Pole widzenia kamer mikroskopowych

Dobierając kamerę do mikroskopu, patrząc na jej różne parametry, jak rozdzielczość, szybkość itp., zdarza się, że umyka nam pewien fakt, jakim jest pole jej widzenia. Jest to o tyle ważny parametr, że ma on bezpośrednie przełożenie na to, ile w danym momencie z obrazu widzianego w okularach jest w stanie zarejestrować sensor, a nawet jakie jest rzeczywiste powiększenie uzyskanych cyfrowo obrazów. W ofercie firmy Delta Optical znajdują się dwie serie kamer – Basic i Pro.


Pomijając różnice m.in. w prędkościach pracy, funkcjonalności itp. podstawową różnicą jest ich konstrukcja. Kamery z serii Basic, reprezentowana na chwilę obecną przez jeden model, to podstawowe kamery przeznaczone dla początkowych etapów edukacji. Kamery pozbawione są dodatkowych elementów optycznych. Obraz spod mikroskopu trafia więc bezpośrednio na sensor. Ich pole widzenia jest bardzo małe.

Kamery z serii Pro posiadają dwie możliwości montażu – za pomocą gwintu C-mount (uniwersalnego, stosowanego w bardzo wielu modelach zaawansowanych mikroskopów) lub przez specjalny adapter optyczny. Pierwsze rozwiązanie pozwala na wyeliminowanie dodatkowych elementów optycznych pomiędzy preparatem, a sensorem kamery. Każda soczewka może wprowadzać różnego rodzaju zniekształcenia, a więc pewną stratę jakości obrazu. Adapter optyczny działa jak obiektyw szerokokątny w klasycznej fotografii. Specjalny układ soczewek skupia obraz o znacznie większym kącie niż robiłaby to sama matryca, dzięki czemu pole widzenia kamery znacząco wzrasta.

Kamery z serii Basic (z lewej) i Pro (z prawej). Te drugie posiadają mocowanie C-mount i dodatkowy adapter optyczny w zestawie.

Jak wygląda to na bezpośrednich przykładach? Zobaczmy na zdjęciach poniżej. Do porównań wykorzystano mikroskop Delta Optical Evolution 300 LED oraz kamery DLT-Cam Basic 2MP, DLT-Cam Pro 5MP USB 3.0 i DLT-Cam Pro 6,3MP USB 3.0 oraz aparaty Canon 550D z sensorem APS-C i Nikon D800 z sensorem pełnoklatkowym, oba na adapterach mikroskopowych. Porównania robiono przy powiększeniu 100x (obiektyw 10x). W poniższej tabeli zestawiono kilka podstawowych parametrów, które najbardziej będą nas interesować w porównaniu:

Aparat/kamera DLT-Cam Basic 2MP DLT-Cam Pro 5MP DLT-Cam Pro 6,3MP Canon 550D Nikon D800
Wielkość sensora 4,73 x3,52 mm 5,7 x 4,28 mm 7,37 x 4,92 mm 22,3 x 14,9 mm 35,9 x 24 mm
Przekątna 1/3,2” (~5,9 mm) 1/2,5” (~7,1 mm) 1/1,8” (~8,9 mm) ~27 mm ~43,2 mm
Wielkość piksela 2,8 x 2,8 µm 2,2 x 2,2 µm 2,4 x 2,4 µm 4,29 x 4,29 µm 4,88 x 4,88 µm
Maksymalna Rozdzielczość 1600 x 1200 pix 2560 x 1922 pix 3072 x 2048 pix 5184 x 3456 pix 7360 x 4912 pix

Jak widać, kamera Basic charakteryzuje się najmniejszym sensorem. Kamera 6,3MP posiada sensor większy o niemal 40%, jednak żadna z kamer nie może się równać sensorowi cyfrowej lustrzanki, zwłaszcza „pełnoklatkowej” z matrycą (36 x 24 mm).

Porównanie fizycznych rozmiarów sensorów w aparatach i kamerach. Źródło: Wikimedia

Podane wielkości fizyczne przekładają się bezpośrednio na pole widzenia kamery. Patrząc w okulary mikroskopu DO Evolution 300, przy powiększeniu 100x, obserwowane pole widzenia wynosi 2,2 mm. Musimy jednak pamiętać, że jest to średnica okręgu. Rejestrując obraz kamerą, wycinamy z niego prostokąt. W przypadku kamery Basic, pole widzenia wynosi 0,43 mm. Dla kamery DLT-Cam Pro 5MP z adapterem optycznym 0,5x jest to już 0,96 mm, a więc ponad dwukrotnie więcej. Kamera DLT-Cam Pro 6MP z adapterem 0,5x daje pole widzenia rzędu 1,27 mm. Jednak gdy zamocujemy tę kamerę bezpośrednio przez mocowanie C-mount, pole widzenia spada do 0,67 mm. Aparat Canon 550D daje pole widzenia „zaledwie” 0,88 mm, jednak należy pamiętać, że zamocowano go przez adapter mikroskopowy NDPL o powiększeniu 2x (pozwala uniknąć efektu winiety przy podłączaniu aparatów z pełnoklatkowymi sensorami). Z odpowiednio dobranym adapterem o mniejszej krotności, ten Canon mógłby dać pole widzenia zbliżone do 1,5 mm. Największe pole widzenia, rzędu 1,4 mm, oferuje Nikon D800. Zastosowanie adaptera mniejszego niż 2x może dać jeszcze lepszy wynik, ale z dużym ryzykiem winiety.

Kamera DLT-Cam Basic 2MP na mikroskopie DO Evolution 300, powiększenie 100x
Kamera DLT-Cam Pro 5MP z adapterem 0,5x, na mikroskopie DO Evolution 300, powiększenie 100x
Kamera DLT-Cam Pro 6,3MP z adapterem 0,5x, na mikroskopie DO Evolution 300, powiększenie 100x
Kamera DLT-Cam Pro 6,3MP na mikroskopie DO Evolution 300 mocowana przez C-mount, powiększenie 100x
Aparat Canon 550D (sensor APS-C) mocowany przez adapter NDPL (2x) na mikroskopie DO Evolution 300, powiększenie 100x
Aparat Nikon D800 (sensor „Full Frame”) mocowany przez adapter NDPL (2x) na mikroskopie DO Evolution 300, powiększenie 100x

I tu rodzi się pytanie. To jakie rzeczywiste powiększenie uzyskujemy z kamerą, bo porównując obraz z kamery i w okularach są one różne? Jeśli wyświetlimy obraz na dużym ekranie, jest ono jeszcze inne. W zasadzie można odpowiedzieć na to pytanie w ten sposób. Powiększenie podajemy takie, jak dla zastosowanego obiektywu. Aby oglądający zdjęcie mieli możliwość ocenienia wielkości obiektu, powinno się albo podawać szerokość zdjęcia w określonych jednostkach (mm, µm itp.) albo nanieść na nie podziałkę referencyjną (np. po uprzednim skalibrowaniu kamery). To drugie rozwiązanie jest wykorzystywane najczęściej.

Zdjęcie spod mikroskopu z naniesioną podziałką referencyjną.

Osobnym zagadnieniem są inne kwestie, związane z rozmiarami sensorów i wchodzących w ich skład pojedynczych elementów światłoczułych – senseli (pikseli). Im większe fizycznie matryce i ich piksele, tym więcej światła zbierają i tym sensory są czulsze. Pozwalają na pracę w gorszych warunkach oświetleniowych dając wyrazistszy, mniej zaszumiony obraz. Mają też przeważnie lepszą dynamikę tonalną, rejestrując więcej szczegółów w światłach i cieniach. Ale to już temat na odrębny artykuł.

Porównując wielkości rejestrowanego pola widzenia warto pamiętać, że wartości mogą się różnić w zależności od wielu czynników (np. model mikroskopu, model kamery, długość stosowanego tubusu, model adaptera optycznego itp.), należy więc traktować je jako wartości orientacyjne.

Zapraszamy również na coroczne edycje naszych warsztatów mikroskopowych, na których można poznać tajniki pracy z kamerami mikroskopowymi i aparatami podłączanymi do mikroskopów.

Dodaj komentarz

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