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Hochpräzises und flexibles 3D-Mikroskop – entwickelt für internationale Zusammenarbeit

Heutzutage ist die Zusammenarbeit zwischen Teams auf der ganzen Welt normal. Damit werden auch die Tools für diese gemeinsame Arbeit immer wichtiger. Aus diesem Grund hat Octonus das 3DDM entwickelt – ein hochpräzises und flexibles 3D-Mikroskop, mit dem Teammitglieder an unterschiedlichen Standorten in einem virtuellen Besprechungsraum gleichzeitig ein 3D-Objekt betrachten können. Das 3DDM bietet eine Vielzahl an Möglichkeiten zur Verbesserung der Bildqualität und erlaubt den Nutzern damit, sich ein detaillierteres und umfassenderes Bild von einem Objekt zu machen – in einem System.

Was ist das Octonus 3DDM und wie funktioniert es?

 Das Octonus 3DDM basiert auf dem Stereomikroskop M205a von Leica Microsystems (Wetzlar, Deutschland). Beim 3DDM wurden der Standard-Leica-Plattform die folgenden Erweiterungen hinzugefügt: ein Objekthalter auf einer motorisierten Bühne, ein speziell entwickeltes LED-Beleuchtungssystem und ein Paar  Grasshopper3 -Kameras.

von FLIR (früher Point Grey).Für die Aufnahme eines Bildes platziert der Bediener eine Probe auf dem Objekthalter des 3DDM. Der Bediener kann die Probe im Sichtfeld der Kameras mithilfe von Standardgeräten wie Maus, Tastatur oder 3D-Joystick drehen. Gleichzeitig erlauben Einstellungen über einen in die Kamera integrierten Fokusantrieb sowie die optische Blende des Systems die Aufnahme scharfer 3D-Videos.

Beim Drehen der beleuchteten Probe auf dem Objekthalter zeichnen die beiden  Grasshopper GS3- U3-23S6C-C- Farbkameras einen qualitativ hochwertigen Live-Video-Stream auf. Auf dem PC werden die Daten der Kameraaufzeichnungen in einem kompakten Videoformat gespeichert – entweder als 3D-Video-Stream oder als 3D- bzw. 2D-Bild. Außerdem wird neben den Bildern oder Videoaufzeichnungen ein kompletter Datensatz zu jedem Bild gespeichert (alle digitalen Einstellungen der optischen Blende, des Beleuchtungssystems und des Halters). Damit können Live- oder Aufzeichnungsdaten auch bearbeitet werden.

Bildanalyse-Software auf dem PC misst Objektmerkmale mit einer Präzision von bis zu zehn Mikrometern. Ein kombinierter 2D/3D-Modus erlaubt die Messung sowohl im dreidimensionalen Raum als auch entlang der Projektionsfläche durch das Objekt hindurch.

Optionen des 3DDM für Objektbeleuchtung und digitale Erweiterungen

Dank der multifunktionalen LED-Beleuchtung des Mikroskops können Proben auf unterschiedliche Weise ausgeleuchtet werden. Die Lichtquellen können je nach Programmierung sichtbares NIR- (Nah-Infrarot) oder UV-Licht koaxial, aus dem Hintergrund oder von den Seiten der Probe bereitstellen. Dunkelfeldbeleuchtung – eine für die Aufnahme von Abfolgen von Lebendproben und ungefärbten biologischen Proben besonders gut geeignete Technologie – kann den Kontrast der aufgenommen Bilder verbessern. Das 3DDM bietet darüber hinaus noch eine Vielzahl digitaler Erweiterungsoptionen, mit denen Bediener auch Details erfassen können. Beispiele:

Abbildung 1: Fisch, Innenansicht.  Obere Reihe links, Hintergrundbeleuchtung. Obere Reihe rechts: Oberlicht.  Sichtfeld 16 mm.  Untere Reihe links: Dunkelfeld. Untere Reihe rechts: NIR-Beleuchtung.   Sichtfeld 18 mm.

  • High-Dynamic-Range Imaging (HDRI – Hochkontrast-Bildverarbeitung) verbessert die Aufnahme von Bilddetails in Bereichen, die ursprünglich schlecht belichtet wurden.
  • 12-Bit-Tone Mapping (Dynamikkompression) ermöglicht die Anzeige von HDR-Bildern auf Standard-Displays.
  • EDF-Technologie (Extended Depth of Field, erweiterte Schärfentiefe) ersetzt Analysen einer Fotoserie durch Analysen eines Einzelbilds, das das gesamte Objekt im Fokus zeigt.
  • Ein Algorithmus zur Bildzusammenfügung erhöht automatisch die Bildauflösung und das Sichtfeld.

Abbildung 2: Das Bild links ist die Originalaufnahme von der Kamera.  Das rechte Bild ist das erweiterte Bild mit lokalem Kontrast, erweiterter Schärfentiefe und HDR. Das Sichtfeld ist bei beiden Bildern 16 mm.

Andere Features des 3DDM

Virtueller Besprechungsraum

Das 3DDM erlaubt die weltweite Zusammenarbeit über 3D-TVs und Stereobrillen für die Einrichtung eines virtuellen Besprechungsraums. Der Leiter kann Bilder mit Notizen hinzufügen oder mit der Maus die Aufmerksamkeit der Kollegen auf wichtige Details richten, das Bild wechseln, vergrößern und verkleinern, die Bildrate ändern oder Ebenen hinzufügen und entfernen. Elemente aus der Echtwelt können um computergenerierte Eingaben wie 3D-Modelle, Messinstrumente und Augmented Reality erweitert werden.

Individuelle Anpassung

Das 3DDM bietet ein C++ SDK (Software Development Kit) für Kunden und Entwickler. Mit dem SDK können die Beleuchtung, die optische Einheit und der Halter des Systems gesteuert werden. Außerdem können damit Erweiterungen oder Zusätze für die bestehenden Algorithmen zur Bildverarbeitung entwickelt werden.

Nächste Schritte

In naher Zukunft möchte Octonus noch die Auflösung der 3D-Videos erhöhen, die vom 3DDM aufgezeichnet werden, indem die Kameras von 2,3 MP auf 5–12 MP erweitert werden.

Über Octonus

Mit mehr als 20 Jahren Erfahrung in der Produktion industrieller Bildverarbeitungs- und Analysesysteme hat Octonus bereits viele Projekte mit Hardware und Software versorgt. Das Unternehmen ist ein Vorreiter bei der Entwicklung optischer Verfahren für das Rekonstruieren der inneren Struktur semitransparenter Objekte und bei der Entwicklung präziser 3D-Modelle von Objekten mit einer Größe von 2–50 mm.

octonus.com
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