Comments 18
"Между компьютером и микроскопом добавился отдельный модуль согласования, в котором помещался АЦП с выходом USB и операционные усилители с регулировкой коэффициента усиления"
Может надо было этот блок переделать для повышения качества. Если не секрет, как Вы пришли к выводу, что причина в шумах самого микроскопа?Вы измеряли эти шумы? Какой уровень шума Вашего модуля c к.з. на входе?Вы измеряли? Какое железо в модуле преобразования у Вас, если не секрет?
--------------------
Фильтр у Вас должен размывать границы, а они не меняются. Да и картинка первая практически не отличается от второй.
Преобразователь АЦП это TEENSY LC DEV 13305. Если не вдаваться в осциллограммы, то визуально шумы на родном мониторе микроскопа, где первичный аналоговый сигнал, практически идентичны шумам на экране ноутбука. Если выключить питание ФЭУ, (то есть вообще убрать входной сигнал) то на ноутбуке просто равномерный серый прямоугольник.
Вот параметры Вашего модуля.
32 bit ARM Cortex-M0+ 48 MHz CPU • 62kB Flash Memory, 8kB RAM, 1/8(emu)kB EEPROM • 13 High Resolution Analog Inputs • 27 Digital I/O Pins (NOT 5V Tolerant) • 10 PWM outputs • 7 Timers for intervals/delays, separate from PWM • 3 UARTs (serial ports) • SPI, I2C, & I2S • I2S (for high quality audio interface) • 4 Lightweight DMA channels • Touch Sensor Inputs
https://radioskot.ru/publ/mk/teensy-lc-alternativa-arduino
https://www.lcsc.com/datasheet/lcsc_datasheet_NXP-Semicon-MKL26Z128VFT4_C80835.pdf
У Вас АЦП в модуле вроде бы 16 бит. Не для всех каналов. При не симметричном вводе разрешение 12 бит.
Но интегрированные в SOC АЦП обычно очень шумят.
Хорошо бы посмотреть сколько бит шума при отключенном микроскопе. Тогда можно решить что шумит.
Применяемые Вами фильтры удаляют шум, но не повышают разрешение, а наоборот ухудшают. Вы контрастность увеличили, а разрешение ухудшили. Вы этого добивались?
А какая у Вас частота дискретизации и как Вы ее выбрали по характеристикам ФЭУ? Если Вам важно разрешение микроскопа, то надо определить причину шума в железе и улучшать его. Возможно шумят блоки питания в микроскопе ну и т д.
вот из документации реальное разрешение АЦП
Этот микроскоп имеет максимальное увеличение 50 тысяч. У Вас на фото всего 3 тысячи.
Вы ставите программные фильтры на разрешении в 15 раз хуже, чем может микроскоп, т е делаете еще хуже.
Фактически превращая электронный микроскоп в оптический. Оно того стоит?
Не, ну насчёт 3000 и оптического вы моросите, в беалогии на 16×х окулярах объектив у вас будет максимум сотка, и даже в цейсовских за полтора ляма светосила у вас будет в дупе, она кончается раньше дифракционного предела.
В данном случае я не ставил целью кого-то удивить разрешающей способностью. Статья совсем не про это. Я просто показал возможности самостоятельно разработанной программы на примере DMD чипа. Указанные Вами 50 000 крат это вообще предельное увеличение. Но бесполезное для детализации. Нужное в основном для точной подстройки фокуса и астигматизма. Максимальное эффективное в районе 10000-15000 крат. Это когда точки сканирования ложатся без пропусков и перекрытий на области сканирования. Если посмотреть характеристики современных микроскопов там может быть указано максимальное увеличение и 1 000 000. Но эффективное будет в районе 300 000. Дальше делается крупнее, но не добавляется детализация. Типа цифрового зума. Вообще растровый микроскоп не всегда используется на максималках. Иногда нужно воспользоваться его большой глубиной фокуса (в 200 - 300 раз больше чем у оптики при сопоставимых увеличениях) для получения хорошей объемной картинки.
Было бы здорово добавить не усреднение 3х3 на одном кадре, а усреднение по кадрам, таким образом можно было бы повысить соотношение сигнал/шум без потери разрешения. Но они и так должны убираться при снижении частоты кадров
P.S. Ниже уже написано про это
Алексей, спасибо что заглянули сюда)))) К сожалению, усреднение по кадрам сделать "малой кровью" не получится. Управление разверткой родное (аналоговое). Из-за это идущие друг за другом кадры пиксель в пиксель не попадают. Есть небольшие отклонения. Я над этим думаю. Но это уже на новом этапе, когда цифровую развертку разработаю и поставлю.
Я от корки до корки этот пост прочитал, все фото сравнил, проникся крутостью блока управления электронной оптикой )
А вот насчёт усреднения по кадрам - да, я не учёл этот момент. Сам ещё не пробовал, но мне казалось, что у меня довольно повторяемо кадры сканируются в джеоле. На досуге ещё попробую поэкспериментировать!
Блок управления магнитной оптикой я собирал почти год. Вообще с нуля. Он изначально предназначен для управления трехконденсорной колонной МРЭМ 100 с его высоковольтным блоком на напряжения от 750 В до 30 кВ. У МРЭМ -200 двухконднсорная. На микроскопе провожу испытания железа и софта. Там внутри стоит 5 микроконтроллеров, объединенных во внутреннюю сеть. К нему кабелем подключается высоковольтный блок МРЭМ 100. И согласованно с изменением ускоряющего - блок меняет ток в конденсорах. В принципе все можно регулировать вручную с сохранением в ПЗУ блока.
Прикрутить бы к нему фильтры от VirtualDub.
PS Расшифрую: шумы динамические, картинка статическая - это как раз и обрабатывают видеофильтры.
Я не работал с таким микроскопом, но работаю с зашумлёнными рентгеновскими изображениями, и первое, что там делается для увеличения соотношения сигнал/шум — это интегрирование (усреднение) по нескольким изображениям. То есть вместо одного изображения, которое вы снимаете 40 секунд, вы набираете пятнадцать штук, так что одна "фотография" будет сниматься 10 минут, а потом складываете их вместе попиксельно и делите на количество. Обычно выбирают степени двойки — 2, 4 ,8 ,16, 32, чтобы делить сдвигом, так быстрее (хотя современному компу при таких размерах изображений и обычное деление норм). Это позволяет достичь очень хороших результатов, при условии, что все усредняемые картинки сделаны без смещений, конечно (а если и так, то можно попытаться это дело перед усреднением скомпенсировать). Из моей практики — усреднение до 64 картинок имеет смысл, дальше разница гомеопатическая, но скажем между одной и шестнадцатью картиками — отличие очень велико. Ну а алгоритмы используются только когда по каким-то причинам мы не можем усреднять, либо усреднения недотаточно (деталь в движении, требования по скорости захвата и т.д.). Из алгоритмов — понижение шума вейвлетами может дать неплохие результаты.
Очень интересно! А какие параметры вакуума?может вакуум недостаточно хорош, или напыление? Чем напыляете? Или смотрите токопроводящие образцы? Я работал в свое время на Tescan, смотрел геологические образцы. От поверхности тоже может идти заряд.
Очень интересно было бы взглянуть на читающие-пишущие элементы головок жесткого диска под микроскопом. Можно к вам обратиться с таким запросом?
МРЭМ – 200. Электронный микроскоп родом из СССР. Цифровизация захвата изображения