Слева — «сырые» кадры с устройства. Справа — обработка.В данной статье попытаюсь добиться большого качества макроснимка от обычного usb-микроскопа. Такие устройства – не предназначены для получения художественных фотографий. Их задача — разрешить скоро и легко разглядеть небольшие подробности предмета.

Но я попытаюсь особыми условиями съемки, постобработкой и некоторыми вторыми методами частично нивелировать эти недочёты.
Смотрите кроме этого: Электронный микроскоп, различающий отдельные атомы, показался в Английской Национальной лаборатории SuperSTEM

Nion Hermes Scanning Transmission Electron Microscope стоит 3,7 млн фунтов ($ 5,5 млн) и разрешает заметить объекты в миллион раз меньше людской волоса. Основной фокус электронного микроскопа содержится в том, что вместо пучка фотонов, как простые световые микроскопы, он применяет пучок электронов. Протяженность волн электронов меньше, что и разрешает приобретать большее повышение при лучшем разрешении.Что до области применения аналогичного устройства, то она широка. Заберём, для начала, электротехнику.

Все предпочитают компактные носимые девайсы.

Статья написана «Just for Fun» и по сути есть рассказом о пути поиска отличных показателей. Не следует разглядывать ее как рекомендацию. В случае если вам нужна хорошая макрофотография — оптимальнее воспользоваться для этого особой аппаратурой.USB-микроскопВсе макроснимки в статье сделаны применяя USB-микроскоп, предоставленный компанией Даджет (за что им громадное благодарю!). Само по себе устройство микроскопа достаточно типично для устройств этого класса.

Web- камеразакрепленная на подставке оснащена комплектом из 8 светодиодов для подсветки снимаемого объекта, и двумя поворотными дисками для степени освещённости и регулировки фокуса.Микроскоп устанавливается на стол, включается подсветка, и под объектив кладется исследуемый предмет. По окончании чего нужно навести фокус, и посредством программы из набора поставки — сделать снимок либо записать видео.

Фотографии сохраняются в формате jpg, а видео в формате avi (без сжатия).Так как статья об этом устройстве уже публиковалась на geektimes.ru (советую ознакомиться, в статье большое количество сравнений и классных фотографий) то я не буду больше повторяться обрисовывая само его функционал и устройство. Для целей данной статьи хватает знания того, что в устройство представляет собой web- камерус дополнительным модулем регулировки и подсветки фокуса.

Разрешает в настоящем времени просматривать на компьютере изображение с повышением в 20-200 раз, и имеет разрешение матрицы 1600*1280 пикселей.Остальные чёрта устройства особенного значения не имеют, но я еще сообщу о нем пара слов в конце статьи.Часть 0. СнимокИтак, в первую очередь нужно взять изображение для обработки. Для этого возможно воспользоваться стандартным приложением «MicroCapture» входящим в набор поставки?

Либо любым вторым, разрешающем захватывать кадры с web-камеры.В качестве тестового изображения я применял кусочек ткани, на нем прекрасно заметны все типы артефактов.Все кадры в статье я буду сохранять с разрешением 1600*1280 пикселей, поскольку это «родное» разрешение камеры. Применять второе разрешение не имеет смысла, в случае если мы желаем взять большое уровень качества фотографий, т.к. методы интерполяции сотрут с лица земли часть информации и затруднят работу с шумами.Посмотрим полученное изображение в 100% масштабе.Видно что фотография очень сильно зашумлена.

Начнем.Часть первая. Динамический шумКаким образом возможно убрать шум с фотографии?Маленькое отступление для людей далеких от фотографии.Вся фотография, по сути основана на связи трех основных параметров: чувствительности матрицы (ISO=100,200,400,… и т.п.), выдержки (задает время которое свет попадает на матрицу) и диафрагмы (размеру «окна» через которую свет падает на матрицу).

Эти три числа определяют какое количество света попадет на матрицу, и с какой погрешностью данный свет будет «оцифрован».Шумы появляются из-за нехватки чувствительности матрицы. Возможно представить (хоть это не совсем правильно), что чувствительность, это легко коэффициент на что умножаются все сведенья пришедшие с матрицы.

Ясно, что чем меньше света пришло на матрицу из за закрытой диафрагмы либо маленькой выдержки – тем на большее число необходимо будет умножить эти с матрицы чтобы сохранить приемлемую яркость итоговой картины, и тем больше будут заметны погрешности работы матрицы – т.е. шум.Дабы уменьшить шум – необходимо понизить ISO (чувствительность), а для этого – или больше открыть диафрагму, или расширить выдержку. Но тут мы сталкиваемся и техническим ограничением – у данной web-камеры, как и у других – чувствительность матрицы по большому счету не изменяется.

Диафрагма – нерегулируемая, а выдержка – количество света. И как раз ее меняет программа подстраиваясь под уровень освещенности.Возможно усилить внешнюю подсветку – но тогда нужно будет сократить выдержку. Возможно уменьшить подсветку – тогда выдержка увеличиться.

В любом случае, фактическое количество света на матрице будет равным и соответственно шумы будут неизменно однообразными (в темноте света не хватает и сигнал с камеры на коэффициент усиления, что ведет к еще громадным шумам).Итак. Мы не можем расширить выдержку средствами камеры, значит остается делать это в обход нее. К примеру, возможно сохранить пара кадров, а позже склеить их в один, отыскав среднее арифметическое для каждого пиксела.

А значительно лучше записать видео, из сотен кадров… Попытаемся:Изображение стало конкретно лучше, фактически провалился сквозь землю «небольшой» шум. Но уровень качества так же, как и прежде не радует, остались броские точки (3 из них выделены на рисунке желтыми полосами). Дело в том, что шум создается случайными отклонениями от цвета что матрица вычисляет «верным». Но для недорогих матриц каковые ставят в web-камеры – это «верное» значение возможно неточностью.

Иными словами, математическое ожидание отклонений не стремиться к нулю. Это возможно легко заметить в случае если «склеить» ровную картину, к примеру, всецело расфокусировав изображение, дабы не мешали лишние подробности.Один кадр. По клику — оригиналСреднее из 200 кадров. Яркость увеличена в 2 раза, для наглядности.Как видим шумы весьма велики.

Кое-какие пиксели по большому счету битые, другие образуют зоны и полосы искаженной цветопередачи. В случае если удаленный шум возможно назвать динамическим, то данный – постоянный, либо статический. Попытаемся снять и его.Статический шумПервая идея – возможно применять полученное выше изображение для коррекции кадра. Легко вычтем из изображения средний цвет и прибавим серый и увеличим контраст в 2 раза.

В итоге возьмём изображение, наложив которое на любой кадр – мы частично сократим помехи.Подобный принцип употребляется при постобработке в некоторых камерах, но в целом — это нехорошее ответ. Битые пиксели – это отсутствие информации, и что бы мы на них не накладывали – информация ниоткуда не возьмется. Частично рабочие пиксели – вызывают в лучшем случае сокращение динамического диапазона цветов, а в нехорошем – полное искажение цвета.

Второе ответ – «распределить» влияние каждого пикселя матрицы по нескольким пикселям итогового изображения. Этого возможно добиться в случае если смещать снимаемый объект в маленьких пределах, а позже «склеить» изображения учитывая смещения.

Так дабы любая точка объекта представлена была лишь в одном пикселе совмещенного изображения.Двигая кусочек ткани руками я взял такое изображение:Чтобы склеить такие кадры – необходимо сначала «стабилизировать» изображение, добиться полной неподвижности. Это возможно сделать проанализировав перемещение, к примеру, посредством OpenCV, но я отправился по более несложному пути – сделав трекинг в сторонней программе.По окончании трекинга в AE, и «склейки» кадров моей утилитой – возьмём таковой итог.

Заметно что шума нет, но показалось малоприятная смазанность, позванная тем, что при смещении изображение дрожало и размывалось.Попытаемся выяснить степень размытости изображения, дабы исключить из склейки смазанные кадры. Для этого я отправился самым несложным методом – вычислял сумму отличия между всеми соседними пикселями изображения. Чем более смазано изображение – тем более близки по цвету соседние пиксели, соответственно общая сумма модулей разности – даст некую оценку размытости кадра.

График размытости по тестовой выборке будет смотреться так:Прекрасно видны территории где я двигал изображение, и оно размазывалось (график в этих местах на пара кадров опускается вниз). Отсекая смазанные кадры возможно мало улучшить картину, но большого трансформации не будет, перемещения через чур резкие. Я желал еще улучшить итог, исходя из этого отправился дальше.АвтоматизацияПредпосылкой к предстоящему явилось то, что у меня случайно был шаговый двигатель 28BYJ-48.

Пускай лучше он двигает объект перед микроскопом. Для теста достаточно сделать несложный поворачивающийся рабочий стол. Преимущества в отсутствии смазывания, и возни с дрожаниями, уходящим фокусом и т.п.

Само собой разумеется эргономичнее всего закрепить двигатель прямо к микроскопу, для чего было нужно распечатать крепление, складывающееся из трех фрагментов:Но кроме того в таких условиях трекинг далеко не совершенный. При повышении делается значительным rolling shutter и перспективные искажения, что ведет к искривлению картины каковые нереально решить трекингом (было нужно переключиться на трекинг в Mocha, но всех неприятностей это не решило).

Частично неприятности возможно нивелировать в случае если сравнивать все кадры последовательности с первым, и при наличии значительных отклонений — просто не учитывать данный кадр.Для обычной последовательности график исключений выглядит так:Видно, что со временем разброс накапливается, т.к. любой кадр сравнивается с первым. Кроме этого заметны резкие скачки, эти точки соответствуют неточностям трекинга.Итогом работы стали изображения:тканьсахар и капля вареньяОгорчает малая глубина резкости, но это также поправимо.

Пускай с оговорками, но склеить из нескольких изображений с различной точкой фокуса, одно, с большей глубиной резкости в полной мере вероятно. Итог:Все изображения кликабельны.А вот пример работы на простом объекте (золото сережке). Убран лишь простой шум + сшито 2 изображения с различной глубиной фокусировки,«Сырой» кадр.

Обработка. ЗаключениеВ опыте употреблялся «Цифроскоп» предоставленный компанией Даджет.

Случайная статья:

• Главные тренды российской конференции mate 2015
• Gps-сервисы для животных: у нас и у них

Как отличить кожу от искусственной + загадка. Не детский цифровой USB микроскоп.

Похожие статьи:

• Можно ли к планшету подключить флешку?

  Не все знают, что в функциональных возможностях современных мобильных устройств присутствует синхронизация с флешкой. Это весьма комфортно, поскольку все…

• Чем можно заняться с фотокамерой ночью

  Здравствуйте, глубокоуважаемые читатели ресурса Geektimes!Сходу отмету все необыкновенные предположения применения фото камеры , каковые имели…

• Диагностический разъёма obdii: можно ли его ”приручить”

  Мысль не новая, но вопросов большое количество. С одной стороны, возможно снять фактически каждые эти, а иначе, OBDII похож на лоскутное одеяло, т.к….