0 голосов

Как сделать микроскоп из web-камеры?

Лучше, если ответ будет с фото. Понятнее.

спросил от Отличник (5.4k баллов) 4 4 4 в категории Наука и техника

3 Ответы

0 голосов
ответил от Отличник (7.5k баллов) 3 3 4
 
Лучший ответ

Вы, Андрей, правильно сомневаетесь. Мне, оптику-профессионалу, прекрасно заметно некоторое, либо лукавство, либо некоторое недопонимание демонстратором теории вопроса. Простое переворачивание объектива, и установка его вплотную к вебкамере, не даст большого увеличения. А в некоторых вебкамерах вообще не получим ни какого увеличения, а получим размытую картинку. Само по себе переворачивание необходимо лишь для того, чтобы свести к минимуму аберрации получаемой оптической системы, и, как следствие, повысить качество изображения. А для получения «больших» увеличений необходимо объектив отодвинуть от матрицы на некоторое расстояние. Уже в приведенной готовой конструкции микроскопа хорошо виден тубус (трубка) между объективом и корпусом вебкамеры, который, как раз, и выполняет эту задачу. Что касается увеличения, то в данном случае оно определяется совсем не так как в визуальных микроскопах. И в числовом выражении оно будет не таким впечатляющим. Оптическая система, используемая в «вебмикроскопе» аналогична проекционным оптическим системам, применяемым в различных проекционных устройствах: в кино, эпи и диапроекторах, фотоувеличителях. Увеличение в таких системах не угловое, как в визуальном микроскопе, а линейное и равно отношению размера ИЗОБРАЖЕНИЯ наблюдаемого предмета к размеру самого предмета. Величина ТРЕБУЕМОГО увеличения в данном случае будет зависеть от нескольких параметров: от максимального разрешения экрана монитора; от того, какого минимального размера мы хотим иметь на экране монитора изображение минимального рассматриваемого предмета; от размера этого предмета и от размера светочувствительной ячейки (пикселя) матрицы вебкамеры. Давайте для ясности этого вопроса рассмотрим конкретный пример: Допустим монитор имеет разрешение 1680х1050. Предположим, что размер самого маленького предмета, который мы хотим рассмотреть, равен 0,05 мм. К примеру, для детального рассмотрения этого предмета на экране монитора нас вполне устроит размер изображения этого предмета на экране монитора, равный 200 пикселям. Т.е. приблизительно, 1/5 вертикального размера экрана монитора. Если размер пикселя матрицы вебкамеры равен 0,01 мм, то полоска из 200 пикселей на матрицы вебкамеры будет иметь длину 0,01 х 200 = 2 мм. Таким образом, размер изображения наблюдаемого предмета, построенного объективом в плоскости матрицы, должен иметь величину 2 мм. И увеличение проекционной системы вебмикроскопа должно быть равно 2мм /0,05 мм = 40х (сорок крат). Что бы получить такое увеличение объектив должен быть установлен таким образом, что бы расстояние от объектива до матрицы вебкамеры было бы в 40 раз больше расстояния от объектива до наблюдаемого предмета. Решив систему уравнений: 1/a + 1/b = 1/f и b/a = 40, зная фокусное расстояние (f) объектива, можно найти расстояние (b) от объектива до матрицы, и расстояние (a) от объектива до предмета. Найденные расстояния точно выставить будет невозможно, поскольку они отмеряются от, так называемых, главных плоскостей. А главные плоскости находятся внутри объектива и их положение неспециалист определить не сможет. Поэтому лучше выставить расстояние "b" от матрицы до поверхности линзы. Это приведет к тому, что реальное увеличение проекционной системы будет несколько больше 40х. Но погрешность в этом случае будет минимальной.

Если теперь говорить об увеличении в 1000х, то, конечно можно, с некоторой натяжкой принять, что увеличивает и монитор. Так, например, размер пикселя на моем мониторе равен 0,28 мм. Если учесть, что в рассмотренном примере размер пикселя матрицы вебкамеры равен 0,01 мм, то можно принять, что «увеличение» монитора, вроде бы, равно 0,28/0,01 = 28 крат. И увеличение системы вебмикроскоп + монитор, вроде бы, = 40 х 28 = 1120 крат. Почему вроде бы? Поскольку изображение на мониторе рассматриваем глазом, то тут уместно говорить уже об угловом увеличении, которое напрямую зависит от расстояния, с которого рассматривается наблюдаемый предмет. В оптике принято угловые увеличения приводить к расстоянию наилучшего видения, равного 250 мм. Таким образом, вычисленное увеличение в 1120х будет таковым, если я буду рассматривать изображение предмета на своем мониторе с расстояния в 250 мм. Но в связи с тем, что размер экрана моего монитора большой, ближе, чем с полуметра изображения на мониторе я не рассматриваю. Значит, с расстояния в 0,5 метра угловое увеличение будет 1120/2 = 560х. Если же размер пикселя экрана монитора равен 0,14 мм, то увеличение монитора равно 0,14/0,01 = 14х. И угловое увеличение системы вебмикроскоп + монитор = 40 х 14 = 560х. А если изображение на этом мониторе рассматривать с расстояния в 0,5 метр, то увеличение составит «всего» 280х. Так что как видите, увеличение вебмикроскопа определяется, в первую очередь, увеличением объектива этого микроскопа, которое при некотором положении объектива, остается неизменным.

оставил комментарий от

Я считаю, что все приведенные выше рассуждения, теория и формулы не имеют никакого отношения к получению реального увеличения микроскопа, основанного на веб камере. Все легко проверяется практически, не забивая голову теорией. Я беру волос от медного многожильного провода, измеряю его толщину (диаметр) микрометром - получаю 0,15 мм. Кладу волос на предметный столик веб микроскопа и замеряю линейкой размер (толщину) полученного на экране монитора изображения. Получаю 195 мм. Делим 195 на 0,15 получаем реальное увеличение 1300. Повторяю это реальное увеличение. И это не предел. Есть программы, увеличивающие изображение на экране (zoom), и экранные лупы, с помощью которых реальное увеличение рассматриваемого на предметном стекле объекта можно довести до 5000 раз. Все заключения, типа "невозможно­" - это от тупика в голове.

оставил комментарий от Отличник (5.4k баллов) 4 4 4

Исчерпывающий ответ. спасибо.

оставил комментарий от Отличник (7.5k баллов) 3 3 4

Короче получается, что применив вебкамеру в качестве вебмикроскопа, со штатным объективом, и имеющем те габариты, которые показаны в ролике, увидеть эритроциты крови в том размере, в котором их якобы показывают на экране ноутбука, НЕВОЗМОЖНО. Если, конечно, нет какой-нибудь хитрости в объективе. Но это маловероятно.

оставил комментарий от Отличник (7.5k баллов) 3 3 4

Попробуем ввести поправки, которые реально могут повлиять на уменьшение вычисленного расстояния. Предположим, что пиксель матрицы в два раза меньше и равен 0,005 мм. Тогда изображение эритроцита на матрице вебкамеры будет 0,51/2 = 0,255 мм. И для получения такого изображения, увеличение системы должно быть в 2 раза меньше раньше вычисленного. Т.е. 31,875х. Расстояние «b», в этом случае на уменьшится немногим менее, чем в 2раза. Если приблизительно, без вычислений, это расстояние будет равно 220 -230 мм. Как видим, оно опять много больше того какое мы видим в ролике. Хорошо, допустим, уменьшим фокусное расстояние объектива до 3 мм. Хотя мало вероятно, что оно может быть таким у показанного в ролике объектива. Ну, хорошо, пофантазируем. Но даже и с объективом с f = 3 мм, расстояние от матрицы до объектива должно быть более 90 мм. Т.е. получается, что тот, кто «прячет» свое лицо в ролике, в чем-то слукавил. В чем конкретно, судить не берусь. Я не экстрасенс.

оставил комментарий от Отличник (7.5k баллов) 3 3 4

Предполагаю, что разрешение экрана составляет 1280х1024, с диагональю порядка 13 дюймов. При этих параметрах размер пикселя экрана будет, приблизительно, 0,2 мм. Средний размер изображения эритроцитов на экране ноутбука, по моей оценке, равен, примерно, 1/20 от вертикального размера экрана. Т.е. приблизительно 51 пиксель. Если теперь принять размер пикселя матрицы такой же, как я принимал в ответе, то размер изображения эритроцита в плоскости матрицы вебкамеры должен быть равен 0,01 х 51 = 0,51 мм. И увеличение проекционной системы вебмикроскопа должно быть равно 0,51 /0,008 = 63,75х. Если теперь предположить, что фокусное расстояние объектива вебкамеры равно 7 мм, то расстояние «b», т.е. расстояние от объектива до матрицы вебкамеры, для обеспечения требуемого увеличения, должно быть немногим менее 440 мм. Как Вы видите сами, в ролике расстояние от объектива до матрицы вебкамеры, составляет миллиметров 60-70.

0 голосов
ответил от Академик (74.9k баллов) 4 4 4

Действительно все очень и очень просто - перевернуть объектив и прикрепить его к камере. А что касается фото, то по моему видео, в котором даются советы как лучше сконструировать штатив и показываются возможности такого микроскопа, - гораздо нагляднее.

оставил комментарий от Отличник (5.4k баллов) 4 4 4

Хунвейбин, все таки вы правы. Я уточнил. Эритроциты видны при увеличении около 1000-1600 и больше.

оставил комментарий от Академик (74.9k баллов) 4 4 4

Андрей, а Вы сомневаетесь в реальности демонстрируемых в клипе увеличений (капелька крови, клетка лука с ядрышком, инфузория) или просто клип до конца не досмотрели?

оставил комментарий от Отличник (5.4k баллов) 4 4 4

Хунвейбин, я вам и не приписываю его слова. Просто засомневался в таком большом увеличении микроскопа и высказал свою мысль. Даже 200-кратное увеличении и то прекрасно.

оставил комментарий от Академик (74.9k баллов) 4 4 4

А вот за его "базар" я не отвечаю, хотя демонстрируемые им возможности позволяют говорить как минимум о несколькосоткратност­и)))

оставил комментарий от Отличник (5.4k баллов) 4 4 4

Да, действительно нагляднее. Только сомневаюсь, что будет 1000-кратное увеличение, как заявлено. Оптика не потянет.

0 голосов
ответил от Начинающий (711 баллов) 2 3

Очень легко - выкрутить объектив, перевернуть и приклеить! ВСЕ! ))) я так коврик для мыши рассматривал...

оставил комментарий от Отличник (5.4k баллов) 4 4 4

И какое увеличение у такого микроскопа? Можно фото с увеличением?

оставил комментарий от Начинающий (711 баллов) 2 3

сейчас.

оставил комментарий от Начинающий (711 баллов) 2 3

Видео подойдет?

оставил комментарий от Отличник (5.4k баллов) 4 4 4

Конечно. Даже еще лучше.

оставил комментарий от Начинающий (711 баллов) 2 3

Давай скайп, только записал, щас скину

оставил комментарий от Отличник (5.4k баллов) 4 4 4

Харапаев Андрей в скайпе.

Добро пожаловать на сайт Ответы Онлайн, где вы можете задавать вопросы и получать ответы от других членов сообщества.
...