3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что можно «выжать» из usb-микроскопа

Что можно «выжать» из usb-микроскопа

В этой статье постараюсь добиться максимального качества макроснимка от типичного usb-микроскопа. Такие устройства – не предназначены для получения художественных фотографий. Их задача — позволить быстро и легко рассмотреть мелкие детали предмета. Однако я постараюсь специальными условиями съемки, постобработкой и некоторыми другими способами отчасти нивелировать эти недостатки.

Статья написана «Just for Fun» и по сути является рассказом о пути поиска лучшего результата. Не стоит рассматривать ее как рекомендацию. Если вам нужна хорошая макрофотография — лучше всего воспользоваться для этого специальной аппаратурой.

USB-микроскоп

Все макроснимки в статье сделаны используя USB-микроскоп, предоставленный компанией Даджет (за что им большое спасибо!).

Само по себе устройство микроскопа достаточно типично для устройств этого класса. Web-камера закрепленная на подставке оснащена набором из 8 светодиодов для подсветки снимаемого объекта, и двумя поворотными дисками для регулировки фокуса и степени освещенности.

Микроскоп устанавливается на стол, включается подсветка, и под объектив кладется исследуемый предмет. После чего необходимо навести фокус, и с помощью программы из комплекта поставки — сделать снимок или записать видео. Фотографии сохраняются в формате jpg, а видео в формате avi (без сжатия).

Так как статья об этом устройстве уже публиковалась на geektimes.ru (рекомендую ознакомиться, в статье много классных фотографий и сравнений) то я не буду больше повторяться описывая само устройство и его функционал.

Для целей этой статьи достаточно знания того, что внутри устройство представляет собой web-камеру с дополнительным модулем подсветки и регулировки фокуса. Позволяет в реальном времени просматривать на компьютере изображение с увеличением в 20-200 раз, и имеет разрешение матрицы 1600*1280 пикселей.

Остальные характеристики устройства особого значения не имеют, но я еще скажу о нем несколько слов в конце статьи.

Часть 0. Снимок

Итак, первым делом необходимо получить изображение для обработки. Для этого можно воспользоваться стандартным приложением «MicroCapture» входящим в комплект поставки. Или любым другим, позволяющем захватывать кадры с web-камеры.

В качестве тестового изображения я использовал кусочек ткани, на нем хорошо заметны все типы артефактов.

Все кадры в статье я буду сохранять с разрешением 1600*1280 пикселей, так как это «родное» разрешение камеры. Использовать другое разрешение не имеет смысла, если мы хотим получить максимальное качество фотографий, т.к. алгоритмы интерполяции уничтожат часть информации и затруднят работу с шумами.

Читайте так же:
Почему зависает мышка на компьютере — разбираемся!

Посмотрим полученное изображение в 100% масштабе.

Видно что фотография сильно зашумлена. Начнем.

Часть первая. Динамический шум

Вся фотография, по сути основана на взаимосвязи трех главных параметров: чувствительности матрицы (ISO=100,200,400,… и т.п.), выдержки (задает время которое свет попадает на матрицу) и диафрагмы (размеру «окна» через которую свет падает на матрицу). Эти три числа определяют сколько света попадет на матрицу, и с какой погрешностью этот свет будет «оцифрован».

Шумы возникают из-за недостатка чувствительности матрицы. Можно представить (хоть это не совсем верно), что чувствительность, это просто коэффициент на который умножаются все данные пришедшие с матрицы. Понятно, что чем меньше света пришло на матрицу из за закрытой диафрагмы или короткой выдержки – тем на большее число нужно будет умножить данные с матрицы для того чтобы сохранить приемлемую яркость итоговой картинки, и тем больше будут заметны погрешности работы матрицы – т.е. шум.

Чтобы уменьшить шум – нужно понизить ISO (чувствительность), а для этого – либо больше открыть диафрагму, либо увеличить выдержку.
Но тут мы сталкиваемся и техническим ограничением – у данной web-камеры, как и у большинства других – чувствительность матрицы вообще не изменяется. Диафрагма – нерегулируемая, а выдержка – просто регулирует количество света. И именно ее меняет программа подстраиваясь под уровень освещенности.

Можно усилить внешнюю подсветку – но тогда придется сократить выдержку. Можно уменьшить подсветку – тогда выдержка увеличиться. В любом случае, фактическое количество света на матрице будет равным и соответственно шумы будут всегда одинаковыми (в темноте света недостаточно и сигнал с камеры просто умножается на коэффициент усиления, что приводит к еще большим шумам).

Итак. Мы не можем увеличить выдержку средствами камеры, значит остается делать это в обход нее. К примеру, можно сохранить несколько кадров, а потом склеить их в один, найдя среднее арифметическое для каждого пиксела. А еще лучше записать видео, из сотен кадров… Попробуем:

Изображение стало однозначно лучше, практически исчез «мелкий» шум. Но качество по-прежнему оставляет желать лучшего, остались яркие точки (3 из них выделены на рисунке желтыми полосками).

Дело в том, что шум создается случайными отклонениями от цвета который матрица считает «правильным». Но для дешевых матриц которые ставят в web-камеры – это «правильное» значение может быть ошибкой. Иными словами, математическое ожидание отклонений не стремиться к нулю.

Читайте так же:
Инструкция для ePSXe

Это можно легко увидеть если «склеить» ровную картинку, например, полностью расфокусировав изображение, чтобы не мешали лишние детали.

Один кадр. По клику — оригинал

Среднее из 200 кадров. Яркость увеличена в 2 раза, для наглядности.

Как видим шумы очень значительны. Некоторые пиксели вообще битые, другие образуют полосы и зоны искаженной цветопередачи. Если удаленный шум можно назвать динамическим, то этот – постоянный, или статический. Попробуем снять и его.

Статический шум

Первая мысль – можно использовать полученное выше изображение для коррекции кадра. Просто вычтем из изображения средний цвет и прибавим серый и увеличим контраст в 2 раза. В итоге получим изображение, наложив которое на любой кадр – мы отчасти сократим помехи.

Подобный принцип используется при постобработке в некоторых камерах, но в целом — это плохое решение. Битые пиксели – это отсутствие информации, и что бы мы на них не накладывали – информация ниоткуда не возьмется.
Частично рабочие пиксели – вызывают в лучшем случае сокращение динамического диапазона цветов, а в худшем – полное искажение цвета.

Другое решение – «распределить» влияние каждого пикселя матрицы по нескольким пикселям итогового изображения. Этого можно добиться если смещать снимаемый объект в небольших пределах, а потом «склеить» изображения учитывая смещения. Так чтобы каждая точка объекта представлена была только в одном пикселе совмещенного изображения.

Двигая кусочек ткани руками я получил такое изображение:

Для того чтобы склеить такие кадры – нужно вначале «стабилизировать» изображение, добиться полной неподвижности. Это можно сделать проанализировав движение, например, с помощью OpenCV, но я пошел по более простому пути – выполнив трекинг в сторонней программе.

После трекинга в AE, и «склейки» кадров моей утилитой – получим такой результат.

Заметно что шума нет, но появилось неприятная смазанность, вызванная тем, что при смещении изображение дрожало и размывалось.

Попробуем определить степень размытости изображения, чтобы исключить из склейки смазанные кадры. Для этого я пошел самым простым путем – вычислял сумму разницы между всеми соседними пикселями изображения. Чем более смазано изображение – тем более близки по цвету соседние пиксели, а значит общая сумма модулей разности – даст некую оценку размытости кадра. График размытости по тестовой выборке будет выглядеть так:

Читайте так же:
10 лучших программ для сжатия видео

Хорошо видны зоны где я двигал изображение, и оно размазывалось (график в этих местах на несколько кадров опускается вниз). Отсекая смазанные кадры можно немного улучшить картинку, но значительного изменения не будет, движения слишком резкие. Я хотел еще улучшить результат, поэтому пошел дальше.

Автоматизация

Предпосылкой к дальнейшему явилось то, что у меня случайно оказался шаговый двигатель 28BYJ-48. Пусть лучше он двигает объект перед микроскопом. Для теста вполне достаточно сделать простой вращающийся рабочий стол.

Преимущества в отсутствии смазывания, и возни с дрожаниями, уходящим фокусом и т.п. Конечно удобнее всего закрепить двигатель прямо к микроскопу, для чего пришлось распечатать крепление, состоящее из трех фрагментов:

Но даже в таких условиях трекинг далеко не идеальный. При увеличении становится существенным rolling shutter и перспективные искажения, что приводит к искривлению картинки которые невозможно решить трекингом (пришлось переключиться на трекинг в Mocha, но всех проблем это не решило). Отчасти проблемы можно нивелировать если сравнивать все кадры последовательности с первым, и при наличии существенных отклонений — просто не учитывать этот кадр.

Для типичной последовательности график исключений выглядит так:

Видно, что со временем разброс накапливается, т.к. каждый кадр сравнивается с первым. Также заметны резкие скачки, эти точки соответствуют ошибкам трекинга.

Итогом работы стали изображения:

Огорчает малая глубина резкости, но это тоже поправимо. Пусть с оговорками, но склеить из нескольких изображений с разной точкой фокуса, одно, с большей глубиной резкости вполне возможно.

Результат:

Все изображения кликабельны.

А вот пример работы на обычном объекте (золотой сережке).

«Сырой» кадр.

Обработка.

В эксперименте использовался «Цифроскоп» предоставленный компанией Даджет.

USB-микроскоп для компьютера

Для тех, кто ищет микроскоп для персонального компьютера или ноутбука, настоящей находкой станет компактный и легкий USB-микроскоп. Его еще часто называют электронной лупой – настолько он не похож на своих громоздких собратьев. Но не стоит недооценивать USB-микроскопы, ведь эти «малыши» вполне могут обеспечивать увеличение до 500 крат. Бактерии в них, конечно, не увидишь, но в повседневной работе или научном хобби они точно пригодятся. Кому нужен электронный микроскоп с подключением к компьютеру и как в него наблюдать, мы расскажем в этой статье.

Электронный микроскоп с подключением к компьютеру

микроскоп для компьютера, микроскоп с подключением к компьютеру, электронный микроскоп с подключением к компьютеру, микроскоп для компьютера, микроскоп подключаемый к компьютеру, юсб микроскоп для компьютера

В портативный USB-микроскоп можно наблюдать только при помощи компьютера. У него нет экрана, чтобы выводить увеличенное изображение – для этого нужен монитор. Персональный компьютер, ноутбук – не имеет значения. Главное, чтобы у подключаемого устройства был USB-порт, и на него можно было бы установить программное обеспечение. Монитор станет окуляром, а микроскоп, подключаемый к компьютеру, возьмет на себя функции объектива.

Читайте так же:
Internet Download Accelerator

Мы немного слукавили: USB-микроскопы со встроенными экранами существуют, но они встречаются нечасто, стоят дорого, и их все равно можно подключать к компьютеру. В качестве примера такого микроскопа можно привести цифровой микроскоп Levenhuk DTX 500 Mobi. Он несколько дороже своих собратьев, но прекрасно справляется с измерениями структур размером от 1 до 50 микрометров (0,001–0,05 мм).

Компактный микроскоп с подключением к компьютеру – прекрасный вариант для прикладных работ. С его помощью можно изучать шлифы металлов и минералы, рассматривать мелкий текст и иллюстрации, оценивать ценность ювелирных изделий и предметов искусства. Он поможет записывать видеоролики исследований, делать фотографии интересных образцов, обрабатывать снимки и оценивать линейные размеры мелких структур.

USB-микроскоп для персонального компьютера или ноутбука – это верный помощник ювелира, часового мастера, оценщика, инженера, механика, моделиста. Подойдет он и для домашнего использования. С его помощью ребенок сможет изучить объекты окружающего мира и лучше понять микромир. Взрослым он пригодится в качестве мощной лупы и будет помогать в хобби, требующих внимательности и аккуратности.

Все портативные микроскопы, которые можно подключать к компьютеру, представлены в этом разделе. Если вы не знаете, какой выбрать, обратитесь к консультантам нашего интернет-магазина – они обязательно помогут вам подобрать подходящую модель. Задать вопрос можно по телефону или через форму обратной связи.

Использование материала полностью для общедоступной публикации на носителях информации и любых форматов запрещено. Разрешено упоминание статьи с активной ссылкой на сайт www.4glaza.ru.

Производитель оставляет за собой право вносить любые изменения в стоимость, модельный ряд и технические характеристики или прекращать производство изделия без предварительного уведомления.

Микроскоп Микмед 2.0 (USB-микроскоп)

Микроскоп Микмед 2.0 (USB-микроскоп)

USB микроскоп Микмед 2.0 предназначен для проверки качества и тестирования объектов, при производственном контроле поверхностей в различных областях промышленности таких как машиностроение, электроника, полиграфия, в ювелирной, в текстильной промышленности и медицине. МИКМЕД 2.0 позволяет исследовать плоские и объемные объекты.

Отлично подойдет для использования в школах или для хобби, применяется при научных исследованиях.

Благодаря своим компактным размерам микроскоп очень удобен при работе вне лаборатории.

Читайте так же:
Интерполяция в Excel: особенности, порядок действий и примеры

USB-микроскоп Микмед 2.0 состоит из системы освещения, оптической системы и сенсора CMOS. Имеет широкий диапазон увеличения от 20 до 200 крат. Подключается к компьютеру через USB порт и не требует дополнительного питания. Оснащен хромированным металлическим кронштейном. Конструкция кронштейна позволяет исследовать объекты под любым углом. Программное обеспечение позволяет в любой момент наблюдения сделать фотографию, записать видеоролик и даже измерить габариты исследуемого объекта (с точностью до 0,01 мм). Измерения производятся программно без использования калибровочного слайда. В программу требуется только внести увеличение микроскопа, на котором был сделан снимок.

Изображения отображаются на экране ПК, их можно сохранять и редактировать с помощью программного обеспечения. Благодаря этому МИКМЕД 2.0 найдет широкое применение в школах и ВУЗах, в медицинских учреждениях, на предприятиях, для личного пользования и с целью ознакомления детей с окружающим микромиром.

Размер поля зрения (видимой в микроскоп части исследуемого объекта) зависит от увеличения, которое регулируется путем изменения расстояния от объектива до исследуемого объекта. Наведение на резкость осуществляется с помощью фокусировочного кольца на корпусе. Поле зрения на минимальном рабочем расстоянии 2,3×1,7 мм, на расстоянии 55 мм — 25×20 мм, на расстоянии 150 мм — 52×39 мм, размер поля зрения в промежуточных расстояниях будет отличаться.

Датчик изображения: 2МП (до 5МП с интерполяцией)

Разрешение фотосъемки: 2560х2048 (5МП), 2000х1600, 1600х1280 (2МП), 1280х1024, 1280х960, 1024х768, 800х600, 640х480, 352х288, 320х240, 160х120

Разрешение видеосъемки: 2560х2048 (5МП), 2000х1600, 1600х1280 (2МП), 1280х1024, 1280х960, 1024х768, 800х600, 640х480, 352х288, 320х240, 160х120

Диапазон фокусировки: Ручная фокусировка 10-500 мм

Максимальная частота кадров: Макс. 30 кадров/сек при яркости 600 люкс

Коэффициент увеличения: 20x-200x

Объектив: Линза высокого качества

Формат видео: AVI

Формат фото: JPEG или BMP

Источник света: 8 белых светодиодов с регулировкой яркости

Источник питания: 5 ВDC от порта USB

Операционная система: Windows2000/XP/Vista/Win7/Mac

Язык экранного меню: Английский, Немецкий, Французский, Испанский, Русский, Корейский

Размеры: 110мм(длина) х 33мм(R)

Особенности:
Удобный штатив
Подключение к компьютеру через USB 2.0, аккумулятор не требуется
Плавная регулировка яркости светодиодов
Фото и видео съемка объекта
Работает с Windows2000/XP/Vista/Win7/Mac (измерение объектов работает только с Windows)
Максимальная частота 30 кадров/сек
Фото с этого микроскопа на разном увеличении и разном разрешении:

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector