6. Mikrofotografie

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Obwohl die Übergänge zwischen Makro- und Mikrofotografie fließend sind, spricht man im allgemeinen bei der Verwendung von Kameras mit handelsüblichen Objektiven auch bei stärkeren Vergrößerungen durch entsprechende Hilfsmittel bis etwa 20:1 von Makrofotografie. Für die Mikrofotografie kommen andere optische Geräte zum Einsatz: Makro- und Mikroskope mit geeignetem Zubehör wie Fototuben und Aufsatzkameras sowie speziell für die Mikrofotografie entwickelte Komplettsysteme. Ein Problem bei der Erzeugung erstklassiger Fotos bei hohen Vergrößerungen ist die geringe Tiefenschärfe, die dazu führt, dass immer nur eine bestimmte Ebene des Objektes scharf fokussiert werden kann, höhere und tiefere Ebenen dagegen unscharf sind. Man hat dies früher mit dem Zeichenstift umgangen, indem man mit Hilfe von Zeichenspiegeln die Zeichenunterlage in den Strahlengang des Mikroskops eingespiegelt hat und man damit Konturen und Strukturen eines Objektes Ebene für Ebene nachzeichnen konnte. Mit der Entwicklung computergestützter Bildbearbeitung kann diese zeitraubende Aufgabe inzwischen vom Rechner übernommen werden. Es werden übereinanderliegende Bildstapel eines Objektes erzeugt, die dann über das Stacking-Verfahren von einer Software zu einem durchgehend scharfen Bild zusammengerechnet werden. Die Algorythmen dafür sind inzwischen sehr gut, sodass das Stacking auch im Bereich der Makrofotografie eingesetzt wird, um bei mittleren Blendenöffnungen die maximale Abbildungsleistung eines Objektivs ausnutzen zu können.

Für DifA haben wir zwei solcher Systeme getestet: Das Zeiss Axioskop mit Kameraaufsatz und Automontage Software sowie das Digitalmikroskop von Keyence. Beide Systeme liefern bei der richtigen Handhabung hervorragende Ergebnisse, sind jedoch in der Anschaffung mit dem jeweils abgestimmten Zubehör relativ teuer. Beide Systeme sind allerdings optimiert auf die Digitalisierung trockener Objekte. Objekte in Flüssigkeiten bzw. das Fotografieren im flüssigen Medium verlangt wesentlich mehr Aufwand, um zu vergleichbaren Ergebnissen zu gelangen.

Keyence

Modellreihe: VHX-5000 Digital Mikroskop - mit VHX-S550E Basisstation und Dualobjektiv VH-ZST (Vergrößerung 20-2000x)

Die Modellreihe VHX-5000 Digital Mikroskop - mit VHX-S550E Basisstation und Dualobjektiv VH-ZS von Keyence ermöglicht ein automatisiertes Aufnehmen von Stacking-Fotos. Die VHX-S550E Basisstation beinhaltet einen motorgetriebenen Objekttisch (xy-Achse) der über einen Joystick gesteuert wird. Nach Einstellung des höchsten und tiefsten Punkt eines Objektes wird in kürzester Zeit ein gestacktes und verrechnetes Foto erzeugt. Die Zeitersparnis gegenüber anderen erprobten Methoden mit handelsüblichen digitalen Kameras in Kombination mit Stativ und Cognisys StackShot Macro Rail ist erheblich. Allerdings sind die verrechneten Fotos aufgrund der geringen Auflösung der eingebauten Kamera (2 Megapixel) recht klein. Mit der Zusatzfunktion "Stitching" (englisch: stitch „nähen“, „heften“, beschreibt in der Fotografie das Erstellen einer großen Fotografie aus verschiedenen kleineren Einzelaufnahmen) wird die Auflösung deutlich besser. Dazu müssen zusätzlich zur untersten und obersten Ebene des Objekts auch noch die horizontalen Abmessungen festgelegt werden.

Video Keyence: http://wiki.difa-smns.de/web/Datei:DifA_Keyence_02.mpg
Nach Festlegung der äußeren Objektgrenzen sowie des jeweils tiefsten und höchsten Punktes des zu fotografierenden Objekts erstellt das Keyence Digital Mikroskop automatisch ein gestitchtes und gestacktes Foto.


1. Probleme bei Objekten im flüssigen/halbflüssigen Medium

  • Lichtreflexe auf den Oberflächen von Flüssigkeiten (egal welche manuelle Fixierungsoption gewählt wird).
  • Durch die fest installierte, wenn auch variable Beleuchtung können die Trübungen verschiedener Gele deutlicher zu Tage treten.
  • Verwackeln durch leichte Vibrationen des Gerätes selbst als auch durch Übertragung von Schwingungen vom Boden („Turnhallenboden“) über den Tisch auf das Keyence Digital Mikroskop. Ab Vergrößerung von 1000x sind selbst Mikroerschütterungen sehr störend in Form von Doppelbildern im verrechneten Bild zu sehen. Es ist dringend auf eine vibrationsfreie Aufstellung des Geräts, am bestem auf dem Gebäudefundament empfohlen.
  • Die Kamera des verwendeten Keyence-Modells hat mit 2 Megapixeln eine sehr geringe Auflösung. Diese reicht für Druckvorlagen in wissenschaftlichen Publikationen gerade noch aus. Es gibt zwar die Möglichkeit, automatisiert aneinandergereite Bildausschnitte eines Objekts zu erzeugen, die dann zu einem großen Bild zusammengerechnet werden können, doch verlangsamt dies den Workflow enorm.
  • Geflügelte Insekten sind in Gelen nur schwer zu handeln. Die Flügel sind kaum korrekt auszurichten. Dabei besteht auch die Gefahr von Beschädigungen.


2. Lösungsansätze

  • Die Problematik der Beleuchtung als auch die störenden Lichtreflexe durch Glasgefäße oder der eventuellen Trübungen von Gelen kann durch die Verwendung eines umfunktionierten transparenten Filmdöschens (oder eines ähnlichen kleinen transparenten Kunstoffgefäßes mit transparentem Deckel) abgemildert bzw. beseitigt werden. Dazu muss das Filmdöschen (je nach Objektgröße) auf einer Höhe von 5-15 mm durchtrennt und in den Deckel mittig ein Loch von etwa 6-7 mm Durchmesser gebohrt werden. Durch dieses Loch wird fotografiert, der verbleibende, milchig-transparente Rest des Deckels fungiert nun als Diffusor (den es nicht als Zubehör für das verwendete Keyence-Modell gibt). Dies führte in Versuchen zu einer erheblichen Minimierung störender Lichtreflexe. Solch präparierte Filmdöschen haben sich in Experimenten generell als bestes Gefäß für die Fotografie mit ringartiger Beleuchtung von flüssigkonservierten Objekten erwiesen. Ihre opake Transparenz macht aus ihnen eine Art Lightbox.
  • Gegen Erschütterungen hilft nur, das Digitale Mikroskop auf einem stabilen Tisch in nicht unterkellerten Räumen aufzustellen. Möglicherweise kann auch eine Antivibrationsmatte, wie sie für Schallplattenspieler oder Lautsprecherboxen angeboten wird, für eine gewisse Minderung von kleinsten Erschütterungen sorgen.
  • Bei Einzelaufnahmen gibt es die Möglichkeit, die Auflösung durch Extrapolieren auf 18 Megapixel zu erhöhen. Sobald man aber ein Objekt stacken oder stitchen muss, und das ist die Regel, stehen nur die 2 Megapixel der Kamera zur Verfügung. Mit der Funktion "Stitching", bei der aus mehreren Einzelfotos ein größeres Bild erzeugt wird, lässt sich aber die Auflösung erhöhen. Stacking und Stitching lässt sich kombinieren.
  • Die geringe Auflösung der eingebauten Kamera lässt sich durch die Funktion "Stitching" besser ausgleichen. Allerdings ist hier die Gefahr von Verwacklungen durch die Bewegung des Objekttisches recht groß.
  • Es gibt im Menü der Software der Keyence VHX-5000 Modellreihe die Funktionen "Glanzreduktion" und "Bildstabilisator". Jedoch sind beide Funktionen für die auftretenden Schwierigkeiten keine Lösungsoption. Die Ergebnisse sind nicht zufriedenstellend - wie die Vergleichsfotos mit der Funktion "Glanzreduktion" zeigen. Die Fotos werden farblich verfremdet, der Glanz ist kaum reduziert (wirkt sogar eher noch verstärkt) und das Foto wirkt insgesamt flauer.