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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.

Kamerasoftware: Mikroskopielivestream mit OBS Studio – Open Broadcaster Software Studio

Der Funktionsumfang moderner Kameras ist beachtlich, um diese Möglichkeiten auch ausschöpfen zu können bedarf es allerdings der passenden Benutzeroberfläche.  Bei Systemkameras mit Wechselobjektiv liegt das Augenmerk natürlich auf dem Menü und den Knöpfen am Gerät selbst, die Möglichkeit eine Kamera fernzusteuern wurde abgesehen von einem Fernauslöser, lange Zeit ignoriert. Im Zeitalter von Smartphones und Kameras mit WLAN ist das Thema neu wiederbelebt worden, doch meist entsprechen die Fernsteuerungsanwendungen eher einem Fernauslöser als einer vollwertigen Steuerung aller Einstellungen der Kamera.

Auch bei den meisten Mikroskop- und Industrie-Kameras ist man erstmal auf die Software des Herstellers angewiesen – je nach Anwendung gibt es aber auch oft noch weitere Möglichkeiten: viele Industriekamerasysteme liefern über eine USB-Verbindung in einer Windows-Umgebung nämlich ein DirectShow-Videosignal, das von vielen Anwendungen – nicht nur der Herstellereigenen – verarbeitet werden kann. Fast alle Streaming- und Videoschnittprogramme für Windows bieten die Möglichkeit eine DirectShow-Videoquelle einzubinden.

 

obsproject.com

obsproject.com

Mikroskopkameras, DirectShow und eine etwas andere Art des Videoschnitts 

Auch unsere eigenen Dokucam Mikroskopkameras übertragen ein DirectShow-Videosignal.

Mit OBS Studio lassen sich DirectShow-Videoquellen sehr leicht einbinden und zum Erstellen und Verwalten eines Livevideostreams verwenden; dazu bietet die Software die Möglichkeiten, verschiedene Bild-, Video- und Tonquellen zu einem Livestream zu mischen, bzw. genauso auch wiederum als Video in Form einer Datei auf der Festplatte aufzuzeichnen.

So können Sie damit beispielsweise Live Mikroskopien und die Liveaufnahmen der Mikroskopkamera zusammen mit dem Bild und Ton ihrer Webcam oder eines Mikrofons, streamen. Oder soll der Ton seperat aufgezeichnet sein? Mit einer Logoeinblendung in der Ecke, oder zwischendurch ein bereits aufgezeichnetes Video oder Standbild einblenden? Oder doch auch mal ein Browserfenster oder gleich den ganzen Desktop einblenden?

Auch wenn die meisten Mikroskoparbeiten eher selten als Livestreamen ausgestrahlt werden zeigt dieses Programm eine Fülle an Möglichkeiten zur Verarbeitung verschiedener Quellen abseits der klassischen Videoschnitts und ermöglicht dennoch die Erstellung eines Videos, das ganz klassisch weiterverarbeitet werden kann.

 

OBS Studio für die P+L Dokucam konfigurieren

Am Beispiel einer P+L Dokucam erklären wir die Funktionsweise und Einstellungen der in OBS Studio ():

Nach Download und Installation und dem Start des Programms starten wir mit unserer ersten Szene, zu der wir Medienquellen hinzufügen müssen, um diese benutzen zu können. Im Bereich „Quellen“ klicken wir auf das Menü mit dem Plus-Symbol und wählen im erscheinenden Menü „Videoaufnahmegerät“. Im neu erscheinenden Dialog wählen wir „Neu erstellen“ und vergeben einen Namen für die noch nicht eingebundene Mikroskopkamera. Nach der Bestätigung dieses Dialogs erscheint ein weiterer in dem wir die Kamera selbst sowie ihre Videoeinstellungen auswählen können.

In unserem Beispiel haben wir eine Dokucam Dunkelfeld, diese wird als Gerät „USB39 WUX74 F“ erkannt. Hinter dem Button „Video konfigurieren“ verbergen sich die Kameraeinstellungen, die leider nicht so komfortable wie in PLCapture sind. Die Voreinstellung ist, dass die Verstärkung des Signals automatisch reguliert wird, was einer automatischen Anpassung der Belichtungszeit entspricht. Für eine manuell eingestellte Belichtung deaktivieren Sie bitte die Checkbox „Autom.“ für die Verstärkung sowie Belichtung und wählen diese Werte manuell.

Außerdem müssen wir für ein Farbbild bei der Option „Auflösung/FPS Typ“ die Auswahl „benutzerdefiniert“ nehmen und als Videoformat „XRGB“ wählen. Nach der Bestätigung dieser Optionen sollte das Livebild der Mikroskopkamera auf der linken Seite in OBS Studio in eniem roten Rahmen zu sehen sein. Mit Hilfe der Rahmens können Sie das Kamerabild innerhalb des Streambildes verschieben und skalieren.

Nachdem Sie in den allgemeinen Programmeinstellungen (Datei-Menü > Einstellungen) ein Streamingziel festgelegt haben, starten Sie ihren Livestream mit dem Button „Streaming starten“. OBS Studio unterstützt neben dem Streamen auf einen eigenen Server auch das Streamen direkt an diverse bekannte und unbekannte Plattformen, die man nur in den Stream-Einstellungen aus einer Liste auswählen muss und mit dem passenden Streamschlüssel wird gesendet. Die Aufnahme in eine Datei erfolgt mit dem Button „Aufnahme starten“. Wo und in welchem Format das Video gespeichert wird, wird in den Einstellungen unter „Ausgabe“ festgelegt.

Für weitere Anleitungen und Tipps zu OBS Studio empfiehlt sich diese Kurzanleitung und ebenso ein Blick ins offizielle Forum. Besonders die Filter, mit deren Hilfe man einzelne Szenen manipulieren kann eröffnen vielfältige Möglichkeiten und auch der automatische Szenenwechsler ist ein sehr hilfreiches Werkzeug.

 

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

8 Minuten bis zur Vergängnis

8 Minuten bis zur Vergängnis

Bitte Film anschauen und erst dann weiterlesen!

Um den Spaß nicht gleich zu verderben und weil wir hier keine nach Clickbait klingenden Texte verfassen möchten, verraten wir hier einfach gar nichts weiter sondern präsentieren lediglich das Video und den Link zum Künstler, der auf seiner Seite auch verrät, was wir hier genau sehen.

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