Real-Time 3D-Kino aus dem Mikroskop

Allied Vision Technologies präsentierte auf der VISION 2009 eine innovative Stereomikroskopie-Anwendung. Dank TYTEC-Software und AVT GigE Vision HD-Kameras lassen sich Bilder eines Stereomikroskops dreidimensional in Echtzeit am Bildschirm anzeigen.


Zwei Augen sehen mehr als eines – diese Redewendung beschreibt vortrefflich die dreidimensionale Wahrnehmung des Menschen. Erst die Sicht mit beiden Augen (Stereoskopie) erlaubt es, Volumen und Tiefen genau zu erkennen. Dies gilt auch für die Mikroskopie: Wenn Volumen, Höhen und Tiefen beobachtet werden müssen, dann ist ein Stereomikroskop notwendig. Dies ist in einer Vielzahl von Anwendungen der Fall – ob in der Mikroelektronik, um die genaue Positionierung von Komponenten zu prüfen, oder in der Biologie und Medizin, um die Eigenschaften von Modellorganismen und Geweben zu untersuchen.

Zwei digitale Augen, ein digitales Gedächtnis
Das Prinzip des TYTEC-Systems ist es, ein Stereomikroskop mit zwei hochauflösenden Digitalkameras auszustatten, die das linke und das rechte Auge eines Menschen simulieren. Eine speziell entwickelte Software wandelt die beiden Signale um, um daraus ein stereoskopisches Bild auf ein 3D-Display in Echtzeit zu übertragen. Für dieses neuartige Bildverarbeitungsverfahren wurde ein entsprechender Patentantrag bereits eingereicht. Mithilfe von speziellen Brillen können mehrere Personen das Bild aus dem Mikroskop dreidimensional betrachten, als würden sie alle gleichzeitig ins Mikroskop schauen. So können Besprechungen oder Schulungen viel einfacher und natürlicher stattfinden.

Ein weiterer Vorteil der Kameraübertragung ist die Möglichkeit, die Bilddaten zu speichern, und zwar gleich in einem stereoskopischen Format. So können wichtige Beobachtungen so archiviert werden, dass sie auch Jahre später stereoskopisch dargestellt werden können. So, als würde man exakt dasselbe Präparat unter denselben Bedingungen im Mikroskop noch einmal betrachten. Ein entscheidender Vorteil zur Dokumentation der verschiedenen Etappen eines Forschungsprojekts, die dann miteinander verglichen werden können – ggf. mit Unterstützung weiterer Bildverarbeitungssoftware.

Systemaufbau
Der auf der Vision präsentierte Prototyp besteht aus einem leistungsstarken hauptlinsigen Stereomikroskop vom Typ SteREO Discovery.V8 der Firma Carl Zeiss MicroImaging GmbH. An beiden Kameraadaptern des Stereomikroskops ist eine Prosilica GE1910 HD-Kamera von Allied Vision Technologies montiert. Dank ihrer Gigabit Ethernet-Schnittstelle übertragen die Kameras die Bilddaten über konventionelle Cat5 Netzwerkkabeln an einen Desktop-Computer. Dort verarbeitet die TYTEC-Software beide Streams zu einem einzigen, stereoskopischen Bild, der auf einem 3D-Monitor angezeigt werden kann.
Das Ergebnis ist ein brillantes, scharfes Bild mit sehr guter dreidimensionaler Wahrnehmung des Motives beim Betrachter. Die Position von Mikroelektronischen Komponenten auf einer Leiterplatte etwa kann am großen Bildschirm genau und bequem erkannt werden.

AVT Kameras überzeugen mit HD-Auflösung und flexible GigE Vision Software
Bei der Wahl der Kameras fiel die Entscheidung auf die Prosilica GE1910 von Allied Vision Technologies. „Bei einer solchen Mikroskopie-Anwendung geht es darum, eine möglichst hohe Bildqualität am Bildschirm zu erreichen, um möglichst dicht am mikroskopischen Bild, das man „Live“ im Mikroskop sieht, zu bleiben, und so die bestmögliche Detailtreue zu erreichen. Da das Herzstück des Systems die Umwandlungssoftware ist, war die Softwareanbindung der Kameras ebenfalls entscheidend“, erklärt Mario Türschmann.

Die AVT Prosilica GE1910 erfüllt beide Kriterien. Mit 1920 x 1080 Pixel entspricht ihre Auflösung dem aktuell höchsten Qualitätsstandard für Displays (Full HD 1080p) und liefert somit gestochen scharfe Bilder. Der Demonstrator auf der Vision sieht Farbkameras vor, eine Monochromversion ist aber auch erhältlich.
Auch die Software-Anbindung gestaltete sich optimal. Das GigE Vision Software Development Kit von Allied Vision Technologies erfüllt alle notwenigen Kriterien für ein „rapid Prototyping“. „Kein GigE Vision Kamerahersteller am Markt bot ein so durchdachtes und flexibles Softwarepaket“, lobt Mario Türschmann. „Sowohl die Verfügbarkeit für mehrere Betriebssysteme als auch die einzigartige Qualität und Stabilität des Zusammenwirkens von SDK und Treiber machten die Entwicklung der TYTEC – Software zu einem extrem effizienten Vorgang“.

Die TYTEC Lösung befindet sich kurz vor der Markteinführung. Sie könnte entweder als Gesamtpaket von Mikroskopherstellern angeboten oder separat als Zubehör unter den Anwendern von Stereomikroskopen direkt vertrieben werden.

Sie bietet Prüf- und Forschungslabors die Möglichkeit, Mikroskopbilder in Echtzeit dreidimensional am Bildschirm zu betrachten und diese auch so zu archivieren. Ein weiterer Schritt wäre der Einsatz einer Bildverarbeitungsanwendung, die z. B. die erfassten 3D-Bilder automatisch analysiert bzw. vergleicht – etwa um Veränderungen in einem biologischen Präparat zu dokumentieren.