mboost-dp1

Caltech

Forskere øger opløsning på mikroskop med 10 gange med lysdioder og matematik

- Via CalTech - , redigeret af Net_Srak

I USA er det lykkedes forskere fra Caltech, at forbedre et almindeligt optisk mikroskop til at tage billeder med en 10 gange højere opløsning uden at ændre optiken.

Ved at anvende et koncept ved navn Fourier Ptychography mikroskopi, nogle lysdioder og en computer, kan forskerne beregne et billede taget med to gange forstørrelse og gengive det så detaljeret som var det taget med 20 gange forstørrelse.

Guoan Zheng, forsker hos Caltech skrev:
We used a computational approach to bypass the limitations of the optics. The optical performance of the objective lens is rendered almost irrelevant, as we can improve the resolution and correct for aberrations computationally.

På denne måde er det nemmere for forskere hurtigt at skabe et detaljeret billede af store overflader, hvor de ellers måtte bruge et 20x objektiv for så at tage en masse små billeder.

Yderligere er systemet billigt, idet den eneste hardware-ændring er tilføjelsen af en række lysdioder, som placeres under mikroskopet i stedet for den almindelige lyskilde. Metoden tillader også matematisk at refokusere på områder af billedet.





Gå til bund
Gravatar #1 - TezlaByte
1. aug. 2013 08:24
Godt nok uden relevans, men jeg tænker på dette billede: http://9gag.com/gag/2078832

Og vi som har grint meget af de zoom features der findes i film :(
Gravatar #2 - jakobdam
1. aug. 2013 12:29
Interessant - især fordi matematikken vel må kunne overføres til alle gængse digitalkameraer også...?

Det er jo velkendt at vi mennesker har øjne, der optisk set er underlegne nærmest alt hvad der har fandtes af objektiver på markedet.
Gravatar #3 - Remmerboy
1. aug. 2013 12:36
jakobdam (2) skrev:
Det er jo velkendt at vi mennesker har øjne, der optisk set er underlegne nærmest alt hvad der har fandtes af objektiver på markedet.

så hvis vi lære den matematik, så kan vi se 10x bedre?
Gravatar #4 - nwinther
1. aug. 2013 13:14
Som jeg ser det, er det kun mikroskoper og lignende udstyr, som kan bruge det.

Det ser ud til at fungere ligesom røntgen-billeder, hvor man skal belyse en følsom plade med ræntgenstråler, og hvor elementer imellem røntgenkilden og pladen så repræsenteres på pladen (f.eks. knogler).

Det virker fordi der er en kilde, et element, og en følsom plade, i den rækkefølge. Man kan ikke se igennem vægge med røntgen, fordi du befinder dig på samme side som røntgenkilden (og så skulle dine øjne være røntgen-følsomme) og derfor kun får reflektionen (hvad der vil være meget lidt af) ind på nethinden.

Du kan altså ikke indbygge denne teknologi i et digitalkamera og så få ekstra god zoom, ligesom teknologien ikke kan skabe pixeldetaljer, er aldrig har eksisteret - altså den så kendet "post-event-zoom".

Det ser samtidig ud til, at det kun er stof som kan gennemlyses med diodelyset, der er egnet. Du vil næppe kunne tage en legoklods eller en mursten, og få forbedret zoom på dén.
Gravatar #5 - Thinq
1. aug. 2013 14:45
#4 der er ikke noget røntgen over det og der stilles ingen krav til emnet man mikroskopierer.

I følge kilden er det eneste der kræves et LED array så kan metoden benyttes på et std mikroskop. LED array'et erstatter den almindlige lyskilde i mikroskopet og indeholder 150 enkelt LEDs, der lyser på skift hvorefter der optages et billede. De 150 billeder samles så af softwaren til eet enkelt skarpt billede, idet der nu kan korrigeres for diverse forvrængning fra linsen (sfærisk, kromatisk etc.).

Hvis teknikken skal bruges i et almindeligt kamera skal man altså have en blizt der fyrer af 150 gange... (kryds fingre for at "objektet" ikke lider af epilepsi)

Princippet er smart men i første omgang giver det "blot" en besparelse på optikken og flytter ingen grænser indenfor mikroskopi. Hvis de skal imponerere skal de forbedre et godt mikroskop, der som udgangspunkt kan forstørre ca. x1000. Hvis man kunne booste det til x5-10.000 eller give bedre dybdeskarphed så vil der for alvor være noget ved det!
Gravatar #6 - Clauzii
1. aug. 2013 21:40
Thinq (5) skrev:
Hvis man kunne booste det til x5-10.000 eller give bedre dybdeskarphed så vil der for alvor være noget ved det!


Det kommer nok. Nu er princippet bevist.
Gravatar #7 - nwinther
3. aug. 2013 22:46
Thinq (5) skrev:
#4 der er ikke noget røntgen over det og der stilles ingen krav til emnet man mikroskopierer.


Som jeg læser det, skal emnet man mikroskopierer ligge imellem dioderne og optikken - ligesom på røntgen. Du kan ikke stå og tage et billede af et bjerg i horisonten og så få det zoomet op 10 gange, fordi du har sat nogle dioder på kameraet.
Gravatar #8 - Thinq
5. aug. 2013 13:08
nwinther (7) skrev:
Som jeg læser det, skal emnet man mikroskopierer ligge imellem dioderne og optikken - ligesom på røntgen.

Du har ret i at dioderne er placeret under prøverne i deres forsøgsopstilling (ovenpå en flot lego-piedestal :-)), men det skyldes vel blot at de kigger på en tynd biologisk prøve.
Princippet kan ligeså godt benyttes på en ugennemsigtig prøve hvis man ellers kan få plads til dioderne rundt om objektivet, så man kan afbilde det tilbagekastede lys i stedet.
Gravatar #9 - nwinther
5. aug. 2013 17:43
Thinq (8) skrev:
Du har ret i at dioderne er placeret under prøverne i deres forsøgsopstilling (ovenpå en flot lego-piedestal :-)), men det skyldes vel blot at de kigger på en tynd biologisk prøve.
Princippet kan ligeså godt benyttes på en ugennemsigtig prøve hvis man ellers kan få plads til dioderne rundt om objektivet, så man kan afbilde det tilbagekastede lys i stedet.


Muligvis - men det vil nok øge den matematiske "belastning" betydeligt, da det reflekterede lys er "kaotisk", idet man ikke kender den helt nøjagtige form på legmet (så ville mikroskopering ikke være nødvendig).

Som jeg forstår det, er maskinen i stand til at foretage forstørrelsen, fordi den "ved" hvilket lys der udsendes (og afstanden til det?) og kan måle på det og så fylde "hullerne" ud med matematik. Det reflekterede lys vil være af en noget anden beskaffenhed.

Men måske.
Gravatar #10 - xenocrates
6. aug. 2013 09:21
#9 Jeg er ret sikker på, at du har ret i din antagelse. Det lyder lidt utopisk, hvis dette skulle kunne overføres til fx et digitalkamera. Bl.a. fordi, hvis du tager et billede af fx et bjerg med en analog til denne teknik (fx med lysdioderne placeret rundt om objektivet, idet de dårligt kan placeres bag ved bjerget), så ville du for det første skulle vente på at alle billederne blev taget med hver deres diode aktiv - uden at ryste kameraet - og derefter, på en eller anden måde, kunne skelne mellem hvilket lys, der er reflekteret fra dioderne og hvad der blot kommer fra solen.

I mikroskoper har man som regel mørklagt rummet, således, at der kun kommer det lys ind i objektivet, som bliver produceret af din mikroskopilyskilde. Vigtigheden af et mørklagt lokale stiger også, efterhånden som opløsningen af dine mikrografier stiger (fx er der næsten nul lys i et lokale, hvor man bruger confocalmikroskoper).
Gravatar #11 - Thinq
6. aug. 2013 13:05
nwinther (9) skrev:
Muligvis - men det vil nok øge den matematiske "belastning" betydeligt, da det reflekterede lys er "kaotisk"

Refleksion fra en overflade er ikke mere kaotisk eller kompliceret at håndtere end den brydning og diffraktion der sker ved gennemlysning af et materiale. Min fornemmelse er at computerbehandlingen vil være omtrent lige så omfattende men det forbliver selvf også bare et gæt.

I forhold til at benytte teknologien til fotografering er der flere udfordringer. For det første skal lyset fra dioderne være primær (helst eneste) lyskilde, hvilket udelukker bjerget. Lige så vigtigt er det at afstanden til objektet ikke er større end at afstanden mellem dioderne giver en målbar ændring i belysningsvinkelen (i fht kameraet). Dvs for at tage billeder på større afstande med denne teknik kan man ”bare” øge lysintensiteten fra dioderne og den fysiske størrelse på arrayet så der bliver længere afstand mellem hver LED. (bjerget er dog stadig ude)

Bemærk at som eksempler på anvendelse foreslår forskerteamet bl.a. forensic photography eller wafer inspection.
Gravatar #12 - nwinther
6. aug. 2013 13:57
Thinq (11) skrev:
Refleksion fra en overflade er ikke mere kaotisk eller kompliceret at håndtere end den brydning og diffraktion der sker ved gennemlysning af et materiale.


Det er jeg ikke enig med dig i. En væsentlig del af det "underliggende" diodelys er direkte lys, som man fungere som en slags "kalibrering".

Lyskilden monteret på objektivet vil i sagens natur alene resultere i halv-lys eller indirekte lys og det vil være sværere at behandle (siger min intuition mig, må jeg da skynde mig at indrømme).

Netop ekplerne med forensic photography og wafer inspection antyder vel netop dette?
Gravatar #13 - Thinq
8. aug. 2013 10:07
nwinther (12) skrev:
En væsentlig del af det "underliggende" diodelys er direkte lys, som man fungere som en slags "kalibrering".

Direkte lys? Alt det lys der kommer igennem er minimum afbøjet 3 gange inden det rammer objektivet (luft/glas, glas/prøve, prøve/luft).

nwinther (12) skrev:
Netop ekplerne med forensic photography og wafer inspection antyder vel netop dette?

Jeg synes eksemplerne antyder at der i hvert fald ikke er noget i vejen for at bruge metoden på tilbagekastet lys, hvilket har været min primære pointe hele tiden.
Gå til top

Opret dig som bruger i dag

Det er gratis, og du binder dig ikke til noget.

Når du er oprettet som bruger, får du adgang til en lang række af sidens andre muligheder, såsom at udforme siden efter eget ønske og deltage i diskussionerne.

Opret Bruger Login