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Tutorial: Messen mit Zen 2 Starter

Die kostenlose Variante „Starter“ von Zen 2 Core verfügt über 10 Messwerkzeuge bzw. Annotationswerkzeuge, diese sind nachfolgend jeweils mit einem Bild dargestellt. Falls Ihnen diese Werkzeuge nicht für die Vermessung ausreichen benötigen Sie das kostenpflichtige Messmodul zur Starter-Variante, oder die Vollversion, in der alle Messwerkzeuge bereits enthalten sind.

 

Längenmessung

Längenmessung

 

Linie

Linie

 

Kreis, aus einer belibigen Anzahl von Punkten

Kreis, aus einer belibigen Anzahl von Punkten

 

Kreis, definiert über Durchmesser

Kreis, definiert über Durchmesser

 

Polygon

Polygon

 

Rechteck

Rechteck

 

3-Punkt-Winkelmessung (Offener Winkel)

3-Punkt-Winkelmessung (Offener Winkel)

 

Ereignisse zählen

Ereignisse zählen

 

Text

Text

 

 

 

Wie bei dem Textwerkzeug bereits zu sehen ist, gibt es für alle Werkzeuge Formatierungseinstellungen, die über das Kontextmenü aufgerufen werden können. Hier lässt sich die Farbe, Schriftart, Größe, Ausrichtung und Anordnung der Annotationen einstellen. Bei einigen Werkzeugen lässt sich auch Text aus einer Vielzahl von Variablen auswählen, dies sind bezogen auf die Aufnahme ‚globale‘ Informationen, wie z.B. das aktuelle Datum, die Belichtungszeit der Aufnahme oder der Name des Benutzers:

 

Nachdem eine Messung im Bild vorgenommen wurden erscheint diese links in der Werkzeugleiste. Mit einem Klick auf das Zahnradsymbol der jeweiligen Messung dort können Sie auch Tolleranzgrenzen festlegen und einstellen, ob diese in der Messwerttabelle auftauchen sollen.

 

Die Darstellung der Werte in der Tabelle ist eventuell etwas ungewohnt, pro Messung werden zwei, teilweise sogar mehr Zeilen in der Tabelle angelegt. Das ist abhängig davon, wie das jeweilige Werkzeug konfiguriert wurde und welche Messgrößen angezeigt werden sollen.

Die Konfiguration dafür hat sich  in der allgemeine Konfiguration von ZEN versteckt, dort gibt es den Menüpunkt „Eigenschaften von Garfikelementen“. Hier können Sie für jedes Werkzeug einstellen, welche Werte für die Meßwerttabelle verfügbar sein und eine eigene Zeile darin erzeugen sollen (Checkbox in der Spalte ‚Verfügbar‘) und ob der Wert auch im Bild angezeigt werdne soll (Checkbox in der Spalte ‚Im Bild anzeigen‘) und ob der Wert mit Label/Beschriftung im Bild angezeigt werden soll (Checkbox in der Spalte ‚Beschriftung‘).

 

Neue Version 2.5 von ZEN 2 Starter und Core – ZEISS Service DVD 74 und 75

Es gibt zwei neue Mikroskopkamera-Service-DVDs von Zeiss,

  • die Service DVD Nr. 74 mit der neuesten Version 2.5 von ZEN 2 Starter und Core, die damit die DVD Nr. 73 ablöst;
  • und die Service DVD Nr. 75 mit der neuen Version 2.5 von ZEN light und Blue, die damit die DVD Nr. 71 ablöst.

Es wurden in beiden Anwendungen die Unterstützung für neue Mikroskophardware integriert, deshalb gibt es das Programm MTB (in dem die Mikroskophardware konfiguriert wird) nun in der Version 2.9.0.14 auf beiden DVDs.

Für Zen 2 Core gibt es eine ganze Reihe neuer Module, die meisten Veränderungen betreffen aber nur die Vollversion oder einzelne Module. Es folgt aber dennoch eine genauere Auflistung mit den Änderungen, es hat sich nämlich einiges getan. Die Einzelnen Module verweisen zu den jeweiligen Artikeln in unserem Onlineshop, dort gibt es auch Screenshots zu fast allen Modulen und ggf. eine noch ausführlichere Beschreibung.

 

Neue Module:

  • Modul Gusseisenanalyse
    • prozentuale Form- und Größenverteilung
    • Manuelle Neuzuordnung von Phasen
    • EN ISO 945-1: 2008 + Cor. 1: 2010

  

 

  • Modul QUAL Data Export
    • eine Oberfläche zur Erstellung von Messergebnisdateien in standardisiertem Format.
    • Übertragung von Messwerten an Datenbanken wie z.B. ZEISS PiWEB oder Q-Stat
    • Erstellung und Export von Dokumenten als Dateien mit der Endung  .dfg, .dfd oder .dfx

 

 

  • Modul Korngrößenanalyse
    • erfüllt folgende Normen
      • DIN EN ISO 643:2012
      • ASTM E 112-13 Plate I – IV
      • ASTM E 1382-97
      • GB/T 6394 2002 Plate I – IV
    • 3 Messmethoden:
      • Planimetrisch: automatische Rekonstruktion der Korngrenzen
      • Abschnitt: halbautomatische Messung mit Sehnen
      • Vergleich: manuelle Messung mit Vergleichsdiagrammen (wall charts)

 

  • Modul Multiphase Analysis
    • Analyse von Schwarzweiß und Farbbildern
    • Porositätsmessung
    • Korngrößenverteilung in bis zu 32 Phasen
    • Auswahl von Messparametern:
      • Bereich,
      • Fläche, Äquivalenzdurchmesser, Maximaldurchmesser
      • Umfang, Rundheit, elliptische Achsen A und B
      • Farbe, Grauwert

 

 

 

  • Modul LM-EM Correlative Miscroscopy Materials
    • nur für Korrelative Mikroskopie

 

  • Modul GxP
    • zur Umsetzung von Prüfprotokollen und Freigabeverfahren.
      • Zertifikatsprüfung
      • Mit einfacher oder doppelter Signatur (unterschiedlicher Benutzer) möglich
      • Audit Trail kann bei den Jobergebnissen gestartet werden.
      • Der Anwender kann gezwungen werden den Job weiter auszuführen und abzuspeichern (‚Schritt zurück‘ oder ‚Job abbrechen‘ sind nicht verfügbar)
      • Ergebnisse müssen vom Anwender signiert werden
      • digitale Signaturen für Leiter
      • Signaturen und Dateien überpüfen
      • Leiter können Job-Vorlagen für einzelne Anwender freischalten

 

  • Modul Richtreihenvergleich (Comparative Diagrams)
    • bietet folgende Funktionen:
      • Bildquelle: live mode, gespeicherte Daten.
      • Vergleich von 1, 2, 4 oder 8 Vergleichsdiagrammen in einer Ansicht
      • Überlagerung von Bildun und Diagramm möglich
      • Speichern und verwalten von Bildern und Datentabellen im Archiv, für Dokumentationszwecke
      • Benutzerdefinierte Diagramme
    • erstellt VergleichsDiagramme nach folgenden Normen
      • Grains:
        • DIN EN ISO 643:2012
        • ASTM E 112-13 Plate I – IV
        • GB/T 6394 2002 Plate I – IV
      • Graphite
        • EN ISO 945-1: 2008 + Cor. 1: 2010
      • Non-metallic inclusions (NMI)
        • ISO 4967 2013
        • GB-10561
        • EN 10247 2007
        • ASTM E 45 2013
        • DIN 50602 1987

 

  • Modul Onlinemessen, (verfügbar für die Starter-Version ebenso wie die Vollversion) ermöglicht die Nutzung von Messfunktionen im Livebild

 

 

Änderungen, die die kostenlose Starter-Version und die Vollversion betreffen:

  • Die Darstellung bei sehr hohen Bildschirmauflösungen erfolgt nun ohne Fehler.
  • Die Erstellung von Formularen und Berichten wurde verbessert
    • Leider ist der Formulargestalter aber weiterhin nur für sehr sehr simple Formularstrukturen ohne graphische Gestaltung sinnvoll einsetzbar.
  • Das Aufnahmen von Bildern ist nun auch per Hotkey F2 möglich
  • es gibt eine Option die festlegt, ob das Livebild der Kamera nach dem Aufnahmen eines Bildes automatisch weiterläuft oder nicht.
  • bei der Werkbank ‚Bildbearbeitung‘ gibt es nun eine Vorschaufunktion.
  • Bei den Messwerkzeugen kann nun ausgewählt werden, ob das Werkzeug nach Durchführung einer Messung weiter ausgewählt bleibt oder nicht.
  • Das Standard-Dateiformat in dem ein Bericht gespeichert wird, kann nun in den Archivoptionen festgelegt werden.

 

 

Änderungen, die nur die Vollversion oder einzelne Module betreffen:

  • Die Erstellung von Job-Templates wurde erweitert und verbessert, unter anderem lassen sich Aufgaben nun in „Schleifen“ und „Gruppen“ gruppieren:

 

  • außerdem wurde die Job-Aufgabe ‚Validation / Eingabebilder prüfen‘ hinzugefügt.

 

  • Die Benutzeroberfläche der Vorlagenverwaltung wurde übersichtlicher gestaltet.

 

  • Benutzerkonten können nun mit einem Profilbild ausgestattet werden.

 

  • Modul Bildanalyse: Neue Funktionen, u.A. Speichern und Laden von Bildanalyseeinstellungen in einer Datei
    • Klassen
      • Handhabung der Klassen wurde vereinfacht
      • Button ‚Unterklasse‘ erstellt eine neue Klasse innerhalt der ausgewählten Klasse.
    • Messrahmen
      • Farbauswahl
      • Option um den Messrahmen auf analysierten Bildern anzuzeigen.
    • Automatische Segmentierung
      • zusätzliche Segmentierungsmethode: Dynamic thresholding
      • Additional Binary preprocessing functions: Open, Close, Erode, Dilate
    • Regionenfilter
    • Interaktive Segmentierung
      • Erneute Anwendung des Regionenfilters nach der Segmentierung
    • Features Setup
      • Funktionen aller Regionen als eigene Bereiche
      • Farbauswahl für alle Regionen
      • Farbauswahl für Annotationen
    • Messdaten
      • Farbauswahl und Auswahl der Liniendicke für die Highlight-Box

 

 

 

Meta-Bilddaten – Mini-Berichte ohne Aufwand

Und zum Abschluss all dieser Änderungen wollen wir noch auf eine Funktion in Zen 2 Starter hinweisen, die gar nicht neu dazugekommen ist, aber oft übersehen wird: Das Speichern von Metabilddaten im Bild selbst. So lässt sich eine Art simpler Bericht mit jedem Bild erstellen, ohne dass dies zusätzlichen Aufwand erzeugt.

Der Tab „Bilddaten“ befindet sich  unter dem Kamerabild neben dem Tab „Anzeige“ und ist im Livebild nicht zu sehen, nur bei einer Aufnahme. Hier werden ausgewählte Metadaten zum Bild angezeigt und ein Eingabefeld für einen Kommentartext. Dieser Tab ist nun seit der der aktuellen Version standardmäßig aktiviert und muss nicht mehr erst über die Optionen eingeschaltet werden (Konfiguration > Allgemein Optionen > Dokumente > Bilddatenleiste anzeigen)

Damit lässt sich der eine oder andere simple Bericht ganz ohne weiteren Aufwand erstellen, indem die relevanten Metadaten beim Speichern auf bzw. unter dem Bild eingeblendet werden: alles was dafür notwendig ist, ist es die Anwender- bzw. Firmendaten in den allgemeinen Optionen im Tab „Benutzer“ einzutragen und im Tab „Dokumente“ festzulegen welche Optionalen Daten zu jeder Aufnahme angezeigt werden soll.

 

Die Auswahl der möglichen Metadaten umfasst noch mehr, als auf dem obigen Screenshot zu sehen ist, alle weiteren Angaben beziehen sich allerdings auf komplexere Mikroskopsysteme, die für die Lichtmikroskopie nicht relevant sind. Außerdem sei erwähnt, dass einige Optionen nur mit der Vollversion von ZEN und oder codierter Mikroskophardware sinnvoll sind.

So vorbereitet können Sie nun bei jeder Bildaufnahme den Bilddaten-Kommentartext eintippen und mit einem Häkchen in der Checkbox „Burn-in Data zone“ beim Speichern der Aufnahme gelangen Sie zu folgendem Ergebnis in der gespeicherten Bilddatei:

 

Neue Version ZEISS Zen 2 starter/core v.2.4 erschienen auf Service DVD73

Die aktuelle Service DVD von Zeiss mit der Nr. 73 steht zum Download bereit und präsentiert uns eine stark überarbeitet neue Version von ZEN 2 mit einigen neuen Funktionen auch in der kostenlosen Variante:

  • Es wurde schon vielfach unter Windows 10 ohne Probleme eingesetzt; nun wurden aber nochmals einige Fehler beseitigt und so ist Zen nun auch offiziell kompatibel zu Windows 10 in allen Varianten.
  • Sie können Panoramabilder auch ohne motorisiertes Stativ zusammenfügen (Stitching). Diese Funktion wurde stark verbessert, und ermöglicht es nun, einzelne Aufnahmen manuell grob zueinander zu positionieren; beim Abschließen des Vorgangs werden die Bilder dann automatisch so zusammengefügt, dass sich ein gleichmäßiges Bild ohne Artefakte und Kanten ergibt:
manuelles Panorama (Stitching)

manuelles Panorama (Stitching)

 

  • Auch das automatisierte Stitching ist nun sogar im kostenlosen Zen 2 Starter verfügbar; mit dieser Funktion können Sie ein zusammengesetztes Panoramabild durch Bewegen eines Kreuztisches erstellen ohne einzelne Aufnahmen manuell zu erstellen. Sie verschieben die Tischposition und die Software positioniert den Bildausschnitt ganz von alleine. Leider erfordert diese Technik eine sehr hohe Bildwiderholrate für zuverlässige Ergebnisse und ist somit nicht mit jeder Kamera und Probe optimal einsetzbar:
automatisches Panorama (Stitching)

automatisches Panorama (Stitching)

 

  • Die Funktion für erweiterte Tiefenschärfe zum Kombinieren mehrere Bilder mit unterschiedlicher Schärfeebene wurde überarbeitet und lässt sich nun durch zusätzliche Optionen besser an die Probe anpassen. Welche Einstellungen für Ihre Arbeit die zuverlässigsten Ergebnisse liefert, muss aber doch ausprobiert werden :
verbesserte erweiterte Tiefenschärfe

verbesserte erweiterte Tiefenschärfe

 

  • Neue Werkbank ‚Bildverarbeitung‘. Nach dem Erstellen einer Aufnahme, ob aus dem Livebild oder mit einer anderen Funktion von ZEN stehen nun mit der Werkbank „Bildverarbeitung“ folgende Optionen zur Optimierung Ihrer Bilder zur Verfügung.
Werkbank "Bildverarbeitung"

Werkbank „Bildverarbeitung“

  • Anpassen
    • Farbbalance
    • Farbtemperatur
    • Farbton/Sättigung/Helligkeit
    • Histogrammausgleich
    • Lokale Kontrastoptimierung
    • Shading-Korrektur
    • Weißabgleich
  • Umformen
    • Bildgröße ändern
    • Drehen
    • Spiegeln
    • Stitching
    • Verschiebung
  • Schärfen
    • Konturen verstärken
    • Unscharfmaskierung
  • Glätten
    • Gauss
    • Median
    • Sigma

 

Einige dieser Funktionen erfordern genauere Kenntnis oder zumindest Ausprobieren, simple Einstellungen wie das Anpassen der Helligkeit oder ein Bild zu drehen sind jedoch auch ein hilfreiches Werkzeug um sich die Standardnachbearbeitung in anderer Software zu sparen.

Das CZI-Dateiformat von Zeiss

CZI ist das Dateiformat von Zeiss für alle Mikroskopie-Imaging-Anwendungen von Axiovision bis ZEN. Die Bildinformationen selbst werden intern im JPG XR-Format gespeichert, das sowohl verlustfreie, als auch verlustbehaftete Kompression ermöglicht. Es gibt aber auch die Möglichkeit mehrere Aufnahmen für mehrdimensionale Bilder, Zeitreihen, Z-Stapel und virtuellen Slides in eine CZI-Datei zu speichern. Außerdem kann das Format noch folgende Metadaten verwalten:

  • Aufnahmedaten, Keywords, Benutzerkommentare
  • Mikroskoptyp und Einstellungen
  • Laser-oder Beleuchtungsstärken
  • Abmessungen und Maßstäbe
  • verwendete Kontraste und Objektive
  • fluoreszierende Farbstoffe und Filter
  • Tisch- (x,y) und Fokus- (z) Positionen
  • Kamera- und Detektor-Parameter wie Belichtungswerte, Binning, Bit-Tiefe, Pixel-Verweilzeit
  • automatische oder benutzerdefinierte Elemente und Anmerkungen
  • Proben-Barcode-Information

 

 

Der Nutzen, diese zusätzlichen Informationen gemeinsam in einer Datei abzuspeichern, steigt natürlich mit der Anzahl von Softwarelösungen, die das Dateiformat unterstützen. Viele Anwendungen mit Mikroskopiebezug haben die Verwendung von CZI-Dateien bereits integriert:

 

Wer sich mit der Verwendung des CZI-Formats für die eigene Softwareentwicklung interessiert, kann einen Blick auf folgende Open Source Cross-Platform C++ Bibliothek für CZI-Dateien bei Github werfen: github.com/zeiss-microscopy/libCZI

Zum Anfordern einer detaillierten Dokumentation des CZI-Formats gibt es auch das folgende Formular bei Zeiss: www.zeiss.de/mikroskopie/produkte/mikroskopsoftware/czi/czi-download.html

 

Und die wohl nützlichste Anlaufstelle für Fragen zu dieser Bibliothek oder dem Dateiformat ist wahrscheinlich das Developer Forum von Zeiss.

forums.zeiss.com/microscopy/community

forums.zeiss.com/microscopy/community

 

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.