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

[Lupus]

Hallo,

Und der Nachbar links wohnt in dem blauem Haus, wer hat das Lama als Haustier?

die Frage gehört eigentlich ins Mikro Cafe, nach 1-2 Pils zu fortgeschrittener Stunde.   

Hubert

[Stuessi]

Hallo,

danke für die Antworten zum Objektiv 4/0.16!

400 Lp/mm bei 4x10-facher Vergrößerung sind 100 Lp/mm im Zwischenbild. Der Pixelabstand muss dort also ohne Berücksichtigung von Bayer... mindestens 5 µm betragen.
Wenn das Zwischenbild 18mm Durchmesser hat, benötigt man einen quadratischen Sensor von 18x18 mm² mit 13 MPixel, besser aber deutlich mehr!

Gruß,
Rolf

[Lupus]

Hallo Rolf,

die Fragestellung ist allerdings gegenüber Carlos und der "5 MP-Theorie" etwas unfair. 
Umso geringer vergrößernd das Objektiv ist (mit entsprechender n.A.), desto größer ist die erforderliche Pixelzahl. Das wurde schon diskutiert. Mach das gleiche doch mal mit 1000facher Vergrößerung. 

Hubert

[peter-h]

Hallo Hubert,

danke für Deine Schätzung, aber es wäre nett wenn Du die Berechnung etwas erläutern könntest.

@ Wilfried
warte nur bis Du in mein Alter kommst, bist ja jetzt noch ein junger Hupfer 

Ich gestehe aber auch, dass ich lieber mit Okularen der Klasse 12,5x/20 Br als mit den 10x mikroskopiere.

Schönen Sonntag
Peter

[Lupus]

Hallo Peter,

welche Schätzung meinst Du, das mit den < 55 Jahren? Das war natürlich 95% Scherz mit lediglich 5% Realitätsanteil. Es gibt bezüglich der Sehschärfe zahlreiche Untersuchungen (gemeint ist dabei selbstverständlich die durch Brille korrigierte Sehschärfe), und es ist bekannt dass - wie übrigens bei allen Körperfunktionen wie Gehör oder Muskulatur - ab der Jugend ein kontinuierlicher Abbau erfolgt. Beim Auge nimmt vor allem die optische Qualität z.B. durch zunehmende Trübung u.ä. ab, im gleichen Maß sinkt die Auflösung. Natürlich gibt es da sehr starke individuelle Schwankungen, das ist nur eine statistische Aussage. Ich hab eigentlich nur aus einer der statistischen Auswertungen für ältere Menschen versucht, mit einem angenommenen Visus von 0.8 und der zugehörigen Interpolationskurve das Alter abzulesen, das diesem Wert entspricht. Das geht natürlich nicht wirklich, da die Schwankungen sehr groß sind. Bei 70jährigen liegt in dieser Untersuchung z.B. die Interpolationskurve bei einem Visus von 0.5, aber mit einer Streuung von 0.1 bis 0.9!    0.8 lag außerhalb dieser Untersuchung, da hab ich halt mal die Interpolationskurve mutig verlängert ..... 

Das mit der Auflösung von 1.3' war natürlich auch ein Scherz, vielleicht mit 40% Realitätsanteil, aber mit viel Fantasie sollte der sogar nachvollziebar sein: die 420 L/mm entsprechen 2.38 µm, in der Bildebene 9.5 µm. Das 10x Okular und das Auge bilden ein optisches System, das das Bild ca. um den Faktor 0.68 verkleinert auf der Netzhaut abbildet (Durchschnittswert für die Brennweite des entspannten Auges ca. 17 mm, Okular 25 mm), ergibt 6.5 µm. Und das wiederum entspricht einem Bildwinkel von grob 1.3'. Wie gesagt, ein Scherz, aber eben mit etwas Realitätsbezug. Die persönliche Sehschärfe sollte man lieber beim Augenarzt oder beim Optiker bestimmen lassen statt mit Hilfe des Mikroskopes
Oder man macht es grob selbst z.B. mit Hilfe von Landoltringen http://www.onlinesehtests.de/sehtest-kreise-landolt-ringe.php Die Umgebungshelligkeit muss dabei stimmen, damit das Auge die richtige Pupillenweite hat. Und - wie schon gesagt - natürlich mit Sehhilfe falls vorhanden.

Hubert

[Kurt Wirz]

Hallo

Für die Auflösung ist das Objektiv zuständig, das Okular oder die Zwischenlinse passen es lediglich für unser Auge oder den Chip an.
Nikon D7100, Chipgrösse 23.5 x 15.6mm, 6000 x 4000 Pixel = 24MPixel, Pixelpitch = 3.9µm, Chipdiagonale = 28mm.
Ich verwende kein Okular und keine Zwischenlinse.
Hier einige Zahlen:
Abbildungsmassstab - Bildbreite (mm) - Auflösung LP/mm - Linien/BB - Objektiv
1.7: 1 - 13.9 - 180 - 4998 - Nikon Fotoobjektiv 105mm, Blende 2.8
2.9: 1 - 8.1 - 270 - 4214 - Zeiss Luminar 40mm, 0.13
5.9:1 - 4.0 - 420 - 3346 - Zeiss Luminar 25mm, 0.15
10:1 - 2.35 - 900 - 4230 - NIKON CFN, PLAN 10/0.30, 160/0.17
20:1 - 1.175 - 1250 - 2937 - NIKON M Plan 20/0.4 LWD, 210/0
40:1 - 0.5875 - 1800 - 2115 - NIKON M Plan, 40/0.5 ELWD, 210/0

Bei 1.7:1 werden 4998 Linien mit 6000 Pixeln aufgelöst, Faktor 1.2
Bei 40:1 werden 2115 Linien mit 6000 Pixeln aufgelöst, Faktor 2.8

Kurt

[Carlos]

Hallo zusammen,
M. E. müsste es doch zu denken geben, dass auch Zeiss auf Mikroskop-Kameras setzt, die ,,nur" 5Mp bzw. 6Mp haben, und das für anspruchsvolles Mikroskopieren in der Wissenschaft.
Hallo Wilfried,
Du schreibst, dass es in der Wissenschaft auf die Kamerasteuerung und die Bildauswertung ankommt und dass diese nicht auf der Basis EOS-Utility und anderer Freeware ablaufen kann.
Für mich liegt damit der Schluss nahe, dass es nicht die Anzahl der Pixel ist, - hier gibt es offensichtlich für Zeiss ein ,,Optimum" bei 5Mp bzw. 6Mp-, sondern die Optik zur Übertragung des Zwischenbildes auf die ,,Pixelfläche" (Chip) und die nachgeschaltete Verarbeitung der Pixel-infos zu einem Bild in der wissenschaftlich geforderten Qualität. Das bestimmt offensichtlich den Preis einer ,,Zeiss-Mikroskop-Kamera".
Deine Schlussfolgerung (in einem weiteren Beitrag): ,,Privat bleibe ich zunächst ... beim Canon 18Mp Halbformat Chip ..." interpretiere ich dahingehend: ,,diese Lösung habe ich und bin auch weitgehend zufrieden damit, nur über was nachweislich Besseres würde ich nachdenken." Das kann ich nachvollziehen.
Wie einige hier im Forum wissen, habe ich den von Peter H. beschriebenen Weg der Adaption einer Okularkamera mittels ,,Tandem-Optik" aus ,,Plössl- und Periplan-Okular" gewählt. Die Beiträge in diesem ,,Faden" bestätigen mich darin.
Von der Leistungsfähigkeit des Systems bin ich begeistert. Es wundert mich, dass nicht mehr diesen Weg gegangen sind, zumindest habe ich bisher keine entsprechenden Beiträge gesehen.
Den ,,Faden" habe ich begonnen, weil ich überlegt habe, mir neben meiner 3Mp und 5Mp Touptek Kamera noch eine 9Mp Touptek Kamera zuzulegen, um zu sehen, ob ich damit noch bessere Bilder erhalte. Jetzt bin ich mir sicher: Damit erreiche ich nichts Besseres.
Mit freundlichen Grüßen Carlos

[JüSchTü]

Hallo zusammen,

der Faden ist weit fortgeschritten und ich möchte nur noch kurz die Fragen zu meinem Beitrag beantworten.

was bedeutet "befriedigend"?

Wenn ich gefragt würde, wieviel Geisseln ein Geisseltierchen hat, dann ist die Beobachtung, dass es zwei sind und nicht nur eins, ausreichend, also nicht einmal befriedigend. Es interessiert dann eben nicht, wie die Geisseln aussehen, ob sie bunt, verzwirbelt oder keulenförmig sind. Wenn ich meinem Chef dann gemeldet hätte, dass sie grün und linksrum gedreht sind, hätte ich mich dem Vorwurf ausgesetzt, öffentliche Gelder zu verschleudern, weil das nicht gefragt war und ich zu großen Aufwand getrieben hätte.

was bedeutet "Oversampling"-Funktion zum umrechnen der analogen Auflösung?

Inzwischen zeigt Kurt mit seinen Daten, dass ein einfacher Faktor nicht ausreichend ist.

Es wäre doch zu schön, und auch viel zu einfach, wenn man sagen könnte: Abbé · X = Y MPixel. Und alle sind zufrieden. Ein einfacher Faktor X reicht nicht aus, weil das zu erreichende "befriedigende Ergebnis", s.o., sehr von der Fragestellung, den zur Verfügung stehenden Mitteln, den optischen Komponenten und den Eigenschaften (Filter-/Reflektionseigenschaften, Kontrastverhalten etc.) des aufzunehmenden Objekts abhängt. Reicht als Ergebnis die Aussage "nicht eine sondern zwei Geisseln", dann genügt eben die 1 MPixel oder 2 MPixel-Kamera, da sie mit dem entsprechenden Objektiv genau das zeigt, was im Grenzfall nach Abbé (und Abtasttheorem und und...) möglich ist. Andererseits wird sich niemand extra deshalb eine 1 MPixel-Kamera zulegen .

Der Diskussionsfaden um die "befriedigende" objektähnliche Abbildung (mit akzeptablen Mitteln) ist deshalb schon so lang, weil diese Eigenschaft von Fall zu Fall anders definiert wird. Die Ermittlung der Auflösung von zzzz LP/mm mit Hilfe eines Testobjekts bietet zwar eine Vergleichsmöglichkeit, hat aber bezüglich des realen Bildes und dessen üblicherweise deutlich geringeren Kontrastumfangs (und spektralen Empfindlichkeiten) nur eingeschränkte Aussagekraft.

Viele Grüße, Jürgen

[wilfried48]

Hallo zusammen,
M. E. müsste es doch zu denken geben, dass auch Zeiss auf Mikroskop-Kameras setzt, die ,,nur" 5Mp bzw. 6Mp haben, und das für anspruchsvolles Mikroskopieren in der Wissenschaft.
Hallo Wilfried,
Du schreibst, dass es in der Wissenschaft auf die Kamerasteuerung und die Bildauswertung ankommt und dass diese nicht auf der Basis EOS-Utility und anderer Freeware ablaufen kann.
Für mich liegt damit der Schluss nahe, dass es nicht die Anzahl der Pixel ist, - hier gibt es offensichtlich für Zeiss ein ,,Optimum" bei 5Mp bzw. 6Mp-, sondern die Optik zur Übertragung des Zwischenbildes auf die ,,Pixelfläche" (Chip) und die nachgeschaltete Verarbeitung der Pixel-infos zu einem Bild in der wissenschaftlich geforderten Qualität. Das bestimmt offensichtlich den Preis einer ,,Zeiss-Mikroskop-Kamera".
Deine Schlussfolgerung (in einem weiteren Beitrag): ,,Privat bleibe ich zunächst ... beim Canon 18Mp Halbformat Chip ..." interpretiere ich dahingehend: ,,diese Lösung habe ich und bin auch weitgehend zufrieden damit, nur über was nachweislich Besseres würde ich nachdenken." Das kann ich nachvollziehen.

Hallo Carlos,

nicht nur Zeiss, sondern auch Olympus, Leica, Nikon... setzen auf Mikroskopkameras, aber heisst das, dass die ausreichend oder gar besser sind ?
Die Motivation könnte auch witschaftlicher Natur sein, da können sie mehr verdienen, an einer Konsumerkamera von Canon verdient nur Canon. Olympus und Nikon hätten allerdings die Möglichkeit mit ihren eigenen abgewandelten Konsumerkameras die Gewinnspanne zu maximieren, aber wahrscheinlich ist die kleine Stückzahl gegenüber dem Konsumermarkt uninteressant.
Also für ein Ausreichen der 5 MP bzw. 6 MP spricht das nicht, zumal wenn die Chipfläche auch noch klein ist. Da würde ein Erhöhen der Pixelzahl nur mehr Rauschen bringen, deshalb spricht auch nichts für eine  9 Mp Touptek, allerdings sehr viel für einen 18 MP oder gar 24 MP Halbformat Chip.
Ich habe übrigens nicht geschrieben, dass es in der Wissenschaft auf die Software zur Kameraansteuerung und Bildauswertung ankommt, sondern dass dies auch ein wichtiger Aspekt ist. Erst muss der Sensor mal in der Lage sein die volle Bildinformation (bei jedem Objektiv) physikalisch zu übertragen und dann kommt erst die Software !
Im Bereich Werkstoffanalytik wo wir am Institut mit Olympus ausgstattet sind ist die Entscheidung an drei von vier Arbeitspltätzen schon lange zugunsten von Canon 600 D oder inzwischen 700 D gefallen. Am Olympus sind die auch sehr einfach optiklos direkt ins Zwischenbild zu adaptieren.
Nur bei den Biologen, die hauptsächlich Zeiss Mikroskope betreiben, halten sich noch die Axiocams von Zeiss wegen der gewohnten und sehr leistungsfähigen Software Axiovision und weil da nicht so einfach eine DSLR zum Vergleich zu installieren ist.
Aber vieleicht sollte ich zur Vorführung bei Zeiss eine geeignete Zwischenbildadaption für eine DSLR bauen, die auf das anvisierte Zeiss Mikroskop passt.

viele Grüsse
Wilfried

P.S.: Ich sehe gerade im Zeiss Onlineshop, dass Zeiss für einige unserer Institutsmikroskope doch eine optiklose T2 Adaption mit Vergrösserungsfaktor 1,0 liefert und das sogar zu erstaunlich erschwinglichem Preis. Ich werde daher mal so einen Adapter bestellen, sodass ich zwischen Zeiss Axiocam und Canon DSLR direkt vergleichen kann.

[the_playstation]

Hallo Carlos.
Man muß schauen, was es auf dem freien Markt gibt. Auch Zeiss muß das, da Sie (meines Wissens) selbst keine CCDs herstellen.
In der Wissenschaft (z.B. Astronomie in Satelliten) gibt es schon lange teure Spezial-CCDs mit vielen MPixel und großer Fläche.

Ergo gibt es das, was es bei IKEA, LIDL, ... (Samsung, Sony, ...) zu kaufen gibt. Z.B. eine 5 MPixel Kamera. Da es aber z.B. auch eine Canon 650D gibt. Warum sollte man Sie und ihre MPixel nicht nutzen? Auch wenn Sie nicht immer zum Tragen kommen. Es ist wie mit einem Auto. Meist fährt man alleine. Aber wenn man mal Jemanden oder Mehrere mitnehmen möchte, ist es gut, daß man noch Plätze frei hat.

Liebe Grüße Jorrit.

[Lupus]

Hallo Jürgen,

Wenn ich gefragt würde, wieviel Geisseln ein Geisseltierchen hat, dann ist die Beobachtung, dass es zwei sind und nicht nur eins, ausreichend, also nicht einmal befriedigend. Es interessiert dann eben nicht, wie die Geisseln aussehen, ob sie bunt, verzwirbelt oder keulenförmig sind. ........

deine Antwort auf die beiden Fragen verstehe ich nicht ganz; ich glaube dass hier ein grundsätzliches Missverständnis bei der Fragestellung besteht, wieviel Pixel ich benötige, um die maximale Information über das Objekt zu erhalten. Wenn der begrenzende Faktor nicht die Beugung des Objektives wäre, dann kann man sich die notwendige Pixelzahl (in Verbindung mit der Qualität des Kamerasonsors) nach den gewünschten Anforderungen für die spätere Verwendung beliebig auswählen.

Wir diskutieren aber eigentlich über den Grenzbereich der beugungsbedingten Objektivauflösung. Und da macht ein Oversampling nur sehr begrenzt Sinn. Man kann zwar zunehmend das Beugungsbild besser erkennen, das hat aber mit dem Objekt nicht mehr viel zu tun. Dein Beispiel Geißeltierchen: Wenn du mit einem normalen Mikroskop üblicherweise die Geißeln höchstens als solches auflösen kannst, aber niemals ob sie kariert oder quergestreift sind, dann ist ein Oversampling nur Show, weil die Geißel dann scheinbar wie ein schöner runder Faden aussieht, der aber nur die Intensitätsverteilung des Beugungsschsscheibchens darstellt. Wenn das gewollt ist, dann ist es zumindest umwissenschaftlich, aber wer sich dabei auf seine künstlerische Freiheit beruft, soll es tun.   
Und es sagt ja keiner, dass ein gewisses Oversampling über den theoretisch ausreichenden Wert hinaus allein aus ästhetischen Gründen nicht sinnvoll wäre, die Praxis spricht dafür.

Das gilt gleichermaßen für den geringeren Kontrast komplexerer Bilder. Hier spielt das Rauschen des Sensors die entscheidende Rolle zur Auflösung von Details, was ja auch besonders für die Halb- und Vollformatkameras spricht - unabhängig von der hohen Pixelzahl, die gäbe (und gibt) es schließlich schon sehr preisgünstig bei Kompaktkameras, selbst Smartphones erreichen 16 MP und mehr. Die notwendige Samplingrate für die Detailauflösung ist prinzipiell die gleiche wie für kontrastreiche Punktobjekte.

Hubert

[martin_hu]

Hallo zusammen

als Ergänzung zur Diskussion noch einige Erfahrungen aus der Astronomie, die durchaus
tauglich sind, in Bezug auf das Sampling auf die Mikroskopie zu adaptieren.
Es ist nicht richtig, dass beim Abtasten der von der Optik gelieferten Information
zwei Pixel das ende der Stange für eine Bilddarstellung und maximalen Bilddetails bedeuten!
Der Prozess der ganzen Bilderzeugung vom Objekt über die Kamera bis zum Auge ist weit komplexer.
Bei hochauflösenden Planetenaufnahmen haben sich ca. 3.5 bis 4 Pixel eingependelt und dies
bei Schwarzweisskameras! Das hat auch mit Vorteilen in der Bildbearbeitung zu tun.
Dies ist in der Praxis absolut unbestritten, übersetzt auf eine Mikroskopkamera mit Bayermatrix
bedeutet dies, wenn ich das absolute Maximum des vom Objektiv gelieferten Zwischenbildes
auf den Chip abbilden will müssen ca. 4 bis 5 Pixel der Auflösung entsprechen.
Ich habe das auch im Labor mit Farbkameras durchgetestet und erst bei 5 Pixeln Sampling, war
keine Bildverbesserung mehr wahrnehmbar. Vermutlich waren bei 3 Pixeln alle Details schon
sichtbar, aber eben nicht sauber dargestellt.

Gruss Martin

[Johannes Kropiunig]

Hallo,

also ich bin derzeit schon mit dem einem Pixel einer Photodiode zufrieden.

Rasterweite des Scann: 78*0.4375µm, Beleuchtung: 405nm Laser

Man muss also doch nur den Tisch in kleinen Abschnitten bewegen, dann reichen auch sehr wenige Pixel aus.

Viele Grüße,
Johannes

[wilfried48]

Hallo Johannes,

aber dein Scan mit der 1 Pixelkamera verschiebt doch nur die Eingangsfrage in Richtung

"wieviel Bildpunkte muss ich Abrastern um die Bildinformation, die ich durch das Objektiv mit dem 10x Okular sehe auch auf dem Foto zu haben ?"

Und da wird Carlos wieder sagen 5 Millionen Rasterpunkte reichen, und andere sagen je nach Objektiv braucht man mehr.

Natürlich könnte man auch mit der 5 Mp Kamera rastern, das nennt man dann Stitchen, aber warum sollte man das tun wenn es auch rauscharme Kameras mit 18MP oder 24 MP gibt die erschwinglich sind und im Vergleich mit den Mikroskopkameras der Mikroskophersteller sogar preisgünstig.

Wieviel MP braucht man eigentlich für das 1x/0.25 Planneofluar bei 23 mm Sehfeld vom Zeiss Axiozoom ? Da wird wohl bei jeder noch so grossen Kamera gesticht werden müssen um die volle Bildinformation des Objektivs auf das Foto zu bekommen.

viele Grüsse
Wilfried

[the_playstation]

Hallo.
Im Zweifelsfall sollte die "Megacam" mit 340 Megapixeln reichen.
http://www.astrosurf.com/luxorion/Documents/ccd-megacam.jpg
Bis dahin begnüge ich mich mit meiner Canon.

Liebe Grüße Jorrit.