Microscopio digitale - Digital microscope
Un microscopio digitale è una variante di un microscopio ottico tradizionale che utilizza l' ottica e una fotocamera digitale per inviare un'immagine a un monitor , a volte tramite un software in esecuzione su un computer . Un microscopio digitale ha spesso una propria sorgente luminosa a LED incorporata e differisce da un microscopio ottico in quanto non è possibile osservare il campione direttamente attraverso un oculare. Poiché l'immagine è focalizzata sul circuito digitale, l'intero sistema è progettato per l'immagine del monitor. L'ottica per l'occhio umano è omessa.
I microscopi digitali vanno dai microscopi digitali USB , solitamente economici, ai microscopi digitali industriali avanzati che costano decine di migliaia di dollari. I microscopi commerciali a basso prezzo normalmente omettono le ottiche per l'illuminazione (ad esempio l' illuminazione Köhler e l' illuminazione a contrasto di fase ) e sono più simili alle webcam con obiettivo macro . Un microscopio ottico può anche essere dotato di una fotocamera digitale.
Storia
Un primo microscopio digitale è stato realizzato da una società di Tokyo , in Giappone , nel 1986, che ora è conosciuta come Hirox Co. LTD . Comprendeva una scatola di controllo e un obiettivo collegato a un computer. La connessione originale al computer era analogica tramite una connessione S-video. Nel tempo tale connessione è stata modificata in Firewire 800 per gestire una grande quantità di informazioni digitali provenienti dalla fotocamera digitale. Intorno al 2005 hanno introdotto unità all-in-one avanzate che non richiedevano un computer, ma avevano il monitor e il computer integrati. Poi alla fine del 2015 hanno rilasciato un sistema che ancora una volta aveva il computer separato, ma collegato al computer tramite USB 3.0, sfruttando la velocità e la longevità della connessione USB. Anche questo sistema risultava molto più compatto rispetto ai modelli precedenti con una riduzione del numero di cavi e delle dimensioni fisiche dell'unità stessa.
L'invenzione della porta USB ha portato a una moltitudine di microscopi USB che variano in termini di qualità e ingrandimento. Continuano a diminuire di prezzo, soprattutto rispetto ai microscopi ottici tradizionali. Offrono immagini ad alta risoluzione che normalmente vengono registrate direttamente su un computer e che utilizzano anche la potenza del computer per la loro sorgente luminosa a LED integrata. La risoluzione è direttamente correlata al numero di megapixel disponibili su un modello specifico, da 1,3 MP, 2 MP, 5 MP e oltre.
Stereo e microscopi digitali
Una differenza fondamentale tra uno stereomicroscopio e un microscopio digitale è l' ingrandimento . Con uno stereomicroscopio, l'ingrandimento viene determinato moltiplicando l'ingrandimento dell'oculare per l'ingrandimento dell'obiettivo. Poiché il microscopio digitale non ha un oculare, l'ingrandimento non può essere trovato utilizzando questo metodo. Invece l'ingrandimento per un microscopio digitale è stato originariamente determinato da quante volte più grande il campione è stato riprodotto su un monitor da 15 pollici. Mentre le dimensioni del monitor sono cambiate, la dimensione fisica del chip della fotocamera utilizzato non è cambiata. Di conseguenza, i numeri di ingrandimento e il campo visivo sono sempre gli stessi della definizione originale, indipendentemente dalle dimensioni del monitor utilizzato. La differenza media di ingrandimento tra un microscopio ottico e un microscopio digitale è di circa il 40%. Pertanto, il numero di ingrandimento di uno stereomicroscopio è solitamente inferiore del 40% rispetto al numero di ingrandimento di un microscopio digitale.
Poiché il microscopio digitale ha l'immagine proiettata direttamente sulla camera CCD, è possibile avere immagini registrate di qualità superiore rispetto a uno stereomicroscopio. Con lo stereomicroscopio, le lenti sono fatte per l'ottica dell'occhio. Collegando una camera CCD a uno stereomicroscopio si otterrà un'immagine con compromessi per l'oculare. Sebbene l'immagine del monitor e l'immagine registrata possano essere di qualità superiore con il microscopio digitale, l'applicazione del microscopio può dettare quale microscopio è preferito.
Oculare digitale per microscopi
Oculare digitale per microscopi Il software contiene un'ampia gamma di accessori opzionali multiuso come osservazione a contrasto di fase, osservazione in campo chiaro e scuro, microfotografia, elaborazione delle immagini, determinazione della dimensione delle particelle in µm, referto patologico e gestione del paziente, microfotografia, registrazione di video sulla mobilità, disegno e etichettatura ecc.
Risoluzione
Con un tipico CCD da 2 megapixel, viene generata un'immagine da 1600×1200 pixel. La risoluzione dell'immagine dipende dal campo visivo dell'obiettivo utilizzato con la fotocamera. La risoluzione approssimativa in pixel può essere determinata dividendo il campo visivo orizzontale (FOV) per 1600.
È possibile ottenere una risoluzione maggiore creando un'immagine sub-pixel. Il metodo Pixel Shift utilizza un attuatore per spostare fisicamente il CCD al fine di acquisire più immagini sovrapposte. Combinando le immagini all'interno del microscopio, è possibile generare una risoluzione sub-pixel. Questo metodo fornisce informazioni sui sub-pixel, anche la media di un'immagine standard è un metodo collaudato per fornire informazioni sui sub-pixel.
Misura 2D
La maggior parte dei sistemi di microscopi digitali di fascia alta ha la capacità di misurare campioni in 2D. Le misurazioni vengono eseguite sullo schermo misurando la distanza da pixel a pixel. Ciò consente misurazioni di lunghezza, larghezza, diagonale e cerchio e molto altro ancora. Alcuni sistemi sono persino in grado di contare le particelle.
Misurazione 3D
La misurazione 3D si ottiene con un microscopio digitale impilando le immagini. Utilizzando un motore passo-passo, il sistema prende le immagini dal piano focale più basso nel campo visivo al piano focale più alto. Quindi ricostruisce queste immagini in un modello 3D basato sul contrasto per fornire un'immagine a colori 3D del campione. Da questi modelli 3D è possibile effettuare misurazioni, ma la loro precisione si basa sul motore passo-passo e sulla profondità di campo dell'obiettivo.
Piastrellatura 2D e 3D
La piastrellatura 2D e 3D, nota anche come cucitura o creazione di una panoramica , ora può essere eseguita con i sistemi di microscopio digitale più avanzati. Nella piastrellatura 2D l'immagine viene automaticamente affiancata senza soluzione di continuità in tempo reale spostando lo stadio XY. La piastrellatura 3D combina il movimento della fase XY della piastrellatura 2D con il movimento dell'asse Z della misurazione 3D per creare una panoramica 3D.
Microscopi USB
I microscopi digitali vanno da unità economiche che costano forse 20 dollari USA, che si collegano a un computer tramite connettore USB, a unità che costano decine di migliaia di dollari. Questi sistemi di microscopi digitali avanzati di solito sono autonomi e non richiedono un computer.
Alcuni dei microscopi più economici che si collegano tramite USB non hanno un supporto o un semplice supporto con giunti a morsetto . Sono essenzialmente webcam molto semplici con obiettivi e sensori piccoli e possono essere utilizzati per visualizzare soggetti che non sono molto vicini all'obiettivo, disposti meccanicamente per consentire la messa a fuoco a distanze molto ravvicinate. In genere si afferma che l'ingrandimento è regolabile dall'utente da 10× a 200-400×.
I dispositivi che si collegano a un computer richiedono un software per funzionare. L'operazione di base include la visualizzazione dell'immagine del microscopio e la registrazione di "istantanee". Funzionalità più avanzate, possibili anche con dispositivi più semplici, includono la registrazione di immagini in movimento, la fotografia time-lapse, la misurazione, il miglioramento dell'immagine, l'annotazione, ecc. Molte delle unità più semplici che si collegano a un computer utilizzano le strutture del sistema operativo standard e non richiedono il dispositivo -driver specifici. Una conseguenza di ciò è che molti diversi pacchetti software per microscopi possono essere utilizzati in modo intercambiabile con diversi microscopi, sebbene tale software potrebbe non supportare funzionalità uniche per i dispositivi più avanzati. Il funzionamento di base può essere possibile con il software incluso come parte dei sistemi operativi del computer: in Windows XP , le immagini dei microscopi che non richiedono driver speciali possono essere visualizzate e registrate da "Scanner e fotocamere" nel Pannello di controllo.
Le unità di microscopio digitale più avanzate hanno supporti che reggono il microscopio e consentono di sollevarlo su e giù, in modo simile ai microscopi ottici standard. Il movimento calibrato in tutte e tre le dimensioni è disponibile attraverso l'uso di un motore passo-passo e di un tavolino automatizzato. La risoluzione, la qualità dell'immagine e la gamma dinamica variano in base al prezzo. I sistemi con un numero inferiore di pixel hanno un frame rate più elevato (da 30 fps a 100 fps) e un'elaborazione più rapida. L'elaborazione più veloce può essere vista quando si utilizzano funzioni come HDR ( high dynamic range ). Oltre ai microscopi generici, vengono prodotti strumenti specializzati per applicazioni specifiche. Queste unità possono avere un intervallo di ingrandimento fino a 0-10.000x, sono sistemi all-in-one (computer integrato) o si collegano a un computer desktop. Si differenziano anche dai microscopi USB più economici non solo per la qualità dell'immagine, ma anche per la capacità e la qualità della costruzione del sistema, che garantisce a questi tipi di sistemi una durata maggiore.
Guarda anche
- Microscopio USB
- Immagine digitale
- Microscopio
- Ampia gamma dinamica
- Microscopio ottico
- Hirox
- Patologia digitale