Мой самодельный микроскоп из веб-камеры

Как сделать микроскоп из веб-камеры

Если разобрать подходящую (с настраиваемым фокусом) веб-камеру, то можно снять объектив и перевернуть его. В этом случае камера превращается в ... микроскоп!

Я использовал вот такую камеру Vimicro USB Camera (на чипсете VC0345 с сенсором OmniVision OV7670) с объективом из двух линз:

Так как в кабеле камеры были добавлены провода для микрофона, что вызывало неудобства в использовании, то я отпаял штатный кабель и припаял другой USB-кабель:

В качестве предметного столика для наблюдения объектов на просвет я использую матовое стекло:

Стекло установлено на пластиковую трубку, а снизу я освещаю его белыми светодиодами фонарика:

Такой микроскоп представляет собой микроскоп проходящего света и позволяет наблюдать интересующий объект в проходящем свете в светлом поле.  В результате получается теневое изображение объекта.

Главная проблема заключается в удержании веб-камеры на нужном расстоянии от наблюдаемого объекта, поэтому я делаю много кадров и выбираю лучший:

Для этого я использую написанную мной программу CamScope:

Загрузить программу CamScope можно здесь - https://foxylab.com/CamScope.php?ru

Увеличение моего самодельного цифрового микроскопа

Визуальное (геометрическое) увеличение показывает во сколько раз наблюдаемый объект на экране компьютера больше, чем в натуральную величину. Для оценки этого параметра можно использовать, например, расстояние между штрихами штангенциркуля. Это увеличение зависит от используемого монитора и определяется произведением увеличения объектива на собственное увеличение камеры.
Собственное увеличение камеры определяется отношением размера картинки на экране (например, диагонали) на размер светоприемной матрицы.

Для моего микроскопа на экране ноутбука расстояние между соседними штрихами штангенциркуля (1 миллиметр) составляет 9 сантиметров:

Таким образом, увеличение моего самодельного микроскопа составляет 90 крат.

Оптическое увеличение микроскопа определяется апертурным числом объектива. Апертурное число $F$ (англ. F-number, optical speed - оптическая скорость) прямо пропорционально фокусному расстоянию объектива $f$ и обратно пропорционально диаметру $D$ его входного зрачка: $F = { f \over D }$. Эта величина теоретически (из-за волновой природы света) не может превысить 1500 раз.

Для определения линейных размеров предметов в увеличенном виде я определил, что расстояние между штрихами штангенциркуля  (1 мм) на снимке составляет 365 пикселей:

Пиксели ЖК-дисплеев

С помощью такой "модифицированной" камеры я получил вот такие изображения пикселей LCD-панели ноутбука:

Слева показано, что при наведении объектива камеры область монитора с белым цветом светятся все три группы субпикселей - красные (R), зеленые (G) и синие (B).
При этом сам пиксель имеет квадратную форму, хотя субпиксели являются прямоугольными, а длина стороны пикселя составляет около 0,25 мм.
На левом изображении видно, что ширина промежутка между красными и синими пикселями больше, чем между синими и зелеными и между зелеными и красными. Но изображение перевернуто, т.е. истинный порядок следования субпикселей RGB. Это подтверждается тестом.
Справа показано, что для создания желтого цвета пикселя светятся только красные (R) и зеленые (G) субпиксели.

А вот изображение субпикселей монитора другого ноутбука при свечении белым цветом вместе с фрагментом символа:

А вот такую картинку я получил для белого цвета на экране телефона Nokia 2710 Navigation Edition:

Вот такая интересная форма у пикселей ЖК-телевизора (воспроизводится голубой цвет):

Минералы

Поваренная соль

Песок

Глина

Биологические объекты

Человек

Слюна

Слюна является одним из популярных объектов наблюдения под микроскопом. Как утверждается, по слюне можно выполнять диагностику.

Волос

Животные

Комар

Видео наблюдения комара - https://youtu.be/8LLDv1xXGIE

Перо птицы

Видна структура пера - стержень, несущий бородки, которые держат бородочки.

Растения

Семя колокольчика

Семена колокольчика очень маленькие - масса одного семечка около 0,2 миллиграмма.

Лист винограда

Тычинка и пестик цветка

Ость колоска ржи

Как видно на снимке, ость имеет зазубрины.

Грибы

Плесень

Я исследовал выросшую на моркови плесень:

Вот так она выглядит при рассмотрении в мой импровизированный микроскоп:

Жидкости

Кока-кола

Шероховатые поверхности

Матовое стекло

Линза Френеля

Расстояние между бороздками составляет около 0,3 мм.

Печатные платы и радиодетали

Надпись припоем на печатной плате

вид надписи без увеличения:

Если прижать камеру лицевой стороной (без объектива) к темной поверхности, то свет, проходящий с тыльной стороны, высвечивает на оптическом сенсоре проводники печатной платы камеры:

Для ослабления этого эффекта я постарался затемнить тыльную часть печатной платы камеры.

Продолжение следует