamic Range ). Neben Universalmikroskopen werden auch für spezielle Anwendungen spezialisierte Instrumente hergestellt. Diese Einheiten können einen Vergrößerungsbereich von bis zu 0-10.000x haben, sind entweder All-in-One-Systeme (integrierter Computer) oder können an einen Desktop-Computer angeschlossen werden. Außerdem unterscheiden sie sich von den billigeren USB-Mikroskopen nicht nur in der Bildqualität, sondern auch in der Leistungsfähigkeit und der Qualität der Systemkonstruktion, die diesen Systemen eine längere Lebensdauer verleiht.
Siehe auch
- USB-Mikroskop
- Digitales Bild
- Mikroskop
- Hoher Dynamikbereich
- Optisches Mikroskop
- Hirox
- Digitale Pathologie