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什麼是數(shù)字顯微鏡-淺談顯微技術(shù)的數(shù)字化趨勢?

時間:2023-03-21 10:40:49 來源: 點擊:

  

  現(xiàn)在,各種數(shù)字產(chǎn)品已經(jīng)融入到我們的生活中,包括數(shù)字相機、數(shù)字電視、數(shù)字相框、數(shù)字學校等等。代碼學家設(shè)計了數(shù)字簽名,通信研究人員設(shè)計了數(shù)字身份證?!皵?shù)字化”已經(jīng)成為過度使用的流行語,但毫無疑問,自從計算機發(fā)明以來,數(shù)字技術(shù)已經(jīng)完全改變了我們的世界,未來它將繼續(xù)改變世界。數(shù)字革命也對顯微鏡領(lǐng)域產(chǎn)生了巨大的影響。最初的變化來自于數(shù)碼相機,因為數(shù)碼相機已經(jīng)為各個領(lǐng)域的顯微鏡客戶提供了更好的文件記錄和分析設(shè)備?,F(xiàn)在市場上很多數(shù)碼顯微鏡都遠遠落后于傳統(tǒng)的顯微鏡技術(shù)。新技術(shù)普遍受到廣泛關(guān)注,但歸根結(jié)底是因為數(shù)字顯微鏡有很多優(yōu)點,但這并不意味著數(shù)字顯微鏡可以輕松替代所有傳統(tǒng)顯微鏡。因此,確定數(shù)字顯微鏡的約束條件和優(yōu)勢是一個值得仔細考慮和討論的話題。

  表面分析質(zhì)量

  數(shù)字顯微鏡在許多行業(yè)質(zhì)量檢驗方面具有明顯的優(yōu)勢,尤其是在表面分析方面。斷裂分析、傾斜和垂直表面分析,或者現(xiàn)場檢測渦輪轉(zhuǎn)子等較大部件,這些只是數(shù)字顯微鏡可以充分突出其潛力的幾個應用示例。然而,在一些應用領(lǐng)域,傳統(tǒng)的立體或光學顯微鏡解決方案更實用、更具成本效益。因此,意見和建議以及豐富的應用知識是正確選擇解決方案的基本條件。然而,成功使用數(shù)字顯微鏡的關(guān)鍵指標是什么,數(shù)字顯微鏡和傳統(tǒng)顯微鏡有什么區(qū)別?

  數(shù)碼顯微鏡是什么?

  首先,數(shù)字顯微鏡不含眼鏡。樣品可以直接顯示在檢測器上,客戶可以通過軟件觀察和分析單通道中的樣品,同時可以保持舒適輕松的坐姿。數(shù)字顯微鏡的不同部件應根據(jù)特定的應用領(lǐng)域進行選擇:變焦光學器件、鏡架、滾動載物平臺等。放大倍率范圍由低到超高。數(shù)字顯微鏡系統(tǒng)需要標準化設(shè)計,以便準確配置,以滿足預期用途,靈活適應一般條件的變化。為了向用戶提供傳統(tǒng)安裝無法企及的真實附加值,數(shù)字顯微鏡必須符合以下五項技術(shù)標準:

  對數(shù)字成像技術(shù)進行了優(yōu)化

  動態(tài)觀察加工過程或物體

  定性和定量樣品分析

  顯示和分析高動態(tài)范圍內(nèi)的樣品。

  精益光學器件便于靈活放置樣品和移動使用。

  數(shù)字顯微鏡具有靈活的傾翻平臺和轉(zhuǎn)動x/y載物平臺,確保樣品或傾斜表面的每一側(cè)都能可靠地檢測和分析。

  經(jīng)過優(yōu)化的

  數(shù)字化成像技術(shù)

  典型的數(shù)字顯微鏡配備了CCD相機,可以與高分辨率光學器件完美融合。這款相機可以保證信息的生成,同時保持每張圖片的信息量易于管理。然而,人們傾向于根據(jù)數(shù)字相機的像素來判斷相機的優(yōu)缺點。很多人認為像素越高,相機越好。但是在顯微鏡中,像素最高的相機不一定是最好的。判斷哪種相機具有最佳的顯像效果,關(guān)鍵在于顯微鏡的光學性能及其應用領(lǐng)域。早在數(shù)字顯微鏡“事業(yè)有成”之前,一位美國科學家Harrry就已經(jīng)證明了Iquustqu。

  數(shù)字圖像的分辨率測量值是指在銳聚焦中顯示的黑白線對最大值。根據(jù)經(jīng)驗規(guī)律,顯微鏡每毫米的線大多為3000xNA(數(shù)值孔徑)。除了相機傳感器上物體的再現(xiàn)比例,上述值可以獲得相機傳感器實際捕獲的每毫米線對數(shù)。這意味著高像素相機在高放大倍率上沒有優(yōu)勢,因為相機的分辨率高于光學系統(tǒng)的分辨率。因此,相機生成的圖像會更大,但顯像效果不會更好。相機只能生成更多的數(shù)據(jù),但不能顯示更多的細節(jié)。

  由于數(shù)字顯微鏡不含目鏡,因此必須能夠以較高的刷新率在檢測器上顯示活動圖像。理想的刷新率至少為15幀/秒,以確??蛻羧匀豢梢砸暂p松舒適的姿勢觀察圖像,即使載物臺移動到xy軸位置。在實驗過程中,加快圖像處理速度會更有優(yōu)勢。隨著圖像捕捉速度的加快,整體樣品處理時間會縮短。

  對于不含眼鏡的顯微鏡來說,照明是另一個重要問題。燈源設(shè)備應盡可能強大耐用,色溫應與陽光相似,以確保用戶能夠獲得樣品的真實圖像。金屬蒸汽燈是理想的選擇。如今,市場上提供了一個可靠的替代方案,用途長,免維護,基于LED。

  定量和定量

  樣品分析

  數(shù)字顯微鏡的核心競爭優(yōu)勢之一是三維表面模型的快速生成和分析。使用電動聚焦驅(qū)動器,可以在z軸的每個聚焦平面上記錄圖像。然后,在每個單個圖像中確定聚焦點,并獲得每個像素的聚焦點。聚焦結(jié)構(gòu)由清晰度最好的像素確定,優(yōu)化的三維模型可以通過結(jié)構(gòu)計算出來。此外,形狀輪廓可以根據(jù)記錄的銳聚焦距離信息構(gòu)建。

  無論是低放大倍率(宏觀物鏡)還是高放大倍率(高性能4740x物鏡),這種方法都是通用的,可以實現(xiàn)精確的外觀表面測量。除了三維剖面,還可以測量粗糙度、幾何尺寸和體積。

  為了保證可靠性和準確性,數(shù)字顯微鏡應該配備電子編碼的變焦部件。然后,在記錄過程中,數(shù)字圖像會自動正確校正。使用常規(guī)系統(tǒng)時錯誤的常見原因是圖像值不當。

  顯示和分析樣品在高動態(tài)范圍內(nèi)的樣品

  為了探索圖像的整個動態(tài)范圍,大多數(shù)數(shù)字顯微鏡相機使用16bits純色捕捉(相當于65,536種顏色)。但是問題是,大多數(shù)計算機屏幕和復印機的每個通道只能顯示8bits,相當于256個亮度級。這就意味著,我們?nèi)搜勰芊直娉龅乃辛炼鹊募毼⒉顒e通常都不會重現(xiàn)。

  HDR(高動態(tài)范圍)方法可用于捕捉高動態(tài)范圍的圖像。通過這些對比度大的圖像,可以捕捉到整個范圍的自然亮度細微差別。像素值與實際亮度密度之間的比例關(guān)系。由于大多數(shù)屏幕的亮度仍然很低,雖然HDR圖像必須適應這個較低的亮度范圍,但這并不妨礙它們發(fā)揮自己的優(yōu)勢。尤其是在屏幕圖像極其暗淡明亮的區(qū)域,樣品的細節(jié)依然清晰可見。

  精益光學器件便于靈活和移動。

  常規(guī)顯微鏡在檢測傾斜或垂直表面極其微妙的結(jié)構(gòu)時,往往會遇到尷尬。例如,只有對設(shè)備進行更大程度的改造,才能獲得更大電路板上焊點的側(cè)視圖。對于數(shù)字顯微鏡來說,以前不可接近的樣品區(qū)域自然不在話下。

  靈活的翻轉(zhuǎn)平臺和旋轉(zhuǎn)x/y軸載體平臺的完美結(jié)合,讓用戶可以在幾乎任何位置進行可靠的檢查和分析。然而,有些產(chǎn)品無法運輸,也無法從這些產(chǎn)品中截取任何樣品。此時,靜態(tài)物體可以通過使用現(xiàn)代便攜式數(shù)碼顯微鏡輕松無損檢測。當然,移動數(shù)碼顯微鏡也非常有利于在多個地方執(zhí)行質(zhì)量控制任務。

  結(jié)論

  數(shù)字顯微鏡無疑是傳統(tǒng)顯微鏡的良好替代方案,如果需要頻繁檢查難以記錄的樣品或快速量化3D表面。但如果在實驗中更注重光學清晰度和各種對比效果,立體或光學顯微鏡會更好。因此,在投資新設(shè)備之前,我們必須做好功課,仔細衡量每個設(shè)備的優(yōu)勢,并從每個替代方案中獲得全面客觀的意見和建議。


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