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数码显微摄影及其在实验教学中的应用
发布时间：2017-09-01
实验教学是知识与能力、理论与实践相结合的教学活动,是高校教学工作的重要组成部分,在培养学生动手能力、创新能力、分析解决实际问题能力中起着举足轻重的作用[3]。而实验仪器设备及相关技术又是保证完成实验教学任务的必备条件。近年来,随着科学技术的高速发展,一些高科技产品及前沿技术相继应用于实验教学,使实验教学的质量和现代化程度不断提高。本文就数码显微摄影技术及其在实验教学中的应用作简要介绍。
1数码显微摄影
显微摄影是一门应用摄影技术,一般是指利用显微照相装置,把显微镜下观察到的图像拍摄下来,制作成照片;或将图像信息传输、记录于其它仪器设备,以供进一步研究和分析。在生物科学领域,显微摄影技术的应用越来越广泛。因为它不仅具有迅速而准确的特点,而且能记录到其它描述方法无法记录到的特殊现象。另外,数码显微摄影还可将所观察到的现象与实验结果利用计算机显微图像分析测量系统,做更深层次的分析和研究。
1.1银盐胶片显微摄影的缺陷
传统银盐胶片显微摄影的基本装置是感光胶片的光学照相机和显微镜,照相机是记录和控制调节影像的最基本、也是唯一的工具[2]。传统显微摄影的最终记录单元是通过化学方法印制成的普通显微照片。传统显微摄影技术的缺陷主要表现在:首先,它不具备实时性。传统显微摄影只有在冲洗出照片后,才能为研究与分析提供素材和服务。它无法做到观察显微图像与研究分析的同步进行。其次,记录结果(底片和者,由于照片制作时易受曝光时间、冲洗条件,以及对焦、校色、放大等各种材料和操作因素的影响,最终都可能造成照片质量的偏差,很难得到影像精度完全一致的批次照片。更重要的是此类照片由于缺乏后期分析测量系统的支持,对图像数据的深层次分析与研究作用极为有限。因此,随着现代电子和计算机技术的发展,尤其是数码技术在摄影领域的广泛应用,传统的胶片式显微摄影已逐渐被具有高科技含量的数码显微摄影所取代。
1.2数码显微摄影技术的优势
数码显微摄影技术的基本装置是数码相机、显微镜、计算机系统、电视机、输出打印机和图像分析软件包等。数码显微摄影之所以能够取代传统胶片显微摄影,主要基于数码显微摄影的几大技术优势:第一,数码摄影的成像原理是利用光电耦合器件,将镜头所形成的影像(甚至每个非常细小的局部)的光线亮度信号转化为计算机可以识别的、可以用数字进行描述的电子信号,最后通过计算机或其他专用设备,再把这些数字信号还原成光信号,使影像再现出来[1]。数码摄影所产生出来的实时影像或照片,由于采用了先进的数字技术,省略了传统显微摄影后期繁琐且极易受各种外在因素影响的暗房操作,因此它的影像精度远远高于传统的普通照片。第二,数码显微摄影系统可以通过USB电缆与计算机连接,或通过音频/视频电缆与电视机相连接。显微镜下所观察到的被研究对象的影像,无需制作成照片,就可通过计算机或电视机实时地展现出来,以供科研和实验分析。这种实时性和精确性是传统胶片显微摄影无法达到的。第三,数码显微摄影所生成的影像,作为数字信号可以存储于计算机、光盘或其它移动磁盘内,不仅易于保存,而且易于复制和检索。第四,由于数码显微摄影实现了与计算机的连接,所以它具备非常强大的图像编辑处理能力和图像分析测定能力。
2数码显微摄影技术在实验教学中的应用
数码显微摄影作为一门新兴的应用摄影技术,它可以广泛应用于科研、教学、实验、质检等诸多行业。在高校实验教学中,它特别适用于材料、生物、医学、微电子、农林、遗传、病理等专业实验教学。而计算机显微图像分析测量系统(软件),则是数码显微摄影应用于实验教学的强大技术后盾。
2.1计算机彩色显微图像分析测量系统
计算机显微图像分析测量系统是观察分析显微镜下的微观物体,并借助计算机多媒体,对目标物体的显微图像进行统计学和形态学准确定性定量分析的程序软件。在实验教学中,组织细胞形态学分析、种子形态分析、土壤矿物显微组织及晶粒度分析等,都可借助计算机显微图像分析系统进行。
目前,可用于图像处理的计算机软件非常之多,如Photoshop、Photolib、ACDSEE等,它们都具备十分强大的图像处理能力。但是,在实验教学中,由于各专业自身的特殊性,应该有针对地选择图像分析处理系统(软件)。例如,用于组织细胞形态学分析或种子形态分析的计算机显微图像分析系统,除了必须具备一般的图像处理能力之外,还应具备以下功能:¹图像捕捉功能;º多种测量参数功能;»颗粒目标的标识、测量、统计分析(颗粒分布区数、面积、百分比);¼图像组合比对功能;½强大的统计分析功能。
2.2数码显微摄影在实验教学中的具体应用
一般来说,凡是在显微条件下进行的实验,均可采用数码显微摄影技术进行实验教学。数码显微摄影在实验教学中的应用,具体体现在以下几个方面:(1)当实验材料为某些微小活体(如细菌、动、植物细胞等)时,依据胶片显微摄影制作出来的照片,只能对实验对象进行间隔式的阶段性分析;而运用数码显微摄影,就可得到实验对象的连续资料,进而实现对实验对象的不间断分析与研究。例如,在动植物细胞分裂、种子萌发等实验中,就可实现对目标物体活动的连续性察与实验分析。(2)许多实验都需要对实验材料的显微图像进行统计分析或形态学分析,继而得出实验结论。在以往的实验教学中,这类分析只能够依靠人工或计算器来完成,不仅费时费力,而且分析结果容易产生误差。数码显微摄影则是把图像输入计算机,并依靠各类显微图像分析软件进行自动分析和测定,分析结果快捷、精确。例如在遗传学植物染色体组型分析实验中,使用数码显微摄影技术,并运用Photolib软件进行分析处理,就能够迅速准确地绘制出染色体组型模式图,并得出染色体形态类型。(3)由于数码显微摄影装置具有实时性,实验中某些存疑的图像数据可以马上利用计算机网络与其他兄弟院校、科研单位实现远程协同研究与分析,不仅节约时间,而且可以充分共享科技资源。另外,实验中一些重要的原始资料和分析结果可以随时存于计算机,并利用计算机进行保存、复制、分类、检索等。
摘自：中国计量测控网
