Microscopio digital

Un microscopio digital es una variante del microscopio óptico tradicional que utiliza óptica y una cámara digital para proyectar una imagen en un monitor , a veces mediante software instalado en un ordenador . Un microscopio digital suele tener su propia fuente de luz LED integrada y se diferencia del microscopio óptico en que no permite observar la muestra directamente a través de un ocular. Dado que la imagen se enfoca en el circuito digital, todo el sistema está diseñado para la visualización en el monitor. Se prescinde de la óptica para el ojo humano.

Los microscopios digitales abarcan desde microscopios digitales USB , generalmente económicos, hasta microscopios digitales industriales avanzados que cuestan decenas de miles de dólares. Los microscopios comerciales de bajo precio normalmente no incluyen la óptica para la iluminación (por ejemplo, iluminación Köhler e iluminación de contraste de fase ) y se asemejan más a cámaras web con una lente macro . Un microscopio óptico también puede equiparse con una cámara digital.

Un microscopio digital primitivo fue fabricado en 1986 por una empresa en Tokio , Japón, ahora conocida como Hirox Co. LTD . ^{[ 1 ]} Incluía una caja de control y una lente conectada a una computadora. La conexión original a la computadora era analógica a través de una conexión S-video. Con el tiempo, esta conexión se cambió a FireWire 800 para manejar la gran cantidad de información digital proveniente de la cámara digital. Alrededor de 2005, introdujeron unidades avanzadas todo en uno que no requerían una computadora, sino que tenían el monitor y la computadora integrados. Luego, a finales de 2015, lanzaron un sistema que nuevamente tenía la computadora separada, pero conectada a ella mediante USB 3.0, aprovechando la velocidad y la durabilidad de la conexión USB. Este sistema también era mucho más compacto que los modelos anteriores, con una reducción en el número de cables y el tamaño físico de la unidad.

La invención del puerto USB dio lugar a una gran variedad de microscopios USB con diferentes calidades y aumentos. Su precio sigue bajando, sobre todo en comparación con los microscopios ópticos tradicionales. Ofrecen imágenes de alta resolución que normalmente se graban directamente en un ordenador y que, además, utilizan la potencia del ordenador para su fuente de luz LED integrada. La resolución está directamente relacionada con el número de megapíxeles disponibles en cada modelo, desde 1,3 MP, 2 MP, 5 MP y superiores.

Una diferencia fundamental entre un microscopio estereoscópico y un microscopio digital es el aumento . En un microscopio estereoscópico, el aumento se determina multiplicando el aumento del ocular por el aumento del objetivo. Dado que el microscopio digital no tiene ocular, el aumento no se puede calcular mediante este método. En cambio, el aumento de un microscopio digital se determinó originalmente por el tamaño al que se reproducía la muestra en un monitor de 15 pulgadas. Si bien el tamaño de los monitores ha cambiado, el tamaño físico del sensor de la cámara no. Por lo tanto, los valores de aumento y el campo de visión siguen siendo los mismos que en la definición original, independientemente del tamaño del monitor. La diferencia promedio de aumento entre un microscopio óptico y uno digital es de aproximadamente un 40 %. Así, el aumento de un microscopio estereoscópico suele ser un 40 % menor que el de un microscopio digital.

Dado que el microscopio digital proyecta la imagen directamente sobre la cámara CCD, es posible obtener imágenes grabadas de mayor calidad que con un microscopio estereoscópico. En el microscopio estereoscópico, las lentes están diseñadas para la óptica del ojo. Al acoplar una cámara CCD a un microscopio estereoscópico, la imagen resultante presenta limitaciones en cuanto a la calidad de imagen, debido a las limitaciones del ocular. Si bien la imagen en pantalla y la imagen grabada pueden ser de mayor calidad con el microscopio digital, la aplicación específica del microscopio determinará cuál es la más adecuada.

El software del ocular digital para microscopios contiene una amplia gama de accesorios opcionales que proporcionan funciones múltiples como observación de contraste de fase, observación de campo claro y oscuro, microfotografía, procesamiento de imágenes, determinación del tamaño de partículas en μm, informe patológico y gestor de pacientes, grabación de vídeo de movilidad, dibujo y etiquetado, etc.

Con un sensor CCD típico de 2 megapíxeles, se genera una imagen de 1600 × 1200 píxeles. La resolución de la imagen depende del campo de visión del objetivo utilizado con la cámara. La resolución aproximada en píxeles se puede determinar dividiendo el campo de visión horizontal (FOV) entre 1600.

Se puede aumentar la resolución creando una imagen subpíxel. El método Pixel Shift utiliza un actuador para mover físicamente el CCD y capturar múltiples imágenes superpuestas. Al combinar estas imágenes dentro del microscopio, se genera una resolución subpíxel. Este método proporciona información subpíxel; el promedio de una imagen estándar también es un método probado para obtener dicha información.

La mayoría de los sistemas de microscopía digital de alta gama permiten medir muestras en 2D. Las mediciones se realizan en pantalla midiendo la distancia entre píxeles. Esto permite medir longitud, anchura, diagonales y circunferencias, entre otras cosas. Algunos sistemas incluso son capaces de contar partículas.

La medición 3D se logra con un microscopio digital mediante apilamiento de imágenes. Utilizando un motor paso a paso, el sistema captura imágenes desde el plano focal más bajo del campo de visión hasta el más alto. A continuación, reconstruye estas imágenes en un modelo 3D basado en el contraste para obtener una imagen tridimensional en color de la muestra. A partir de este modelo 3D se pueden realizar mediciones, pero su precisión depende del motor paso a paso y de la profundidad de campo de la lente.

La creación de imágenes panorámicas o la unión de imágenes en 2D y 3D, también conocida como ensamblaje , ahora es posible gracias a los sistemas de microscopía digital más avanzados. En la creación de imágenes en 2D, la imagen se une automáticamente de forma fluida y en tiempo real mediante el movimiento de la platina XY. La creación de imágenes en 3D combina el movimiento de la platina XY de la creación de imágenes en 2D con el movimiento del eje Z de la medición 3D para crear una imagen panorámica tridimensional.

Cristales de sal observados con un microscopio USB

cristales de sal marina

Cristales de sal de mesa con hábito cúbico

Los microscopios digitales varían en precio, desde unidades económicas que cuestan alrededor de 20 dólares estadounidenses y se conectan a una computadora mediante un conector USB, hasta unidades que cuestan decenas de miles de dólares. Estos sistemas avanzados de microscopía digital suelen ser autónomos y no requieren una computadora.

Algunos microscopios económicos con conexión USB no tienen soporte, o solo uno sencillo con articulaciones ajustables . Son básicamente cámaras web muy simples con lentes y sensores pequeños , ideales para observar objetos que no están muy cerca de la lente . Su diseño mecánico permite enfocar a distancias muy cortas. Generalmente, se indica que el usuario puede ajustar el aumento entre 10× y 200-400×.

Los dispositivos que se conectan a un ordenador requieren software para funcionar. El funcionamiento básico incluye la visualización de la imagen del microscopio y la captura de instantáneas. Las funciones más avanzadas, posibles incluso con dispositivos más sencillos, incluyen la grabación de imágenes en movimiento, la fotografía a intervalos , la medición, la mejora de la imagen, la anotación, etc. Muchas de las unidades más sencillas que se conectan a un ordenador utilizan las funciones estándar del sistema operativo y no requieren controladores específicos. Como consecuencia, se pueden utilizar indistintamente muchos paquetes de software para microscopios con diferentes microscopios, aunque dicho software puede no ser compatible con las funciones exclusivas de los dispositivos más avanzados. El funcionamiento básico puede realizarse con el software incluido en los sistemas operativos ; en Windows XP , las imágenes de microscopios que no requieren controladores especiales se pueden visualizar y grabar desde "Escáneres y cámaras" en el Panel de control.

Los microscopios digitales más avanzados cuentan con soportes que permiten subirlos y bajarlos, de forma similar a los microscopios ópticos estándar. El movimiento calibrado en las tres dimensiones se logra mediante un motor paso a paso y una platina automatizada. La resolución, la calidad de imagen y el rango dinámico varían según el precio. Los sistemas con menor número de píxeles ofrecen una mayor velocidad de fotogramas (de 30 a 100 fps) y un procesamiento más rápido. Este procesamiento más rápido se aprecia al utilizar funciones como HDR ( alto rango dinámico ). Además de los microscopios de uso general, se fabrican instrumentos especializados para aplicaciones específicas. Estas unidades pueden tener un rango de aumento de hasta 0-10 000x, ser sistemas todo en uno (con ordenador integrado) o conectarse a un ordenador de sobremesa. Se diferencian de los microscopios USB más económicos no solo por la calidad de la imagen, sino también por sus capacidades y la calidad de su construcción, lo que les confiere una mayor durabilidad.

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