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數碼顯微攝影及其在實驗教學中的應用
發布時間：2017-09-01
實驗教學是知識與能力、理論與實踐相結合的教學活動,是高校教學工作的重要組成部分,在培養學生動手能力、創新能力、分析解決實際問題能力中起著舉足輕重的作用[3]。而實驗儀器設備及相關技術又是保證完成實驗教學任務的必備條件。近年來,隨著科學技術的高速發展,一些高科技產品及前沿技術相繼應用于實驗教學,使實驗教學的質量和現代化程度不斷提高。本文就數碼顯微攝影技術及其在實驗教學中的應用作簡要介紹。
1數碼顯微攝影
顯微攝影是一門應用攝影技術,一般是指利用顯微照相裝置,把顯微鏡下觀察到的圖像拍攝下來,制作成照片;或將圖像信息傳輸、記錄于其它儀器設備,以供進一步研究和分析。在生物科學領域,顯微攝影技術的應用越來越廣泛。因為它不僅具有迅速而準確的特點,而且能記錄到其它描述方法無法記錄到的特殊現象。另外,數碼顯微攝影還可將所觀察到的現象與實驗結果利用計算機顯微圖像分析測量系統,做更深層次的分析和研究。
1.1銀鹽膠片顯微攝影的缺陷
傳統銀鹽膠片顯微攝影的基本裝置是感光膠片的光學照相機和顯微鏡,照相機是記錄和控制調節影像的最基本、也是唯一的工具[2]。傳統顯微攝影的最終記錄單元是通過化學方法印制成的普通顯微照片。傳統顯微攝影技術的缺陷主要表現在:首先,它不具備實時性。傳統顯微攝影只有在沖洗出照片后,才能為研究與分析提供素材和服務。它無法做到觀察顯微圖像與研究分析的同步進行。其次,記錄結果(底片和者,由于照片制作時易受曝光時間、沖洗條件,以及對焦、校色、放大等各種材料和操作因素的影響,最終都可能造成照片質量的偏差,很難得到影像精度完全一致的批次照片。更重要的是此類照片由于缺乏后期分析測量系統的支持,對圖像數據的深層次分析與研究作用極為有限。因此,隨著現代電子和計算機技術的發展,尤其是數碼技術在攝影領域的廣泛應用,傳統的膠片式顯微攝影已逐漸被具有高科技含量的數碼顯微攝影所取代。
1.2數碼顯微攝影技術的優勢
數碼顯微攝影技術的基本裝置是數碼相機、顯微鏡、計算機系統、電視機、輸出打印機和圖像分析軟件包等。數碼顯微攝影之所以能夠取代傳統膠片顯微攝影,主要基于數碼顯微攝影的幾大技術優勢:第一,數碼攝影的成像原理是利用光電耦合器件,將鏡頭所形成的影像(甚至每個非常細小的局部)的光線亮度信號轉化為計算機可以識別的、可以用數字進行描述的電子信號,最后通過計算機或其他專用設備,再把這些數字信號還原成光信號,使影像再現出來[1]。數碼攝影所產生出來的實時影像或照片,由于采用了先進的數字技術,省略了傳統顯微攝影后期繁瑣且極易受各種外在因素影響的暗房操作,因此它的影像精度遠遠高于傳統的普通照片。第二,數碼顯微攝影系統可以通過USB電纜與計算機連接,或通過音頻/視頻電纜與電視機相連接。顯微鏡下所觀察到的被研究對象的影像,無需制作成照片,就可通過計算機或電視機實時地展現出來,以供科研和實驗分析。這種實時性和精確性是傳統膠片顯微攝影無法達到的。第三,數碼顯微攝影所生成的影像,作為數字信號可以存儲于計算機、光盤或其它移動磁盤內,不僅易于保存,而且易于復制和檢索。第四,由于數碼顯微攝影實現了與計算機的連接,所以它具備非常強大的圖像編輯處理能力和圖像分析測定能力。
2數碼顯微攝影技術在實驗教學中的應用
數碼顯微攝影作為一門新興的應用攝影技術,它可以廣泛應用于科研、教學、實驗、質檢等諸多行業。在高校實驗教學中,它特別適用于材料、生物、醫學、微電子、農林、遺傳、病理等專業實驗教學。而計算機顯微圖像分析測量系統(軟件),則是數碼顯微攝影應用于實驗教學的強大技術后盾。
2.1計算機彩色顯微圖像分析測量系統
計算機顯微圖像分析測量系統是觀察分析顯微鏡下的微觀物體,并借助計算機多媒體,對目標物體的顯微圖像進行統計學和形態學準確定性定量分析的程序軟件。在實驗教學中,組織細胞形態學分析、種子形態分析、土壤礦物顯微組織及晶粒度分析等,都可借助計算機顯微圖像分析系統進行。
目前,可用于圖像處理的計算機軟件非常之多,如Photoshop、Photolib、ACDSEE等,它們都具備十分強大的圖像處理能力。但是,在實驗教學中,由于各專業自身的特殊性,應該有針對地選擇圖像分析處理系統(軟件)。例如,用于組織細胞形態學分析或種子形態分析的計算機顯微圖像分析系統,除了必須具備一般的圖像處理能力之外,還應具備以下功能:1圖像捕捉功能;o多種測量參數功能;?顆粒目標的標識、測量、統計分析(顆粒分布區數、面積、百分比);?圖像組合比對功能;?強大的統計分析功能。
2.2數碼顯微攝影在實驗教學中的具體應用
一般來說,凡是在顯微條件下進行的實驗,均可采用數碼顯微攝影技術進行實驗教學。數碼顯微攝影在實驗教學中的應用,具體體現在以下幾個方面:(1)當實驗材料為某些微小活體(如細菌、動、植物細胞等)時,依據膠片顯微攝影制作出來的照片,只能對實驗對象進行間隔式的階段性分析;而運用數碼顯微攝影,就可得到實驗對象的連續資料,進而實現對實驗對象的不間斷分析與研究。例如,在動植物細胞分裂、種子萌發等實驗中,就可實現對目標物體活動的連續性察與實驗分析。(2)許多實驗都需要對實驗材料的顯微圖像進行統計分析或形態學分析,繼而得出實驗結論。在以往的實驗教學中,這類分析只能夠依靠人工或計算器來完成,不僅費時費力,而且分析結果容易產生誤差。數碼顯微攝影則是把圖像輸入計算機,并依靠各類顯微圖像分析軟件進行自動分析和測定,分析結果快捷、精確。例如在遺傳學植物染色體組型分析實驗中,使用數碼顯微攝影技術,并運用Photolib軟件進行分析處理,就能夠迅速準確地繪制出染色體組型模式圖,并得出染色體形態類型。(3)由于數碼顯微攝影裝置具有實時性,實驗中某些存疑的圖像數據可以馬上利用計算機網絡與其他兄弟院校、科研單位實現遠程協同研究與分析,不僅節約時間,而且可以充分共享科技資源。另外,實驗中一些重要的原始資料和分析結果可以隨時存于計算機,并利用計算機進行保存、復制、分類、檢索等。
摘自：中國計量測控網
