Hay cámaras digitales, televisores digitales, marcos digitales, escuelas digitales en Internet. Los criptólogos diseñan firmas digitales, los investigadores de comunicación hablan de identidad digital. Digital puede ser una palabra de moda en exceso, pero la tecnología digital ha revolucionado innegablemente nuestro mundo desde la invención de la computadora y continuará haciéndolo en el futuro. La revolución digital también ha tenido un impacto radical en el campo de la microscopía. Los inicios fueron realizados por cámaras digitales, que proporcionaron a los usuarios en todos los campos de la microscopía una mejor documentación e instalaciones de análisis. Hoy en día, hay microscopios digitales en el mercado que están muy lejos de los métodos tradicionales de microscopía. Las nuevas tecnologías siempre atraen mucha atención, y después de todo, los microscopios digitales ofrecen una serie de ventajas. Sin embargo, esto no significa que puedan simplemente reemplazar todos los microscopios tradicionales del mundo. Vale la pena echar un vistazo más de cerca para identificar las limitaciones de la microscopía digital, así como los beneficios.
Calidad para análisis de superficie.
La microscopía digital ofrece claras ventajas para un gran número de inspecciones de calidad industrial, particularmente para el análisis de superficies. El análisis de fracturas y el análisis de superficies inclinadas o verticales, o la inspección in situ de componentes grandes como rotores de turbina son solo algunos ejemplos de aplicaciones donde los microscopios digitales pueden mostrar todo su potencial. Sin embargo, para algunas aplicaciones, una solución tradicional con microscopios estéreo o de luz es más práctica y rentable. El asesoramiento calificado y los extensos conocimientos de aplicación son, por lo tanto, esenciales para elegir la solución adecuada. Pero, ¿cuáles son los criterios clave para el uso exitoso de microscopios digitales y cuáles son las diferencias entre la microscopía digital y la tradicional?
Qué es un microscopio digital?
En primer lugar, un microscopio digital no tiene un ocular para mirar. La muestra se ve directamente en el monitor. Esto permite al usuario ver y analizar la muestra en una sola pasada utilizando el software, sentado en una posición cómoda y relajada. Los componentes individuales de un microscopio digital se eligen de acuerdo con la aplicación particular: óptica de zoom para ampliaciones de baja a ultra alta, soportes, etapas de deslizamiento, etc. Un sistema de microscopio digital debe tener un diseño modular para que pueda configurarse exactamente para adaptarse a su uso previsto y flexiblemente adaptado a los cambios en las condiciones generales. Para ofrecer a los usuarios un valor agregado real en comparación con las configuraciones tradicionales, un microscopio digital debe cumplir con los cinco requisitos tecnológicos siguientes:
- Imagen digital optimizada
- Visualización dinámica de procesos u objetos
- Análisis de muestras cualitativo y cuantitativo
- Visualización y análisis de muestras con alto rango dinámico
- Óptica Lean para una orientación flexible a la muestra y para uso móvil.
Imagen digital optimizada
Los microscopios digitales típicos están equipados con una cámara CCD de 2,11 megapíxeles que está perfectamente adaptada a la óptica de alta resolución. La cámara ofrece el mejor rendimiento de la información posible, manteniendo la cantidad de datos de cada imagen manejable. Sin embargo, las cámaras digitales tienden a ser juzgadas por la cantidad de megapíxeles que ofrecen. Cuanto más, mejor, mucha gente piensa. Pero en microscopía, la cámara con más megapíxeles no es necesariamente la mejor. Los criterios clave para decidir qué cámara producirá los mejores resultados de imágenes son la aplicación y el rendimiento óptico del microscopio. Mucho antes del triunfo de la fotografía digital, el científico estadounidense estadounidense Harry Nyquist demostró que las cámaras en el rango de píxeles de dos dígitos no ofrecen más información de imagen, sino que solo llenan el hardware con datos inútiles más rápidamente.
Una medida de la resolución en una imagen digitalizada es la cantidad máxima de pares de líneas en blanco y negro que se visualizan con un enfoque nítido. La regla práctica para calcular los pares de líneas por milímetro para microscopios es 3000 x NA (apertura numérica). Este número se divide por la relación de reproducción del objeto en el sensor de la cámara para obtener el número de pares de líneas por milímetro que realmente captura el sensor de la cámara. Esto muestra que una cámara con, por ejemplo, 12 megapíxeles, no es una ventaja con grandes aumentos. El poder de resolución de una cámara de ese tipo es más alto que el del sistema óptico. La imagen producida sería más grande, pero no mejor. En lugar de resolver detalles adicionales, la cámara solo produce más datos.
Como un microscopio digital no tiene un ocular, tiene que poder mostrar la imagen en vivo en el monitor a una alta frecuencia de actualización. Una frecuencia de actualización ideal es de al menos 15 cuadros por segundo, lo que garantiza que la imagen se pueda ver con comodidad incluso cuando la etapa se mueva en dirección xy. El procesamiento de imágenes más rápido ofrece una ventaja adicional durante un experimento: la velocidad de captura de imágenes se acelera y, por lo tanto, el tiempo total de procesamiento de la muestra es más corto.
La iluminación es otro tema importante para un microscopio sin un ocular. La fuente de luz debe ser lo más potente,duradera posible y debe tener una temperatura de color similar a la de la luz del día para garantizar que se obtiene una imagen realista de la muestra. Las lámparas de vapor de metal son ideales para este trabajo. Los sistemas basados en LED de larga duración y sin mantenimiento ahora disponibles en el mercado ofrecen una alternativa convincente.
Fig. 2: a) La proyección de imágenes de alto rango dinámico revela todos los detalles de una junta de soldadura.
b) Los tiempos de exposición largos son mejores para visualizar áreas oscuras.
c) mientras que las áreas brillantes aparecen mejor con tiempos de exposición cortos.
Visualización dinámica de procesos u objetos
En comparación con los microscopios estereoscópicos tradicionales, los sistemas de zoom tienen la desventaja de no poder proporcionar una imagen tridimensional. Con un microscopio digital, esto se puede compensar con un accesorio inteligente: un cabezal giratorio de 360 ° permite al usuario ver la muestra desde todos los lados e incluso grabar esta vista panorámica como una película. Esto literalmente abre nuevas perspectivas y oportunidades de visualización. Además, la rotación de 360 ° muestra claramente la tridimensionalidad de la muestra. El paquete de software estándar también debe tener un registro de series de tiempo para documentar procesos dinámicos.
Análisis de muestras cualitativo y cuantitativo
Una de las fortalezas clave de la microscopía digital es la rápida creación y análisis de modelos de superficie 3D. Con la unidad de enfoque motorizada, se graba una imagen en cada plano focal en dirección z. Luego, el foco se determina en cada imagen individual y para cada píxel. El píxel con la mejor definición determina la textura enfocada, a partir de la cual se calcula un modelo 3D optimizado. Además, se puede producir un perfil topográfico a partir de la información sobre la distancia desde la que se registraron los puntos marcadamente enfocados. Este método es versátil y se puede usar a bajo aumento (objetivo macro) así como a grandes aumentos (objetivo 7000x de alto rendimiento) para una medición de superficie topográfica precisa. Además de los perfiles 3D, también es posible medir la rugosidad, las geometrías y los volúmenes. En aras de la fiabilidad y la precisión, los microscopios digitales deberían estar equipados con un zoom codificado electrónicamente. La imagen digital recibe automáticamente la calibración correcta durante la grabación. Los valores de imagen incorrectos son una fuente frecuente de error en los sistemas convencionales.
Visualización y análisis de muestras con alto rango dinámico
La mayoría de las cámaras digitales de microscopía utilizan una captura de un solo color de 16 bits (equivalente a 65.536 colores) para explotar todo el rango dinámico de la imagen. El problema es que la mayoría de las pantallas e impresoras de la computadora solo pueden mostrar 8 bits por canal, lo que equivale a 256 niveles de brillo. Esto significa que no todos los matices naturales en el brillo que nuestro ojo puede diferenciar no siempre se reproducen. Para capturar imágenes con un alto rango dinámico, se usa el método HDR (High Dynamic Range). Estas imágenes de alto contraste capturan toda la gama de matices de brillo natural. Los valores de píxel están en proporción con la densidad luminosa real. A pesar de que las imágenes HDR deben adaptarse al rango de brillo más bajo, que sigue siendo una característica de casi todas las pantallas, ofrecen ventajas, no obstante. En particular, los detalles permanecen visibles incluso en áreas extremadamente oscuras y brillantes de la imagen de la pantalla.
Óptica Lean para uso flexible y móvil
Para los exámenes de estructuras extremadamente pequeñas en superficies inclinadas o verticales, los microscopios convencionales se topan con sus límites. Por ejemplo, una vista lateral de una junta de soldadura en una placa de circuito grande solo se puede obtener con una configuración de equipo aventurera. Las áreas de muestras previamente inaccesibles no son un problema para los microscopios digitales. Un soporte de inclinación flexible combinado con la etapa giratoria x / y permite una inspección y análisis confiables en prácticamente cualquier posición. Sin embargo, algunos productos no se pueden transportar ni se pueden tomar muestras de ellos. Para los microscopios digitales modernos y portátiles, la inspección no destructiva incluso de objetos estacionarios no plantea ningún desafío. Y, por supuesto, los microscopios digitales móviles también son útiles para realizar tareas de control de calidad en múltiples sitios
Conclusión
Los microscopios digitales son una alternativa particularmente buena a los microscopios tradicionales para la inspección frecuente de muestras difíciles de documentar o la cuantificación rápida de la superficie 3D. Sin embargo, si el brillo óptico y la variedad de técnicas de contraste son más importantes, los microscopios estéreo o de luz son superiores. Antes de invertir en un nuevo instrumento, por lo tanto, siempre vale la pena evaluar cuidadosamente los beneficios y obtener un asesoramiento completo y objetivo sobre las alternativas.
