معالجة صور المجهر
 | تحتوي هذه المقالة على العديد من المشكلات. يُرجى المساعدة في تحسينها أو مناقشة هذه المشكلات على صفحة المناقشة . ( تعرف على كيفية ومتى يمكنك إزالة هذه الرسائل )
|
معالجة صور المجهر هو مصطلح واسع النطاق يشمل استخدام تقنيات معالجة الصور الرقمية لمعالجة وتحليل وتقديم الصور التي تم الحصول عليها من المجهر. أصبحت هذه المعالجة شائعة الآن في عدد من المجالات المتنوعة مثل الطب والبحوث البيولوجية وأبحاث السرطان واختبار الأدوية وعلم المعادن وما إلى ذلك . يقوم عدد من مصنعي المجاهر الآن بتصميم ميزات خاصة تسمح للمجاهر بالتفاعل مع نظام معالجة الصور.
الحصول على الصور
حتى أوائل تسعينيات القرن العشرين، كان يتم إجراء معظم عمليات التقاط الصور في تطبيقات المجهر المرئي عادةً باستخدام كاميرا فيديو تناظرية، وغالبًا ما تكون مجرد كاميرات تلفزيونية ذات دائرة مغلقة. وفي حين أن هذا يتطلب استخدام أداة التقاط الإطارات لتحويل الصور إلى صور رقمية ، فإن كاميرات الفيديو توفر الصور بمعدل إطارات فيديو كامل (25-30 إطارًا في الثانية) مما يسمح بتسجيل الفيديو المباشر ومعالجته. وفي حين أن ظهور أجهزة الكشف عن الحالة الصلبة أدى إلى العديد من المزايا، إلا أن كاميرا الفيديو في الوقت الفعلي كانت متفوقة في العديد من النواحي.
اليوم، يتم الاستحواذ عادةً باستخدام كاميرا CCD مثبتة في المسار الضوئي للمجهر. قد تكون الكاميرا ملونة بالكامل أو أحادية اللون. في كثير من الأحيان، يتم استخدام كاميرات عالية الدقة للحصول على أكبر قدر ممكن من المعلومات المباشرة. كما أن التبريد بالتبريد العميق شائع أيضًا لتقليل الضوضاء. غالبًا ما توفر الكاميرات الرقمية المستخدمة لهذا التطبيق بيانات كثافة البكسل بدقة تتراوح من 12 إلى 16 بت، وهي دقة أعلى بكثير من تلك المستخدمة في منتجات التصوير الاستهلاكية.
ومن عجيب المفارقات أنه في السنوات الأخيرة بُذِلت جهود كبيرة لجمع البيانات بمعدلات فيديو أو أعلى (25 إلى 30 إطاراً في الثانية أو أعلى). فما كان سهلاً في الماضي باستخدام كاميرات الفيديو الجاهزة أصبح يتطلب الآن إلكترونيات خاصة عالية السرعة للتعامل مع النطاق الترددي الهائل للبيانات الرقمية.
تتيح لك سرعة الاستحواذ العالية مراقبة العمليات الديناميكية في الوقت الفعلي، أو تخزينها لتشغيلها وتحليلها لاحقًا. وبالاقتران بدقة الصورة العالية، يمكن لهذا النهج توليد كميات هائلة من البيانات الخام، والتي قد تشكل تحديًا للتعامل معها، حتى مع نظام الكمبيوتر الحديث .
يجب ملاحظة أنه في حين تسمح أجهزة الكشف CCD الحالية بدقة صورة عالية جدًا ، إلا أن هذا غالبًا ما ينطوي على مقايضة لأنه بالنسبة لحجم شريحة معين، مع زيادة عدد البكسل، يتناقص حجم البكسل. ومع صغر حجم البكسل، ينخفض عمق بئرها، مما يقلل من عدد الإلكترونات التي يمكن تخزينها. وهذا بدوره يؤدي إلى انخفاض نسبة الإشارة إلى الضوضاء .
للحصول على أفضل النتائج، يجب اختيار المستشعر المناسب لتطبيق معين. نظرًا لأن صور المجهر لها دقة حدية جوهرية، فغالبًا ما يكون من غير المنطقي استخدام كاشف عالي الدقة وصاخب لالتقاط الصور. يمكن لكاشف أكثر تواضعًا، مع بكسلات أكبر، غالبًا أن ينتج صورًا ذات جودة أعلى بكثير بسبب الضوضاء المنخفضة. هذا مهم بشكل خاص في تطبيقات الإضاءة المنخفضة مثل المجهر الفلوري .
علاوة على ذلك، يجب على المرء أيضًا مراعاة متطلبات الدقة الزمنية للتطبيق. غالبًا ما يكون للكاشف ذي الدقة المنخفضة معدل اكتساب أعلى بكثير، مما يسمح بمراقبة الأحداث بشكل أسرع. وعلى العكس من ذلك، إذا كان الجسم المرصود ثابتًا، فقد يرغب المرء في التقاط الصور بأعلى دقة مكانية ممكنة بغض النظر عن الوقت المطلوب لالتقاط صورة واحدة.
تقنيات الصور ثنائية الأبعاد
تبدأ معالجة الصور لتطبيقات المجهر بتقنيات أساسية تهدف إلى إعادة إنتاج المعلومات الموجودة في العينة المجهرية بأكبر قدر من الدقة. وقد يشمل هذا ضبط سطوع الصورة وتباينها، ومتوسط الصور لتقليل تشويش الصورة وتصحيح عدم تجانس الإضاءة. وتتضمن هذه المعالجة فقط عمليات حسابية أساسية بين الصور (أي الجمع والطرح والضرب والقسمة). والغالبية العظمى من المعالجة التي تتم على صور المجهر هي من هذا النوع.
غالبًا ما تُستخدم فئة أخرى من العمليات ثنائية الأبعاد الشائعة تسمى التفاف الصورة لتقليل أو تحسين تفاصيل الصورة. تعمل خوارزميات "التشويش" و"الشحذ" هذه في معظم البرامج عن طريق تغيير قيمة البكسل بناءً على مجموع مرجح لذلك والبكسلات المحيطة (يستحق وصف أكثر تفصيلاً للالتفاف القائم على النواة إدخالًا لنفسه) أو عن طريق تغيير دالة المجال الترددي للصورة باستخدام تحويل فورييه . يتم تنفيذ معظم تقنيات معالجة الصور في المجال الترددي.
تتضمن التقنيات الأساسية ثنائية الأبعاد الأخرى عمليات مثل تدوير الصورة، والتشويه، وموازنة الألوان وما إلى ذلك.
في بعض الأحيان، يتم استخدام تقنيات متقدمة بهدف "التراجع" عن تشوه المسار الضوئي للمجهر، وبالتالي القضاء على التشوهات والضبابية الناتجة عن الأجهزة. تسمى هذه العملية بالتحلل ، وقد تم تطوير مجموعة متنوعة من الخوارزميات ، بعضها معقد رياضيًا للغاية. والنتيجة النهائية هي صورة أكثر وضوحًا ودقة مما يمكن الحصول عليه في المجال الضوئي وحده. هذه عملية ثلاثية الأبعاد عادةً، تحلل صورة ثلاثية الأبعاد (أي الصور الملتقطة في مجموعة متنوعة من المستويات البؤرية من خلال العينة) وتستخدم هذه البيانات لإعادة بناء صورة ثلاثية الأبعاد أكثر دقة.
تقنيات الصور ثلاثية الأبعاد
من المتطلبات الشائعة الأخرى التقاط سلسلة من الصور في موضع ثابت، ولكن عند أعماق بؤرية مختلفة. ونظرًا لأن معظم العينات المجهرية شفافة بشكل أساسي، وعمق مجال العينة المركزة ضيق للغاية، فمن الممكن التقاط الصور "من خلال" جسم ثلاثي الأبعاد باستخدام معدات ثنائية الأبعاد مثل المجاهر البؤرية . ومن ثم يصبح البرنامج قادرًا على إعادة بناء نموذج ثلاثي الأبعاد للعينة الأصلية والذي يمكن التلاعب به بشكل مناسب. وتحول المعالجة أداة ثنائية الأبعاد إلى أداة ثلاثية الأبعاد، وهو ما لم يكن ليوجد لولا ذلك. وفي الآونة الأخيرة أدت هذه التقنية إلى عدد من الاكتشافات العلمية في علم الأحياء الخلوي.
تحليل
يختلف تحليل الصور بشكل كبير وفقًا للتطبيق. يتضمن التحليل النموذجي تحديد مكان حواف الكائن، وحساب الكائنات المتشابهة، وحساب المساحة، وطول المحيط، وغير ذلك من القياسات المفيدة لكل كائن. النهج الشائع هو إنشاء قناع صورة يتضمن فقط وحدات بكسل تتطابق مع معايير معينة، ثم إجراء عمليات مسح أبسط على القناع الناتج. من الممكن أيضًا تسمية الكائنات وتتبع حركتها عبر سلسلة من الإطارات في تسلسل فيديو.
انظر أيضا
مراجع
Russ, John C. (2006-12-19) [1992]. دليل معالجة الصور (الطبعة الخامسة). CRC Press. ISBN 0-8493-7254-2.
- جان مارك جوزيبروك، اللون والبنية الهندسية في الصور، تطبيقات في المجهر، ISBN 90-5776-057-6
- يونغ إيان تي، ليست مجرد صور جميلة: المجهر الكمي الرقمي، وقائع الجمعية الملكية المجهرية، 1996، 31(4)، ص 311-313.
- يونغ إيان تي، المجهر الكمي، هندسة معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات في الطب والأحياء، 1996، 15 (1)، ص 59-66.
- يونغ إيان تي، كثافة أخذ العينات والمجهر الكمي، علم الخلايا والأنسجة التحليلي والكمي، المجلد 10، 1988، ص 269-275
روابط خارجية
- التصوير الكمي (رابط معطل)
