В 2020 году я опубликовал здесь статью, в которой описал свой советский растровый микроскоп МРЭМ-200 1987 года выпуска. Мне было приятно, что статья вызвала большой интерес и помогла мне познакомиться с людьми со схожими увлечениями.
За прошедшие годы микроскоп подвергся нескольким модернизациям, об одной из которых хочется рассказать. В 80-е годы изображения с мониторов микроскопа фиксировались для дальнейшего изучения и сохранения с помощью пленочного фотоаппарата. Для этого в комплекте с микроскопом шла специальная тубусная приставка, фиксирующаяся на мониторе. В третьем тысячелетии мне хотелось, конечно, уже иметь компьютерный захват картинки, как в современных растровых микроскопах. В начале я пошел по самому простому пути: стал использовать цифровой фотоаппарат Canon вместо пленочного фотоаппарата. Поскольку построение изображения в максимальном разрешении длится 41 секунду, мне пришлось перепрошить фотоаппарат на такую длительную выдержку. Работа с микроскопом сразу стала комфортней, но я понимал, что есть еще к чему стремиться.
В декабре 2022 года в Телеграмме я познакомился с еще одним владельцем микроскопа МРЭМ-200. В этой статье я буду, называть этого человека, по его просьбе, «Владелец МРЭМ-200 из Москвы, пожелавший остаться анонимным». Он решил проблему прямого компьютерного захвата, использовав видео с youtube (https://www.youtube.com/watch?v=ruuxn2u3yao) известного американского популяризатора науки Бена Краснова (Ben Krasnow). «Владелец МРЭМ-200 из Москвы, пожелавший остаться анонимным» творчески переработал информацию Бена Краснова, адаптировал софт под технические особенности своего микроскопа и любезно поделился со мной этим софтом. У меня появилась программа, которая замечательно строила и сохраняла изображение на экране компьютера синхронно с изображением на родных мониторах микроскопа. Между компьютером и микроскопом добавился отдельный модуль согласования, в котором помещался АЦП с выходом USB и операционные усилители с регулировкой коэффициента усиления:
![МРЭМ – 200: цифровизация советского электронного микроскопа МРЭМ – 200: цифровизация советского электронного микроскопа](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/666/3b8/7d9/6663b87d900f77bfae3b4b8b2a6b6824.jpg)
Фотография микроскопа в комплекте с ноутбуком и модулем согласования:
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/563/014/16e/56301416e0eae3568526f56bc51da292.jpg)
Однако данная программа не обладала всеми необходимыми мне функциями. Хотелось, чтобы при сохранении изображения в него еще добавлялись служебные данные и масштабный отрезок, пропорциональный выбранному увеличению. Эту проблему мне помог решить Boris с Телеграмма, которому удалось усовершенствовать программу построения картинки, расширив ее функцией добавления служебной информации. За объект подражания я предложил использовать ему изображения с растрового микроскопа Феном. В итоге удобство работы с микроскопом вышло на новый уровень, о котором я мечтал с 2019 года.
При всех плюсах внедренной технологии, к сожалению, качество получаемых изображении не дотягивало еще до качества картинок современных микроскопов. В частности был заметен легкий шум на изображении, который выглядел как микроскопическая пыль. Этот шум можно объяснить собственными шумами электронного пучка, сканирующего образец, шумом сцинтиллятора и шумом ФЭУ с усилителем. Анализ доступной информации подтолкнул к выводу, что во всех современных микроскопах изображение подвергается компьютерной обработке, снижающей шум различными способами. В современных микроскопах применяются также алгоритмы улучшения резкости краев объектов на изображении. Поэтому мною было принято решение добавить в программу функции очистки изображения от шумов и повышения резкости краев объектов.
На этом этапе я работал со студентом 2 курса нашего физико- технического факультета Азаматом Хамикоевым. Новые функции добавлялись постепенно, по мере возникновения необходимости и в соответствии с полетом фантазии. Все добавленные функции работают при построении изображения в режиме реального времени (не постобработка). В основу алгоритмов очистки изображения от шумов с помощью среднего арифметического и медианного фильтра, а также алгоритмов повышения четкости краев объектов были положены матрицы свертки 3х3.
Для данной статьи была специально сделана серия снимков одного образца с применением всех возможных доступных режимов обработки с целью сравнения снимков между собой. В качестве образца фотографировался DMD чип от видеопроектора (микрозеркальная матрица DLP технологии). Здесь представлено исходное изображение:
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/33a/024/4e4/33a0244e43a91f130c9ff8eee866695b.png)
Тот же образец, но с включенным режимом очистки от шума с помощью среднего арифметического матрицы 3х3 пикселя:
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/4d4/f37/068/4d4f3706806c60ac894134d80e30228a.png)
Тот же образец, но с включенным режимом очистки от шума с помощью медианного фильтра матрицы 3х3 пикселя. Медианная фильтрация идет в режиме реального времени. Для этого был реализован оригинальный алгоритм быстрого нахождения медианного значения из матрицы 3х3:
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/ed1/210/a5f/ed1210a5fd40b68636c968846c8b481c.png)
Программа позволяет одновременно использовать фильтры очистки от шума и повышения четкости краев объектов. Результат совместного действия среднего арифметического и повышения четкости краев:
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/58e/5a4/7b9/58e5a47b9be2abe3cca34207a15c2119.png)
Результат совместной работы медианного фильтра и повышения резкости:
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/620/b58/2d1/620b582d1ef4334bc7955f1fe377e7c7.png)
Родная аналоговая электроника МРЭМ-200 позволяла получать изображения в псевдообъеме с помощью так называемой Y-модуляции. Такой режим тоже был введен, но расширен возможностью изменения коэффициентов делителей для изменения амплитуды, причем в двух вариантах: построение из точек (строка с разрывами).
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/06a/92d/927/06a92d92738dfd9398f64a72fe9b359b.png)
и построение из отрезков (строка без разрывов).
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/739/fb9/ddc/739fb9ddc987b5115c164018c18aaa2d.png)
Далее в программу была добавлена функция преобразования черно-белого изображения в градациях яркости в цветное изображение, где черному соответствует синий цвет, а белому красный (с промежуточными цветами):
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/68a/ca9/c28/68aca9c28f9e37b16d23cc4ca6718998.png)
На следующем этапе работы были объединены цветность и Y-модуляция и получена цветная Y-модуляцию из точек:
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/d67/75e/73c/d6775e73c9595d3e1c89c4bb8cf07075.png)
и из отрезков:
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/cff/b55/bfe/cffb55bfec624e6c9b20db41d7f15072.png)
Для удобства работы в режимах с быстрой разверткой появилась функция цифрового увеличения.В результате введения всех перечисленных функций с включением их соответствующими кнопками появился целый ворох бумаг, на которых было отмечено, какая кнопка за что отвечает. И не всегда было понятно, что включено в данный момент. Кроме того некоторые функции не сочетались одновременно друг с другом. Логическим выходом из сложившейся ситуации стало дополнение программы экранным меню, вызываемым правой кнопкой мыши и управляемым левой кнопкой мыши. В меню включенные функции обозначаются изменением цвета соответствующих кнопок. Программа блокирует также одновременное включение несочетаемых между собой режимов, самостоятельно выключая ненужное. Окно работы программы в режиме цифрового увеличения и с вызванным меню:
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/44b/795/6f0/44b7956f0ec01ddcfbc0a0ba7840fc72.png)
Итак, в результате коллективного творчества функционал старого советского микроскопа поднялся на более высокий уровень. Предвосхищая вопросы внимательных читателей о назначении блока с кнопками, энкодером и двумя экранами под ноутбуком на первом фото, хочу сразу ответить, что это – цифровой блок управления магнитной оптикой колонны. С ним микроскоп последнее время и работает. Но об этом блоке речь пойдет в другой раз.
В качестве заключения хотелось бы показать фотографию из инструкции от растрового микроскопа МРЭМ – 100. Это старшая модель МРЭМ-200. Уже давно ищу такой микроскоп, но пока безуспешно. От всех выпущенных экземпляров до наших дней дошла только эта фотография…….
![МРЭМ - 100. Фото из инструкции к микроскопу МРЭМ - 100. Фото из инструкции к микроскопу](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/63b/86e/5b4/63b86e5b467bc5294241b0fd344a17fb.jpg)