Traitement d'images microscopiques avec technique astrophoto

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Re: Traitement d'images microscopiques avec technique astrophoto

Messagede JMP76 » 04 Avr 2016 13:41

Bonjour Colmic,


J'ai l'impression que ma Barlow Baader 2x (ce modèle n'est pas utilisé comme allongement de focale mais bien comme dispositif de grandissement de l'image, au même titre qu'un oculaire de projection) se défend honorablement, je ne constate pas de détérioration d'image, pas de chromatisme à outrance.

Je pense à une fonction identique aux doubleurs de focale comme en photo Reflex. Accessoire intercalé entre le boitier et le teleobjectif.
Un test simple consiste à voir si ton dispositif inverse l'image. Un objectif de microscope inverse. L'ajout d'un relais/projectif rajoute une inversion (et allonge beaucoup le dispositif >10 cm) un doubleur n'introduit pas d'inversion.

La caméra Point Grey est mon avis dans le haut du panier pour de la microscopie, mais avec capteur NB. Celle-là je la dédie pour la haute résolution (diatomées, etc..). Son capteur est l'ICX674, utilisé dans certaines caméras microscopiques haut de gamme (pixels de 4.54µ).
Le Canon 7D est APS-C et le Sony A7S est un full-frame avec des gros pixels (8.9µ de côté), ultra-sensible.

La caméra offrant un diamètre de 11 mm peut être facilement utilisée pour les diatomées. On peut lui associer un filtre vert-jaune IF550 qui éliminera la décomposition de la lumière en micro-spectres.
Le champ normal des objectifs est de 26.5 pour les Splan Olympus (presque compatible APS-C) Il est moindre pour les Leitz (16 ou 18 mm)
L'utilisation de ton capteur NB, sans adaptateur optique, ne prendra que la moitié du champ, ce qui équivaut à un grossissement d'environ 2x (pour la fonction caméra)
.
L'utilisation de la Barlow peut également concourir à détailler encore mieux la diatomée. Mais alors le couple Caméra+capteur aura un grossissement de 4x. Il sera probablement un grossissement à vide. Sans autre intérêt que de pourvoir faire de meilleurs calculs avant de réduire l'image finale. Mais compte tenu de ta caméra très haut de gamme, je ne suis pas sûr que cela apporte le moindre intérêt.


En fait ce que je cherche à savoir c'est :
- quelle est la taille de photosite idéale pour une résolution maximale
- quelle résolution on peut atteindre avec une taille de photosite donnée et un O.N donné
- les deux devant découler à mon sens de la même formule

Tout est affaire de compromis... Il y a plusieurs méthodes d'approche (et un certain nombre de refus...)

L'approche géométrique: Les objectifs offrent un champ net sur un cercle (avant oculaire)
de 26.5 mm de diamètre pour les Splan (besoin de compensation), de 18 mm pour d'autres... (il faut fouiller les specs). Ton capteur fait 11 mm de diagonale, il te faut donc un réducteur de focale de 11/26.5=0,41 soit 0.4x pour des Splans (ou similaires) ou de 11/18=0.6 qui ne doit pas exister un O.5x fera l'affaire.
Mais attention la réalité est différente, car les relais existant n'ont pas une pupille d'entrée de 26.5 mm Mais de seulement 12 mm (environ) Bien que s'appelant 0.5x il font plutôt du 1x (à cause du crop) Tout cela pour dire que c'est le foutoir et que cela occasionne des joutes déplaisantes...
Le réducteur de focale est certainement à essayer. Rapidement! ;-) En espérant que la pupille d'entrée soit grande. (ce qui rendrait possible une parfaite adaptation pour des objectifs non K (sans besoin de compensation)
Les techniques astro peuvent aussi faire de la compensation software...

L'approche ondulatoire: Un objectif parfait offre une résolution de 0.6 Lambda/NA (NA=Numerical Aperture=ON=Ouverture numérique). Si cet objectif grossit de G fois, il est possible de considérer le coté capteur avec une Ouverture numérique de G x NA. C'est simple, mais personne ne parle de cette relation qui gouverne pourtant tout!
La tache du coté capteur sera alors 0.6 Lambda/ G NA. Elle varie donc avec le grossissement de l'objectif (qui offrira des variations importantes de NA)...
En étudiant cette règle on s'aperçoit très vite que les forts grossissements ne requière pas de capteurs fins (mais requièrent de la sensibilité sans bruit, et peu de vibrations)
Les capteurs doivent être plus précis pour des grandissements moindres.
Mais on aura des difficultés à joindre les 2 objectifs/buts. Car les dimensions sont limitées, les choix de relais aussi, les objectifs sont en 160 mm.

Une troisième voie s'ouvre avec les objectifs infinis: Car on s'aperçoit qu'une 3eme possibilité s'offre. Le choix de la focale de la lentille de tube... Mais il est peut-être prématuré d'attaquer ce domaine dès maintenant. Il permet d'adapter exactement la qualité de l'objectif à celle du capteur. 'Exactement' est à prendre avec des pincettes, car on se retrouve dans la frontière des règles de l'échantillonnage... qui n'est qu'un compromis entre ce qu'on accepte et la réalité (sampling rate de 2x, de 2.12x, de 3x ...etc ? Impact du filtre anti aliasing?)

Si on s'écarte de la microscopie bio pour aller vers la micro-photographie, la voie royale (et la plus chère) reste le macroscope, couplé à des objectifs sublimes de Mitutoyo. (infinis) le choix de la LT permet de tirer toute l'information des images couleurs. Et cela élimine les problèmes de compensation.

Désolé de voir, en relisant, que j'ai un peu dévié du domaine microscope pur en 160 mm. Ce n'est qu'un résumé, il y a énormément de choses à dire, mais cela dépend un peu des choix faits.

Cordialement
JMP76
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Re: Traitement d'images microscopiques avec technique astrophoto

Messagede Colmic » 04 Avr 2016 14:43

Merci Jean-Marie pour ton intervention.
C'est exactement ce que je cherchais à savoir mais un truc me chiffonne...

En astronomie, pour un calcul de résolution, la taille du pixel de la caméra est une donnée obligatoire.
Pourquoi je ne lis rien qui va dans ce sens en microscopie ?

J'essaie de comprendre tes 2 formules :
Résolution_objectif = 0,6 lambda / NA
Je prends l'exemple de mon 40x Olympus, en éclairage lumière blanche classique :
Résolution = 0,6 x 0,550 / 0,7 => ça donne une résolution limite de 0,47µm avec mon 40x.
Est-ce que j'ai bon ?

Maintenant je prends ton autre formule
Résolution_capteur = (0,6 x 0,550) / (40 x 0,7) = 0,011 µm.
J'ai toujours bon ?
J'en déduis que dans tous les cas (sauf à avoir un capteur avec des pixels de 30 ou 40µ !!) la taille des pixels est suffisamment petite pour que l'on soit largement sur-échantillonné par rapport aux capacités de résolution de l'objectif. C'est ce que je comprends quand tu dis :
En étudiant cette règle on s'aperçoit très vite que les forts grossissements ne requière pas de capteurs fins (mais requièrent de la sensibilité sans bruit, et peu de vibrations)


En définitive, avec le 40x SPLAN je n'aurais même pas besoin d'ajouter de projectif pour être dans la résolution optimale.

Il reste donc à considérer l'approche géométrique, en fonction du champ de l'objectif et de la taille totale du capteur. Avec mon full-frame ça risque d'être très compliqué de trouver un projectif qui me donne un champ plan sur 24x36 ! Heureusement le A7S a un mode qui permet de le passer en APS-C. Je ne vais même pas sortir le Canon 7D tellement il est écrasé en terme de résultat par le A7S (sensibilité jusqu'à 409000 ISO !! Et sans le moindre bruit à 3200 ISO, ça risque d'être super pour le fond noir et le CP où la lumière manque généralement)

J'en déduis aussi qu'on est passé au fil du temps sur des objectifs infinis pour des questions pratiques. Avec des objectifs à l'infini, on se comporte finalement exactement comme avec un télescope (qui lui aussi fonctionne à l'infini par nature). Les projectifs pour le mode infini se rapprochent donc de nos Barlow utilisées en astro pour le grandissement de nos images. C'est peut-être ce qui explique pourquoi je trouve que ça fonctionne plutôt très bien avec le 4x Plan à l'infini ?

Désolé de poser toutes ces questions, c'est que j'aime comprendre dans quoi je mets les pieds, et vous verrez aussi que j'aime aller au bout des choses quand je m'investis dans un domaine :)
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Re: Traitement d'images microscopiques avec technique astrophoto

Messagede André » 04 Avr 2016 16:46

Bonjour à tous, Michel
En microscopie, dès qu'on parle de résolution, on pense diatomées ...dont les ponctuations pour certaines permettent d'aller au bout de ses objectifs et de sa chaine de prise de vue.
Je peux t'envoyer une lame pour tester .
par contre, la fonctionnalité du 100x est requise !
Amicalement
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Re: Traitement d'images microscopiques avec technique astrophoto

Messagede Maraussan » 04 Avr 2016 16:48

Résolution_objectif = 0,6 lambda / NA

Bonjour à tous,
la formule (ancienne voire antique, datant de près de 150 ans) est inexacte, mais plus ou moins suffisante; là n'est pas la question.
Lorsque l'on évoque une ouverture numérique, on évoque une limite d'optique théorique, et donc aucunement pratique.
A ouverture numérique équivalente, un objectif de recherche à 5000 euros sera plus proche du pouvoir séparateur théorique qu'un objectif de routine à 50 euros. C'est le fameux coefficient Dollar, à entrer à tous les niveaux de la chaine de décisions.

Donc, Résolution_objectif = (0,61 * Lambda / Na) ** Dollar
Hélas, j'en conviens.

Ce coefficient est à appliquer à toutes les parties de la chaine optique : source lumineuse, collecteur, condenseur, projectif, capteur etc... La résolution est donc le résultat d'une chaine de constituants, sous-entendus mis en œuvre d'une manière absolument parfaite.
Dernière édition par Maraussan le 05 Avr 2016 10:35, édité 2 fois.
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Re: Traitement d'images microscopiques avec technique astrophoto

Messagede Bernard-J » 04 Avr 2016 17:13

Maraussan a écrit:C'est le fameux coefficient Dollar, à entrer à tous les niveaux de la chaine de décisions.

Donc, Résolution_objectif = (0,6 lambda / NA) ** Dollar
Hélas, j'en conviens.

Ce coefficient est à appliquer à toutes les parties de la chaine optique : source lumineuse, collecteur, condenseur, projectif, capteur etc... La résolution est donc le résultat d'une chaine de constituants, sous-entendus mis en œuvre d'une manière absolument parfaite.


Excellent ! 8-)
Mais dans cette chaîne de qualité, il y a tout d'abord la préparation et nous n'en parlons pas beaucoup sur ce forum. Les prep sur lames sont rarement optimales en biol - Si j'écrase les protos, la prep devient meilleure pour le MO mais pas pour l'observation.
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Re: Traitement d'images microscopiques avec technique astrophoto

Messagede Colmic » 04 Avr 2016 19:10

Maraussan a écrit:Résolution_objectif = 0,6 lambda / NA

Bonjour à tous,
la formule (ancienne voire antique, datant de près de 150 ans) est inexacte, mais plus ou moins suffisante; là n'est pas la question.
Lorsque l'on évoque une ouverture numérique, on évoque une limite d'optique théorique, et donc aucunement pratique.
A ouverture numérique équivalente, un objectif de recherche à 5000 euros sera plus proche du pouvoir séparateur théorique qu'un objectif de routine à 50 euros. C'est le fameux coefficient Dollar, à entrer à tous les niveaux de la chaine de décisions.

Donc, Résolution_objectif = (0,6 lambda / NA) ** Dollar
Hélas, j'en conviens.

Ce coefficient est à appliquer à toutes les parties de la chaine optique : source lumineuse, collecteur, condenseur, projectif, capteur etc... La résolution est donc le résultat d'une chaine de constituants, sous-entendus mis en œuvre d'une manière absolument parfaite.


Il en va de même en astrophotographie :lol:
Dès qu'on entend apochromatique, on rajoute un zéro !
Heureusement, j'ai remarqué que sur Leboncoin ou EB, on peut faire de bonnes affaires dans le domaine microscopique (contrairement à l'astronomie où les prix restent toujours élevés).
J'ai payé mon Laborlux S tout équipé pour seulement 100 euros !! Et le lot de 5 objectifs Olympus dont le 4x Plan et le 40 SPLAN à CF pour 200 euros le tout. La revente des 3 objectifs inutilisés (2 40x dont un PLANC-N et un 20x) couvriront je pense la mise de départ :)
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Re: Traitement d'images microscopiques avec technique astrophoto

Messagede Colmic » 04 Avr 2016 19:28

Et voici la version couleur.

Même principe optique : Objectif Olympus PLANC 4x (infini) + tube-allonge + Barlow Baader 2x + Sony A7S (full-frame)
Mosaïque de 12 images (avec le full-frame j'ai quasiment toute la lame soit 20x10mm !) réalisée dans Photoshop CS5.
Tons foncés/tons clairs
Ajustement des niveaux
C'est tout. C'est sûr ça va plus vite qu'avec la caméra et le compositage des vidéos :lol:

La full pour mieux apprécier les détails en cliquant sur l'image :
Image

Je trouve que le 4x PLANC (pourtant corrigé à l'infini) là encore s'en sort pas si mal une fois combiné à la Barlow 2x, les bords de champ étant toujours aussi nets, le vignetage restant bien contenu. Idéalement j'aurais dû passer le A7S en mode APS-C.
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Re: Traitement d'images microscopiques avec technique astrophoto

Messagede Maraussan » 05 Avr 2016 08:18

Traitement d'images microscopiques avec technique astrophoto

Si l'on effectue un premier bilan des fonctionnalités mises en œuvre, rien de nouveau pour l'instant, toutes ces fonctions sont bien présentes dans les logiciels de photo-microscopie, y compris l'offre de mosaïque (Stitch mode). Ce qui est rassurant d'une certaine manière.
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Re: Traitement d'images microscopiques avec technique astrophoto

Messagede JMP76 » 05 Avr 2016 09:45

Bonjour,
J'ai eu des problèmes d'Internet hier et j'ai préféré envoyer le message en cours de relecture. En effet la liaison s'est ensuite arrêtée pendant au moins 5 h.
Je relève une étourderie dans mon texte:
L'approche ondulatoire: Un objectif parfait offre une résolution de 0.6 Lambda/NA (NA=Numerical Aperture=ON=Ouverture numérique). Si cet objectif grossit de G fois, il est possible de considérer le coté capteur avec une Ouverture numérique de G x NA. C'est simple, mais personne ne parle de cette relation qui gouverne pourtant tout!
La tache du coté capteur sera alors 0.6 Lambda/ G NA. Elle varie donc avec le grossissement de l'objectif (qui offrira des variations importantes de NA)...

Il faut évidemment lire NA/G (au lieu de G NA). La tache coté capteur sera alors 0.6 Lambda NA/ G
(une petite confusion entre penser aux f/d et écrire avec l'inverse NA)

Je prends l'exemple de mon 40x Olympus, en éclairage lumière blanche classique :
Résolution = 0,6 x 0,550 / 0,7 => ça donne une résolution limite de 0,47µm avec mon 40x.
Est-ce que j'ai bon ?

OUI!

Maintenant je prends ton autre formule
Résolution_capteur = (0,6 x 0,550) / (40 x 0,7) = 0,011 µm.
J'ai toujours bon ?

NON! L'élève n'a pas eu suffisamment d'esprit critique. Il a écouté bêtement sans remarquer que le prof décon....! ;-)
Le résultat correct est: Résolution_capteur = (0,6 x 0,550 x40) / 0,7 =18.9 µm.

La conclusion qui suivait reste juste. On a besoin d'une densité élevée pour les faibles/moyens grossissements. C'est pour cette raison que j'utilise de la video_HD pour les forts grossissements. (définition suffisante, plus de vibrations, cumul possible de photons)

En astronomie, pour un calcul de résolution, la taille du pixel de la caméra est une donnée obligatoire.
Pourquoi je ne lis rien qui va dans ce sens en microscopie ?

Disons qu'en astronomie on parle de f/d car les ouvertures sont limitées à environ 2.8 (voire 10)
La taille des 'pixels' devient une constante pour un même engin. (sans Barlow)
En microscopie les objectifs ont des ouvertures dans la gamme 4, 2.8, ... jusqu'à 0.3 ou 0.4 (à vérifier si on cherche l'exactitude)
Le f/d n'est plus représentatif, on lui préfère le NA (qui est à peu près l'inverse) Mais les NA des objectifs varient avec les grossissements et les types d'objectifs. La taille des pixels est donc variable et varie grandement.

En définitive, avec le 40x SPLAN je n'aurais même pas besoin d'ajouter de projectif pour être dans la résolution optimale.

On peut utiliser directement la caméra au foyer des objectifs du microscope. Mais encore faut-il pouvoir y accéder! Dans les tubes oculaires ce plan focal se trouve à l'intérieur (10 mm, et 18 mm pour les Leitz anciens). Si on a la chance d'avoir une sortie trinoculaire, le plan focal peut être à l'intérieur d'un tube ou à l'extérieur. Mais la loi de Murphy aidant, il est souvent inaccessible. D'où l'intérêt des relais/projectifs qui vont chercher ce plan à l'intérieur et refocalise une image sur le capteur.
On trouve là une nouvelle contrainte: la mécanique qui occupe pas mal de temps!

Il reste possible d'éliminer la tête binoculaire, est de mettre la caméra dans le plan focal direct qui lui est accessible. C'est une de mes solutions.

En définitive, avec le 40x SPLAN je n'aurais même pas besoin d'ajouter de projectif pour être dans la résolution optimale.

Pas tout à fait vrai: Il y a la compensation chromatique à faire! Mais on obtient quand même de bonnes images. Mais pas de qualité optimale. Et puis ton capteur de 11 mm ne prendra que 11/26.5² de l'image (presque 1/6 de la qualité de l'objectif) C'est peu pour un puriste.

J'en déduis aussi qu'on est passé au fil du temps sur des objectifs infinis pour des questions pratiques. Avec des objectifs à l'infini, on se comporte finalement exactement comme avec un télescope (qui lui aussi fonctionne à l'infini par nature). Les projectifs pour le mode infini se rapprochent donc de nos Barlow utilisées en astro pour le grandissement de nos images. C'est peut-être ce qui explique pourquoi je trouve que ça fonctionne plutôt très bien avec le 4x Plan à l'infini ?

Disons que le calcul numérique a permis d'éliminer la pénibilité du chromatisme. La microscopie à évolué et demande d'insérer des filtres, des prismes, des polarisants, etc. Et le faire avec des rayons lumineux convergents variables en fonctions des objectifs... trop compliqué! On a préféré définir un volume d'environ 10 cm où les rayons seront // et où on pourra y placer tous ces modules.

Je n'aurai peut-être plus de connexion Internet dans les jours suivants. Cela dépendra de l'efficacité d'une liaison wi-fi très longue distance.

Cordialement
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Re: Traitement d'images microscopiques avec technique astrophoto

Messagede Colmic » 05 Avr 2016 12:16

Bonjour,
voici la version couleur du gros plan avec le SPLAN40x. Toujours la Barlow 2x utilisée comme projectif et le Sony A7S en mode APS-C cette fois.
La full en cliquant sur l'image :

Image
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