Che cos’è un microscopio digitale?

26 Dicembre 2020

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Un microscopio digitale (DM), è un microscopio che ha una fotocamera (CMOS) collegata direttamente al gruppo ottico di acquisizione immagini (obiettivo/ottica intermedia). L’immagine acquisita digitalmente viene visualizzata su un grande monitor ad alta risoluzione invece che sugli oculari. Oltre all’osservazione chiara e definita su monitor il microscopio digitale si distingue dai microscopi tradizionali per la sua adattabilità a campioni di qualsiasi genere e dimensioni, non soltanto per acquisizioni di piccole porzioni di immagine , ma anche per scansioni di superfici estese e per la possibilità di acquisizione immagini da qualsiasi direzione (verticale, orizzontale, obliquo, sovrattesta, etc. ) nonchè per la rapidità di cambio di tutte le metodiche di osservazione attraverso l’intercambiabilità di ottiche con attacco magnetico e relative funzioni di misura dimensionale 2D/3D, conteggio di particelle, comparazione di immagini in tempo reale, registrazione di immagini fisse e in movimento, etc. Grazie alla sua incredibile versatilità viene utilizzato infatti in tutto il mondo in una vasta gamma di applicazioni sia in ambito biologico che industriale per ricerca e sviluppo e analisi di routine.

tecnologia del microscopio digitale

Il microscopio digitale è un sistema di osservazione e scansione di immagini con un’unità di controllo elettronica collegata ad un PC e un software che gestisce anche in modo completamente automatico dispositivi ottici “codificati” integrati a sistemi di illuminazione a una telecamera ed a supporti di movimentazione dell’insieme integrato. Il software consente la regolazione della luminosità/contrasto e qualità delle immagini, il comando delle movimentazioni dei dispositivi (messa a fuoco, zoom, etc.) , l’acquisizione/analisi/memorizzazione delle stesse, misure istantanee sul monitor, la memorizzazione ed elaborazione dei dati colorimetrici e dimensionali 2D/3D dei singoli elementi inquadrati, di singoli campi visivi e la costruzione di immagini 2D/3D di “n” campi visivi (mosaico).

in quali occasioni è opportuna la scelta del microscopio digitale rispetto ad altri tipi di microscopio?

Microscopi ottici tradizionali

Esistono vari tipi di microscopi ottici (non molto dissimili dai primi microscopi del 1600), con alcune differenze per impiego in base alle caratteristiche del soggetto ed allo scopo di ispezione: Microscopi stereoscopici, microscopi metallografici, microscopi biologici …, eventualmente provvisti di raccordi per il montaggio di fotocamere o telecamere collegate a PC per l’osservazione su monitor, memorizzazioni ed elaborazioni delle immagini.

Tali strumenti presentano molteplici limiti di impiego soprattutto ad alti ingrandimenti e per quanto riguarda le dimensioni delle superfici osservabili, con problematiche di adattamento dei campioni tra l’obiettivo e l’oggetto da osservare, di porzione dell’area inquadrata e di acquisizione immagini su superfici estese. Inoltre gli angoli possibili di inquadratura e la profondità di campo sono spesso inefficaci per l’osservazione di oggetti con geometria complessa, infatti si prestano difficilmente ad un impiego in linee di produzione e ispezione di oggetti tridimensionali o di superfici “in situ” , su impianti, etc.

Microscopi digitali (storia)

Il microscopio digitale è l’evoluzione naturale del microscopio tradizionale che negli anni 80 per rispondere all’esigenza di visione contemporanea delle immagini da parte di piu’ persone veniva interfacciato con telecamere analogiche (tubo vidicon) per visione delle immagini su monitor televisivi (standard PAL) e memorizzazione delle immagini con videoregistratore a cassette (standard VHS). La qualità finale delle immagini ottenuta da queste integrazioni risultava per alcune applicazioni soddisfacente ma non era assolutamente comparabile a quella ottenibile con gli oculari. In una fase tecnologica successiva con la diffusione dei primi Personal Computer e di schede di conversione dei segnali televisivi da analogico a digitale si rese possibile la visualizzazione delle immagini riprese dal microscopio sul monitor del computer, la memorizzazione delle immagini digitalizzate sull’hard disk del computer e la gestione SW di singoli elementi delle immagini (pixels) con conseguente possibilità di misurazioni dimensionali ed elaborazioni.

Il primo video microscopio è stato inventato 40 anni fa da HIROX (JAPAN) , produttore di lenti già dagli anni ’20, che dopo aver maturato un notevole know how nella produzione di diversi obiettivi per fotocamere reflex, TV e pellicole da 8 mm , grazie alla disponibilità dei primi sensori digitali di acquisizione immagini (CCD) ha integrato una serie di obiettivi e adattatori ottici con caratteristiche di qualità eccellenti con telecamere digitali ad alta risoluzione direttamente collegate a PC senza necessità di schede intermedi creando sistemi compatti portatili che hanno riscontrato un immediato successo da parte di un vasto pubblico di Utenti in ogni ambito industriale e di ricerca.

Fornire un’osservazione chiara e facile con obiettivi che hanno sia una grande profondità di campo che un’alta risoluzione.
– Voglio analizzare molti campioni al giorno
– Voglio osservare cose piu’ grandi del mio tavolino portacampioni
– Non mi è sufficiente la profondità di campo degli obiettivi per acquisire immagini tridimensionali
– Voglio discutere con altri cio’ che osservo.

ZEISS LSM 980 Confocal Laser Scanning Microscope from Carl Zeiss Microscopy | Biocompare.com

Microscopio laser

Esistono varie soluzioni di microscopia laser in base alla risoluzione e distanze di “capturing” desiderate: Microscopi confocali, profilometri laser..

Sento spesso queste esigenze…
– Voglio osservare in tempo reale a colori
– Voglio osservare oggetti piu’ grandi del mio tavolino porttacampioni.

Microscopio elettronico

È un microscopio che ingrandisce il soggetto irradiando elettroni (fasci di elettroni) invece della luce e ha risoluzione e ingrandimenti estremamente elevati

Sento spesso queste esigenze…
– Voglio osservare in tempo reale a colori
– Voglio analizzare grandi campioni senza distruggerli
– Voglio osservare immediatamente senza pre-trattamento dei campioni
– Voglio mantenere tridimensionalità e grande campo inquadrato

Microscopio digitale

È un sistema di osservazione, scansione e misura, altamente versatile per ispezionarre facilmente oggetti di qualsiasi natura, forma, dimensione e scene dinamiche. Il sistema a variazione di fuoco consente la messa a fuoco di oggetti profondi comunque orientati. Consente l’osservazione di oggetti di grandi dimensioni che non si adattano al tavolino. Un gran numero di persone può osservare immagini ingrandite di alta qualità sul monitor. Il colore può essere osservato in tempo reale. All’accensione non è necessario effettuare alcuna regolazione dell’immagine, potete osservare immediatamente.

Microscopio Stereoscopico Binoculare: Un microscopio per osservare il soggetto così com’è a un ingrandimento ridotto da circa 2 a 80 volte. . Con il microscopio digitale puoi osservare a 360 gradi lateralmente senza toccare il soggetto in un range di ingrandimenti molto piu’ ampio (1-400x)

Microscopio metallografico: Un microscopio per l’ingrandimento e l’osservazione di strutture metalliche con illuminazione in campo chiaro a ingrandimenti medi e alti da 50 a 1000 volte circa. Con il microscopio digitale puoi ottenere un’osservazione simile ma in un range di ingrandimenti molto piu’ ampio (zoom fino a 10.000 ! )

Microscopio polarizzato: Il soggetto viene irradiato con la polarizzazione e le caratteristiche di polarizzazione del soggetto vengono osservate come cambiamenti di luminosità o colore. Ideale per osservare minerali e cristalli. Con il microscopio digitale è possibile lavorare in luce polarizzata semplicemente collegando un adattatore ottico all’obiettivo.

Microscopio biologico: Osserva gli oggetti che trasmettono la luce come sezioni di tessuto vivente, cellule e batteri. C’è illuminazione sotto il soggetto e viene trasmessa e osservata. Con il microscopio digitale È possibile passare facilmente dalla luce trasmessa (diascopica) alla luce riflessa (episcopica) con un solo click.

Microscopio a contrasto di fase: La differenza di fase dei raggi luminosi viene convertita in contrasto su cellule trasparenti, microrganismi, membrane cellulari, ecc. E il soggetto viene osservato senza macchie e in modo non invasivo. Collegando un adattatore, è possibile selezionare vari metodi di osservazione.

Microscopio interferenziale: La differenza nell’indice di rifrazione della sostanza nella cellula è considerata come la differenza di tonalità e l’osservazione ingrandita viene eseguita dal vivo senza colorazione. Con il microscopio digitale un’osservazione simile è possibile semplicemente collegando un adattatore per interferenze differenziali all’obiettivo.

In conclusione, rispetto ai microscopi convenzionali, il microscopio digitale (in particolare l’HIROX ) ha capacità di imaging superiori che consentono analisi avanzate di campioni in qualunque condizione e di qualsiasi natura, forma e dimensione. Sono infatti disponibili tutte le modalità di osservazione e misura : Stereo-Macro-Micro ispezioni epi-diascopiche ed endoscopiche, Acquisizione multidirezionale di immagini e digitalizzazione Failure analysis , Misure dimensionali 2D/3D, Comparazioni in real time Analisi morfologica topografica delle superfici e profilometria, Esportazione matrice numerica delle immagini per FEM analisi e Reverse engineering.

Flessibilità eccezionale per un’ampia gamma di applicazioni

Il microscopio digitale è un tool insostituibile per ricerca e sviluppo di nuovi materiali, ispezioni nei processi produttivi, per il controllo qualità del prodotto finito e grazie alla sua conformazione compatta, impugnabile con il palmo della mano o montabile “in situ” su supporti diversi è largamente diffuso anche nel settore forense, nelle dogane per il settore merceologico, presso agenzie dei servizi di agenzie governative, nei musei per la diagnostica e restauro di dipinti, statue, mobili antichi , bronzi, etc. , spesso preferito non soltanto per la sua elevatissima qualità di immagini, ma per la sua versatilità, trasportabilità e ambiente di osservazione privo di stress e facile da gestire.

Che ci sia una richiesta di ispezione di vernice, legno, tessuto, metallo, resina, gomma, biologici o altri oggetti di qualsiasi natura, forma e dimensione è possibile scoprire con la versatilità del microscopio digitale con una gamma di ingrandimenti zoom da 0 a 10000x, le condizioni dettagliate dell’oggetto.

La flessibilità unica di Hirox è ideale per un’ampia gamma di applicazioni nei campi della scientifica: che si tratti di documenti interrogati, contraffazione, balistica, marchi di utensili, medicina legale, farmaci o elettronica, il nostro sistema può essere fisso o portatile ed è pronto per andare dove ne hai bisogno!

Esempi della versatilità del microscopio digitale HIROX nelle sue varie configurazioni – Mod. RH8700 (vers. 2013)

Le ottiche angolate motorizzate a 360°, il corpo microscopio a revolver , le ottiche sganciabili da stativo per ispezioni di pezzi di grandi dimensioni o direttamente sul campo , la possibilità di collegamento ad endoscopi per ispezioni interne, l’utilizzo con stativi inclinabili e tavolini motorizzati a scansione automatica ed il software di ricostruzione multi focale e misurazione 3d di profili, rugosità e volumi di qualsiasi tipo di oggetto , rendono il microscopio digitale HIROX il sistema più completo e flessibile al mondo di ispezione e misura , nel settore della microscopia ed analisi dei materiali di qualsiasi genere.

Le funzionalità del Microscopio Digitale HIROX in sintesi:

Lo strumento possiede eccezionali caratteristiche di portatilità e modularità, puo’ essere quindi liberamente e opportunamente configurato per essere utilizzato come tool di lavoro da utilizzare in laboratorio, in line nei processi produttivi e in loco
Il microscopio digitale HIROX consente lo studio di qualsiasi oggetto , di quasiasi natura e dimensione ad altissimi ingrandimenti, con elevata risoluzione di immagini e con la possibilità di effettuare misurazioni e rilievi grafici non ottenibili con i microscopi tradizionali, diritti o rovesciati che siano
Sono stati sviluppati algoritmi particolari per il miglioramento delle potenzialità gestionali con la finalità di conservare nella memoria della immagine ottenuta tutte le informazioni digitali (risoluzione, illuminazione, profondità di campo, ecc…) permettendone quindi la modifica anche ad immagine ottenuta e quindi anche se il campione in questione non è più fisicamente gestibile.
Le ottiche permettono, grazie al controllo encoderizzato , di mettere a fuoco con movimenti avanti-dietro senza la necessità di spostare manualmente l’oggetto analizzato; questo permette di avere una grande profondità di campo, elemento fondamentale nella microscopia, che può influire sulla qualità dell’immagine e sulla facilità di utilizzo.
Per lo studio microscopico e per la qualità della resa fotografica sono state introdotte nuove funzionalità di osservazione multi-angolare che permettono di mettere in risalto caratteristiche superficiali impossibili da apprezzare con microscopi standard; le potenzialità legate all’illuminazione sono inoltre accresciute dalla possibilità di modificare l’angolazione dei fasci luminosi senza necessità di movimentare l’oggetto in esame
La composizione della profondità di campo è stata integrata con funzionalità di acquisizione in tempo reale e consente una immagine perfettamente nitida e a fuoco anche in presenza di superfici sconnesse o molto irregolari e la digitalizzazione di immagini in 3D di altissima risoluzione.
L’acquisizione di immagini è stata ulteriormente potenziata da vari elementi quali lo stativo reclinabile, stitching delle immagini e immagini in HDR il tuto grazie all’impiego di una telecamera CMOS ad alta velocità e sensibilità; il risultato è una immagine con ampia gradazione di colori ottenute utilizzando una luce con lunghezza d’onda ridotta che, unendo un elevato intervallo dinamico (HDR) consente di acquisire più immagini a diverse velocità dell’otturatore.
L’immagine ottenuta può oggi essere rielaborata anche in remoto grazie alla introduzione di devices di connessione di rete web con possibilità di utilizzo a distanza delle funzionalità di trattamento digitale delle immagini per una elaborazione completa di altissimo rilievo e definizione potendo così archiviare fotografie di straordinario livello qualitativo.
Il software è stato adattato per eseguire misurazioni, disegnare profili, elaborare immagini 3D delle immagini anche in tempo reale.

PUNTI DI FORZA

Il microscopio digitale 3D nella configurazione customizzata concepita c.s. permettere di eseguire osservazioni, analisi morfologiche, misurazioni dimensionali e tridimensionali, ed anche video-registrazioni di grandi campi visivi sfruttando nuove interfacce ottico-meccaniche-elettroniche offrendo una elevata modularità ed intercambiabilità di numerosi corpi microscopio ed innumerevoli dispositivi ottici, permettendo al sistema di fronteggiare con successo applicazioni diversificate nonché complesse, coprendo un intervallo minimo (ma non limitativo) di ingrandimenti da 6x a 2500 x mediante l’intercambiabilità rapida di due corpi ottici .

Le modifiche concettuali del sistema hanno i seguenti punti di forza:

ottiche sganciabili da stativo, anche ad alti ingrandimenti per analisi di oggetti a forma irregolare
nuove possibilità di utilizzare ottiche macro con direzione di visione sia diritta che angolata tramite un dispositivo di rotazione motorizzato che permette l’ispezione su 360° di corpi cavi e sottosquadri.
stativo inclinabile con encoder che permette di leggere l’angolo di inclinazione
tavolino completamente motorizzato in X-Y-Z a controllo automatico con nuove funzionalità software di ricostruzione multi-focale.

Segnano inoltre un netto avanzamento rispetto agli strumenti ottici tradizionali:

prestazioni avanzate in termini di: qualità dell’immagine registrata
intensità di illuminazione LED per eliminare artefatti legati alla trasparenza/opacità delle superfici riflettenti
profondità di campo aumentata
risoluzione spaziale aumentata
distanza di lavoro aumentata
visione assiale/obliqua/laterale con tutti i corpi ottici

La solidità del sistema è oggi supportata da corpi microscopio ed ottiche intercambiabili meccanicamente robuste, funzioni di messa a fuoco, acquisizioni ed elaborazioni in “tempo reale” o comunque molto rapide, messe a fuoco adattative automatiche, veloci ed accurate su diversi piani focali dell’oggetto sotto esame, software per analisi d’immagine 2D e per analisi topografica delle superfici 3D (ad esempio altezza, volume, raggi di curvatura, ecc.) utilizzando procedure di scansione estesa multifocale attraverso motorizzazione codificata ad alta risoluzione dell’asse di messa a fuoco (Z) e procedure automatiche di ricostruzione/cucitura 3D per mosaico di superfici.

+ info: Microscopi Digitali 3D (simitecno.com)

Collana video del Microscopio Digitale 3D HIROX