Иш столунун гигапикселдүү микроскопу: 10 кадам (сүрөттөр менен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:41

Оптикалык микроскоптордо көрүү талаасы менен чечимдин ортосунда негизги соода бар: майда-чүйдөсүнө чейин, микроскоп менен тартылган аймак ошончолук кичине. Бул чектөөнү жеңүүнүн бир жолу-үлгүнү которуу жана чоңураак көрүнүштөгү сүрөттөрдү алуу. Негизги идея чоң FOV түзүү үчүн көптөгөн жогорку чечим сүрөттөрдү бириктирүү. Бул сүрөттөрдө сиз толук үлгүнү, ошондой эле үлгүнүн каалаган бөлүгүндө майда деталдарды көрө аласыз. Натыйжада, болжол менен 10-50 миллион пикселге ээ болгон dSLR же смартфондун тарткан сүрөттөрүнө салыштырмалуу бир миллиард пикселден турган сүрөт пайда болот. Бул гигапикселдүү пейзаждарды карап көрүңүз, бул сүрөттөрдөгү маалыматтын эбегейсиз көлөмү.

Бул нускамада мен 90 мм x 60 мм көрүү талаасын 2 мкм үлгүдөгү пикселге ылайыкташтырып сүрөткө тартууга жөндөмдүү микроскопту кантип куруу керектигин карап чыгам (бирок, менимче, чечим 15 мкмге жакыныраак). Система камера линзаларын колдонот, бирок ошол эле түшүнүктү микроскоптун максаттарын колдонуп, андан да жакшыраак чечүү үчүн колдонсо болот.

Мен микроскоп менен алган гигапикселдүү сүрөттөрдү EasyZoomго жүктөдүм:

1970 National Geographic журналынын сүрөтү

Аялым жасаган дасторконду токуңуз

Ар түрдүү электроника

Башка ресурстар:

Оптикалык микроскоптун үйрөткүчтөрү:

Оптикалык чечим:

Сүрөт тигүүдөн тышкары, эсептөөчү сүрөт иштетүүдөгү акыркы ийгиликтер гигапикселдүү микроскопияны үлгүнү жылдырбастан мүмкүн кылат!

1 -кадам: Жеткирүү тизмеси

Материалдар:

1. Nikon dSLR (мен Nikon D5000 колдондум)

2. 28мм фокустук линза, 52мм сайма менен

3. 58мм сайма менен 80мм фокус аралык линза

4. 52мм 58мм тескери кошкуч

5. Штатив

6. Калыңдыгы 3 мм фанеранын жети барагы

7. Ардуино Нано

8. Эки H-көпүрөсү L9110

9. Эки IR эмитенти

10. Эки IR кабылдагыч

11. Баскычты басыңыз

12. 2.2kOhm эки резистор

13. 150Ohm эки резистор

14. Бир 1kOhm резистор

15. Nikon камерасы үчүн алыстан чыгаруу

16. Кара плакат тактасы

17. Аппараттык комплект:

18. Эки тепкичтүү мотор (мен Nema 17 биполярдык мотор 3.5V 1А колдондум)

19. Эки 2мм коргошун бурамалары

20. Төрт жаздык блок

21. Эки коргошундуу бурама гайкалар

22. Эки подшипниктер жана 200мм сызыктуу валдар:

23. 5В электр булагы:

24. Зым оролуучу зым

Куралдар:

1. Лазердик кескич

2. 3D принтер

3. Аллен ачкычтары

4. Сым кескичтер

5. Зым ороо куралы

2 -кадам: Системага сереп

Үлгүнү которуу үчүн, ортогоналдык багытта тегизделген эки тепкичтүү мотор x жана y багытындагы этапты жылдырат. Моторлор эки H-көпүрөсү жана Arduino аркылуу башкарылат. Баскычтын моторунун базасында жайгашкан IR сенсору этаптарды нөлгө салуу үчүн колдонулат, андыктан алар блоктордун эки четине кирбейт. Санарип микроскоп XY стадиясынын үстүндө жайгашкан.

Үлгү жайгаштырылып, этап борборлонгондон кийин, сатып алууну баштоо үчүн баскычты басыңыз. Моторлор сахнаны төмөнкү сол бурчка жылдырат жана камера иштетилет. Андан кийин моторлор үлгүнү кичинекей кадамдар менен которот, анткени камера ар бир позицияда сүрөткө тартат.

Бардык сүрөттөр алынгандан кийин, сүрөттөр гигапикселдүү сүрөттү түзүү үчүн бириктирилет.

3 -кадам: микроскопту чогултуу

Мен dSLR (Nikon 5000), Nikon 28mm f/2.8 линзасы жана Nikon 28-80mm масштабдуу линзасы менен кичине чоңойтуучу микроскоп жасадым. Зум линзасы 80ммге барабар фокустук узундукка коюлган. Эки линзанын топтому микроскоп түтүк линзасы жана объективдүү линза сыяктуу иштейт. Жалпы чоңойтуу фокус аралыктарынын катышы, болжол менен 3X. Бул линзалар чындыгында бул конфигурация үчүн иштелип чыккан эмес, андыктан жарык микроскоп сыяктуу таралышы үчүн эки линзанын ортосуна диафрагма токтоону орнотуу керек.

Биринчиден, камерага узунураак фокустук линзаны орнотуңуз. Диаметри линзанын алдыңкы бетинин чоңдугуна жакын болгон кара плакаттан бир тегеректи кесип алыңыз. Андан кийин ортосуна кичинекей тегеректи кесип (диаметри 3мм жөнүндө тандадым). Айлананын өлчөмү системага кирген жарыктын көлөмүн аныктайт, ошондой эле сандык диафрагма (NA) деп аталат. NA жакшы иштелип чыккан микроскоптор үчүн системанын каптал чечимин аныктайт. Анда эмне үчүн бул орнотуу үчүн жогорку НАны колдонбойсуз? Ооба, эки негизги себеби бар. Биринчиден, НА көбөйгөн сайын системанын оптикалык бурмалоолору көрүнүктүү болуп, системанын чечилишин чектейт. Бул сыяктуу салттуу эмес орнотууда, мындай болушу мүмкүн, андыктан НАны жогорулатуу акыры чечимди жакшыртууга жардам бербейт. Экинчиден, талаанын тереңдиги да НАга көз каранды. НА канчалык жогору болсо, талаанын тереңдиги ошончолук тайыз болот. Бул жалпак болбогон объектилерди фокуска алууну кыйындатат. Эгерде НА өтө бийик болуп кетсе, анда сиз жука үлгүлөрү бар микроскоптун слайддарын иштетүү менен гана чектелесиз.

Диафрагманын эки линзанын ортосундагы жайгашуусу системаны болжол менен телецентрлик кылат. Бул системанын чоңойтулушу объектинин алыстыгына көз каранды эмес экенин билдирет. Бул сүрөттөрдү бириктирүү үчүн маанилүү болуп калат. Эгерде объект ар кандай тереңдикке ээ болсо, анда эки башка позициянын көз карашы өзгөрөт (адамдын көрүүсү сыяктуу). Телеборбордук иштетүүчү системадан болбогон сүрөттөрдү бириктирүү, өзгөчө мындай чоңойтуу менен, татаал.

58 ммден 52 ммге чейинки линзанын арткы кошкучун колдонуп, 28 мм линзаны 80 мм линзага ортоңку диафрагмасы менен тиркеңиз.

4 -кадам: XY этап дизайн

Мен сахнаны Fusion 360 менен иштеп чыктым. Ар бир сканерлөө багыты үчүн төрт бөлүктү 3D басып чыгаруу керек: монтер, эки слайд бирдиги узарткычтары жана коргошун бурама. XY стадиясынын базасы жана платформалары 3 мм коюу фанерадан лазер менен кесилген. Базада X багытындагы мотор жана жылдыргычтар, X платформасында Y багыттагы мотор жана слайдерлер, ал эми Y платформасында үлгү бар. База 3 барактан турат жана эки платформа 2 барактан турат. Лазердик кесүү жана 3D басып чыгаруу үчүн файлдар бул кадамда берилет. Бул бөлүктөрдү кесип, басып чыгаргандан кийин кийинки кадамдарга даярсыз.

5 -кадам: Motor Mount Ассамблеясы

Зымды ороочу куралды колдонуп, зымды эки IR эмитентинин жана эки IR алуучунун учуна ороп коюңуз. Түстөрдүн коддору зымдардын кайсынысы экенин билүү үчүн. Андан кийин диоддорду алып салыңыз, андыктан зым оролгон зымдар андан бери иштейт. Электр өткөргүчтөрүн зымдарды кыймылдаткычка орнотуп, диоддорду ордуна коюңуз. Зымдар багытталган, ошондуктан алар агрегаттын арткы бөлүгүнөн чыкмайынча көрүнбөйт. Бул зымдарды мотор зымдары менен бириктирсе болот. Эми төрт м3 болт менен тепкич моторун орнотуңуз. Экинчи мотор үчүн бул кадамды кайталаңыз.

6 -кадам: этап жыйын

Негизги 1 жана Базалык 2 кесимдерди жабыштырыңыз, алардын бири M3 жаңгактары үчүн алты бурчтуу тешиктери бар. Клей кургатылгандан кийин, M3 жаңгактарын ордуна салыңыз. Жаңгактар тактайга басылганда айланбайт, андыктан болтторду кийинчерээк сайып алсаңыз болот. Эми жаңгактарды жабуу үчүн үчүнчү базалык баракты (3 -база) жабыштырыңыз.

Эми коргошун-гайканы орнотуу мезгили келди. Тоодон кошумча жипти тазалап, андан кийин төрт М3 гайканы ордуна коюңуз. Алар тыгыз ылайыктуу, андыктан болт менен гайканын боштуктарын кичинекей бурамалуу бурагыч менен тазалаңыз. Жаңгактар тегизделгенден кийин коргошун-гайканы тоого түртүп, 4 М3 болт менен бекиңиз.

Жаздык блокторун, жылдыргычтарды жана моторду X-багыттагы сызыктуу котормочу үчүн базага бекиңиз. Коргошун гайкасы түзүлүшүн коргошун бурамасына салып, анан коргошун бурамасын ордуна жылдырыңыз. Моторду коргошун бурамасына туташтыруу үчүн кошкучту колдонуңуз. Слайдер агрегаттарын таякчаларга салып, анан таяктарды слайдер орнотмолоруна түртүңүз. Акыр -аягы, M3 болттор менен слайдер орнотуучу кеңейтүүлөрдү тиркеңиз.

X1 жана X2 фанер барактары негизге окшош жол менен жабыштырылган. Ошол эле жол-жобосу Y-багыттагы сызыктуу котормочу жана үлгү этап үчүн кайталанат.

7 -кадам: Электрондук сканер

Ар бир тепкич моторунда H-көпүрө модулуна туташкан төрт кабель бар. IR эмитенти менен ресивердин төрт кабели жогорудагы схемага ылайык резисторлорго туташтырылган. Ресиверлердин чыгышы аналогдук А0 жана А1 киришине туташтырылган. Эки H-көпүрө модулу Arduino Nanoдогу 4-11 пинге туташкан. Баскыч 2 -пинге 1kOhm резистору менен жөнөкөй колдонуучу киргизүү үчүн туташтырылган.

Акыр -аягы, dSLR үчүн триггер баскычы, мен CT сканери үчүн кылгандай, алыскы жапкычка туташкан (7 -кадамды караңыз). Алыскы жапкыч кабелин кесип алыңыз. Зымдар төмөнкүчө белгиленген:

Сары - фокус

Кызыл - жапкыч

Ак - жер

Сүрөттү фокустоо үчүн сары зым жерге туташтырылышы керек. Сүрөткө тартуу үчүн сары жана кызыл зым экөө тең жерге туташтырылышы керек. Мен диодду жана кызыл кабелди 12-пинге туташтырдым, андан кийин башка диодду жана сары кабелди 13-пинге туташтырдым. Орнотуу DIY Hacks жана How-Tos көрсөтмөсүндө айтылгандай.

8 -кадам: гигапикселдүү сүрөттөрдү алуу

Гигапикселдүү микроскоптун коду тиркелет. Мен H-көпүрөсү менен моторлорду башкаруу үчүн Stepper китепканасын колдондум. Коддун башында сиз микроскоптун көрүү талаасын жана ар бир багытта алгыңыз келген сүрөттөрдүн санын көрсөтүшүңүз керек.

Мисалы, мен жасаган микроскоптун көрүнүү талаасы болжол менен 8,2 мм х 5,5 мм болгон. Ошондуктан, мен моторлорду х-багытта 8мм жана у-багытта 5мм жылдырууга багыттадым. Ар бир багытта 11 сүрөт толук гигапикселдүү 121 сүрөттү камтыйт (бул тууралуу кененирээк 11 -кадамда). Андан кийин код моторлордун этапты ушул суммага которуу үчүн жасашы керек болгон кадамдардын санын эсептейт.

Этаптар моторго салыштырмалуу кайда экенин кайдан билишет? Этаптар кантип аягына чыкпай которулат? Орнотуу кодунда, мен IR эмитенти менен IR алуучунун ортосундагы жолду бузмайынча, этапты ар бир багытта жылдыруучу функцияны жаздым. IR кабылдагычтагы сигнал кандайдыр бир босогодон төмөн түшкөндө, мотор токтойт. Андан кийин код бул этаптын позициясына көз салат. Код мотор өтө алыс которулбаганы үчүн жазылган, бул сахнаны коргошун бураманын башка учуна алып келет.

Сахна ар бир багытта калибрленгенден кийин, сахна борборго которулат. Штативди колдонуп, dSLR микроскобумду сахнага койдум. Камера талаасын үлгү стадиясында кайчылаш сызыктар менен тегиздөө маанилүү. Сахна камерага ылайыкташтырылган соң, мен сүрөтчүнүн тасмасы менен сахнаны скотч менен чаптап, анан үлгүнү сахнага койдум. Фокус штатив z-багыты менен жөнгө салынган. Колдонуучу андан кийин басууну басып баштайт. Этап төмөнкү сол бурчка которулат жана камера иштетилет. Этап андан кийин растр үлгүнү сканерлейт, ал эми камера ар бир позицияда сүрөткө түшөт.

Ошондой эле моторлордун жана IR сенсорлорунун көйгөйлөрүн чечүү үчүн бир нече код тиркелген.

9 -кадам: Сүрөттөрдү тигүү

Бардык сүрөттөрдү алуу менен, сиз азыр алардын бардыгын бириктирүү көйгөйүнө туш болосуз. Сүрөттөрдү тигүүнүн бир жолу - графикалык программанын бардык сүрөттөрүн кол менен тегиздөө (Autodesk's Graphicти колдондум). Бул сөзсүз түрдө иштейт, бирок бул оор процесс болушу мүмкүн жана сүрөттөрдүн четтери гигапикселдүү сүрөттөрдө байкалат.

Дагы бир вариант - сүрөттөрдү иштетүү ыкмаларын колдонуу, сүрөттөрдү автоматтык түрдө бириктирүү. Идея - окшош өзгөчөлүктөрдү чектеш сүрөттөрдүн бири -бирине дал келген бөлүгүндө табуу жана сүрөттөрдүн бири -бирине дал келиши үчүн которууга которууну колдонуу. Акыр -аягы, четтери бири -бирине дал келген бөлүктү сызыктуу салмак коэффициентине көбөйтүү жана аларды кошуу аркылуу аралаштырса болот. Бул сүрөт иштетүү үчүн жаңы болсоңуз, жазуу үчүн оор алгоритм болушу мүмкүн. Мен көйгөй боюнча бир аз иштедим, бирок толук ишенимдүү жыйынтык ала алган жокмун. Алгоритм журналдагы сүрөттөрдөгү чекиттер сыяктуу абдан окшош өзгөчөлүктөргө ээ болгон үлгүлөр менен көп күрөштү. Мен Matlabте жазган код тиркелген, бирок ал бир аз иштөөнү талап кылат.

Акыркы вариант - гигапикселдүү фото тигүү программаларын колдонуу. Сунуштай турган эч нерсем жок, бирок алар бар экенин билем.

10 -кадам: Микроскоптун иштеши

Эгер сиз аны өткөрүп жиберген болсоңуз, анда бул жерде жыйынтыктар: журналдын сүрөтү, токулган дасторкон жана башка электроника.

Системанын өзгөчөлүктөрү жогорудагы таблицада келтирилген. Мен 28 мм жана 50 мм фокустук линзалар менен сүрөт тартууга аракет кылдым. Мен дифракциянын чегине (6 мкм тегерегинде) негизделген системанын мүмкүн болушунча мыкты чечимин бааладым. Муну жогорку чечүү максатынсыз эксперименталдык түрдө сыноо кыйын. Мен бул чоң форматтагы фотографиялык форумда көрсөтүлгөн вектордук файлды басып чыгарууга аракет кылдым, бирок принтеримдин чечилиши менен чектелдим. Мен бул басып чыгаруу менен аныктай алган эң жакшы нерсе, системанын <40μm токтому болгон. Мен ошондой эле үлгүлөрдө кичинекей, обочолонгон өзгөчөлүктөрдү издедим. Журналдан басылып чыккан эң кичинекей өзгөчөлүк - сыя такы, мен аны болжол менен 40 мкм деп эсептеп койгом, ошондуктан мен аны жакшыраак баалоо үчүн колдоно алган жокмун. Электроникада абдан жакшы обочолонгон кичинекей бөлүктөр бар болчу. Мен көрүү талаасын билгендиктен, мен чечимди болжол менен 10-15 мкм алуу үчүн кичинекей чекитти алган пикселдердин санын эсептей алчумун.

Жалпысынан алганда, мен системанын иштешине кубандым, бирок бул долбоорду сынап көргүңүз келсе, менде бир нече эскертүүлөр бар.

Этаптын туруктуулугу: Биринчиден, сапаттуу линиялык этап компоненттерин алуу. Мен колдонгон компоненттер мен ойлогондон алда канча көп ойноду. Мен ар бир таякчага комплектдеги слайдер орнотмолорунун бирин гана колдондум, ошондуктан сахна анча туруктуу эмес экенин сезгендир. Сахна мен үчүн жетиштүү деңгээлде иштеди, бирок бул чоңойтуу системалары үчүн көйгөйгө айланмак.

Жогорку чечим үчүн оптика: Ушул эле идеяны чоңойтуучу микроскоптор үчүн колдонсо болот. Ошентсе да, майда кадам өлчөмү бар кичинекей моторлор талап кылынат. Мисалы, бул dSLR менен 20 эсе чоңойтуу 1мм көрүү талаасына алып келет (эгер микроскоп ошол чоң системаны винитинг кылбастан элестете алса). Electronupdate жакшыртылган микроскоп үчүн жакшы түзүлүштө CD ойноткучтун моторлорун колдонгон. Дагы бир соодалашуу талаанын тереңдиги болот, башкача айтканда, сүрөттөө жука үлгүлөр менен чектелет жана сизге z-багытта жакшыраак которуу механизми керек болот.

Штативдин туруктуулугу: Бул система туруктуу камера орнотмосу менен жакшыраак иштейт. Линзалар системасы оор жана штатив ал иштелип чыккан абалынан 90 градуска эңкейип турат. Стабилдүүлүккө жардам берүү үчүн штативдин бутун скотч менен жабышым керек болчу. Жалюзи сүрөттөрдү бүдөмүктөтүү үчүн камераны дагы солкулдата алат.