Digitalmikroskope

3D-Mikroskopie

Wichtige Punkte im Überblick

3D-Mikroskope erstellen hochauflösende 3D-Aufnahmen durch Fokusvariation.
D.F.D. (Depth from Defocus) nutzt die Unschärfe der Z-Höhenunterschiede für eine 3D-Darstellung.
Glanzminimierung ermöglicht die 3D-Visualisierung und -Messung stark reflektierender Oberflächen.

Was ist ein 3D-Mikroskop?

Bei der Betrachtung der Oberfläche eines Objekts unter einem Mikroskop ist es oft sehr schwierig, die Form oder Topographie der Oberfläche zu erkennen, da immer nur ein kleiner Bereich gleichzeitig fokussiert sein kann.
Einige Digitalmikroskope bieten die Möglichkeit, großflächige Oberflächenaufnahmen zu erstellen, bei welchen jeder Bereich voll fokussiert dargestellt wird. Die relativen Höhendaten jeder Fokusebene können anschließend genutzt werden, um die Oberfläche in 3D darzustellen, wodurch die Oberflächenstruktur einfach analysiert werden kann.

Dies sind die Hauptfunktionen eines 3D-Mikroskops:

Hochauflösende 3D-Aufnahmen
Vollständig fokussierte Aufnahmen größerer Bereiche
Betrachtung aus beliebigem Winkel
Erweiterte 3D-Messfunktionen

2D-Anzeige

3D-Anzeige

3D-Aufnahmen können angezeigt und mit der Maus bewegt werden

Variieren der 3D-Anzeige

Die erstellten 3D-Aufnahmen können zur detaillierten optischen Inspektion frei bewegt und so aus jedem beliebigen Winkel betrachtet werden. So lassen sich präzise Rückschlüsse über die Oberflächenstruktur erlangen.

Vergrößerung

Nach unten ziehen, während das Mausrad gedrückt gehalten wird.

Rotation

Ziehen, während die linke Maustaste gedrückt gehalten wird.

Verkleinerung

Nach oben ziehen, während das Mausrad gedrückt gehalten wird.

Bewegung

Ziehen, während die rechte Maustaste gedrückt gehalten wird.

Aussagekräftige 3D-Aufnahmen dank der D.F.D.-Methode

D.F.D. steht für Depth from Defocus (Tiefe aus Unschärfe). Die D.F.D.-Methode erzeugt dreidimensionale Tiefeninformationen anhand der Unschärfe der Einzelaufnahmen.
Um Aufnahmen mit unterschiedlichen Höheninformationen aufzunehmen, wird das Objektiv durch die Z-Achse von der Probe weg verfahren. Dabei unterscheidet sich der Fokusgrad wie folgt:

Befindet sich eine Position auf dem Objekt höher in topografischer Hinsicht, wird dieser Bildbereich früher scharfgestellt, wenn das Objektiv nach unten in Richtung der Probe bewegt wird.
Befindet sich eine Position niedriger, kommt dieser Bereich erst dann in den Fokus, wenn das Objektiv näher an die Probe bewegt wird.

Durch Berechnung der Höhenposition des Objektivs bei der jeder Punkt in der Aufnahme scharfgestellt wird, kann eine 3D-Aufnahme erstellt werden.
Selbst wenn für einige Bereiche kein perfekter Fokus erreicht wird, kann der D.F.D.-Algorithmus die Höhenposition dieser Pixel berechnen und detaillierte Texturinformationen erfassen.

Jede der scharfgestellten Ebenen wird zusammengeführt, um eine 3D-Aufnahme zu erzeugen.

3D-Aufnahme ohne D.F.D.

3D-Aufnahme mit D.F.D.

3D-Aufnahmen stark reflektierender Objekte

Metallische und spiegelnde Oberflächen erschweren aufgrund der starken Reflexion häufig die Erstellung von 3D-Aufnahmen.
Bereiche mit Glanz liefern nicht genügend Farbkontrastinformationen, um zwischen scharfen und unscharfen Pixeln zu unterscheiden.

Durch die Kombination von automatischer Glanzminimierung und 3D-Bildzusammenstellungstechnologien ist es nun möglich, selbst auf extrem reflektierenden Oberflächen ein genaues 3D-Profil zu erstellen.

Aufnahme ohne Glanzminimierung

Der Kontrast mit störenden Reflexionen lässt keine Erfassung von Höheninformationen zu.

Aufnahme mit Glanzminimierung

Durch die Entfernung störender Reflexionen können Farbkontrast und Höheninformationen für jeden Pixel erfasst werden, was zur Erstellung einer klaren 3D-Struktur führt.

3D-Messfunktionen

Ein 3D-Bild enthält Daten in den X-, Y- und Z-Achsen und ermöglicht Messungen wie Volumen, Abstände, Ebenenwinkel und Profile.

Höhe

Bogenradius

Querschnittsfläche

Erweiterte Messwerkzeuge

Höhendaten anzeigen

Die Überlagerung mit Höhenfarben ermöglicht es den Anwendern, die gesamte Struktur eines Objekts auf einen Blick zu erfassen.
Das 3D-Bild wird in eine Farbskala umgesetzt, bei der höhere Bereiche in Rot und niedrigere Bereiche in Blau dargestellt werden.
Das farbskalierte Bild kann dann über das Originalbild gelegt werden, wodurch eine verbesserte topografische Ansicht entsteht.
Zur Unterstützung von Messungen kann automatisch eine Skala für die X-, Y- und Z-Achsen berechnet und entsprechend der Bildgröße sowie der Rotationsposition des 3D-Bildes angezeigt werden.

Prägung (200x)

3D-Bild und 3D-Höhenfarbendarstellung

3D-Echtfarben

3D-Höhenfarbendarstellung

Betrachtung aus beliebigem Winkel

Digitalmikroskope der Modellreihe VHX ermöglichen eine flexible Betrachtung. Durch die Möglichkeit, Objekte aus beliebigem Winkel zu betrachten, können Anwender Bereiche eines Objekts einsehen, die normalerweise nicht sichtbar wären.