便携式变倍数码显微镜

只要拥有一款“魔镜”，手机也能秒变显微镜!27日，一款由兼具极客、创客双重身份的资深互联网高手彭仁诚率领团队研发出的“可拍照的便携式显微镜”正式开始网络众筹，众筹首日即破5万元大关。这款“魔镜”可轻松将手机变成200倍以上的显微镜，简单、便携，各种微生物形态清晰可见，能让孩子轻松享受科学乐趣，激发孩子对科学的好奇心和探索欲，因此而广受关注。　　科学仪器变身“家用玩具”　　彭仁诚所率领的一支集结大陆和台湾科技人才的研发团队研发出的“可拍照的便携式显微镜”，完全颠覆了大家对于显微镜的既定印象，使得“高大上”的科学仪器变成了随手可用的“家用玩具”。　　彭仁诚告诉记者，首日网络众筹反响热烈出乎他的意料，他之所以选择开发“魔镜”展开自主创业之路，“为的是给孩子增加一双发现的眼睛，去发现从未见过的微观世界的奇妙，在趣味中获得知识，增长好奇心，让科学家的梦有机会成真”。　　彭仁诚昨天在报社现场给记者展示了“魔镜”的用法，只需把魔镜夹在手机镜头上，把玻片放在载台上，并用附带的磁性夹具夹上，手机“秒变”高精度显微镜。　　蚊子嘴巴竟然是细细长长可以90度弯曲的“长矛”，蝴蝶翅膀放大来看简直美呆了，苍蝇腿的腿毛竟然像钢针一样，水稻杆子里面竟然藏着一个个奥特曼……透过“魔镜”，记者立马看到一个新奇、全新的微观世界。　　为小朋友打造微观“捷径”　　除了网络众筹，从前天开始，珠海朋友圈里就被这只神奇的“魔镜”不断刷屏。网友“夏娃妈”告诉记者，爱科学的女儿看到这款“魔镜”肯定会高兴得尖叫，“我早就想在适当的时候给女儿买一个显微镜，但一想到显微镜的笨重和不易操作，就不免打退堂鼓，‘魔镜’了却了我的纠结，它即时为热爱科学的小朋友提供了一个窥视微观世界的‘捷径’。”　　彭仁诚的朋友圈也被家长们的留言“挤爆”了。“没想到家长的反应这么热烈，我真担心需求太大，我们的团队一时供应不及。”彭仁诚告诉记者，“魔镜”的放大真实达到200倍以上，可以看到比头发丝细90倍的物体，这样的精度对镜头的生产工艺要求非常非常高，为了保证质量，由合作伙伴在台湾生产。　　玻片是展现显微世界的关键部分。“魔镜”精心设计了昆虫翅膀、动物触角、植物茎、昆虫口器等9个种类，每张玻片边缘都进行了八面倒角处理，细心考虑到了小朋友的安全。　　父爱满满，极客变身创客　　熟悉彭仁诚的网友都知道，如此低调的极客却有着辉煌的履历——1999年进入亚洲仿真的核心技术团队的彭仁诚曾获得过珠海市科学技术进步奖，并曾担任过金山网络副总监、猎豹移动技术总监，是小有名气的互联网高手。　　“虽然在企业里干得如鱼得水，但30多岁时，突然‘情怀’上身，希望能开创一番自己的事业。”据彭仁诚透露，他的此次创业之举是受6岁女儿的一个好奇发问激发，是饱含父爱的任性之举。　　有一天，女儿被蚊子咬了，问他：“爸爸，蚊子嘴巴是怎么咬到我的呢?”他心中一动，女儿的求知是纯真和最直接的，他如何鼓励她的求知呢?“一个趣味性知识性的玩具，可能是一个非常好的向导，女儿的好奇发问激发了我研发‘魔镜’的创想。魔镜，是我们送给孩子的最好礼物，给孩子增加一双发现的眼睛。”　　彭仁诚透露，从上周开始，他的团队已经开始在珠海市科技馆开设科技班，每周四至周六，结合魔镜的使用，对珠海的孩子进行微观世界的科普。他还专门开设了微信公众号“显微世界”，希望让更多的孩子爱上科学，受惠于科学。

p style="text-align: justify text-indent: 2em "数码显微镜是在传统显微镜上增加了数字图像传感器CCD或CMOS的显微镜，与计算机、图像处理、自动化、互联网等技术相结合，可衍生出多种产品和应用，如自动显微镜、数码互动显微镜、数字切片扫描仪等，能给用户带来极大的便利，在教学、医疗、科研等领域得到广泛的应用。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "作为传感器，人眼和数字图像传感器CCD/CMOS主要有两方面的不同：一是数字图像传感器是由很多离散的感光器件组成，用其作为传感器接收显微图像，实际上是一个数字化过程（也称为空间采样）需要满足采样定理即奈奎斯特定理，这样图像才能准确重建；二是数字图像传感器的响应波长与人眼不一样，所以会受光源光谱特性的影响。本文从空间采样率和光源这两方面来分析对数码显微图像分辨率的影响。br//pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strong空间采样率对数码显微图像分辨率的影响/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "奈奎斯特采样定理是指将模拟信号转化为数字信号时，要求采样频率fsubs/sub要大于模拟信号中最高频率fsubmax/sub的2倍,即fsubs/sub＞fsubmax/sub才可以通过采样之后的数字信号准确地重建出模拟信号。对于显微图像的数字化，其最高频率就是由物镜的极限分辨率决定的，采样频率也称为空间采样率，一般实际应用时要求空间采样率为物镜的极限分辨率的2.8倍左右。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "显微镜的极限分辨率r是由物镜的数值孔径NA和波长λ决定的，满足式①span style="text-align: center " /spanimg src="https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/afecb7f6-313d-4fe3-a7d7-3a936fe605d8.jpg" title="1.png" alt="1.png" style="text-align: center max-width: 100% max-height: 100% "//pp因此波长越短，显微镜的极限分辨率越高。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "空间采样率s的计算式②为/pp style="text-align: center text-indent: 0em "img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/6bfc528d-423f-46a1-8292-e3823f507b7c.jpg" title="2.png" alt="2.png"//pp式中p为数字图像传感器像素的边长；β1为显微物镜的放大倍率；β2为摄像镜头的放大倍率。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "因此改变摄像镜头的放大倍率，可以改变空间采样率。选用一组不同放大倍率的摄像镜头实现不同的空间采样率，以研究空间采样率对数码图像分辨率的影响。具体实验条件如下：/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "显微镜：BA310显微镜。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "光源：白光LED和卤素灯（可互换），带有550/20nm的干涉滤色片。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "显微物镜：根据式①，其极限分辨率为0.45μm。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "摄像头：CM3-U3-50S5M黑白摄像头，像素边长为3.45μm。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "观察标本：采用USAF1951鉴别率板（如图1）所示，40× /0.75显微物镜可观察的极限线对数为2048（11-1组）。/pp style="text-align: center text-indent: 0em "img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 350px height: 350px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/900c84e7-0400-490e-9b1e-df00bd23a1ba.jpg" title="3.png" alt="3.png" width="350" height="350" border="0" vspace="0"//pp style="text-indent: 0em text-align: center "span style="font-size: 14px "strong图1 USAF1951鉴别率板/strong/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "摄像镜头倍率：0.35× 、0.5× 、1× 分别对应三种不同的采样率，采集的图像如图2所示，结果如表1所示。/pp style="text-align: center text-indent: 0em "img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 128px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/10ab04e3-b4cb-4324-9054-967b80dfda29.jpg" title="4.png" alt="4.png" width="450" height="128" border="0" vspace="0"//pp style="text-indent: 0em text-align: center "span style="font-size: 14px "strong图2 不同摄像镜头下的数码显微图像/strong/span br//pp style="text-indent: 0em text-align: center "span style="font-size: 14px "strong表1 不同摄像镜头下的数码显微图像分辨率 /strong/spanbr//pp style="text-indent: 0em text-align: center "img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/73950d5f-a61d-41aa-a1f6-1430b39f3040.jpg" title="5.png" alt="5.png"//pp style="text-align: justify text-indent: 2em "由此可见，在没有满足采样定理的情况下即欠采样，数码显微图像分辨率会降低；在过采样的情况下，并不会带来数码显微图像分辨率的提升。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strongspan style="text-indent: 2em "光源对数码显微图像分辨率的影响/span/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "式①提及的波长λ是最终被传感器接收的波长，此波长与传感器响应曲线和光源光谱特性有关。作为传感器，人眼的响应波长为400~700nm，即通常说的可见光，如图3所示。而对于数字图像传感器CCD/CMOS，其响应波长更宽，包括人眼不敏感的紫外和近红外部分，其中近红外的波长更长，如图4所示，这会导致显微镜分辨率的下降。因此当光源的光谱包含有人眼不敏感的近红外光谱或者紫外光谱时，在使用数字图像传感器时就会有影响。显微镜中常用的光源有白光LED和卤素灯，其中白光LED的光谱是450~700nm，如图5所示，与人眼的响应曲线比较接近，而卤素灯的光谱为400~2500nm如图6所示，包括了更长波长的红外部分。在分别使用卤素灯和白光LED时，由图像传感器得到的结果是有区别的，如图7所示。/pp style="text-align: center text-indent: 0em " img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 350px height: 241px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/63e10ec6-6db0-4cb4-b480-df43cecc4f65.jpg" title="6.png" alt="6.png" width="350" height="241" border="0" vspace="0"//pp style="text-indent: 0em text-align: center "span style="font-size: 14px "strong图3 人眼的响应曲线 /strong/spanbr//pp style="text-indent: 0em text-align: center "span style="font-size: 14px "strongimg style="max-width: 100% max-height: 100% width: 400px height: 221px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/4d151923-4162-4ff6-bed0-c4d379380b4b.jpg" title="7.png" alt="7.png" width="400" height="221" border="0" vspace="0"//strong/span/pp style="text-indent: 0em text-align: center "span style="font-size: 14px "strong图4 相机的响应曲线 br//strong/span/pp style="text-indent: 0em text-align: center "span style="font-size: 14px "strongimg style="max-width: 100% max-height: 100% width: 350px height: 278px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/263ba96b-37c6-4d8e-97a9-d1bf32f59d6c.jpg" title="8.png" alt="8.png" width="350" height="278" border="0" vspace="0"//strong/span/pp style="text-indent: 0em text-align: center "span style="font-size: 14px "strong图5 LED光谱曲线 /strong/span/pp style="text-indent: 0em text-align: center "span style="font-size: 14px "strongimg style="max-width: 100% max-height: 100% width: 350px height: 263px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/90d67a50-f6b4-43da-bac1-93120d97ba89.jpg" title="9.png" alt="9.png" width="350" height="263" border="0" vspace="0"//strong/span/pp style="text-indent: 0em text-align: center "span style="font-size: 14px "strong图6 卤素灯光谱曲线 br//strong/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "表2为不同光源下的数码显微图像分辨率，可以发现，人眼在不同光源下观察到的极限线对是一样的，都是2048线对，而对于数码显微图像，采用卤素灯时，观察到的分辨率会有所下降。主要原因在于卤素灯有红外光谱，人眼直接观察时会将红外部分滤掉，所以效果与LED相当，而数字图像传感器可以响应卤素灯的红外波长，所以分辨率会下降。解决办法就是数字传感器前放置一个红外滤色片（俗称IR-cut），将卤素灯的红外部分滤除，得到接近于人眼的响应曲线，这样就与目视观察结果一致。/pp style="text-align: center text-indent: 0em "img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 215px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/af939b79-1302-4765-828c-3e42b08ace0c.jpg" title="11.png" alt="11.png" width="450" height="215" border="0" vspace="0"//pp style="text-indent: 0em text-align: center "span style="font-size: 14px "strong图7 卤素灯和LED时的数码显微图像/strong/span/pp style="text-indent: 0em text-align: center "span style="font-size: 14px "strong表2 不同光源下人眼观察与数码显微图像分辨率的比较 br//strong/span/pp style="text-indent: 0em text-align: center "span style="font-size: 14px "strongimg style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/c1631144-1358-4af5-b3e3-51da6e4b4c82.jpg" title="捕获.PNG" alt="捕获.PNG"//strong/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "因此在使用数码显微镜时，应严格遵从采样定理，并深入研究数码显微镜各个关键部件，这样才能选择合适的摄像镜头、光源、滤色片等，才能满足采样定理，准确重建出数字图像，达到最佳的观察效果。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="color: rgb(127, 127, 127) "ispan style="font-size: 14px "本文摘自：陈木旺. 浅析数码显微镜分辨率的影响因素[J]. 光学仪器, 2017, 40(3)./span/i/span/pp style="text-align: center text-indent: 0em "a href="https://www.instrument.com.cn/webinar/meeting_13067.html?hmsr=zixuan&hmpl=ling&hmcu=&hmkw=&hmci=" target="_self"img src="https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/8e3999fc-35db-4591-8d2d-1da82b8fafb0.jpg" title="10.png" alt="10.png" style="text-indent: 2em text-align: center max-width: 100% max-height: 100% "//a/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strong讲座：/strong《四合一数码显微镜，多种难题一机解决！》/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strong时间：/strong2020年4月22日 10:00/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strong主讲人：/strong夏天齐Draven，基恩士公司显微/3D测量系统部门，显微镜技术负责人，负责数码显微镜的技术支持工作。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strong内容：/strong很多用户在使用光学/金相/测量显微镜时，经常会遇到景深小、倍率低、需要另外准备光源、不能直接拍摄图片等困难，而一台数码显微镜可以轻松解决以上问题。此次讲座旨在让更多客户了解到数码显微镜能解决的常规问题（讲座中有实机演示）；作为技术储备，认识到该产品的一些功能和应用场景等；搭建交流平台，与行业内人士互动等。/pp style="text-align: left text-indent: 2em "a href="https://www.instrument.com.cn/webinar/meeting_13067.html?hmsr=zixuan&hmpl=ling&hmcu=&hmkw=&hmci=" target="_self"strong style="color: rgb(0, 112, 192) text-decoration: underline "span style="color: rgb(0, 112, 192) "免费报名参会：点击即可链接到报名官网/span/strong/a/p

便携式显微镜的广泛普及 加快相关学科的突飞猛进1、 便携式显微镜之于科学的意义不在野外，而在于突破时空，让研究更精彩便携式显微镜允许科学家在野外、实验室外或其他难以接近的地点进行即时观察和分析。这大大加快了研究速度，减少了样本在运输过程中可能发生的降解或污染。对于生态学、环境科学、地质学等领域的研究人员来说，现场即时分析是他们工作的关键，便携式显微镜为他们提供了极大的便利。其实，便携式显微镜意义不仅是在室外，而更重要的是实时，突破了空间，拉近了时间，其不论是在实验室内、还是工厂车间，大家都需要随时、随手、简单而高效的显微观察与记录。便携式显微镜之于科学的意义不在野外 而在于突破时空2、 便携式显微镜之于教育不仅是启蒙，更是兴趣与好奇，撒向天空的种子，终将会生根发芽便携式显微镜是便携性、易用性、时尚性，融为一体的产物；使其非常适合用于中小学、大学的科学教育，其潜能可广泛应用在传统显微实验室内，助力传统显微镜生出翅膀，实现原位观察与测量，是对传统显微实验室一种有力补充。无须制样、原位观察、突破空间，是传统台式显微镜无法提供的体验，而新一代的青年学子，及青青奇兽们，是更喜欢这种简单、直接的沟通方式，生动而活泼的实验氛围，就像给传统实验室加上翅膀，增加对科学的兴趣和理解，能有效体会到更简单、更快捷的接近事物的本质，能促进人，从底层逻辑的思考，实现从0到1的启发。 教育不仅是启蒙 更是兴趣与好奇 撒向天空的种子 终将会生根发芽3、 便携式显微镜之于现场，这不是简单加持，更是一场行业赋能便携式显微镜的核心是“快”、是“来得快”（我小巧，随时在这里）、是“简单得快”（我操作方便、自动对焦）、是“记录得快”（随时拍照、录像）、是“分析得快”（可定量测量，上传云端、进行AI诊断）；而一切的“快”，都是对时间的缩小，是现场机会的把握。不论是对于工业生产线上、或是考古研究、还是消防火调、或是海关、边检、食检、安监、等需要现场检测或办公的领域来说，便携式显微微镜之于现场、都不是简单加持，更是一场行业赋能，或说是一种工具升级，尤如石器之于火器。便携式显微镜之于现场 这不是简单加持 更是一场行业赋能最后、便携式显微镜发展到今天，诚然还有他的局制性，而现成熟的方向是5-100微米的显微尺寸，而5微米以下还需要更加努力；另外，也会科学家说，现在显微镜的应用空间越来越少了，其当然在实验室还受到电子束、X射线、质谱等的替代分析，但是显微镜是最早的科学研究的方式，其对影像最直接的观察，从来都是人类的天性，也会一直都是，我们最容易、最需要接受的一种方式，所以，他不是被替代，会一直在，尤其是便携式显微镜。 写到最后，作者本人是专注从事便携式显微镜领域的研究，很是期待各行业、各领域的精英、学者、从业人员，大家都可以广泛交流，促使完善便携式显微镜更加适应于相应的领域，共同制定相关的行业标准，以及更好的满足行业要求。