Dirk Jan Buter's Magazine

Technologie voor persoonlijke groei en innovatie
woensdag 21 februari 2024

Hoe maak ik goede beelden van de microcosmos?

In de onzichtbare wereld, waar het menselijk oog tekortschiet, is de microscoop het onmisbare hulpmiddel voor de biohacker. Een instrument dat deuren opent naar kleine wonderen. Door vakmanschap met een microscoopcamera, leggen we het bewijsmateriaal vast en stuwen we de wetenschap vooruit.
In mijn zoektocht naar de perfecte microscoopcamera, leerde ik nieuwe dingen die mijn wereld vergrootte. Wat is er nodig om goede camerabeelden van de microcosmos te maken?

Essentiële kenmerken

Het belangrijkste van een goede microscoopcamera is het vastleggen van beelden met een hoge resolutie en een vloeiende framerate. Tijdens mijn zoektocht stond de keuze voor 4K-resolutie en een framerate van 30 FPS (beelden per seconden) centraal. Ik was opzoek naar een camera met deze specificaties.

Geheimen

Tijdens mijn zoektocht verdiepte ik me in de cameratechnologie en leerde ik over concepten als full-frame sensoren, het gedrag van licht en het Bayer-filter. Ik besefte al snel dat de lichtdichtheid een cruciale rol speelt in de scherpte van het beeld bij het vergroten met lenzen. Als je tegen de grens van het licht aanloopt, wordt het beeld wazig. Dit gebeurt bij een vergroting van ongeveer 2000 maal. Bovendien heeft de pixelgrootte van de sensor ook invloed op de algehele scherpte. Camera's met full-frame sensoren, die een sensoroppervlak hebben dat gelijk is aan de grootte van een negatief op een oud filmrolletje, zijn doorgaans scherper, maar duur. Ik focus mij dan ook op het lage segment.

Licht, kleur en scherpte

Een ander essentieel aspect waarmee je rekening moet houden bij het maken van microscoopbeelden is de kleur of golflengte van het licht. Verschillende kleuren licht hebben verschillende scherpteniveaus, waarbij paars/ blauw licht, nabij ultraviolet, het scherpst is en groen het meest gevoelig voor het menselijk oog. Om een scherper beeld te krijgen, kunnen kleurenfilters worden gebruikt.

Een interessante technologie die ik ontdekte was het Bayer-filter, dat in digitale camera's wordt gebruikt om kleurenfoto's te maken. Deze techniek bestaat uit een raster van kleurenfilters die licht van verschillende golflengten filteren, waardoor de sensor kleurinformatie in standaard RGB-kleuren kan vastleggen.

Evolutie in videotechnologie

In de wereld van videotechnologie zijn verschillende resoluties geëvolueerd. Vroeger was HD (1280x720) en full HD (1920x1080) de standaard, maar inmiddels is 4K (3840x2160) steeds populairder geworden vanwege de scherpte en helderheid. 8K (7680x4320) is nog steeds aan de dure kant. Wat de framerate betreft, is een minimum van 10 FPS vereist voor een vloeiend beeld, maar 30 FPS wordt aanbevolen om schokkerigheid te voorkomen. Voor slowmotion-opnamen wordt de voorkeur gegeven aan een nog hogere framerate.

Elektriciteitsnet en flikkering

Flikkering in video heeft ook te maken met de frequentie van het elektriciteitsnet. In Europa is de standaard frequentie 50 Hz, terwijl het in de VS 60 Hz is. Dit heeft invloed op de videoframerate die wordt gebruikt in de respectievelijke regio's. Als de videoframerate niet synchroon loopt met de frequentie van het stroomnet, kan flikkering optreden op het beeld. Moderne technologieën, zoals motion interpolation, worden gebruikt om dit probleem te verminderen door kunstmatige frames toe te voegen om de framerate aan te passen aan de frequentie van het stroomnet. Het vermijden van flikkering is belangrijk om visuele vermoeidheid te voorkomen. Daarom is het beter om bijvoorbeeld in Europa 25 of 50 frames aan te houden en in de VS 30 of 60 FPS. Het is dus afhankelijk van welke lichtbron je gaat gebruiken of het noodzakelijk is om hier rekening mee te houden.

Compressie en opslag

Voor het opslaan van videobeelden wordt gebruikgemaakt van compressietechnieken om te voorkomen dat de opslag snel vol raakt. Er worden verschillende videocontainers gebruikt, zoals MP4, MKV en MOV. De keuze voor videocompressie hangt af van de specifieke eisen, maar voor 4K-video wordt H.265-compressie aanbevolen, waarbij de MKV-container geschikt is voor de meeste systemen.

Verrassende ontdekkingen

Met deze nieuwe kennis ging ik op zoek naar de perfecte camera voor mijn microscoop. Ik experimenteerde eerst met het gebruik van de camera van mijn smartphone, maar besefte al snel dat deze beperkingen had op het gebied van stabiliteit en precisie. Vervolgens heb ik me gericht op de Bresser MikroCam SP 3.1, een camera speciaal ontworpen voor microscopie. Hoewel het beelden produceerde met een lage resolutie en framerate, was het niet de ideale oplossing die ik zocht.

Door verdere verkenning ontdekte ik de Raspberry PI High Quality Camera, die een resolutie bood van meer dan 4K bij 60 FPS. Deze camera leverde helaas alleen Full HD op 60 FPS wanneer aangesloten op een Raspberry PI. Ik overwoog ook om een oude actioncamera een nieuwe bestemming te geven door de lens te vervangen door een c-mount-adapter. Hoewel deze oplossing gedeeltelijk succesvol was, liet de beeldkwaliteit van de goedkope 4K-actioncamera ruimte voor verbetering. Een duurdere GoPro, die weliswaar betere resultaten kon leveren, viel buiten mijn budget.

Mijn zoektocht bracht mij vervolgens bij Arducam, een bedrijf gespecialiseerd in cameratechnologie. Hun camera's met aantrekkelijke specificaties en een M12-fitting trokken mijn aandacht, maar Adrucam-camera's bleken ingewikkeld in gebruik en ook behoorlijk technisch. Arducam heeft geweldige cameraoplossingen, bedoeld voor de techneut en niet voor de gewone consument. Als je gaat bestellen bij Arducam, neem dan eerst contact met hen op, want ik had schijnbaar de verkeerde module besteld en ruilen stonden ze niet voor open.

Juiste camera

Bij gebrek aan een goede budget oplossing, ben ik uiteindelijk overgegaan op het aanschaffen van een tweedehands GoPro Hero9 voor 200 euro. Het Internet staat er vol mee en het is mij gelukt de visooglens te vervangen met een c-mount aansluiting. Ik moet wel toegeven, de beelden zijn helder en scherp voor zowel de microscoop als mijn telescoop! Wel zag ik soms een kleine kleurverschuiving bij gebruik van de microscoop. De oorzaak daarvan weet ik nog niet precies. Ik heb mij laten vertellen dat dit komt door de kwaliteit van de lenzen die ik gebruik, waardoor de verschillende kleuren licht niet gelijkmatig worden afgebogen.
Een bijkomend voordeel van het gebruik van een GoPro is dat hij heel handig is in gebruik. Met veel functies, zoals het koppelen met een telefoon of TV. Koppelen met een 4K-TV is essentieel om scherp te kunnen stellen, de schermpjes van de GoPro zijn daar gewoonweg te klein voor.

Kortom, mijn zoektocht naar de perfecte microscoopcamera was een ontdekkingsreis. Gaandeweg leerde ik over het belang van resolutie, framerate, lichtdichtheid en het Bayer-filter bij het bereiken van een uitzonderlijke beeldkwaliteit. Ik heb verschillende camera-opties onderzocht, van smartphones tot speciale microscoopcamera's, voordat ik uiteindelijk de ideale oplossing vond in een tweedehands GoPro. Met die camera kon ik verbluffende microscoopbeelden maken die de wonderen van de microscopische wereld echt lieten zien.

Als je op zoek bent naar een microscoopcamera, moedig ik je aan om je te verdiepen in de wereld van cameratechnologie. Ontdek de concepten resolutie, framerate en beeldcompressie om een weloverwogen beslissing te nemen die aan jouw specifieke behoeften voldoet. Met de juiste camera komen je microscoopbeelden tot leven, waardoor je de verborgen schoonheid en wonderbaarlijke van het microscopische wereld kunt ontdekken en onderzoeken.

Aangepaste 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.

Mensenhaar

Suikerkorrel

Euromunt

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.

Comment

Doe mee en reageer op dit artikel via onze Patreon (1), Discord (2) of via onze Facebook (3) of LinkedIn (4) groepen!

Volgende

Inhoudsopgave

Vergroot je kennis met onze Patreon-abonnementen!

Word lid van onze Patreon en krijg toegang tot het volledige archief, bonuscontent, digitale kopie van elk nummer en/ of een papieren versie per post, een uitgebreidere collectie artikelen en/ of video's over technologie voor persoonlijke ontwikkeling. Kies één van de vier abonnementen die het beste bij jouw situatie past.

Contactpersoon & Advertentieverkoop: Dirk Jan (+31628860414)
Eindredactie: Dirk Jan
Redactie: Dirk Jan Lotte (AI) Of zie de bijschriften bij de artikelen.
Fotografie: Dirk Jan Lotte (AI) Of zie de bijschriften bij de foto's.