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Maßstab und Skalierungen in der digitalen Mikroskopie und mit Zeiss ZEN

Genaues Vermessen ist für viele Mikroskoparbeiten nicht zwingend notwendig, aber ein Maßstabsangabe ist oft dennoch unerlässlich.

Bei geringen Vergrößerungen ist die zusätzliche Abbildung eines Gegenstands, dessen Größe allgemein bekannt ist, die beste Möglichkeit, dem Betrachter direkt ohne bewusstes Nachlesen oder Rechnen die Größendimension des Bildes zu vermitteln. Da dies jedoch oft nicht einfach möglich ist, wird meist ein Maßstabsbalken verwendet.

Die Mikroskop-Vergrößerung ist leider für das Ermitteln des Maßstabs bzw. der Skalierung wenig aussagekräftig. Die optische Vergrößerung eines Mikroskopsystems bezieht sich normalerweise auf die Okularsicht; wenn in Zusammenhang mit einer Kamera vom Vergrößerungsfaktor die Rede ist, muss angegeben werden, auf welche Bildschirmgröße sich die Vergrößerung bezieht: Ein beliebiges Kamerabild hat auf einem 40″ Bildschirm, verglichen mit der Darstellung auf einem 20″ Bildschirm, stets eine doppelt so hohe Vergrößerung – deshalb ist es bei Kameraaufnahmen sinnvoller über den Maßstab bzw. die Skalierung zu reden.

 

Objektmikrometer mit µm-Skala

Objektmikrometer mit µm-Skala

Um diese zu berechnen benötigen wir eine bekannte Distanz im Mikroskopbild. Normalerweise wird hierfür ein Objektmikrometer verwendet, auf dem sich Skalen mit verschiedenen Abständen befinden. Im Kamerabild lässt sich ablesen, wieviele Pixel dem Abstand zwischen zwei Abstandsmarkierungen auf dem Objektmikrometer entsprechen und schon lässt sich der Maßstab bzw. die Skalierung in der Form „x Pixel entsprechen y µm“ angeben.

 

Skalierung einmessen in Zen 2 Starter mit Hilfe eines Objektmikrometers

Skalierung einmessen in Zen 2 Starter mit Hilfe eines Objektmikrometers

 

Diese Information können Sie nun auf das gesamte Bild hochrechnen und damit angeben, welcher realen Größe der Bildausschnitt entspricht, oder dazu nutzen einen Maßstabsbalken korrekt zu berechnen. In der kostenlosen Bildbearbeitungssoftware ImageJ gibt es zum Beispiel eine Funktion um Skalierung zu vermessen, zu speichern und verschieden gestaltete Maßstabsbalken einzuzeichnen.

zwei Maßstabsbalken und eine Distanzmessung in Zen 2 Starter

zwei Maßstabsbalken und eine Distanzmessung in Zen 2 Starter

 

Die Mikroskopkamerasoftware Zeiss ZEN (die in der kostenlosen Variante allen Zeiss Kameras beiliegt) bietet mit einem Assistenten-Werkzeug, das beim Einmessen der Skalierung hilft hier noch etwas mehr Komfort und bringt darüber hinaus bereits die passenden Standard-Skalierungen für Zeiss-Mikroskope mit. Sie müssen der Software lediglich mitteilen, mit welchem Objektiv/Vorsatzsystem, welchem Kameraadapter und ggf. welcher Zoomstufe Sie gerade arbeiten und schon können Sie jederzeit die Messfunktionen nutzen und auch einen Maßstab einzeichnen, ohne die Skalierungen selbst kalibrieren zu müssen.

Maßstabs-Mikroskopparamter in Zen Blue eintragen

Mikroskopparameter für den Maßstab in Zen Blue eintragen

 

und die beinahe gleichen Optionen in Zen Starter/Core

und die beinahe gleichen Optionen in Zen Starter/Core

 

Ob Sie präzise und verlässliche Messwerte benötigen oder ein wenig Ungenauigkeit gar keine Rolle spielt, wir empfehlen, die vorgefertigten Skalierungen der Software selbst mit einem Objektmikrometer zumindest zu überprüfen. So sehen Sie, wie groß die Abweichung und damit der Messfehler ist und ob dieser relevant für Ihre Arbeit ist. Da sich die Skalierungen nicht ändern, muss diese Messung nur einmalig für jedes Objektiv durchgeführt werden, bei Stereomikroskopen ist für jede Zoomstufe eine Messung notwending.

Labscope für Windows verfügbar

zeiss-labscope

Die Mikroskopkamerasoftware Labscope war bisher nur für iPad und iPhone verfügbar. Nun hat Zeiss auch eine Windows-Version der Anwendung veröffentlicht (Download). Kompatibel zu den 32-bit sowie 64-bit Versionen von Windows 7, 8 und 10. Die Anwendung funktioniert exakt gleich wie die iOS-Versionen. Dies bedeutet auch, die Software erkennt keine per USB-angeschlosenen Kameras, sondern lediglich Zeiss-Netzwerkkameras; also die Axiocam ERc 5s sowie Primostar HD,  Primotech HD und das Stemi 305 Cam mit integrierter Kamera.

Den Download für die iPad und iPhone-Versionen im Appstore gibt es hier.

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

Labscope, Matscope: mobile Zeiss Apps für die Mikroskopie im Überblick

Labscope IphoneSeit kurzem sind die mobilen Zeiss Anwendungen nicht nur für Ipad, sondern auch für Iphone verfügbar, für die fünf Mikroskopie-Apps gibt es dafür auch eine eigene Übersichtsseite bei ZEISS:

  • Labscope und Matscope stellen die Verbindung zwischen Ipad und Axiocams her, zwei getrennte Apps, die aber beide (inzwischen) genau dasselbe machen: Das Live-Mikroskopkamerabild aufs Ipad bzw. Iphone zu bringen. Wir konnten beim Vergleich der aktuellen Versionen keine Unterschiede der beiden Anwendungen mehr feststellen, abgesehen von Demobildern und Hintergrundfarbe.
  • Light Lab hilft ihnen bei der Auswahl der richtigen Fluoreszenzstoffe.
  • Zeiss Zen Brwoser verwaltet die Mikroskopbilddatenbank. Unter zenbrowser.zeiss.com/zdb gibt es auch eine Webseite mit Zugriff auf einen Demoserver. Leider sind noch keine Informationen über die Verwendung/Veröffentlichung der Serveranwendung bekannt.
  • Zen Remote dient der Fernsteuerung von Laserscanning-Mikroskopen.

Zeiss Axiocam-Software Matscope und Labscope

 

Für die eigentliche Mikroskoparbeit am (Stereo-)Lichtmikroskop sind lediglich Labscope und Matscope relevant, deshalb möchten wir uns in diesem Artikel auch nur diesen beiden – zumindest im Funktionsumfang – gleichen Anwendungen näher widmen. Beide bringen auch „virtuelle Demomikroskope“ mit, damit man den Funktionsumfang auch ohne verbundene Kamera testen kann. Matscope zeigt Gesteins- und Leiterbahn-Proben, wo Labscope mit einer Gewebeprobe aufwartet.

Alle kompatiblen Kameras

Verfügbar ist der Zugriff auf die Zeiss Mikroskopkameras bei den folgenden Geräten: Die integrierten Kameras von Primostar HD, Primovert HD, Primotech-Mikroskopen sind hier genauso kompatibel wie Stemi 305 Cam mit integrierter Kamera oder der Axiocam ERC 5s an einem beliebigen Mikroskop. Technsiche Vorraussetzung für den Betrieb ist die Integration in ein ein lokales Netzwerk, also im einfachstne Fall verbindei ch Kamera bzw. Mikroskop mit einem WLAN-Router und das Ipad/Iphone verbindet sich per WLAN mit besagtem Router. Das Stemi 305 Cam erzeugt darüber hinaus auch ein eigenes WLAN-Netzwerk, mit dem das Ipad/Iphone direkt verbunden werden kann.

 

 

Matscope und Labscope: KonfigugrationIn der Gerätekonfiguration gibt man das Mikroskopmodel sowie ggf. Einestellungen an, die unter anderem dazu dienen, dass Meßergebnisse in der Software ohne Kalibirerung korrekt berechnet bzw. geschätzt werden. Die Konfiguration lässt sich auch per QR-Code Speichern und Laden.

 

Matscope und Labscope: LivebildIn der Livebildansicht kann man Aufnahmen speichern und grundlegende Kameraeinstellungen wie Belichtungszeit und -Automatik anpassen. Außerdem gibt es hier auch einen „Fokusindikator“, der anzeigt, wenn das Bild möglichst scharf ist und einen „Laserpointermodus“ der einen roten Punkt leicht versetzt zum Mauszeiger/Touchzeiger einblendet. Außerdem gibt es drei Gitter und Fadenkreuze einzublenden und eine sehr nützliche Überbelichtungsanzeige, die Kamerapixel mit maximaler Sättigung in rot hervorhebt.

Zur Betrachtung genauso wie zum Editieren gibt es eine Übersicht aller erstellten Aufnahmen. Die Bearbeitungsfunktionen umfassen Drehen in 90°-Schritten, sowie Spiegeln, Gamma, Helligkeit, Kontrast , Farbintensität und Schärfe. Außerdem das Zuschneiden und Wählen des Bildausschnitts.

 

Matscope und Labscope: Messen 2Die Meßfunktionen umfassen grundlegenden Meßoperationen (Abstand, Rechteckt,  3-Punkt-Kreis, Polygon, Pfeil, 3-Punkt-Winkel) sowie das Einblenden von Text und Maßstab.

 

Matscope und Labscope: BerichteEs gibt auch die Möglichkeit Berichte zu erstellen (PDF-Format und RTF-Format) oder lediglich die Messwerte als .csv Datei zu exportieren.

 

Die Anwendung läuft flüssig, eine leichte Zeitverzögerung der Darstellung des Livebildes auf dem Tablet ist aufgrund der eingesetzen WLAN-Übertragung aber nicht zu vermeiden. Der Funktionsumfang lässt keine Wünsche offen: auch wenn man nicht die Möglichkeiten von ZEN oder Axiovision in der Desktopumgebung hat, so wurden die Funktionen doch mit Blick auf die mobile Nutzung sinnvoll reduziert und vereinfacht. Aber leider fehlt es an einer gleichwertigen Lösungen für andere Mobilgeräte und Betriebssysteme – Bedarf für ein mobil und flexibel jederzeit verfügbares Mikroskop-Livebild ist nämlich oft auch neben einer Desktop-Umgebung und abseits der Apple-Welt vorhanden.

 

Matscope bei apple.com

Labscope bei apple.com

Video: Primo Star HD mit Labscope

Die Besonderheiten und Vorteile für Schulungen und Schulklassen des bekannten ZEISS Primo Star Mikroskopes werden hier anhand eines Primo Star HD mit intergrierter Kamera gezeigt und anlässlich dieses Modells wird auch speziell auf die dazugehörige IPad-App Labscope eingegangen.

ZEISS Primo Star HD – Interview by Biocompare