Проект установки для анализа шлихов

Для оценки технических требований и возможных путей решения задачи автоматизированного анализа золотоносных песков был взят реальный шлиховой песок. Частички золота имитировались медной проволокой диаметром 100 мкм (МГТФ), расплющенной дополнительно молотком на наковальне. Потребовалась предварительная обработка пробы путём откатки для исключения крупноразмерной (более 1 мм) фракции. Поскольку заранее было сказано, что размерность знаков составляет около 0,1 мм, иначе эта задача была бы не решаема. Была собрана установка на базе микроскопа МБИ-3 с верхней диодной подсветкой оригинальной конструкции. Была проведена съемка стопок камерами Sony NEX 5 и Raspberri Pi с шагом 5 и 10 мкм. Были получены стереоснимки за счет сдвига предметного столика. Полученные снимки были обработаны в программе Imagej. Были проведены эксперименты со съемкой в поляризованном свете с параллельными поляризатором и анализатором в надежде получить больший контраст за счет меньшей деполяризации света, отраженного от металла. Была проведена экспериментальная оценка необходимой мощности шаговых двигателей для управления микроскопом.

Серия снимков Raspberri Pi с шагом съемки стопки 10 мкм:

Уменьшенная фотография сведенной стопки снимков. Обработка через Extended Depth of Field. Масштабная линейка в правом нижнем углу.

Уменьшенные снимки двух слоев, снятых через 100 мкм.

Карта глубин. Оттенок серого соответствует расстоянию от объектива. Чем светлее тем ближе. Получено в Extended Depth of Field.

Трехмерная модель с сохранением исходных цветов объектов. Получено в Extended Depth of Field.

Трехмерная модель, построенная по карте глубин. Рельеф в большей степени определяется изгибом проволоки, чем ее толщиной. Изменения глубины рельефа на 10 мкм надежно различаются. Трудность состоит в идентификации частицы золота среди песка.

Серия снимков Sony NEX 5 с шагом съемки стопки 5 мкм:

Карта глубин фрагмента снимка.

Стереопара и анаглиф с нее. Красный фильтр в очках перед левым глазом

Выводы

Если считать приведенную точность достаточной, то возможно построение системы на базе относительно дешевых микроскопов без верхней подсветки. Расстояние от объектива до объекта достаточно, чтобы использовать верхнюю подсветку, организованную группой светодиодов, расположенных вокруг объектива. Эксперименты с поляризацией показали, что эффект есть, однако не очень значительный и сопровождающийся потерей света и возможными бликами.

Для получения стопки может быть использован шаговый двигатель типа STP42d. Это позволит осуществлять снимок стопки за время от 10 до 30 с. Точная оценка требует дополнительных экспериментов. Система фокусировки на отдельном слое при таком разбросе глубин и маленькой глубине резкости представляется бессмысленной. Надо осуществлять сразу снимку стопки и ее объединение. Поле зрения одного кадра даже при приведенных увеличениях достаточно мало и требуется построение экспериментальной установки для выработки оптимального алгоритма. Возможные варианты - это поиск частицы перемещением предметного стекла и затем съемка стопки для анализа рельефа. Альтернативный вариант - съемка серии стопок, перекрывающих все предметное стекло, и их объединение в один панорамный кадр и в дальнейшем его анализ. Обработка больших панорамных кадров требует очень мощной машины и значительного времени. Алгоритм автоматического поиска частиц перемещением предметного стекла, вероятно, может быть реализован на более слабой машине, однако требует разработки и сейчас оценить время, которое будет затрачиваться на поиск всех частиц на стекле, оценить сложно.

Для экспериментальной установки предлагается следующая методика проведения измерений:

На край предметного стекла наносится риска. При начале измерений производится ручная фокусировка на эту риску и она принимается за базовою поверхность для дальнейших измерений. Далее вручную ищется частица на предметном стекле и производится автоматизированная съемка стопки. Стопка анализируется оператором в программе Imagej.