Зарисовка изображения под микроскопом до недавних пор являлась наиболее часто используемым методом документации изображений. Зарисовка не является «фотографическим» изображением объекта, а содержит некую авторскую идею, которая далеко не всегда правильна. Субъективизм, который присущ этому методу, является с одной стороны его достоинством, с другой – недостатком. Зарисовка производится «с натуры», когда наблюдатель смотрит в микроскоп и ведет зарисовку. Кроме того, можно использовать проекционные устройства (рис. 6.1). В этом случае изображение объекта с проекционного экрана переводится на кальку.
В то время как зарисовка содержит элемент интерпретации, фотография почти лишена этого элемента. В самом простом случае можно приставить фотоаппарат к окуляру и произвести съемку. Объектив фотоаппарата тогда выполняет функции хрусталика глаза, и плоскость фотопленки или фотографической матрицы – роговицы. Но из-за недостаточного оптического согласования, фотографии, полученные таким способом, будут иметь плохое качество. Поэтому на современных микроскопах предусмотрен специальный тубус для фотокамеры. Согласование изображений осуществляется с помощью фотообъектива и фотоокуляра.
Еще до недавних пор для получения фотографических изображений с микроскопических объектов использовалась пленочная фотография, основанная на фотохимических процессах. Камера, используемая для микрофотографии, может быть обычным зеркальным фотоаппаратом, который крепится посредством адаптера к микроскопу. Однако зеркальная камера имеет ряд конструктивных недостатков: сотрясения, вызванные срабатыванием тросика или затвора, ухудшают резкость деталей на изображении. Удобные микрофотокамеры используемые для получения высококачественных снимков выпускались рядом фирм, специализирующихся на производстве микроскопов. Например, устройства серии «МС» фирмы Carl Zeiss.
Рис. 6.1. Микроскоп Neophot 2 (Zeiss) оснащенный проекционным экраном.
Взрывной рост цифровых технологий привел к тому, что пленочная фотография практически изжила себя. Цифровые камеры, скомбинированные с компьютерным программным обеспечением (рис. 6.2), позволяют создавать изображения, сопоставимые по качеству с традиционной фотографией. Цифровые камеры легче в эксплуатации и обладают большей гибкостью для манипуляций с изображениями и их хранением. Цифровые изображения почти мгновенны. Их легко скопировать, сохранить, передавать посредством e-mail для консультаций и дискуссий, вводить в другие цифровые документы, экспортировать в системы анализа изображений. Большинство цифровых камер снабжены LCD экраном, который позволяет рассмотреть изображение до того, как оно будет передано на персональный компьютер.
Изображение в цифровой камере формируется линзами на сенсоре вместо пленки. Свет собирается крошечными элементами на сенсоре – пикселями (pixel). Каждый пиксель определяет количество света, которое на него попало. Чем больше пикселей на единицу площади, тем выше разрешение. Это, возможно, наиболее важный параметр при выборе камеры. Размер изображения может быть описан пикселями как, например, 1500´1700 или общим количеством пикселей, в приводимом примере, 2.55 млн. Разрешение также часто пишется как размер CCD (charged coupled device – прибор с зарядовой связью, ПЗС), который является числом пикселей на чип.
Когда свет попадает в камеру, он проходит через фильтры, которые разделяют пиксели на красный, зеленый и голубой тона. Световые лучи направляются в CCD, который является специализированным полупроводником, трансформирующим световые лучи в электрический заряд. Интенсивность электрического заряда пропорциональна интенсивности света, проходящего через объект. Таким образом, значения, сохраненные в цифровом изображении, отражают яркость и цвета каждого пикселя.
Рис. 6.2. Микроскоп Olympus BX51 с цифровой камерой.
Для различных приложений в микроскопии можно использовать разные виды камер.
Аналоговые 1CCD (одноматричные) и 3CCD (трехматричные) телевизионные цветные или черно-белые камеры в комплекте с платами оцифровки сигнала (фреймграбберами) обеспечивают получение изображений достаточно высокого качества, прежде всего за счет широких возможностей настройки по цвету, яркости и т.д. 3CCD (трехматричные) цветные камеры обеспечивают превосходные результаты при съемке микроскопических объектов на большом увеличении. Передача цветовых характеристик максимально соответствует оттенкам, наблюдаемым в микроскоп, а высокое разрешение системы ввода позволяет видеть все тонкие структуры объектов на захваченных изображениях при работе с большими увеличениями, что важно при исследовательской работе. Однако аналоговые камеры такого качества достаточно дороги, да и, в целом, аналоговые системы ввода постепенно вытесняются цифровыми телевизионными системами.
Развитие цифровых телевизионных цветных или черно-белых систем ввода изображений началось в 90-х годах 20 века. Профессиональные цифровые системы ввода, в том числе и для микроскопии, производят такие европейские и американские фирмы, как Baumer Optronic (Германия), Jenoptic Laser, Optik, Systeme GmbH (Германия), Soft Imaging Company (Германия), Diagnostic Instruments (США), Pixera (США), Roper Scientific Inc. (США), PixeLINK (Канада), Qimaging (Канада) и другие. Отличаясь по разрешению и, соответственно, ценовым характеристикам, все эти системы ввода обеспечивают возможности настройки по цвету, передачу изображения на монитор компьютера в режиме «живого» видео, большинство из них обладает также способностью работать в режиме накопления сигнала, а это значит, что их использование незаменимо в условиях слабой освещенности объектов. Все основные фирмы – производители микроскопов (Zeiss и Leica – Германия, Olympus и Nikon – Япония) ориентируются именно на цифровые системы ввода для комплектации своего оборудования. Аналогично, все основные производители программ для работы с изображениями стремятся обеспечить поддержку наиболее популярных систем ввода, чтобы управление ими и захват изображений производился напрямую из программы.
И наконец, третья группа систем ввода изображений – это цифровые фотоаппараты. Использование цифровых фотоаппаратов вполне оправдано при макросъемке с передачей полученных снимков в компьютер. Цифровые фотоаппараты также можно использовать при съемке со стереомикроскопов. В таких случаях цифровой фотоаппарат обеспечивает получение изображений достаточно высокого качества по разрешению и цвету. Однако использование цифровых фотоаппаратов не всегда является оправданным при съемке изображений препаратов, наблюдаемых в световой микроскоп, особенно при работе с большими увеличениями (объективы 40´ – 100´).
Важно понимать, что качество изображения, будь то пленочная или цифровая фотография, зависит от качества изображения в микроскопе. Плохо отъюстированное освещение микроскопа, грязная оптика, неперпендикулярность плоскости препарата оптической оси микроскопа не позволят получить изображение удовлетворительного качества. Более того, незамеченные в окуляре недостатки юстировки будут прекрасно видны на фотографии.
Неудовлетворительное воспроизведение цветов на изображении и недостаточную контрастность можно значительно улучшить программными методами (например, с использованием программного пакета Adobe Photoshop) либо изменяя спектральный состав света с помощью светофильтров (см. главу 2). Процедура графической коррекции также может включать в себя поворот, обрезку, изменение размера и разрешения изображения.
Необходимым при документации изображения является фиксирование масштаба, при котором был сделан снимок. В специализированной аппаратуре масштаб на снимке отображается автоматически. Если это не предусмотрено, то масштаб можно определить с помощью измерительных окуляров и объект-микрометра (см. главу 7.3).
Другой важной деталью документации являются подписи на полученном изображении микроскопического объекта, касающиеся названий минералов. Для этого лучше использовать не полные названия, а устоявшиеся аббревиатуры (см. приложение 1). При этом, подписи не должны закрывать саму фотографию.