Полное руководство по подключению камеры к микроскопу

Микроскопия — это очень визуальная деятельность, и возможность делать фотографии или видео вещей, которые вы видите, открывает гораздо больше возможностей. Затем вы можете поделиться своими наблюдениями в интернете, и таким образом вы также можете обратиться к сообществу за помощью в определении того, что вы видите.

С появлением цифровых камер микрофотография стала намного проще. Теперь можно делать неограниченное количество снимков и сразу же просматривать результаты. Это открывает гораздо больше возможностей для оптимизации настроек фотосъемки и освещения. Хороший снимок начинается с хорошо оптимизированного освещения, и об этом говорят не раз. Это менее актуально, если используется простая компактная камера или дорогая зеркальная фотокамера. Кроме того, не обязательно оснащать микроскоп объективами с максимальной коррекцией, такими как план-апохроматы. Хорошее освещение важнее всего для получения качественного изображения, полученного с помощью микроскопа.

Однако получить изображение из микроскопа в камеру не всегда так просто, как можно было бы надеяться. Есть несколько возможностей, и каждая из них имеет свои отличительные преимущества и недостатки. Поэтому вы должны очень четко понимать, за какими конкретными целями вы следуете. Вы хотите делать в первую очередь видео? Или в основном фотографии? Вас интересует просто документирование того, что вы видите, или вас интересует создание высококачественных отпечатков? Сколько снимков вы хотите сделать? В этом случае также важны удобство настройки системы камер и скорость.

Здесь я хочу дать вам обзор различных способов подключения камеры к микроскопу:

• Мобильный телефон
• Камера микроскопа
• цифровая зеркальная камера
• C-образная камера

Мобильный телефон как фотоаппарат

С помощью встроенной камеры мобильного телефона можно делать очень хорошие снимки и видео. Это, безусловно, также самое дешевое решение. Снимки можно делать прямо через окуляры микроскопа и не обязательно иметь микроскоп с фототубусом.

Самый простой способ фотографировать через микроскоп с помощью смартфона — держать камеру смартфона над окуляром, пока поле зрения не станет чётко очерченным кругом. Поначалу это потребует некоторой практики, особенно для того, чтобы удерживать телефон неподвижно. Секрет в том, чтобы придерживать тубус микроскопа средним пальцем левой руки (ближайшим к объективу камеры). Проще фотографировать через окуляр Гюйгенса с низким выходным зрачком, поскольку можно приблизиться к передней линзе окуляра. С окулярами WF смартфон приходится держать на расстоянии нескольких сантиметров от окуляра, что затрудняет удержание одной рукой. Существуют специальные адаптеры для смартфонов, которые крепятся к тубусу микроскопа и фиксируются в них. Таким образом, можно наблюдать за происходящим на экране смартфона, а не через окуляр. Пример адаптер Celestron (Basic Smartphone Adapter, 1,25 дюйма). Поскольку у смартфона небольшой сенсор, разрешение снимка будет не очень высоким, по крайней мере, по сравнению с системной камерой. Качество изображения можно дополнительно улучшить, используя окуляр с большим увеличением, например, 15-кратный вместо обычного 10-кратного. Идея заключается в том, что сенсор захватывает меньшую часть изображения, так что вся его поверхность используется для сбора информации с этой части. Таким образом, все детали будут лучше переданы. Фотографии, сделанные таким образом, можно немного увеличить, прежде чем они станут «зернистыми». Важно понимать, что с увеличением увеличения объектива требуется меньше пикселей. Изображение, снятое с объективом 40/0,65, содержит меньше информации, чем с объективом 10/0,25. Поэтому использование более мощных объективов со смартфоном даст лучшие результаты.

Ограничения смартфона становятся очевидны только при съёмке мелких деталей. Если выбран объектив, с которым сложно различить эти детали, они могут быть плохо или едва различимы на смартфоне. На следующих изображениях показано сравнение системной камеры и камеры Samsung Galaxy A8 при съёмке объектов с высокой детализацией.

Держать мобильный телефон перед окулярами очень неудобно, поэтому на рынке существует множество адаптеров для мобильных телефонов. Однако установка и настройка адаптера может быть немного утомительной. Камера должна быть идеально отцентрована, а также очень точно отрегулировано расстояние от камеры мобильного телефона до окуляра. Это может занять некоторое время. Поэтому я рекомендую вам купить себе также дополнительный окуляр, а затем постоянно подключать адаптер к окуляру. Когда вы хотите сделать снимок, вы просто снимаете окуляр с микроскопа и вставляете предварительно настроенную комбинацию окуляр-адаптер.

Помимо проблем с удобством, есть и другие недостатки. Мобильный телефон обеспечивает очень широкое поле зрения. Это означает, что изображение находится в круге и будет очень похоже на то, как если бы вы смотрели в микроскоп. Здесь есть два недостатка:

• Во-первых, не все пиксели камеры используются. Если вы хотите получить изображение без черной рамки, вам нужно немного отредактировать фотографию, чтобы обрезать ее, или вам нужно увеличить цифровое масштабирование. Это не большая проблема, просто дополнительный шаг ( и, скорее всего, вы все равно будете редактировать изображения перед публикацией, чтобы, например, увеличить контрастность или сделать цветокоррекцию). Но эти вещи также снижают качество изображения.
• Во-вторых, если у вас не установлены объективы хорошего плана, вполне вероятно, что края изображения будут размытыми, а центр четким. Это не проблема при визуальном наблюдении, но может раздражать на фотографиях. Решение состоит в том, чтобы обрезать еще больше изображения.

Этих проблем можно избежать, подключив к микроскопу компактную камеру с трансфокатором. Здесь камера должна быть установлена на штативе и должна быть правильно выровнена. Затем вы можете использовать камеру для масштабирования, и это создаст изображение без черной рамки.

Преимущества:

• Бюджетный
• Не требует фототубуса (мобильный телефон по-прежнему можно подключить к фототубусу)
• Возможны фотографии и HD-видео

Недостатки:

• Заливка кадра изображения (без черной рамки) возможна при цифровом увеличении, что приводит к потере качества изображения.
• Выравнивание всего занимает много времени и требует терпения. Это не очень удобно.

Подключение камеры микроскопа

Очень популярный метод фотосъемки — подключение специальной USB-камеры для микроскопа. Их можно вставить в микроскоп либо вместо окуляра, либо подключить к фототрубке. Эти камеры не могут сохранять изображения и видео, но должны быть подключены к компьютеру. Камера также управляется с компьютера.

Эти камеры очень удобны в использовании и просты в настройке. Все, что вам нужно сделать, это вынуть окуляр и вставить камеру микроскопа (или постоянно держать камеру микроскопа подключенной к фототрубке). Все будет выровнено, и вы готовы к работе. Вам останется только включить компьютер.

Преимущество в том, что вы можете получить живое изображение на экране компьютера, а это более удобно, чем просмотр сравнительно небольшого изображения на мобильном телефоне. Программное обеспечение удобно позволит вам выполнить все настройки (баланс белого, экспозиция и контраст), а также можно указать программному обеспечению автоматически делать фотографии, чтобы сделать видео с интервальной съемкой.

Эти камеры поставляются как с установленной уменьшающей оптикой, так и без нее. Камеры с редукционной оптикой крупнее. Редукционная оптика улавливает изображение внутри трубки микроскопа и изменяет его размер, чтобы наилучшим образом использовать датчик. Камеры без редукционной оптики часто ненамного больше самих окуляров. У них датчик расположен очень далеко вперед, и когда вы вставляете эту камеру в микроскоп, датчик оказывается в нужном месте, где он улавливает изображение, создаваемое объективом микроскопа.

Однако у этих камер есть два недостатка. Во-первых, вам всегда нужно включать компьютер, а у некоторых людей микроскоп не стоит рядом с компьютером. Ноутбук или портативный компьютер дает вам больше гибкости здесь. Однако большим недостатком является сравнительно медленное соединение USB. Невозможно снять плавное видео в разрешении Full HD. Если камера микроскопа имеет USB 3.0, то это даст больше скорости кадров, но в настоящее время стоимость таких камер все еще достаточно высока. Компьютер также должен быть достаточно быстрым, чтобы обеспечить полноскоростную передачу USB 3.0, и многие компьютеры замедляют скорость передачи.

Преимущества:

• Удобство на высоте. Нет необходимости в выравнивании.
• Фототрубка не требуется, но рекомендуется, чтобы окуляры оставались свободными для наблюдения.

Недостатки

• Компьютер должен быть включен, и вам нужно управлять камерой через программное обеспечение.
• USB слишком медленный для видео высокого разрешения с высокой частотой кадров.
• Особенно те камеры без промежуточной оптики будут страдать от низкого поля зрения, если размер сенсора мал. Камеры с оптикой соответствующим образом регулируют поле зрения.

Подключение зеркальной камеры

Цифровая зеркальная камера с одним объективом (DSLR) обеспечивает наилучшие возможные результаты, но также является самым дорогим решением. Цифровые зеркальные камеры имеют высокое разрешение, большой размер сенсора (что дает лучшее соотношение сигнал/шум), позволяют снимать видео в формате 1080p, а иногда даже 4K и не требуют включения компьютера (хотя это тоже возможно). В целом, цифровые зеркальные фотокамеры обеспечивают лучшее из всех миров, но за это приходится платить.

Микроскоп должен иметь тринокулярную насадку (фототубус), так как подключить цифровую зеркальную камеру к окуляру невозможно. Камера слишком тяжелая, и это приведет к чрезмерной нагрузке на микроскоп (или даже к его опрокидыванию из-за веса).

Адаптер DSLR содержит оптику, которая корректирует изображение таким образом, что оно заполняет весь датчик. Адаптер вставляется в фототрубку, где он улавливает изображение, создаваемое объективами микроскопа. Другой конец адаптера позволяет подключить переходное кольцо T2, специально предназначенное для камеры, которую вы хотите подключить. Адаптерные кольца T2 легко доступны для камер Nikon и Canon, но их может быть труднее достать для других брендов или для беззеркальных камер. Здесь нужно сначала проверить.

Если у зеркалки есть откидной экран, то есть возможность следить за изображением и на камере. Некоторые зеркальные фотокамеры также имеют выход HDMI, что позволяет напрямую подключать камеру к монитору без необходимости использования компьютера. Привязную съемку можно выполнить, подключив цифровую зеркальную камеру к компьютеру через USB. Для управления камерой можно использовать компьютер, но фотографии и видео хранятся в самой камере, поэтому проблемы с низкой скоростью передачи нет.

Некоторые более дешевые адаптеры DSLR не поставляются с оптикой. Здесь вы должны быть осторожны. В этом случае для получения четкого изображения, возможно, придется существенно изменить фокус. Это означает, что изображение, которое вы видите через окуляры, и изображение, которое захватывает камера, не находятся в одном фокусе. Если вы не будете осторожны, вы можете повредить объектив и предметное стекло или вам может быть трудно найти правильный фокус. Поэтому я рекомендую только парфокальные адаптеры. Это означает, что и камера, и окуляр имеют один и тот же фокус.

Некоторые (высококачественные) микроскопы позволяют напрямую подключать зеркальную камеру к микроскопу без какой-либо промежуточной оптики, сохраняя при этом парфокальность. Это (на мой взгляд) оптически лучшее решение, потому что нет промежуточной оптики, которая может ухудшить качество изображения. Это (по нескольким причинам) невозможно для более доступных микроскопов. Это должно что-то делать с диаметром фототрубки, которая должна быть достаточно широкой, чтобы освещать большой датчик камеры, а также с расстоянием до камеры.

Преимущества:

• Высокое качество изображения
• Возможно видео HD и 4K (зависит от камеры)
• Общая наилучшая производительность при условии, что система адаптера хороша
• Возможна съемка с помощью пульта дистанционного управления (удобство)

Недостаток:

• Высокая цена
• Громоздкий
• Требуется микроскоп с фототубусом
• Требуется переходник и переходное кольцо T-2

Промышленные камеры с C-образным креплением

Стандарт C-mount позволяет подключать камеру микроскопа непосредственно к фототрубке без какой-либо промежуточной оптики. Камера прикручена к фототрубке. Однако не все фототрубки имеют резьбу для подключения камеры C-mount, поэтому рекомендуется сначала проверить. Фототубус с С-креплением короче фототубуса, что позволяет вставить камеру с промежуточной оптикой. Поэтому длину некоторых фототрубок можно регулировать. В этом случае объектив микроскопа проецирует изображение непосредственно на сенсор камеры.

Многие USB-камеры для микроскопов с промежуточной оптикой также можно использовать в качестве камер с C-образным креплением, сняв оптику. Недавно на рынке появилось больше камер высокого разрешения с C-креплением. Некоторые из них также могут напрямую записывать видео на карту памяти. Учитывая тот факт, что стоимость некоторых из этих камер c-mount ненамного выше, чем USB-камер, и что они не страдают от проблемы медленного USB-соединения, их стоит рассмотреть.

Если вы хотите пойти по этому пути, то я рекомендую вам приобрести камеру с большим сенсором (в идеале почти диаметром с фототубус). В противном случае вы получите узкое поле зрения, где камера захватывает только небольшой прямоугольник в центре. Напротив, камеры с промежуточной оптикой регулируют поле зрения до максимально возможного, не создавая черной рамки.

Преимущества:

• Не требуется промежуточная оптика (лучшее качество изображения)
• Камеры микроскопа USB можно использовать в качестве камер C-mount, когда оптика удалена.
• Некоторые промышленные камеры C-mount позволяют записывать видео на карту памяти (нет проблем с медленным USB-соединением)

Недостатки:

• Не все фототубусы позволяют использовать C-образные камеры.
• Если сенсор камеры маленький, то и поле зрения маленькое

Увеличение промежуточной оптики

Идеальное увеличение промежуточной оптики зависит от размера используемого сенсора. При покупке специальной камеры микроскопа увеличение промежуточной оптики уже должно быть нужного размера. Для специальных камер микроскопа увеличение, например. 0,3x или 0,5x являются общими. Коэффициент увеличения меньше единицы, потому что датчик меньше диаметра фототрубки. Уменьшая увеличение, мы увеличиваем поле зрения и следим за тем, чтобы изображение не выглядело размытым из-за «пустого увеличения».

Адаптеры для зеркальных фотокамер будут иметь увеличение выше 1, например 2,5x. Это связано с тем, что датчик больше диаметра фототрубки.

Адаптеры с увеличением 1 не будут иметь никакой оптики. Здесь мы должны убедиться, что полный датчик все еще освещен. Это относится к камерам с C-креплением и адаптерам для зеркальных фотокамер для высококачественных микроскопов.

Фототрубка да или нет?

Стоит ли переплачивать за микроскоп с фототубусом (тринокулярная головка) или оно того не стоит? Обычно я советую заплатить немного больше, чтобы получить микроскоп с фототубусом. Даже если вы не собираетесь покупать фотоаппарат сразу, может наступить момент, когда вы в этом заинтересуетесь.

Если вы собираетесь купить микроскоп с фототубусом, имейте в виду следующие два момента:

Некоторые тринокулярные головки имеют встроенный рычаг, позволяющий перенаправлять свет от окуляров на фототрубу, а некоторые не позволяют этого сделать. Здесь световой путь постоянно разделен, и это приведет к яркости изображения через окуляры, если вы не используете камеру.

Некоторые тринокулярные головки позволяют подключать камеру (или адаптеры) только с промежуточной оптикой, в то время как другие позволяют снимать верхнюю часть тубуса для прямого подключения камеры микроскопа через С-крепление. Я не говорю, что один метод лучше другого, но наличие обоих вариантов дает вам больше гибкости.

Источники:

https://www.microbehunter.com/the-complete-guide-to-connecting-a-camera-to-a-microscope/

https://microscopyofnature.com/photomicrography

https://www.mikroskopie-forum.de/index.php?topic=12366.msg92230#msg92230