Scegliere una fotocamera per microscopio

Tipologie

È comune che un ricercatore colleghi una videocamera a un microscopio. Sono disponibili tre tipi di videocamere, due dei quali adatti alla microscopia:

• Televisive (video diretto)
  • Formato video tradizionale 4:3, NTSC, PAL, 480i
  • HDTV 16:9 (conforme a DVI 1.0), 720P
• Acquisizione tramite computer
  • Connessione USB
  • Connessione FireWire
• Videocamere commerciali
  • Videocamere con obiettivo fisso
  • Fotocamere SLR

Per prima cosa, stabilite cosa volete fare:

• Acquisire immagini
• Visualizzare video in diretta

Le videocamere che consentono di fare entrambe le cose sono più costose. Le opzioni più economiche che permettono la visualizzazione in diretta e l'acquisizione di immagini solitamente acquisiscono meno fotogrammi al secondo.

Videocamere di tipo televisivo

Le videocamere di tipo televisivo inviano immagini video in diretta a un televisore. Possono usare il vecchio formato 4:3 (a scatola) oppure il nuovo formato cinematografico 16:9. Queste videocamere non includono software e non si collegano a un computer senza aggiungervi un'interfaccia speciale. Le immagini possono essere registrate con un DVR oppure aggiungendo al computer un ingresso video e una scheda di acquisizione. Queste videocamere possono registrare video e si può aggiungere un software per computer per acquisire immagini. Tuttavia, offrono una bassa risoluzione, le interfacce per computer possono essere costose e occorre progettare e acquistare un computer apposito.

Videocamere per computer

Queste videocamere sono generalmente progettate per collegarsi direttamente a un'interfaccia standard del computer (USB, FireWire). Sono utilizzate principalmente per acquisire singole immagini e, in secondo luogo, per registrare video a una velocità inferiore a quella normale. Il termine utilizzato in questo caso è fotogrammi al secondo. I video normali sono dell'ordine di 30 fotogrammi al secondo; i film proiettati al cinema possono avere una frequenza di 14-18 fotogrammi al secondo. Le videocamere USB possono variare da 7,5 a 15 fotogrammi al secondo. La riproduzione è generalmente fluida (non a scatti) e la velocità di visualizzazione non viene aumentata. La frequenza dei fotogrammi di queste videocamere è limitata dal computer che riceve il segnale. Una CPU lenta, poca memoria o un computer sovraccarico avranno difficoltà ad acquisire video a questa frequenza.

Videocamere commerciali

Le videocamere commerciali non possono essere collegate otticamente a un microscopio senza ulteriori ottiche. Gli adattatori ottici sono costosi e i risultati sono generalmente scadenti. Le fotocamere SLR possono essere collegate otticamente ai microscopi usando gli adattatori SLR disponibili per la maggior parte dei microscopi.

Dimensioni delle videocamere

Le videocamere sono classificate in base alle dimensioni del sensore (CCD) che registra i dati dell'immagine. Più grande è il sensore, maggiore è la risoluzione della videocamera. La sigla delle dimensioni corrisponde approssimativamente alle dimensioni del sensore, ma è più un nome che una misura. Tra le dimensioni più comuni:

• ½" (diagonale di 8 mm)
• 1/3" (diagonale di 6 mm)
• ¼" (diagonale di 4,6 mm)

Campo visivo

Le videocamere richiedono generalmente un adattatore per collegarsi al microscopio. Si chiama attacco C. Le dimensioni dell'immagine della videocamera e il componente ottico necessario per collegarla (attacco C) sono importanti per acquisire l'immagine desiderata. Alcuni ricercatori vogliono che il campo visivo acquisito corrisponda a quello visibile negli oculari, mentre ad altri va bene acquisire un'immagine più piccola del campo visivo. Nei microscopi trinoculari sono disponibili configurazioni speciali di obiettivi e oculari per ottenere un rapporto 1:1, ma in genere il campo acquisito è inferiore a quello visibile a occhio.

NOTA: quando l'immagine acquisita è più piccola di quella visibile, la sua area appare ingrandita.

L'immagine vista attraverso l'oculare è circolare, ma la videocamera può acquisire solo un'immagine quadrata. (Vedi la figura a destra.) Idealmente, gli angoli del quadrato (i limiti dell'immagine della videocamera) dovrebbero appena toccare il bordo del cerchio (il campo visivo). Quando si sceglie la potenza ottica (ingrandimento) dell'adattatore per microscopio, occorre abbinarla al sensore. Per esempio, con un sensore da ½” (0.5"), usare un adattatore 0.5X. Con un sensore da ¼” (0.25"), usare un adattatore 0.25X. Le dimensioni del sensore dovrebbero corrispondere il più possibile all'ingrandimento dell'adattatore. Abbinando i due valori, si acquisisce la maggior parte possibile dell'immagine.

Poiché il campo visivo dell'oculare è circolare, una videocamera con formato 4:3 acquisirà una porzione maggiore dell'immagine rispetto a una con formato 16:9. Se l'area di acquisizione della videocamera si estende oltre il campo circolare dell'oculare, gli angoli risulteranno neri (vignettatura).

I cerchi mostrano ciò che si vede attraverso l'oculare del microscopio. I quadrati mostrano ciò che è possibile acquisire con una videocamera collegata al microscopio.

NOTA: gli adattatori con ingrandimento inferiore a 0.35X sono più costosi. L'adattatore per videocamera è progettato per adattarsi al microscopio ed è generalmente prodotto dal fabbricante del microscopio. La maggior parte degli adattatori per videocamera non è compatibile con microscopi di altre marche. Diverse aziende offrono adattatori di terze parti per collegare videocamere ai microscopi, a prezzi conseguenti.
La serie di immagini qui sotto illustra i problemi relativi al campo visivo di cui abbiamo parlato. Le immagini sono state acquisite con una videocamera TV COLCAM da ½" sul supporto CS standard da ½".

Obiettivo F200, attacco CS standard    Obiettivo F350, attacco CS standard

Campo visivo=30mm, vista nell'oculare=38mm      Campo visivo=50mm, vista nell'oculare=66mm
Le immagini video effettive della COLCAM sono acquisite tramite una semplice scheda di acquisizione video in un personal computer. Le dimensioni dell'immagine sono 640x480.

Misurazione ottica

Gli obiettivi per uso generale possono essere usati per la maggior parte delle misurazioni ottiche in un sistema calibrato, con un margine di errore ridotto. Per i più esigenti esiste un tipo di adattatore per microscopio chiamato sistema con lente telecentrica. Questa speciale configurazione ottica è progettata appositamente per adattarsi al microscopio e al sistema della videocamera ed è solitamente molto costosa. Il software di misurazione è integrato nel software di acquisizione della videocamera (se disponibile, sarà indicato tra le funzionalità). Per eseguire la calibrazione è necessario un dispositivo ottico esterno chiamato micrometro da tavolino. È lo stesso strumento necessario per calibrare un reticolo oculare. Il reticolo è una scala di misurazione incisa sull'oculare, utile per misurare un oggetto nel campo visivo.

Adattatori binoculari

Gli adattatori binoculari (per esempio, 503097) sono lenti economiche che si possono aggiungere alla videocamera e usare su un microscopio binoculare, sostituendo un oculare con l'apparato della videocamera. Queste lenti presentano il limite che, per usare il microscopio, è necessario regolare la visione ottica per osservare con un solo occhio. La versione WPI funziona bene, ma non è compatibile con alcune videocamere.