Dirk Jan Buters Magazin

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Mittwoch, 21. Februar 2024

Wie mache ich gute Bilder vom Mikrokosmos?

In der unsichtbaren Welt, in der das menschliche Auge nicht ausreicht, ist das Mikroskop das unverzichtbare Werkzeug für den Biohacker. Ein Instrument, das Türen zu kleinen Wundern öffnet. Durch handwerkliches Können mit einer Mikroskopkamera erfassen wir die Beweise und treiben die Wissenschaft voran.

Auf meiner Suche nach der perfekten Mikroskopkamera habe ich neue Dinge gelernt, die meine Welt erweitert haben. Was ist nötig, um gute Kamerabilder des Mikrokosmos zu machen?

Unerlässliche Eigenschaften

Das Wichtigste an einer guten Mikroskopkamera ist die Aufnahme von Bildern mit hoher Auflösung und gleichmäßiger Bildrate. Bei meiner Suche stand die Wahl einer 4K-Auflösung und einer Bildrate von 30 FPS (Bilder pro Sekunde) im Mittelpunkt. Ich war auf der Suche nach einer Kamera mit diesen Spezifikationen.

Geheimnisse

Während meiner Suche beschäftigte ich mich intensiv mit der Kameratechnik und lernte Konzepte wie Vollformatsensoren, das Verhalten von Licht und den Bayer-Filter kennen. Mir wurde schnell klar, dass die Lichtdichte bei der Vergrößerung mit Objektiven eine entscheidende Rolle für die Bildschärfe spielt. Wenn Sie sich der Lichtgrenze nähern, wird das Bild unscharf. Dies geschieht bei einer etwa 2000-fachen Vergrößerung. Darüber hinaus beeinflusst auch die Pixelgröße des Sensors die Gesamtschärfe. Kameras mit Vollformatsensoren, deren Sensorfläche der Größe eines Negativs einer alten Filmrolle entspricht, sind meist schärfer, aber teurer. Ich konzentriere mich daher auf das niedrige Segment.

Licht, Farbe und Schärfe

Ein weiterer wichtiger Aspekt, der bei der Aufnahme von Mikroskopbildern berücksichtigt werden muss, ist die Farbe bzw. Wellenlänge des Lichts. Unterschiedliche Lichtfarben weisen unterschiedliche Schärfegrade auf, wobei lila/blaues Licht im nahen Ultraviolett am schärfsten und grünes Licht am empfindlichsten für das menschliche Auge ist. Um ein schärferes Bild zu erhalten, können Farbfilter verwendet werden.

Eine interessante Technologie, die ich entdeckt habe, war der Bayer-Filter, der in Digitalkameras zum Aufnehmen von Farbfotos verwendet wird. Diese Technik besteht aus einem Raster aus Farbfiltern, die Licht verschiedener Wellenlängen filtern, sodass der Sensor Farbinformationen in Standard-RGB-Farben erfassen kann.

Evolution in der Videotechnologie

In der Welt der Videotechnik haben sich unterschiedliche Auflösungen entwickelt. Früher waren HD (1280 x 720) und Full HD (1920 x 1080) der Standard, aber heute erfreut sich 4K (3840 x 2160) aufgrund seiner Schärfe und Klarheit immer größerer Beliebtheit. 8K (7680 x 4320) ist immer noch teuer. In Bezug auf die Bildrate sind für ein flüssiges Bild mindestens 10 FPS erforderlich, es werden jedoch 30 FPS empfohlen, um Abhacken zu vermeiden. Für Zeitlupenaufnahmen ist eine noch höhere Bildrate zu bevorzugen.

Stromnetz und Flackern

Flimmern im Video hängt auch mit der Frequenz des Stromnetzes zusammen. In Europa beträgt die Standardfrequenz 50 Hz, in den USA 60 Hz. Dies wirkt sich auf die in den jeweiligen Regionen verwendete Video-Framerate aus. Wenn die Videobildrate nicht mit der Netzfrequenz übereinstimmt, kann es zu Flimmern im Bild kommen. Moderne Technologien wie Bewegungsinterpolation werden verwendet, um dieses Problem zu reduzieren, indem künstliche Frames hinzugefügt werden, um die Framerate an die Netzfrequenz anzupassen. Um einer visuellen Ermüdung vorzubeugen, ist es wichtig, Flimmern zu vermeiden. Deshalb ist es beispielsweise besser, in Europa 25 oder 50 Frames und in den USA 30 oder 60 FPS zu verwenden. Es hängt also davon ab, welche Lichtquelle Sie verwenden, ob dies berücksichtigt werden muss.

Komprimierung und Speicherung

Um zu verhindern, dass der Speicher schnell voll wird, werden beim Speichern von Videobildern Komprimierungstechniken eingesetzt. Es werden verschiedene Videocontainer wie MP4, MKV und MOV verwendet. Die Wahl der Videokomprimierung hängt von den spezifischen Anforderungen ab, aber für 4K-Video wird die H.265-Komprimierung empfohlen, wobei der MKV-Container für die meisten Systeme geeignet ist.

Überraschende Entdeckungen

Mit diesem neuen Wissen machte ich mich auf die Suche nach der perfekten Kamera für mein Mikroskop. Ich habe zunächst mit der Kamera meines Smartphones experimentiert, musste jedoch schnell feststellen, dass diese Einschränkungen hinsichtlich Stabilität und Präzision aufweist. Anschließend konzentrierte ich mich auf die Bresser MikroCam SP 3.1, eine Kamera speziell für die Mikroskopie. Obwohl es Bilder mit einer niedrigen Auflösung und Bildrate erzeugte, war es nicht die ideale Lösung, die ich suchte.

Durch weitere Erkundungen entdeckte ich die Raspberry PI High Quality Camera, die eine Auflösung von über 4K bei 60 FPS bot. Leider lieferte diese Kamera nur Full HD mit 60 FPS, wenn sie an einen Raspberry PI angeschlossen war. Ich habe auch darüber nachgedacht, eine alte Actionkamera umzufunktionieren und das Objektiv durch einen C-Mount-Adapter zu ersetzen. Obwohl diese Lösung teilweise erfolgreich war, ließ die Bildqualität der günstigen 4K-Actionkamera noch Raum für Verbesserungen. Eine teurere GoPro, die bessere Ergebnisse liefern könnte, lag außerhalb meines Budgets.

Meine Suche führte mich dann zu Arducam, einem auf Kameratechnik spezialisierten Unternehmen. Ihre Kameras mit attraktiven Spezifikationen und einem M12-Anschluss erregten meine Aufmerksamkeit, aber Adrucam-Kameras erwiesen sich als kompliziert in der Bedienung und auch recht technisch. Arducam bietet großartige Kameralösungen, die für den Techniker und nicht für den Durchschnittsverbraucher gedacht sind. Wenn Sie bei Arducam bestellen möchten, kontaktieren Sie zuerst diese, da ich offenbar das falsche Modul bestellt habe und sie nicht für einen Umtausch offen waren.

Rechte Kamera

Mangels einer guten Budgetlösung habe ich mir am Ende eine gebrauchte GoPro Hero9 für 200 Euro gekauft. Das Internet ist voll davon und ich habe es geschafft, das Fischaugenobjektiv durch einen C-Mount-Anschluss zu ersetzen. Ich muss zugeben, dass die Bilder sowohl für das Mikroskop als auch für mein Teleskop klar und scharf sind! Bei der Verwendung des Mikroskops konnte ich manchmal eine kleine Farbverschiebung feststellen. Die genaue Ursache dafür kenne ich noch nicht. Mir wurde gesagt, dass dies an der Qualität der von mir verwendeten Linsen liegt, wodurch die unterschiedlichen Lichtfarben nicht gleichmäßig abgelenkt werden.

Ein zusätzlicher Vorteil der Verwendung einer GoPro besteht darin, dass sie sehr einfach zu bedienen ist. Mit vielen Funktionen, wie zum Beispiel dem Anschluss an ein Telefon oder einen Fernseher. Um sich konzentrieren zu können, ist der Anschluss an einen 4K-Fernseher unerlässlich, dafür sind die GoPro-Bildschirme einfach zu klein.

Kurzum: Meine Suche nach der perfekten Mikroskopkamera war eine Entdeckungsreise. Dabei lernte ich, wie wichtig Auflösung, Bildrate, Lichtdichte und der Bayer-Filter für die Erzielung einer außergewöhnlichen Bildqualität sind. Ich habe verschiedene Kameraoptionen erkundet, von Smartphones bis hin zu speziellen Mikroskopkameras, bevor ich schließlich die ideale Lösung in einer gebrauchten GoPro gefunden habe. Mit dieser Kamera konnte ich atemberaubende Mikroskopbilder aufnehmen, die die Wunder der mikroskopischen Welt wirklich zur Geltung brachten.

Wenn Sie auf der Suche nach einer Mikroskopkamera sind, empfehle ich Ihnen, in die Welt der Kameratechnologie einzutauchen. Entdecken Sie die Konzepte Auflösung, Bildrate und Bildkomprimierung, um eine fundierte Entscheidung zu treffen, die Ihren spezifischen Anforderungen entspricht. Mit der richtigen Kamera erwecken Sie Ihre Mikroskopbilder zum Leben und ermöglichen es Ihnen, die verborgene Schönheit und Wunder der mikroskopischen Welt zu entdecken und zu erforschen.

Benutzerdefinierte GoPro

Bijna overal kun je een tweedehands GoPro vinden. Ik heb gekozen voor de Hero9, die tot 5K video en 20 megapixel foto's kan maken. Om de GoPro aan te passen, moet je de lensdop losdraaien en vervolgens met een dunne, platte schroevendraaier de lijmlaag rond de lens verwijderen. Zodra alle lijmresten verdwenen zijn, schroeft je de lens los met een tang. Dit is een beetje moeilijk. Als je het goed doet, laat je de lens intact. Dat mislukte bij mij en het glas van de lens brak in 1000 stukjes. Vervolgens heb ik de microscoopadapter op de GoPro gelijmd. Zorg ervoor dat de sensor schoon en stofvrij blijft. Het was een hele klus om de lens te verwijderen, maar uiteindelijk is het gelukt.

Menschliches Haar

Zuckergranulat

Euro-Münze

De letter 'n' van 'Koning der Nederlanden' op de munt van 20 eurocent uitvergroot.

De maan

Een foto van de maan met dezelfde gopro-opstelling, aangesloten op een telescoop.

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