Разработка объективных методов контроля качества изображения в микроскопе

• Автор: Волкова, Мария Анатольевна
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 157 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. Методы контроля качества изображения в микроскопе
1.1 Критерии качества изображения
1.2 Цеховые приборы контроля
1.3 Метод изофотометрии
1.4 Роль источников света в установках для контроля качества изображения
ВЫВОДЫ
Глава 2. Использование светодиодов в осветительных устройствах оптических приборов
2.1 Сравнительный анализ характеристик светодиодов и традиционных источников света
2.2 Особенности использования светодиодов в осветительных устройствах микроскопов
2.3 Оптические схемы осветительных устройств со светодиодом для микроскопов
ВЫВОДЫ
Глава 3. Разработка объективных методов контроля качества изображения в микроскопе по цифровому изображению тест объекта
3.1 Сравнение методов оценки качества изображения по ФРТ и ФРЛ
3.2 Метод пограничной кривой
3.3 Контроль качества изображения в микроскопе
3.4 Анализ качества изображения по пограничной кривой
3.5 Состав прибора для контроля качества изображения
3.6 Выбор линейного увеличения адаптера телеканала микроскопа
3.7 Методика оценки влияния на качество изображения в видеотракте компонентов ПК
3.8 Обоснование выбора цифрового фотоаппарата и организация съемки ВЫВОДЫ
Глава 4. Результаты практического использования предложенных методов
4.1 Цеховая оценка качества изображения в микроскопе
4.2 Виды тест-объектов
4.3 Отображение результатов измерений
4.4 Контроль бинокуляра по методу пограничной кривой
4.5 Светодиодные осветители
4.6 Светодиодный осветитель для калибровки спектров исследуемых объектов
4.7 Управление спектром излучения ВЫВОДЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ПРИЛОЖЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
Современные методы микроскопии все чаще используют как основной не только канал для визуального наблюдения, но также канал с цифровой регистрацией изображения с помощью видеокамеры. Использование вычислительной техники позволяет создавать системы автоматического или полуавтоматического анализа изображения, при этом работа может вестись в цифровом формате. Широкое развитие цифровые системы получили как в прикладных, так и исследовательских задачах медицины, биологии, материаловедения и др. [1].
Использование в микроскопии энергосберегающих источников света -светодиодов [2], пришедших на смену ламп накаливания, требует обоснования также и с оптической точки зрения. Светодиоды имеют спектральную характеристику, отличную от стандартных источников типа А, В, С и Д [3] и, следовательно, если микроскоп будет использован для измерительных целей, например, фотометрирования цветного изображения, то должны создаваться либо новые методики измерений, либо спектр светодиода должен быть трансформирован под указанные типы источников. Эти задачи требуют количественной оценки в результате анализа цифрового изображения объекта при высокой достоверности получаемого результата.
Цифровое изображение дискретно, что определяет необходимость обращать особое внимание на возможные проявления ложных структур в изображении (в том числе в его цветовой компоненте) от муара до удвоения пространственной частоты, и это в свою очередь усложняет проявление ложных структур в зависимости от длины волны [4].
Оценить качество изображения объекта можно, например, на основе корреляционного или статистического анализа или используя критерии качества изображения характеризующие его отклонение от идеального, такие как число Штреля. Известно [5], что при значении числа Штреля, равном 0,8,

изображение максимально близко к идеальному и его отклонения от идеального описываются дифракционными эффектами, которые могут быть выражены через функцию рассеяния точки (ФРТ), функцию рассеяния линии (ФРЛ), разрешающую способность, функцию размытия края, отклонения графика хода передаточной функции - частотно-контрастной характеристики (ПФ-ЧКХ) от идеального. Если телекамера цветная, необходимо осуществлять контроль правильности цветопередачи. Цветопередача требует учета действия не только оптической системы и телекамеры, но и дисплея, а также принтера или фото-принтера. При этом требуется решать задачу адекватности изображения в указанных каналах.
Оценка качества изображения системы может быть осуществлена по простейшим тест - объектам, шпальной мире (мире Фуко) или радиальной мире, а также по естественным тест - объектам (например, для медицины и микробиологии диатомовая водоросль, является периодической структурой). Оценка качества цветопередачи может осуществляться также по цветным тест-объектам, используемым в цветном телевидении или полиграфии [3,6].
Современный уровень микроскопии по степени разрешения достиг дифракционного предела. Например, для микрообъективов, для которых значение числа Штреля равно 0,8, предполагается отсутствие необходимости дальнейшей коррекции их аберраций, тем не менее, все чаще появляются комплекты микрообъективов со значением числа Штреля более чем 0,9 для всех точек поля [7]. Одной из тенденций коррекции хроматических аберраций оптической схеме микроскопа является независимая коррекция хроматизма увеличения объектива и окуляра (ХРУ=0). Значение волновой аберрации для всех точек поля микрообъектива план-апохромата не превышает 0,05А. Следует отметить, что точность вычисления волновой аберрации при вычислении ЧКХ и ФРТ не превышает также указанного значения. Такая высокая степень коррекции аберраций естественно требует высокоточных

устанавливается в фокальной плоскости коллиматора, ее изображение рассматривается либо глазом исследователя, либо происходит его телевизионная или фотографическая регистрация.
При исследовании структуры пятна рассеяния, в частности - измерения ФРТ, исследуемая оптическая система устанавливается в положение наименьших аберраций. Так, исследуемый объектив для фото- или видеокамеры, рассчитанный для работы из бесконечности на конечное расстояние, устанавливается в схему контроля на базе коллиматорной установки.
Схема установки для контроля ФРТ фото - видео-объектива в положении наименьших аберраций показана на рис. 1.22.
ВзгіЬ- ——4 (Y
——I IJ-

I л/ V If

Рис. 1.22 Схема установки для измерения ФРТ фото - видео-объектива 1 - лазер, 2 - световой затвор, 3 и 4 - объектив для фокусировки лазерного пучка, 5 - точечная диафрагма, 6 - объектив коллиматора, 7- исследуемый объектив, 8 - изображение точечного тест - объекта (пятно рассеяния), 9 -проекционный микро-объектив, 10 - приемник изображения (телевизионная камера), 11 - электронный блок обработки видеосигнала, 12 - телевизионный монитор, 13 - компьютер, 14 - электронный блок управления регистрацией.
Ниже приведены схемы для контроля качества изображения в микроскопе фирмы Optikos Corp (Peter Domenicali and Stephen D. Fantone.).