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Softwaresupport für Systemkameras in der Mikroskopie

Der Funktionsumfang moderner Kameras ist beachtlich – bei Systemkameras mit Wechselobjektiven kommen inzwischen ähnlich wie bei Smartphones viele Automatiken zum Zuge, um die Fülle an Möglichkeiten und Optionen für den Anwender überschaubar zu halten oder überhaupt erst sinnvoll nutzbar zu machen. Bei Mikroskopkameras wird normalerweise per Softwarefernsteuerung gearbeitet: Sie sehen das Livebild der Kamera auf einem großen PC-Bildschirm und haben Kameraeinstellungen sowie ggf. Meßfunktionen zur Verfügung.

 

Canon Powershot G15 adaptiert an einem Stemi 2000-C Stereomikroskop mit Fototubus.

Canon Powershot G15 adaptiert an einem Stemi 2000-C Stereomikroskop mit Fototubus.

Die Fernsteuerungsmöglichkeiten und die Softwarekompatibilität von Systemkameras wird nur selten aktiv vom Hersteller beworben, in der Fotografie haben solche Funktionen lange Zeit nur sehr wenige Anwender überhaupt interessiert.  Vermutlich deshalb gibt es auch noch keinen herstellerübergreifenden Standard dafür.  Im Zeitalter von Smartphones und Kameras mit WLAN ist das Thema Fernsteuerung allerdings aktueller denn je: Die großen Systemkamerahersteller bieten inzwischen alle ein mehr oder weniger umfangreiches App-Sortiment um Systemkameras teilweise oder vollständig per WLAN und Android- oder iPhone/iPad-App oder per Kabel und Windows/MacOs-Anwendung fernzusteuern.

Das ist für uns Grund genug, einen Überblick über die vorhandenen Softwarelösungen verschiedener Hersteller zu geben:

 

Canon:  

EOS-Remote App (iOS/Android)

 

Sony: 

Remote Camera Control (windows/MacOS):

Playmemories (Windows/iOS/Android)

 

Nikon: 

Camera Control Pro 2 (kostenpflichtig)

 

Olympus: 

Olympus Image Share (iOS/Android)

 

GoPro:

GoPro Capture (iOS/Android),

GeoPro Quik (Windows/iOS/Android)

 

Leica:

Leica Image Shuttle / Leica Q, S, SL, TL, (iOS/Android)

 

 

 

Andere Hersteller:

Für Kameras dieser bekannten Marken gibt es auch noch viele weitere Softwarelösungen zur Fernsteuerung, die einzige Anwendung die hier aber mit einer relativ breiten Basis an unterstützten Kameramodellen funktioniert und kostenlos verfügbar ist, scheint digiCamControl zu sein.

Je nach Kameramodell werden verschiedene Funktionen zur Fernsteuerung vom Desktop aus unterstützt, u.A. auch die Livebilddarstellung. Eine Liste der unterstützten Kameras gibt es hier, es gilt aber zu beachten, dass z.B. Sony-Kameras nur über WiFi/WLAN-Verbindung gesteuert werden können, nicht jedoch über eine USB-Verbindung.

digiCamControl

digiCamControl

 

Eine Funktion z.B. für Belichtungsreihen oder Zeitraffer haben Anwendungen wie digicamcotnrol normalerweise eingebaut, solange sie aber dennoch nicht viel mehr als unvollständige Fernsteuerungen für bestimmte Systemkameras sind und teilweise nicht einmal das Livebild der Kamera übertragen, können Mikroskopkameras mit spezialisierter Software für die gängigen Mikroskopanwendungen besser überzeugen. Die Anforderungen an das Zusammenspiel von Kamera, Software und Mikroskop sind allerdings sehr individuell und stark von der Arbeitsweise sowie dem Geschmack des/der Anwender abhängig. Gerne beraten wir Sie auch persönlich, welche Lösung für Ihre Anwendung sinnvoll ist.

Neue Mikroskopkamera von Zeiss: Axiocam 305 color

Die Axiocam-Reihe wird um eine weitere 5 Megapixel Kamera mit USB3-Anschluß erweitert.  Der 2/3″ CMOS-Sensor mit global shutter schafft beachtliche 36 Bilder pro Sekunde bei der vollen Auflösung von 2465 x 2056 Pixeln.

Mit einer Digitaliserung von 12 Bit und einer vergleichsweise hohen Bidwiderholrate hebt sie sich damit vor allem von der Axiocam 105 color ab, deren Qualität für viele Mikroskopanwendungen bereits ausreicht. Angekündigt wurde die neue Kamera als Nachfolger der ICc5 mit CCD-Chip und lange Zeit waren CCD-Chips besonders für lichtschwache Anwendungen und bei großem Dynamikumfang, allen voran die Fluoreszenzmikroskopie, kaum zu schlagen. Durch die Fortschritte, die CMOS-Sensoren in den letzten Jahren allerdings gemacht haben, brauchen sich diese im direkten Vergleich mit CCD-Chips nicht mehr verstecken.

105 color ICc5 305 color
Anschluß USB 3.0 Firewire B USB 3.0
Sensortyp CMOS CCD CMOS
Sensorgröße 7.1mm (1/2,5″) 11.1mm (2/3″) 11.1mm (2/3″)
Auflösung 2560 x 1920 2452 x 2056 2465 x 2056
Pixelanzahl 4,91MP 5,04MP 5,07 MP
Pixelgröße 2,2 µm 3.45 µm 3.45 µm
Digitalisierung 8 bit 8 / 12 bit 8 / 12 bit
Belichtungszeit 0,1ms – 2s 1ms – 4 s 0,1ms – 4 s
Bildwiederholrate 15 fps 9 fps 36 fps
Kühlung Temperaturstabil bis 30°C Umgebungstemp.
Analoge Verstärkung bis zu 5x bis zu 16x
Binning bis zu 4×4 bis zu 5×5
diese Kamera in unserem Onlineshop diese Kamera in unserem Onlineshop diese Kamera in unserem Onlineshop

Die technischen Daten sehen vielversprechend aus, leider konnten wir die neue Kamera bisher aber noch nicht eigenhändig testen. Auf der Softwareseite gibt es vorerst keine Überraschungen: mit Zen 2 (starter/core) und auch Zen (Blue/light) in allen Varianten funktioniert die Kamera, die Kompatibiltät zu Axiovision ist leider noch nicht bestätigt.

Außerdem fehlt für ein Qualitätsurteil auch noch der offizielle Listenpreis. Als Nachfolger der Axiocam ICc5 dürfen wir aber davon ausgehen, dass sich die neue Axiocam 305 in einem ähnlichen Preisbereich bewegen wird.

Je nach gewünschtem Bildausschnitt empfiehlt sich für die Verwendung des 2/3″-Sensors der Axiocam 305 mit allen Zeiss-Mikroskopen / Vergrößerungen ein Trinokular-Adapter mit dem Faktor 0,5-fach bis 1,0.fach.

 

Empfindlcihkeitsspektrum Axiocam 305 color

Empfindlichkeitsspektrum Axiocam 305 color

Besondere Kameras für besondere Anwendungen: Ultradunkelfeld

Bei Anwendungen, die mit besonders wenig Licht auskommen müssen, spieltmacht die Wahl der Kamera nicht nur einen Unterschied für den Geldbeutel, die Sensorgröße macht wirklich einen deutlichen Unterschied. Hohe Pixeldichten, Megapixelzahlen jenseits von 5-10 Megapixeln sind hier eher kontraproduktiv, weil dies kleinere Pixel und damit weniger Licht pro Pixel bedeutet.

Für die sogenannte Dunkelfeld- und Ultradunkelfeldmikroskopie kommen Kondensoren mit numerischen Aperturen von bis zu 1,4 zum Einsatz. Spätestens wenn hier auch noch eine Blende möglichst weit geschlossen wird, um noch etwas mehr Auflösung oder auch Tiefenschärfe herauszuholen wird das Licht meistens knapp, doch das ist an sich kein neues Problem. Bei vielen Mikroskoparbeiten ist man es bereits gewohnt, die Lichtleistung der Beleuchtung größer als nötig zu dimensionieren, um Reserve für hohe Vergrößerungen und unerwartet schlechte Verhältnisse zu haben. Im Fall der Dunkelfeldmikroskopie haben wir gerade bei der Lichtleistung keinen Spielraum mehr und müssen uns umso mehr damit beschäftigen, die optimale Kamera zu adaptieren.

Hier setzen wir einen Kamerasensor mit einem Durchmesser von 1/1,2 Zoll ein, das ist ungefähr der doppelte Durchmesser verglichen mit den bei Mikroskopkameras üblichen 1/2,5 Zoll, also die 4-fache Sensor-Fläche. Mit dieser „Licht-Reserve“ lässt sich sowohl mit angenehmer Belichtungszeit als auch mit weniger rauscherzeugender Signalverstärkung ein ansprechendes Bild erzeugen. Das größte Problem stellt allerdings der Dynamikbereich zusammen mit der geringen Tiefenschärfe dar. Die Zellwände der Blutzellen sind relativ dick und erzeugen eine sehr helle, weiche Abbildung, die oft sehr feine Strukturen in der Umgebung überblendet. Je stärker man diesen Effekt unterdrückt (z.B. durch das Schließen der Objektiv-Blende am 100x-Objektiv) umso dunkler wird das Gesamtbild, umso mehr muss das Kamerasignal und damit auch das Bildrauschen verstärkt werden.

 

Videobeispiel, Blutprobe bei 1000-facher Vergrößerung im Ultradunkelfeld mit einem Zeiss Axio Lab A1 und der P+L Dokucam HD-Video:

Ultradunkelfeld-Mikroskopie – Blutprobe bei 1000-facher Vergrößerung

Ultradunkelfeld-Mikroskopie – Blutprobe bei 1000-facher Vergrößerung – Teil 2

Die richtige Mikroskopkamera

Zeiss Mikroskopkameras

Die richtige Dokumentationslösung für ein Mikroskopsystem zu wählen kann zu einem sehr komplexen Thema werden. Mit einer Anwendung und einem Anwender ist das Problem überschaubar, sobald jedoch mehrere Personen am gleichen System arbeiten werden meistens sowohl mechanische sowie auch Software-Einstellungen individuell angepasst.

Für die Wahl der Kamera stellt sich vor allem die Frage nach dem Zweck der Kamera: Soll ein Livebild (z.B. für Schulungen) erzeugt werden, sollen Aufnahmen zu Dokumentationszwecken gemacht werden, sollen Videos erstellt werden? Soll anhand der Aufnahmen Messungen vorgenommen werden? soll die Kamera an mehreren Mikroskopsystemen eingesetzt werden?

Die meisten Mikroskopkameras werden per USB mit einem PC verbunden, und sind auch auf diese Verbindung und eine passende Software angewiesen, um ein Bild darstellen zu können. Hier haben Sie je  nach Betriebssystem und Software die meisten Freiheiten und Möglichkeiten, der Anwender muss allerdings mit der Nutzung der Software vertraut sein und die meisten Kameras funktionieren auch nur mit der mitgelieferten Mikroskopie-Software.

Wenn Sie also mehr Funktionen benötigen, als das Erstellen und Speichern eines Kamerabildes – z.b. Meßfunktionen oder das Zusammensetzen von Panorama-Aufnahmen, klären Sie die Möglichkeiten der Software genau ab; bei der Kostenlosen Anwendung Zen 2 starter von Zeiss können Sie zum Beispiel grundlegende Meßfunktionen wie den Abstand von 2 Punkten, 3-Punkt-Winkelmessung oder das Einfügen von Texten verwenden, für komplexere Meßfunktionen gibt es allerdings auch eine eigene kostenpflichtige Erweiterung.

P+L Dokucam (1/2,5 Zoll Sensor mit 5 MP)

P+L Dokucam (1/2,5 Zoll Sensor mit 5 MP)

 

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ZEISS Axiocam 105 color (1/2,5 Zoll Sensor mit 5 MP)

 

Gerade für Schulungsumgebungen ist eine Kamera, die das Livebild per HDMI ohne einen PC auf einen Bildschirm überträgt oft die bessere Wahl. Einschalten von Fernseher/Bildschirm und Mikroskop reichen aus, um das Livebild darzustellen. Hier entfallen leider die meisten Dokumentationsmöglichkeiten, deshalb bieten viele Kameras, wie zum Beispiel auch die ZEISS Axiocam ERc 5s zusätzlich noch eine USB-Schnittstelle, um doch auch per Software auf die Kamera zugreifen zu können. Eine Analogkamera und ein Fernseher stellen die einfachste Lösung dar, und auch wenn Analogkameras früher in einigen Fällen ein „angenehmeres“ Bild lieferten als Digitalkameras, so ist diese Lösung nicht mehr zeitgemäß und nur eine sinnvolle Option, wenn sowohl die Einfachheit des Systems als auch geringe Kosten im Vordergrund stehen.

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ZEISS Axiocam Erc 5s (1/2,5 Zoll Sensor mit 5 MP)

 

Betriebssysteme

Die aktuelle Mikroskopkamerasoftware von Zeiss heißt Zen 2 starter / Core – starter und die kostenlose Variante (die allen Zeiss Axiocams beiliegt) läuft unter allen Varianten von Windows 7 und 10.  Darüber hinaus lassen sich netzwerkfähige Kameras von Zeiss (ERc5s, Primostar und -vert HDcam und Stemi 305 mit integrierter Kamera) per Iphone und Ipad auslesen, nämlich mit den Anwendungen Labscope und Matscope, Mehr Details und Informationen zur IPhone-/IPad-Anbindung gibt es in diesem Artikel. Wir bieten auch Lösungen für andere Betriebssysteme als Windows, dies schränkt die Kameraauswahl allerdings ein und je nach Anwendung und Arbeitsweise ist dies auch ein weiterer Grund sich etwas näher mit dem im nächsten Abschnitt thematisierten Lösungsansatz zu beschäftigen:

 

Adaptieren von Kompakt- und Systemkameras

Das Anschließen einer Kamera, die nicht speziell für Mikroskope ausgelegt wurde ist in den meisten Fällen möglich. Für eine bereits vorhandene Kamera genauso wie für eine Neuanschaffung gilt: bei Kamerasysteme mit Wechselobjektiven lässt sich höchstwahrscheinlich eine sinnvolle Adaption finden. Kameras mit fest verbauten Optiken lassen sich oft mechanisch zwar adaptieren, die optischen Ergebnisse sind allerdings nur schwer genau abzuschätzen; d.h. ein scharfes Bild kommt meist zustande, wie groß der abgebildete Bildausschnitt dabei aber ist, lässt sich nicht genau vorhersagen.

Die Megapixelzahlen aktueller Consumer-Kameras sind in vielerlei Hinsicht bereits viel mehr als das was die Anwendung wirklich erfordert. Bei Mikroskopen können sie die Auflösung der Kamera aber gleich doppelt vernachlässigen, da jedes Mikroskop auch durch seine optische Auflösung begrenzt ist. Diese zu ermitteln ist vor allem bei (Zoom-)Stereomikroskopen nicht ganz trivial, aber mit 5 Megapixeln Kameraauflösung haben wir normalerweise bereits eine höheren Auflösung als das Mikroskop optisch liefern kann.

Die Vorteile einer adaptierten externen Kamera liegen in der flexiblen Nutzung einer Kamera für mehrere Zwecke, auch abseits der Mikroskoparbeit. Und genau hier liegen auch die Nachteile, wenn der Kollege die Kamera z.B. ungeplant für einen anderen Einsatz mitgenommen hat oder eben nicht klar ist, wo die Kamera im Einsatz ist. Entscheidend für die passende Adaption ist das jeweilige Objektivbajonetsystem-der Kamera sowie die Größe des Kamerasensors. Von der Sensorgröße hängt nämlich auch ab, Welcher Ausschnitt vom Sehfeld des Mikroskopes auf dem Kamerasensor landet, sprich ob Sie nur einen Ausschnitt des Okularbildes oder sogar noch einen schwarzen Okularrand mit auf dem Bild haben werden. Für Ihre optimale Lösung beraten wir Sie jederzeit gerne.

Sony Alpha 5000

Sony Alpha 5000 (E-mount)

 

Virtuelle Mikroskopie

Virtuelle Mikroskopie

Viele Projekte, vor allem im Umfeld von Universitäten, beschäftigen sich mit der Dokumentation von (digitalen) Mikroskopaufnahmen. Immer öfter entsteht dabei ein virtuelles Archiv der verfügbaren Proben, teilweise in verschiedenen Vergrößerungsstufen oder sogar mit unterschiedlichen Lichtverhältnissen. In solch einem Fall kann man tatsächlich bereits fast von einer virtuellen Mikroskop-Umgebung sprechen.

Diese Ansätze mögen keinen Ersatz für das Erlebnis darstellen, selbst an den Okularen zu sitzen und real mit den eigenen Augen ein nicht-digital-manipuliertes Lichtbild mit hundert- oder gar tausend-facher Vergrößerung zu betrachten. Aber es ist eine sehr anschauliche Möglichkeit, nicht nur Interesse zu wecken, sondern sich wirklich zu mikroskopieren, ohne die nötigen Geräte zu haben.

Hier folgt eine Auflistung von verschiedenen Projekten, die eine Möglichkeit bieten Archive von Mikroskopaufnahmen der Öffentlichkeit zugänglich zu machen:

zenbrowser.zeiss.com/zdb

mikroskopie-uds.de

histologie.unibas.ch/index.php/Pr%C3%A4parate.html

eliph.klinikum.uni-heidelberg.de

129.206.229.111/HeiCuMed/AllgPatho

 

An der Universität von Delaware wurde eine Webanwendung entwickelt, die auch die Benutzeroberfläche eines Lichtmikroskops simuliert und es so möglich macht, zumidnest theorethisch bereits die Handhabung des Geräts mit einigen Proben als Beispiel zu üben:

Virtuelles Mikroskop