Как выбрать микроскоп для ребенка? Часть 2. Делаем из оптики цифру

В статье https://veber.ru/item/how-to-choose-a-microscope-for-a-child/ мы рассказали о подборе оптического микроскопа для юного исследователя микромира. Но как поступить, если недостаточно только наблюдать, а нужно записать изображение или видео, просмотреть его на мониторе или смартфоне, переслать или выложить в сеть? Что делать, если оптический микроскоп уже имеется, юный исследователь к нему привык и получает от него удовольствие и радость?

Для таких целей предназначены специальные устройства, их называют цифровыми окулярами, окулярными камерами или видео окулярами.

Эти устройства устанавливается в тубус оптического микроскопа вместо обычного окуляра.

Задача этих устройств – преобразовать видимое изображение в электронное, которое можно форматировать, записывать и выводить на внешние устройства.

Как это работает?

Также, как и обычная камера цифровой окуляр состоит из светочувствительной матрицы - сенсора, аналого-цифрового преобразователя и устройства вывода – с него данные в нужном формате передаются на внешнее устройство.

Разница с камерой лишь в том, что у цифровых окуляров нет объектива.

Комплект такого окуляра всегда содержит программное обеспечение и не требуют сложных настроек.

Цифровые окуляры могут быть установлены на все типы микроскопов, главное требование - наличие у микроскопа съемного окуляра.

В статье https://veber.ru/item/how-to-choose-a-microscope-for-a-child/ мы показывали оптический микроскоп Микромед Атом 40x-800x.

Это монокулярный микроскоп – у него один окулярный тубус. Поэтому если мы заменим его окуляр на цифровой, наблюдатель сможет увидеть изображение объекта только на внешнем устройстве. А для того, чтобы продолжать проводить наблюдения через оптический окуляр, нужно установить его обратно, вместо цифрового.

Важно, не забыть вынуть из микроскопа линзу Барлоу. Далее, подключиться к компьютеру с ПО TopView и MicromedView и вывести картинку на монитор. Никаких сложностей нет: купили, установили ПО TopView и MicromedView, вставили окуляр и можно начинать.

Какие бывают микроскопы?

Наша статья посвящена теме «Как сделать из оптики цифру», поэтому мы должны рассказать немного о разных типах оптических микроскопов.

Вам уже знаком Микромед Атом 40x-800x. Это монокуляр – у него один тубус с окуляром.

Существуют также микроскопы с двумя окулярными тубусами – это бинокуляры.

С ними можно одновременно наблюдать изображение через окуляр, одновременно записывать файлы и просматривать изображения на внешнем мониторе.

Например, бинокулярный микроскоп биологический Микромед 1.

Особенный тип исследовательских микроскопов - тринокулярные микроскопы, или тринокуляры, как например: https://veber.ru/product/mikroskop-biologicheskiy-mikromed-1-3-20-inf-/.

В этих устройствах имеется независимый 3-й тубус для цифры.

Они позволяют вести наблюдение двумя глазами и одновременно выводить цифровое изображение.

Но! Бинокуляры и тринокуляры часто приближаются к профессиональному классу с соответствующей ценой. В сравнении с монокулярами они сложнее и в настройке, и в использовании, особенно начинающими исследователями. Поэтому в этой статье мы на этом с ними и закончим.

Увеличение микроскопа с цифровым окуляром

Увеличение оптического микроскопа = увеличение окуляра х увеличение объектива.

Каким же будет увеличение микроскопа при использовании цифрового окуляра?

Здесь все даже проще, чем с оптическим микроскопом. Поскольку цифровой окуляр не имеет никакой оптики, то и оптического увеличения у него нет. Поэтому:

Увеличение микроскопа с цифровым окуляром = увеличению объектива.

Но зато существуют оптические устройства – адаптеры, которые могут использоваться совместно с цифровым окуляром.

С их помощью «подгоняется» размер видимого изображения под размер сенсора цифрового окуляра. Это устройство влияет на общее увеличение микроскопа и подбирать его нужно индивидуально. Но для начинающих исследователей это устройство не является предметом первой необходимости, ведь нужный масштаб изображения всегда можно настроить на внешнем устройстве. При необходимости такой адаптер всегда может быть докуплен, но к некоторым цифровым окулярам он идет в комплекте. Например, к Микромед Эврика 1.3 MP.

Какое разрешение должен иметь цифровой окуляр?

Новички микроскопии обычно интересуются «количеством пикселей», и ориентируются на разрешение камер своих смартфонов. Они полагают, что чем больше этих пикселей, тем лучше. 

Но микроскоп и смартфон, это не одно и то же.

Какое же разрешение сенсора реально необходимо для того, чтобы исследователь мог наблюдать все мельчайшие детали объекта?

Напоминаем – «пиксель», это светочувствительный элемент сенсора.

Он улавливает падающий на него свет и преобразует его электрический сигнал. А разрешение сенсора определяется количеством пикселей, размещенных на сенсоре.

Так выглядит сенсор в микроскоп с увеличением 100х.

Но разрешение микроскопа в целом зависит не только от сенсора. Для того чтобы четко увидеть все детали предмета наблюдения, иметь должное качество должна и оптика микроскопа, а это бывает далеко не всегда.

Микроскоп с 3-мя объективами за 5000 рублей никак не будет иметь оптику высокого класса и разрешения. Никто, конечно, не запретит вам приобрести к такому микроскопу 14-ти мегапиксельный окуляр за 45 тысяч, но оправдано ли это? 

В этом случае общее разрешение всей системы будет в разы снижено качеством оптики начального уровня, и вложение денег в такой окуляр будет пустой тратой денег.

Чтобы не отнимать лишнего времени приведем краткие рекомендации из практики, без лишних теорий.

В одной из предыдущих статей мы рассказали о том, что для любителя, в подавляющем большинстве случаев достаточно увеличений от 100х до 400х.

Так вот, для обеспечения максимального разрешения микроскопа при увеличении 100х сенсор должен иметь разрешение 1 825 000 пикселей = 1,8 Мр.

Это с объективом идеального качества, в реальной жизни достаточно и меньших значений.

Так что, о разрешении в десятки мегапикселей в любительской микроскопии нужно прочно забыть.

Что же происходит если используются намного большие увеличения?

В этом случае на сенсор камеры попадает меньше света и поэтому на первом месте оказывается не разрешение, а высокая чувствительность сенсора. В противном случае выросший уровень шума испортит изображение и высокое разрешение принесет только вред.

Высокую чувствительность и минимальный уровень шума лучше всего обеспечивают сенсоры с большими физическими размерами пикселя.

Конечно не будет ничего плохого, если вы приобретете цифровой окуляр с заведомо избыточным разрешением. Но это приобретение будет оправдано, в случае если в устройстве используется пиксельная бинаризация, или биннинг. Это технология объединения соседних пикселей сенсора. Благодаря этой технологии несколько маленьких пикселей превращаются в один большой.

За счет этого он получает больше света, увеличивается его чувствительность, а шумы уменьшаются. В результате получается более детальное и чистое изображение.

Но не надо забывать, что максимально возможное разрешение матрицы, в этом случае уменьшится в соответствующее количество раз. Наиболее распространена бинаризация 4:1, поэтому 12 мегапиксельный сенсор превратится в 3-х мегапиксельный.

Выбор микроскопа для цифры. Советы

1. Приобрести для начинающего исследователя монокуляр с качественной оптикой всегда выгоднее, чем купить посредственный бинокуляр или тринокуляр за не меньшие деньги.
2. Не смотрите в сторону микроскопов с пластиковой оптикой. Такие устройства предназначаются для совсем маленьких исследователей, для которых микроскоп пока только игрушка. Приобретение такого микроскопа только первый шаг, а приобретение более серьезной модели должно быть в планах на будущее. Микромед Атом 40x-640x

3. Окуляр микроскопа обязательно должен вытаскиваться из тубуса. Исключение составляют простейшие модели для самых маленьких.
4. Уточните, какой посадочный диаметр имеет тубус микроскопа – планируемый к приобретению цифровой окуляр должен иметь такой же. Самый распространенный - 23,2 мм.
5. Микроскоп обязательно должен иметь светодиодную подсветку. Простые модели с зеркальцем могут требовать постоянной настройки света, и сильно осложнить жизнь исследователю. Наличие у микроскопа 2-х осветителей даст больше возможностей для исследований.

Выбор цифрового окуляра. Советы

1. Посмотрите на посадочный диаметр окуляра – он должен соответствовать тубусу вашего микроскопа.
2. Размер пикселя имеет значение. Чем больше, тем лучше. Ищите его в описаниях на серьезных ресурсах, например, micromed-spb.ru Например, при прочих равных, 3 микрона лучше, чем 2 микрона.
3. Все устройства для любителей стоимостью 5-7 тысяч руб. будут иметь близкие характеристики. Более дешевые устройства, мы бы рассматривать для покупки не советовали. И если начинаются муки выбора, посмотрите на размер сенсора. Чем больше, тем лучше. Например, 1/2" больше и лучше, чем 1/3". Сравнить можно на рисунке ниже: Слева сенсор 1/3 дюйма, справа сенсор 1/2 дюйма.
   
4. Для бюджетных микроскопов со стеклянной оптикой, таких как Микромед Атом 40x-800x идеально подходят цифровые окуляры с разрешением в районе 2 Мр. Например, ToupCam SCMOS02100KPB или Микромед Эврика 2.0 Mр.
5. Если планируются исследования с большими увеличениями, и при этом вы хотите приобрести цифровой окуляр высокого разрешения, например, 5 Мр или больше. В этом случае рекомендуем обязательно выбирать устройство с пиксельной бинаризаций.
6. Вы всегда можете проконсультироваться с нашими специалистами. Пользы будет больше, а времени вы потратите меньше, чем при поисках помощи в сети.

Очень надеемся на то, что наша статья поможет вам принять правильное решение, и принесет пользу.