Wie viel MP braucht eine „Digi-Mikroskop-Kamera“?

Begonnen von Carlos, Juni 21, 2015, 11:46:19 VORMITTAG

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Eckhard

Hallo,

ZitatMit steigender Apertur werden weniger MP benötigt!
Das ist natürlich vollkommener Unsinn. Mit steigender Apertur bei gleichem Abbildungsmassstab werden natürlich mehr Pixel benötigt. Das Bildfeld bleibt ja gleich, nur die Auflösung steigt.

Objektive niedriger Massstabszahl und hoher NA, wie ein Zeiss Apochromat 10x/0.45 NA, liefern die meisten Pixel.

Zitat von: EckhardMan kann das einfach rechnen denn von Zeiss gibt es eine praktische Näherungsformel:

AuflösungMikroskop = (3000 * NAObjektiv)/(MObjektiv * MAdapter)

wobei M der Vergrösserungsfaktor ist. Das Ergebnis sind "Lines per mm", lpmm.


Beispiel 1: 20x 0,50 NA EC Plan Neofluar, Zeiss Kameraadapter mit Vergrösserung 1,6 für APS-C Chip (Nikon DX Kameras)

(3000 * 0,5) / (20 * 1,6) = 46,88 lpmm

Nun multiplizieren wir die lpmm mit der Chipgeometrie und dem Faktor 2 (Nyquist Kriterium) und bekommen die benötigte Anzahl Pixel, um das vom Kameraadapter gelieferte Bild verlustfrei aufnehmen zu können. Für eine Nikon DX Kamera mit APS-C Chip (23,6 mm * 15,8 mm) haben wir also:

Benötigte Auflösung KameraDX Chip = (2 * 46,88 * 23,6) * (2 * 46,88 * 15,8) = 2213 * 1481 = 3,28 Mega Pixel


Beispiel 2: 20x 0,50 NA EC Plan Neofluar, Zeiss Kameraadapter mit Vergrösserung 2,5 für Vollformat Chip (Nikon FX Kameras)

(3000 * 0,5) / (20 * 2,5) = 30 lpmm

Benötigte Auflösung KameraFX Chip= (2 * 30 * 23,9) * (2 * 30 * 36) = 1434 x 2160 = 3,1 Mega Pixel


Beispiel 3: 20x 0,80 NA Planapochromat, Zeiss Kameraadapter mit Vergrösserung 2,5 für Vollformat Chip (Nikon FX Kameras)

(3000 * 0,8) / (20 * 2,5) = 48 lpmm

Benötigte Auflösung KameraFX Chip= (2 * 48 * 23,9) * (2 * 48 * 36) = 2294 x 3456 = 7,93 Mega Pixel

Wieviel "Oversampling" man macht, ist m.A. Ansichtssache. Man kann argumentieren, dass zum Ausgleich der Bayernmaske x4 notwendig ist. Ich glaube, die überhalb der 10 Megapixel wahrgenommene Qualitätsverbesserung hängt mehr mit den besseren Eigenschaften und dem Rauschverhalten moderner Chips, die i.d.R. mehr Pixel haben, zusammen.

Herzliche Grüße
Eckhard
Zeiss Axioscope.A1 (HF, DF, DIK, Ph, Pol, Epifluoreszenz)
Nikon SE2000U (HF, DIK, Ph)
Olympus SZX 12 (HF, DF, Pol)
Zeiss Sigma (ETSE, InLens SE)

www.wunderkanone.de
www.penard.de
www.flickr.com/wunderkanone

limno

Hallo Hubert, Timm, et al!
Asche auf mein Haupt! Ihr habt recht! Zur Ehrenrettung von Frau Lichtscheidl muss gesagt werden, dass ihre Berechnungen richtig sind, ich es aber in meinem Kopf verkehrt gespeichert hatte >:(!
Ich bitte um Pardon und danke für die Berichtigung!
Allen eine Gute Nacht!
Heinrich
So blickt man klar, wie selten nur,
Ins innre Walten der Natur.

treinisch

Hallo,

Zitat von: MikroTux in Juni 22, 2015, 20:55:46 NACHMITTAGS

Das schöne an so kategorischen Aussagen liegt ja darin, daß man sie mit einem einzigen Spezialfall widerlegen kann.  Wobei mein Mikroskop leider über kein Objektiv 40/1.3 und einer Sehfeldzahl von 25 verfügt. 

nun ja, das Gegenteil ist aber sicherlich auch nicht das Ei des Columbus. Die Behauptung wurde ja nicht für Dein Mikroskop aufgestellt.

Zitat
Mit 40/0.65 und Sehfeld 20 entspricht es mehr dem, was erstmal so gänig ist.

na gut, nehmen wir den kleinen Bruder: 10x 0.25, von mir aus auch mit 20 mm.
(Wieviel hat eigentlich ein Orthoplan? Doch wohl vermutlich 30 mm?)

Der braucht schon ohne Nyquist-Shannon, Bayer-Maske, Tiefpass immerhin 3.3 MP, also allein mit Nyquist-Shannon schon 13 MP oder nur mit Bayer auch schon 7 MP, mit 5 MP also definitiv massiv unterbesetzt.

Vlg
Timm
Gerne per Du!

Meine Vorstellung.

the_playstation

Hallo.
Meiner Meinung nach kommt es auf den Anspruch und die Fähigkeiten des Nutzers an und ob Er bei einem Objekt überhaupt das theoretisch maximale herausholen kann. Ich sage nur mal Schichtdicke und das Zuziehen der Iris, um die Tiefenschärfe zu erhöhen.

Da MPixel quasi nicht mehr viel kosten, kann sich aber nahezu jeder ausreichend MPixel leisten. Interessant ist eher das Rauschverhalten und das Eingreifen von Rauschverminderungssoftware in der Kamera. Viele MPixel nützen nichts, wenn die Software in der Kamera gnadenlos Pixelmatsch erzeugt. Siehe Testergebnisse div. Kameras.

Zu Topfotos gehören viele Faktoren. MPixel, Licht, Software, Schichtdicke, N.A. , die Person vor dem Mikroskop, dem Objekt selbst, ....

Liebe Grüße Jorrit.
Die Realität wird bestimmt durch den Betrachter.

smashIt

Zitat von: limno in Juni 22, 2015, 17:07:13 NACHMITTAGS
ich bin ja keiner, aber ich meine, die Problematik wurde schon mal erschöpfend beantwortet! http://www.univie.ac.at/mikroskopie/pdf/Lichtmikroskopie.pdf auf Seite 247ff

die berufen sich ja bei ihrer berechnung auf
http://www.microscopyu.com/tutorials/flash/pixelcalc/index.html

der punkt wo sie auf linienpaare umschwenken kommt mir aber etwas dubios vor
mir is zwar klar wie sie darauf kommen, mMn is ein pixel zwischen 2 benachbarten punkten aber zu grob gesampelt um das tal dazwischen ordentlich abzubilden
ich würde hier eher 3 pixel einschieben, allso einen faktor 4 verwenden
und dann nochmal aufstocken wegen dem drecks bayer-sensor (oder einen foveon-sensor verwenden ;) )
MfG,
Chris

Bildung ist das was uns vom Tier unterscheidet.

Funtech.org

MikroTux

Zitat von: treinisch in Juni 22, 2015, 22:08:45 NACHMITTAGS

na gut, nehmen wir den kleinen Bruder: 10x 0.25, von mir aus auch mit 20 mm.
(Wieviel hat eigentlich ein Orthoplan? Doch wohl vermutlich 30 mm?)

Der braucht schon ohne Nyquist-Shannon, Bayer-Maske, Tiefpass immerhin 3.3 MP, also allein mit Nyquist-Shannon schon 13 MP oder nur mit Bayer auch schon 7 MP, mit 5 MP also definitiv massiv unterbesetzt.

Ich dachte, aus meinem Text geht hervor, daß ich durchaus Verständnis für diejenigen habe, die sich ein 40/1.4 geleistet haben, und nun mit ihren Bildern anderen die Schönheit des Mikrokosmos zeigen wollen, wofür dann die Kamera mit den meisten Mpix und dem grösten Sensor gerade gut genug ist. Ich schaue mir die Bilder hier dann auch gerne an.  :)
Im Themeneröffnungspost wurde gefragt, was ist abseits dieser Einstellung denn notwendig, und zwar um das darzustellen, was man im Okular sehen kann, die Fotografie durch das Okular. Hier denke ich an jemanden, der für seine Arbeit eine Dokumentation braucht, und die Frage stellt, welche Kamera ist dafür notwendig. 
Da die Aussage an die Fotografie durch das Okular gebunden ist, verstehe ich es so,  daß die sichtbare Qualität und der im Okular zu erkennende Bereich im gesamten dokumentiert werden soll.

Wenn du dich bei einem 10/0.25 erst ab 7MP (eigentlich 13) wohl fühlst, ist in Ordnung. In der o.g. Literatur wird dafür 1,52 Mpix für ausreichend gehalten. Dies ist auch der Wert den der Auflösungsrechner für so einen Achromat berechnet.  Auch wenn man das als Ausgangswert für seine Oversampling-Anspruche sieht, kann man dann schon begründet der Meinung sein, daß dann mit 5Mpix. alles erfasst werden kann-oder auch nicht. Zumal in Sachen aufgelöste Bildpunkte das 10/25 eben nicht der kleine Bruder des 40/0.65 ist. Lupus hat die Begründung geschrieben. Vergleiche die Werte, die der Rechner ausgibt.
mfg
Frieder

treinisch

Hallo,

Zitat von: MikroTux in Juni 23, 2015, 00:08:06 VORMITTAG
In der o.g. Literatur wird dafür 1,52 Mpix für ausreichend gehalten.

das hat nichts mit fühlen oder nicht zu tun.

NA = 0.25 gibt nach Deinem Rechner eine Auflösung von 1.16 µm, mit 10x also 11.6 µm, macht bei 20 mm 1725 Pixel, also 3 MP und nicht 1.5.

Und das dürfte ja wohl offensichtlich massivst unterabgetastet sein!

Was diese andere Seite da rechnet: Keine Ahnung, aber es sind auch nicht alle Annahmen angegeben, die man bräuchte um das nachzuvollziehen.

vlg

Timm
Gerne per Du!

Meine Vorstellung.

Lupus

Hallo Frieder,

ZitatIn der o.g. Literatur wird dafür 1,52 Mpix für ausreichend gehalten. Dies ist auch der Wert den der Auflösungsrechner für so einen Achromat berechnet.
ich dachte es wurde schon ausreichend beschrieben, dass der Wiener Artikel sich auf einen Sensor mit 9 mm Breite bezieht. Und der verlinkte Auflösungsrechner von Nikon geht von 6.4 mm Sensorgröße aus!
Der Thread unterstellt erkennbar die maximal mögliche Bildgröße des mikroskopischen Zwischenbildes, und das sind üblicherweise 18-23 mm:
ZitatEine 5 MP Digitalkamera, egal welchen Formats, ist von der Anzahl der Pixel her, völlig ausreichend, um ein formatfüllendes Bild des maximal erfassbaren Ausschnitts des  mikroskopischen Zwischenbildes ( 10-fach bis 100-fach Objektiv) wiederzugeben.

Hubert


Kurt Wirz

Hallo

Das analoge Bild der Optik besitzt weit mehr Information, wie sie eine 5 MP Kamera erfassen kann. Eine Umwandlung von analog zu digital ist immer mit Verlusten behaftet. Bei Messwerten ist immer zu berücksichtigen, wie sie definiert sind. Vergleicht man durch Betrachtung, Mikroskop Bilder einer 5 MP, 12 MP und einer 24 MP Kamera, erkennt man Unterschiede. Nicht nur, dass bei einem höher aufgelösten Bild, mehr Details sichtbar sind, sondern sie werden auch klarer abgebildet und können zusätzlich mit der Bildbearbeitung besser sichtbar gemacht werden. Um dies zu beurteilen muss man auch schauen und nicht nur rechnen.

Kurt

Stuessi

#24
Zitat von: treinisch in Juni 23, 2015, 00:27:43 VORMITTAG
...NA = 0.25 gibt nach Deinem Rechner eine Auflösung von 1.16 µm, mit 10x also 11.6 µm, macht bei 20 mm 1725 Pixel, also 3 MP und nicht 1.5.
...

Hallo,

12 µm Linienabstand erfordert ca. 3 Pixel mit 4 µm Abstand. Der Pixelpitch einer 24 MPixel APS-C Kamera (23,5x15,5 mm²) beträgt 3,9 µm. Damit wird der schärfste innere Bereich eines Bildkreises von 20 mm Durchmesser gut aufgelöst erfasst.

Gruß,
Stuessi

peter-h

Liebe Kameraexperten,

ich lese mit großem Interesse diesen Faden. Was ich vermisse sind einfachste Beispiele. Zugegeben es macht etwas Arbeit.
Also habe ich versucht mit meinen Mitteln einen sicher nicht sehr repräsentativen Vergleich zwischen einer einfachen 5MP Farbkamera mit CMOS Chip und einer Canon DSLR 650D mit 18 MP aufzubauen.
Die Anpassung des Bildfeldes zeigt das 1. Bild.



Die Unterschiede sind nicht extrem, aber vorhanden.

Der Aufbau:
Ein Olympus BH2 mit UMA Einheit und Objektiv MSPlan 10x/0,30. Im Auflichtansatz UMA befindet sich die Tubuslinse, da die Objektive dieser Reihe für Unendlich gebaut sind. Um so wenig wie möglich sonstige Optik dabei zu haben ist der Strahlenteiler für die Auflichtbeleuchtung entfernt.
A) Canon 650D adaptiert über das zugehörige Projektiv NFK 1,67x.
B) Die kleine DFK72 mit dem Chip von nur 5,7 x 4,28mm ist über eine Adaption mit Faktor 0,5x erfolgt.

Ziel war nun den Einfluß der Pixelanzahl in einem Bildausschnitt zu dokumentieren. Testobjekt eine Platte mit Linienmuster ohne Eindeckung.



Was ist erkennbar ?
Die 500 Linienpaare werden in beiden Kameras aufgelöst gezeigt. Nach der Rechnung von Nikon reichen für das Objektiv 2,2 MP Kameras. Wie zu erwarten ist bei der 18MP Kamera noch reichlich Reserve.
Bei starren Objekten ist aber auch mit der 5MP Kamera durch den Trick der Subpixelverrechnung eine deutliche Steigerung möglich. Sind mehr als  18 MP erforderlich ? Sicher bringt eine weitere Steigerung erst mit besseren Objektiven einen Gewinn.

Nun hoffe ich auf weitere Bildbeispiele  ;D

Viele Grüße
Peter

Lupus

Hallo Peter,

ich versuche das Experiment auch zu interpretieren:
Die Linienbreite beträgt 10 µm in der Bildebene, der 5 MP Sensor hat geschätzt etwa 4.4 µm Pixelgröße (? mit Lineal vom Bildschirm gemessen). Das Objektiv sollte in der Bildebene eine Auflösung von etwa 10-13 µm (je nach Wellenlänge) besitzen. Also wurde das Nyquist-Kriterium eingehalten. Nachdem aber die Linien fast den doppelten Abstand haben, sind sie wie zu erwarten sehr gut aufgelöst. Aber es geht ja um die Abbildung der Objektivauflösung, nicht die Linienauflösung.

Da das Testobjekt durch die begrenzte Auflösung des Objektives eher "sinusförmig" als rechteckig abgebildet wird, ergibt der 18 MP Sensor keinen wirklichen Informationsgewinn gegenüber dem 5 MP Sensor, auch wenn das Bild deutlich schöner aussieht und weniger Rauschen enthält. Das dürfte aber hauptsächlich an der Sensorgröße liegen und nicht unbedingt an der höheren Pixel-Auflösung, anders lässt sich die Schwankung der drei Intensitätsmaxima eigentlich nicht erklären. Auch wenn die Pixelzahl natürlich nicht groß genug sein kann - sie darf nicht auf Kosten der geometrischen Sensorgröße gehen, da im Grenzbereich das Rauschen bildbestimmend ist.

Dass trotzdem mit dem 18 MP Sensor mehr Bildinformation im Intensitätsverlauf enthalten ist, ist ein ganz anderes Thema - die könnte man nur durch Bildbearbeitungsverfahren wie Dekonvolution verwerten um das Testbild zu rekonstruieren.

Bei der Überlagerung der 400 Bilder des 5 MP Sensors bin ich etwas skeptisch ob das eine wirkliche Verbesserung darstellt. Mein Eindruck ist, dass die Intensitätsverteilung eher schlechter ist und der Intensitätsverlauf verbreitert wird, das Bild also etwas verfälscht wird - man müsste das Verfahren kennen.

Sehr interessant wäre der Vergleich auch bei einem Linienabstand im Grenzbereich der Objektivauflösung.

Jedenfalls wieder einmal eine schöne Präsentation.

Hubert

wilfried48

#27
Lieber Peter,

mal wieder ein sehr schönes Experiment !

Aber ein wirklicher Vergleich müsste natürlich an der Auflösungsgrenze des 10x/0.30 Objektives passieren und das sind mehr als 1000 LP/mm.

Ich vermute jedoch, dass das Testobjekt das nicht hergibt, da ja auch mit den 18 MP schon die 715 LP/mm nicht mehr merklich besser aufgelöst sind.

Aber die 625 LP/mm werden mit dem Canon 18 MP Chip deutlich besser aufgelöst als mit der 5 MP Kamera.

Du könntest ja mal die Auflösung der Canon mal auf 8 MP oder 4,5 MP stellen und schauen was dann mit den 625 LP/mm im Unterschied zu 18 MP passiert.

viele Grüsse
Wilfried

vorzugsweise per Du

Hobbymikroskope:
Zeiss Axiophot,  AL/DL/Ph/DIC/Epi-Fl
Zeiss Axiovert 35, DL/Ph/DIC/Epi-Fl
Zeiss Universal Pol,  AL/DL
Zeiss Stemi 2000 C
Nikon Labo-/Optiphot mit CF ELWD Objektiven

Sammlung Zeiss Mikroskope
https://www.mikroskopie-forum.de/index.php?topic=107.0

Ralf Feller

Liebe Kollegen,
ich verstehe nicht viel von der Materie, weil ich mir aber in der Zukunft auch eine neue Kamera zulegen möchte frage ich einfach mal: Warum kommen Mikroskopkameras wie die Moticam oder die Axiocam mit nur 5MP aus.
Ich erinnere mich an tolle Aufnahmen z.B. von Holger Adelmann und Ronald Schulte. Hier existiert doch die ganze Verschlußproblematik nicht. Sind die "hochpixeligen" Digicams wirklich so viel besser?

viele grüße, Ralf

Stuessi

#29
Lieber Peter,

die gleiche Vorlage habe ich "mit unterschiedlichen Pixelzahlen"  fotografiert und zum besseren Vergleichen die Ausschnitte 3-fach vergrößert.

Mikroskop: Dialux
Objektiv: Pl Fl 10/0,30 (170mm)
Okular Periplan GF 10x
Relaisoptik: Sigma 19mm/2,8 oder 30mm/2,8
Kameras Sony A7, NEX7N oder A6000 (12/16/24 MPixel auf APS-C)









Gruß,
Stuessi