Jak wybrać profesjonalną kamerę mikroskopową? Cz.1

W prowadzanych pracach badawczych i technicznych coraz częściej pojawia się potrzeba dokumentacji przeprowadzanych obserwacji. W związku z tym, przy zakupie mikroskopu coraz częściej rozważa się zakup kamery, dzięki której będzie możliwe wykonanie zdjęć lub nagranie filmu spod mikroskopu. W doborze odpowiedniej kamery najbardziej istotnym jest, aby wziąć pod uwagę warunki przeprowadzanej obserwacji.

Jak dobrać kamerę do odpowiednich zastosowań?

Kamerę dobieramy do mikroskopu oraz pod konkretne techniki obserwacji. Innymi słowy, należy zastanowić się, co takiego chcemy oglądać pod mikroskopem. Badacz dokumentujący preparat biologiczny będzie potrzebował innego urządzenia niż elektronik szukający uszkodzeń w układach elektronicznych. Jakie pytania należy sobie zatem zadać przed zakupem kamery?

1. Co chcę oglądać pod mikroskopem?

Jeżeli obiekt, który zamierzamy obserwować, jest ruchomy (np. żywy owad), warto rozpatrzyć kamerę z „szybkim” interfejsem i wysoką czułością. Podgląd z kamery o niskiej czułości i podstawowym interfejsie USB 2.0. może smużyć, jeżeli obiekt będzie się poruszał szybko, ponieważ kamera będzie pracowała zbyt wolno.

2. Jakiego mikroskopu używam do obserwacji? W jakich technikach będę dokonywać obserwacji?

Innego urządzenia będziemy potrzebować do robienia zdjęć preparatu w jasnym polu, a innego do robienia zdjęć w warunkach z małą ilością światła, np. w obserwacjach w świetle odbitym czy we fluorescencji. Tutaj znów istotną rolę odgrywa czułość kamery. Do obserwacji preparatów biologicznych w jasnym polu odpowiednim rozwiązaniem będą sensory Aptina. Taki sensor znajdziemy np. w kamerze DLT-Cam Pro 5MP:

https://deltaoptical.pl/kamera-mikroskopowa-dlt-cam-pro-5mp-usb-2-0?from=listing&q=5mp+usb+2.0

Inne techniki obserwacji niż jasne pole (np. fluorescencja, kontrast fazowy) wymagają wyższej czułości kamery, ponieważ na sensor pada znacznie mniej światła. Tutaj odpowiednim rozwiązaniem będą kamery z czułymi sensorami Sony Exmor, np. Kamera DLT-Cam Pro 6,3MP:

https://deltaoptical.pl/kamera-mikroskopowa-dlt-cam-pro-6-3mp-usb-3-0?from=listing&q=6%2C3mp+usb+3.0

Oprócz czułości istotna jest także rozdzielczość. Przykładowo, we fluorescencji będziemy potrzebowali znacznie wyższej rozdzielczości niż przy obserwacjach w jasnym polu. Duże rozdzielczości to dobre rozwiązanie również dla obserwacji stereoskopowych.

3. Do czego ma mi służyć wykonana dokumentacja?

Należy zastanowić się nad dalszym losem wykonanych zdjęć i filmów – czy zamierzamy przechowywać je w pamięci komputera, czy będą wyświetlane na dużym ekranie? Czy zdjęcia będą szły do druku? Jeżeli naszym głównym celem jest nagrywanie ruchomych obiektów, kamera powinna mieć wysoki parametr FPS (ilość klatek na sekundę), aby uniknąć zacinania się filmu i efektu smużenia.

Interfejs a szybkość pracy kamery

Na rynku dostępne są różne modele kamer mikroskopowych:

– kamery do podłączenia przez port USB – USB 2.0 lub szybsze USB3.0 (w skrócie kamery USB)

– kamery do podłączenia bezpośrednio do monitora (lub rzutnika) przez kabel HDMI (w skrócie kamery HDMI)

Poniżej przedstawione zostało porównanie szybkości pracy (FPS – klatka na sekundę) dla tych samych rozdzielczości dwóch kamer DLT Cam Pro 3MP – jedna z interfejsem USB 2.0, druga z interfejsem USB 3.0:

Szybkość pracy w podglądzie 3 MP

Szybkość pracy w podglądzie 0,7 MP

Kamera DLT Cam Pro 3MP USB 2.0.

12 FPS

32 FPS

Kamera DLT Cam Pro 3MP USB 3.0.

27,3 FPS

53,3 FPS

Jak widać z tabeli, kamera z USB 3.0 pracuje ponad dwa razy szybciej przy maksymalnej rozdzielczości względem kamery z USB 2.0.

Istnieją jeszcze inne interfejsy, z którymi można połączyć się z kamerą. Zdecydowanie najszybszym połączeniem jest HDMI. W ten sposób łączymy się nie do komputera, lecz bezpośrednio do monitora – takie rozwiązanie umożliwia najszybszą pracę względem kamer z innymi interfejsami.

Alternatywnym połączeniem jest połączenie WiFi. Jest ono nieco wolniejsze względem połączenia USB, natomiast jest to wygodne rozwiązanie ze względu na brak konieczności podłączania przewodu z kamery do komputera.

Poniżej przedstawione zostało porównanie kamer DLT Cam Pro 1080 HDMI WiFi Autofocus oraz DLT Cam Pro 1080 HDMI USB – rozdzielczość wynosi 1920×1080 pix (FullHD).

HDMI

WiFi

USB

Kamera mikroskopowa DLT-Cam PRO 1080 HDMI WiFi AutoFocus

60 FPS

25 FPS

Kamera mikroskopowa Delta Optical DLT-Cam PRO 1080 HDMI USB

60 FPS

30 FPS

Jak widać w tabeli powyżej, wśród szybkości zdecydowanie wygrywa kamera HDMI przy podłączeniu do monitora. Jest to znakomite rozwiązanie do zastosować technicznych, przykładowo przy przeprowadzaniu prac nad elektroniką czy obserwacji procesu produkcyjnego, gdzie konieczna jest możliwie najszybszy przesył obrazu z kamery na ekran.’

Parametry sensora kamery

1. Wielkość sensora a pole widzenia

Należy pamiętać, że w kamerze nie uzyskamy całego pola widzenia widzianego w okularach. Sensor zawsze wycina fragment z obrazu w związku z czym widzimy tylko fragment całego obrazu. Za wielkość tego fragmentu odpowiada wielkość sensora. Najczęściej podawanym parametrem opisującym wielkość sensora jest jego przekątna w calach. Im większa przekątna, tym więcej pola widzenia zobaczymy w obrazie z kamery.

Dokładny opis i porównanie kamer z różnymi wielkościami sensorów znajduje się w osobnym artykule: http://blog.mikroskopia.com/pole-widzenia-kamer-mikroskopowych/

2. Typ sensora

Na rynku jest wiele typów sensora. W ofercie Delta Optical najpopularniejszymi są sensory Aptiny oraz Sony Exmor. Sensory Aptina są dobrym, budżetowym rozwiązaniem dla prostych obserwacji w jasnym polu, szczególnie przy mikroskopach biologicznych. Jeżeli natomiast zamierzamy pracować w warunkach z małą ilością światła (obserwacje stereoskopowe, ciemne pole, fluorescencja), lepiej zaopatrzyć się w kamerę z sensorem Sony Exmor – charakteryzują się one dużo większą czułością względem sensorów Aptina. Dzięki dużej czułości kamera nie będzie potrzebowała długich czasów naświetlania, zatem będzie pracować szybciej niż kamery z sensorem Aptina – to cenna uwaga dla osób nagrywających filmy.

3. Wielkość piksela – balans między rozdzielczością a czułością

Wielkość piksela determinuje rozdzielczość otrzymywanego obrazu. Im mniejszy jest pojedynczy sensor w matrycy, i im więcej jest pikseli w matrycy, tym wyższą rozdzielczość obrazu otrzymujemy. Idąc tym tokiem myślenia łatwo domyślić się, że najwyższą rozdzielczość będą miały sensory o najmniejszym pikselu i jednocześnie jak największej matrycy.

Z drugiej strony im większy rozmiar piksela, tym pojedynczy piksel ma większą powierzchnię, a co za tym idzie – może zebrać więcej światła. Zatem kamery o większych rozmiarach piksela będą miały większą czułość.

Dla zobrazowania powyższego toku rozumowania porównajmy dwie kamery o tym samym typie sensora (Sony Exmor) o różnych wielkościach sensora i różnych wielkościach piksela:

Nazwa kamery Maksymalna rozdzielczość [pix] Przekątna sensora [cal] Wielkość piksela [um] Czułość [mV]
Kamera DLT-Cam PRO 12MP USB 3.0 4000 x 3000 1/1,7 1,85 280
Kamera DLT-Cam PRO 20MP USB 3.0 5440 x 3648 1 2,4 462

Jak widzimy, kamera o większej rozdzielczości (20 MP) ma większy rozmiar piksela (2,4×2,4 mikrometra) od kamery 12 MP (1,85×1,85 mikrometra) – decydującym o wysokiej rozdzielczości parametrem jest tu bardzo duża matryca o przekątnej aż1 cala. Dzięki tak dużemu sensorowi kamera osiąga wyższą rozdzielczość nawet z większym rozmiarem pojedynczego piksela. Ponadto, dzięki większemu rozmiarowi piksela kamera 20 MP ma znacznie wyższą czułość od kamery 12 MP.

 

4. Rozdzielczość

Rozdzielczość jest parametrem, na który najczęściej zwracają uwagę użytkownicy wszelkich kamer. Jest to jeden z głównych parametrów opisujących jakość kamery. Podobnie jak poprzednio, rozdzielczość kamery dobieramy pod obserwowany obiekt oraz pod zastosowania przygotowanej dokumentacji.

Zacznijmy od rozważenia obserwowanych obiektów. Przy używaniu małych powiększeń warto użyć wyższych rozdzielczości (od 5MP) aby w dużym polu widzenia zarejestrować jak najwięcej szczegółów. Dobrym przykładem jest obserwacja owadów na mikroskopie stereoskopowym: oglądając duży obszar obiektu chcemy dostrzec w nim najdrobniejsze struktury. Wysokie rozdzielczości są też potrzebne przy alternatywnych technikach obserwacji. Dobrym przykładem jest fluorescencja. Pod fluorescencją obserwujemy zazwyczaj drobne struktury, które w obrazie widzimy wąskim zakresie kolorów. Ze względu na ten fakt warto zaopatrzyć się w kamerę o rozdzielczości przynajmniej 12MP.

Zastanówmy się teraz nad zastosowaniem przygotowanych już zdjęć i filmów. Jeżeli zamierzamy pokazywać zdjęcia i filmy na dużym ekranie (np. tablica interaktywna), to rozdzielczość kamery powinna wynosić przynajmniej 5MP. Natomiast jeżeli zdjęcia mają iść do druku, to rozdzielczość przynajmniej 10MP pozwoli uniknąć tzw. „pikselozy” na wydrukowanym zdjęciu wielkości kartki A4. Z kolei do wykonywania zdjęć w jasnym polu do wyświetlenia ich na ekranie komputera wystarczy kamera o rozdzielczości 2MP – jest to dobre rozwiązanie zwłaszcza dla dużych powiększeń (od 400x), gdzie otrzymany niewielki obraz z mikroskopu rzutujemy na niedużą matrycę.

Podsumowując, kamerę mikroskopową dobieramy do posiadanego mikroskopu, używanej techniki obserwacji, obserwowanych obiektów. Warto także rozpatrzyć dalsze zastosowania wykonanej dokumentacji. W przypadku dalszej wątpliwości zachęcamy do składania pytań pod adresem mikroskopy@deltaoptical.pl

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *