Цифровий мікроскоп — мікроскоп, у якому зображення отримують за допомогою вбудованої електронної відеокамери (на основі ПЗЗ або КМОН-сенсора). Може мати власне вбудоване світлодіодне джерело світла. В таких мікроскопах, як правило, не передбачені окуляр для спостереження за об'єктами людським оком. Саме ж зображення виводиться на екран. Залежно від типу виведення зображення розрізняють USB-мікроскопи і ТБ-мікроскопи.

Цифрові мікроскопи варіюються від, як правило, недорогих до сучасних промислових цифрових мікроскопів вартістю десятки тисяч доларів. Недорогі комерційні мікроскопи зазвичай не мають оптики для підсвічування (наприклад, та підсвічування) і більше схожі на веб-камери з макрооб'єктивом. Оптичний мікроскоп також може бути оснащений цифровою камерою.

Історія Ранній цифровий мікроскоп виготовила 1986 році в Токіо (Японія) компанія, відома нині як . Він включав блок керування та об'єктив, підключений до комп'ютера. Спочатку підключення до комп'ютера було аналоговим через роз'єм S-Video. З часом це з'єднання змінено на FireWire 800 для обробки великої кількості цифрової інформації, що надходила з цифрової камери. Близько 2005 року вони представили вдосконалені універсальні пристрої, які не потребували комп'ютера, але мали вбудований монітор і комп'ютер. Наприкінці 2015 року вони випустили систему, в якій комп'ютер знову був окремим і приєднувався через USB 3.0, використовуючи швидкість і довговічність USB-з'єднання. Ця система також була значно компактнішою, ніж попередні моделі, завдяки зменшенню кількості кабелів і фізичного розміру самого пристрою.

Винайдення USB-порту привело до появи безлічі різної якості та збільшення. Їхня ціна знижується, особливо порівняно з традиційними оптичними мікроскопами. Вони пропонують зображення високої роздільності, які зазвичай записуються безпосередньо на комп'ютер, а також використовують живлення комп'ютера для вбудованого світлодіодного джерела світла. Роздільність безпосередньо пов'язана з кількістю пікселів, доступних у конкретній моделі: 1,3 МП, 2 МП, 5 МП і вище.

Стереомікроскопи та цифрові мікроскопи Основна відмінність між та цифровим мікроскопом полягає у збільшенні. У стереомікроскопі збільшення визначається множенням збільшення окуляра на збільшення об'єктива. Оскільки цифровий мікроскоп не має окуляра, збільшення неможливо знайти за допомогою цього методу. Натомість збільшення для цифрового мікроскопа спочатку визначалося тим, у скільки разів більший зразок відтворено на 15-дюймовому моніторі. Хоча розміри моніторів змінилися, фізичний розмір використовуваного чіпа камери не змінився. Як результат, величина збільшення та поле зору залишаються такими ж, як і в початковому визначенні, незалежно від розміру використовуваного монітора. Середня різниця у збільшенні між оптичним мікроскопом та цифровим мікроскопом становить близько 40 %. Тобто, збільшення стереомікроскопа зазвичай на 40 % менше, ніж збільшення цифрового мікроскопа.

Оскільки зображення в цифровому мікроскопі проєктується безпосередньо на ПЗС-камеру, можна отримувати записані зображення вищої якості, ніж за допомогою стереомікроскопа. У стереомікроскопі лінзи розроблено з урахуванням оптики ока. Підключення CCD-камери до стереомікроскопа призведе до отримання зображення, якість якого поступається зображенню, видимого в окулярі. Хоча зображення на моніторі та записане зображення, отримані за допомогою цифрового мікроскопа, можуть мати вищу якість, вибір мікроскопа залежить від конкретних умов його використання.

Цифровий окуляр для мікроскопів Програмне забезпечення для цифрових окулярів мікроскопів, що включає широкий асортимент додаткових аксесуарів, забезпечує багатофункціональність, зокрема: спостереження у фазовому контрасті, спостереження у світлому та темному полі, мікрофотографію, обробку зображень, визначення розміру частинок у мікрометрах, складання патологічних висновків та управління даними пацієнтів, мікрофотографію, запис відео руху, малювання та маркування тощо.

Роздільність Типова 2-мегапіксельна ПЗЗ-матриця генерує зображення з роздільністю 1600×1200 пікселів. Роздільність зображення залежить від поля зору об'єктива камери. Приблизну роздільність пікселів можна визначити, поділивши горизонтальне поле зору на 1600.

Підвищити роздільність можна, створивши субпіксельне зображення. У методі зсуву пікселів (Pixel Shift Method) за допомогою приводу фізично переміщують ПЗС-матрицю, щоб зробити кілька перекривних знімків. Об'єднуючи зображення в мікроскопі, можна отримати субпіксельну роздільність. Цей метод забезпечує інформацію на рівні пікселів; усереднення стандартного зображення також є перевіреним методом отримання субпіксельної інформації.

2D-вимірювання Більшість високоякісних цифрових мікроскопів мають можливість вимірювати зразки у 2D. Вимірювання виконуються на екрані через вимірювання відстані від пікселя до пікселя. Це дає змогу вимірювати довжину, ширину, діагональ, діаметр кола та багато іншого. Деякі системи навіть здатні рахувати частинки.

3D-вимірювання 3D-вимірювання здійснюється за допомогою цифрового мікроскопа через накладання зображень. За допомогою крокового двигуна система отримує зображення від найнижчої фокальної площини в полі зору до найвищої фокальної площини. Потім вона реконструює ці зображення в 3D-модель на основі контрасту, щоб отримати кольорове 3D-зображення зразка. За цією 3D-моделлю можна проводити вимірювання, але їхня точність залежить від крокового двигуна та глибини різкості об'єктива.

2D- та 3D-мозаїка 2D- та 3D-мозаїчне зображування, також відоме як зшивання або створення панорами, тепер можна виконувати за допомогою досконаліших систем цифрових мікроскопів. При 2D-мозаїчному зображуванні зображення автоматично безшовно об'єднується в режимі реального часу завдяки переміщенню XY-столу. 3D-мозаїчне зображення поєднує рух XY-столу 2D-мозаїчного зображення з рухом уздовж осі Z для створення 3D-панорами.

USB-мікроскопи

Цифрові мікроскопи варіюються від недорогих моделей вартістю від 20 доларів США, які підключаються до комп'ютера через USB-з'єднувач, до моделей вартістю десятки тисяч доларів. Ці передові цифрові мікроскопні системи зазвичай є автономними та не потребують комп'ютера.

Деякі дешевші мікроскопи, що підключаються через USB, не мають підставки або мають просту підставку із затискачами. По суті, це найпростіші веб-камери з невеликими лінзами та сенсорами, які можна використовувати для перегляду об'єктів, розміщених не дуже близько до лінзи, механічно розташовані для забезпечення фокусування на дуже близьких відстанях. Зазвичай стверджують, що збільшення регулюється від 10× до 200—400×.

Для роботи пристроїв, що підключаються до комп'ютера, потрібне програмне забезпечення. Основними операціями є перегляд зображення з мікроскопа та запис «моментальних знімків». Розширені функції, можливі навіть для простіших пристроїв, включають запис рухомих зображень, покадрове фільмування, вимірювання, покращення зображень, анотування тощо. Багато простіших пристроїв, що підключаються до комп'ютера, використовують стандартні засоби операційної системи та не потребують специфічних драйверів. Наслідком цього є те, що багато пакетів програмного забезпечення для мікроскопів можна використовувати з різними мікроскопами, хоча таке програмне забезпечення може не підтримувати функцій, унікальних для просунутіших пристроїв. Для основних операцій може вистачити програмного забезпечення, що входить до складу операційних систем комп'ютера — у Windows XP зображення з мікроскопів, які не потребують спеціальних драйверів, можна переглядати та записувати в розділі «Сканери та камери» Панелі керування.

Досконаліші цифрові мікроскопи мають стійки, які утримують мікроскоп і дають змогу піднімати та опускати його, подібно до стандартних оптичних мікроскопів. Калібрований рух у всіх трьох вимірах досягається завдяки використанню крокового двигуна та автоматизованого предметного столика. Роздільність, якість зображення та динамічний діапазон залежать від ціни. Системи з меншою кількістю пікселів мають вищу частоту кадрів (від 30 до 100 кадрів/с) та швидшу обробку. Швидшу обробку можна спостерігати за використання таких функцій, як HDR (розширений динамічний діапазон). Окрім мікроскопів загального призначення, виробляють інструменти, спеціалізовані для конкретних застосувань. Вони можуть мати діапазон збільшення до 0–10 000x, і бути як автономними системами (зі вбудованим комп'ютером), так і підключаються до настільного комп'ютера. Також вони відрізняються від дешевших USB-мікроскопів не лише якістю зображення, але й функціями та якістю конструкції системи, що забезпечує довший термін служби.

Див. також

Цифрове зображення Мікроскоп Оптичний мікроскоп

Примітки