Primi passi nel multifocus processing

microscopia binoculare e tecniche di fotografia e ripresa.
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Roberto Bracco
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Primi passi nel multifocus processing

Messaggio da Roberto Bracco » sab 11 mar, 2006 15:54

Ciao a tutti,
avevo intenzione di imbastire prima o poi su queste pagine un discorso ad ampio spettro su metodi e tecniche per fotografare i microminerali ma, visto l'esordio dell'enciclopedia di Fabio, mi sembra inutile fare un doppione, magari corredato dei miei errori. Chapeau Fabio!
Mi limiterò quindi a condividere con gli AMIci qualche notizia sul mio primo impatto da praticone con la fotografia digitale, dopo un quarto di secolo di pellicola e con l'avvento dell'elaborazione multifocale che mi ha spinto a prendere questa strada. Per comodità suddividerò il discorso in tre messaggi.

INTRODUZIONE

Tutti sappiamo che quando si va nel fine si sbatte nel dilemma ingrandimento / profondità di campo: se metto a fuoco un soggetto a una certa distanza significa che ne creo un'immagine nitida sul piano focale, dove - pellicola o CCD che sia - ho messo il sensore d'immagine. Ciò che si trova subito davanti o dietro il soggetto a fuoco andrà a creare un'immagine nei pressi del piano focale ed entro certi limiti di tolleranza potrò far finta che sia ancora a fuoco.

L'ampiezza di questo far finta è la profondità di fuoco e dipende da due fattori essenziali:
- il rapporto focale dell'obiettivo o diaframma: più "chiudo", meno sfuoco spostandomi, più ampia è la profondità;
- il limite risolutivo del sensore: sfuocature più piccole di un pixel non vengono rilevate (per la pellicola il "pixel" vale qualche decina di micron, per il digitale di solito è molto più piccolo).
La profondità di fuoco riportata al soggetto si chiama profondità di campo e si ottiene dividendo la profondità di fuoco per l'ingrandimento: più forte è l'ingrandimento più difficile sarà avere piani diversi con qualità accettabile.
Il dramma sta tutto qui.

La soluzione? Chiudere il diaframma, tanto il soggetto sta fermo... Ma abbiamo fatto i conti senza l'oste, anzi senza le onde, piccole ma non troppo, di cui è fatta la luce. Se esagero a chiudere la diffrazione diventa l'effetto dominante e tutta l'immagine si degrada: il diametro efficace dell'obiettivo è così piccolo che sto fotografando attraverso un foro di spillo.

A questo punto viene a salvarci l'elaborazione multifocale o multifocus processing. Il principio è semplice: riprendo il soggetto una decina di volte a distanze diverse, spostandomi ogni volta di poco (un po' meno della profondità di campo), e di ogni immagine seleziono le sole parti a fuoco, cioè quelle che hanno lo spettro di Fourier più bello (don't panic, c'è una macchina per farlo). Quando ho raccolto "il meglio di" lo cucio insieme, trasformo il partchwork risultante in un'immagine pulita, senza salti e giunture, et voila! Tutto a fuoco, perfetto, un pasto gratis come dicono oltreoceano. E il programma che fa il mestiere è freeware, che dico, open source!
L'argomento è caldo e ottimi risultati cominciano ad apparire in rete, anche su questo forum.

Tutto facile? Sì, in parte, basta partire col piede giusto.

(continua)

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Roberto Bracco
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Primi passi nel multifocus processing (2)

Messaggio da Roberto Bracco » sab 11 mar, 2006 16:00

COME ACQUISIRE I FOTOGRAMMI

Intanto ci vuole una macchina digitale. Certo, nessuno impedisce di fare un rullino di foto equispaziate, passarle allo scanner e ricavare un'unica superba immagine. Anzi, per esigenze particolari (mostre ecc.) può ancora essere la strada ma la vedo estremamente dispendiosa in temini di tempo e risorse; inoltre andare per tentativi diventa improponibile.

Per i primi approcci ho recuperato nell'usato una Coolpix 4300 (2272 x 1704 pixel) e l'ho raccordata al mio collaudato sistema macro che è un soffietto con 140mm di escursione montato su uno stativo da ingranditore. L'obiettivo che ho sempre usato - uno storico cine Angenieux 8-64/1.9 - con la nuova macchinetta dà ingrandimenti eccessivi così ho montato il Micro-Summar 42/4.5 che di solito sta sul microscopio visuale e ha una qualità eccelsa (sul forum è anche stato citato il Componon 50/4 da ingrandimento: qualità ottima, distanza di lavoro ottima, ma il Summar mi pare ancora un gradino sopra).

La fotocamera ovviamente non è reflex, quindi l'immagine del Summar non le arriva pronta ma deve essere afocalizzata tramite una lente di passaggio o relay lens. Io ci ho messo un oculare astronomico a tre lenti, tipo Kellner, da 27mm (circa 9x in gergo microscopistico), che costa poco e va benone. L'oculare si monta il più vicino possibile all'obiettivo della fotocamera, poi per catturare tutta l'immagine si metterà lo zoom al massimo. Il montaggio del tutto sul soffietto è il classico "tapullo" all'interno del quale torna molto utile il tubetto di raccordo per gli aggiuntivi (tutte le marche di compatte digitali lo forniscono) che impedisce catastrofici scontri durante lo zooming.
A questo punto si può scegliere l'ingrandimento variando il soffietto, illuminare il campione (la fonte luminosa è un normale faretto alogeno da 20W) e inquadrarlo... ah già, l'immagine con la relay lens diventa rovesciata come nei microscopi tradizionali. Poco male, ci si fa l'abitudine subito, credetemi!

Siamo quasi pronti per acquisire le immagini. E' fondamentale che siano tutte uguali per esposizione e dimensioni, quindi:
1. Impostare l'esposizione in manuale e mantenerla fissa.
2. Disattivare l'autofocus, per esempio bloccandolo sull'infinito, poi si metterà a fuoco sul display.
3. Scattare col flessibile per evitare vibrazioni e soprattuto spostamenti tra un'immagine e l'altra.
Naturalmente le compatte hanno tutte quello stupido pulsante di scatto quindi il flessibile non esiste, ma niente paura! Nella mia filosofia low-cost c'è posto anche per il flessibile dei poveri, splendidamente ricavato con un flessibile vero, un dado che accetti la sua filettatura, una lamina di plastica e una staffa di alluminio piegato. Lo so che ci sono i telecomandi e le interfacce per pilotare da pc ma i primi costano e i secondi non erano praticabili per la mia logistica casalinga.

E adesso, messo a fuoco, scelto il diaframma più giusto per avere profondità e definizione ottimali, cominciamo a scattare una sequenza di fotogrammi a diverse distanze.
Si può scegliere se muovere il campione o la parte ottica ma, visto che il primo pesa un nanogrammo e la seconda 86 tonnellate, opto per il primo, realizzando così l'ultimo accrocco: una vecchia messa a fuoco da microscopio su cui è avvitata in verticale una slitta micrometrica, altro recupero da laboratorio (credo facesse parte di uno spettroscopio) che consente spostamenti di 10 in 10 micron.
Non è obbligatorio avere spostamenti uniformi tra un fotogramma e l'altro ma è sicuramente raccomandabile. L'entità si può calcolare dalla profondità di campo ma io ho adottato un sistema molto semplice: mi sposto di quel tanto che basta a portare a fuoco tutte le aree del campione che mi interessano e divido questo intervallo in 10-15 parti. Passi da 0.03 a 0.1mm vanno bene con gli ingrandimenti più frequenti (campo inquadrato da 2 a 5mm).

Affinché le immagini siano tutte a registro bisogna curare che:
- L'apparato non si muova durante le operazioni;
- Il movimento micrometrico sia perfettamente allineato con l'asse ottico del sistema (nel mio caso verticale)
La variazione di scala dovuta alla variazione di distanza è invece completamente trascurabile, visto che il programma come vedremo è in grado di correggere disallineamenti anche abbastanza forti.

(continua)
Allegati
photosetup3.jpg
La slitta micrometrica verticale
photosetup2.jpg
Il flessibile dei poveri
photosetup1.jpg
Il setup fotografico (la fotocamera analogica è per figura)

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Roberto Bracco
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Primi passi nel multifocus processing (fine)

Messaggio da Roberto Bracco » sab 11 mar, 2006 16:03

GIOCHIAMO CON CombineZ5

Il programma CombineZ 5 è liberamente disponibile in rete, unitamente al manuale (a pezzi) e a un paio di librerie Windows per la trasformata di Fourier e l'adattamento al sistema operativo.
Il funzionamento può apparire complesso ma in realtà, se le immagini originali sono in ordine, non c'è da fare altro che dargliele in pasto e lanciare la procedura standard.

In sostanza: si radunano le immagini in un'unica cartella, si controlla che i nomi siano in sequenza corrispondente all'ordine di acquisizione (i nomi dati in automatico dalla fotocamera vanno quasi sempre bene) e si convertono in formato bitmap. Si lancia CombineZ e si dà il comando file -> new, che permette di caricare tutte le immagini.
Una volta scartate eventuali immagini difettose o problematiche, si lancia la sequenza standard (macro -> do stack) e si aspetta qualche minuto per il risultato finale. Notiamo che nella prima fase il programma riequilibra la scala delle immagini e le mette a registro. I casi peggiori che ho visto finora -differenze di scala anche del 7% e fuori registro di 20 pixel - sono stati compensati automaticamente senza problemi. Le variazioni di scala non dovevano esserci, ma lavorando con una compatta - almeno nel mio caso - non si riesce mai a rendere completamente manuale il funzionamento e la macchinetta a ogni scatto "aggiusta" qualcosa anche non richiesta.

Dopo l'allineamento delle immagini il programma entra nel vivo e seleziona, in base allo spettro di Fourier di ognuna, le parti migliori con cui assemblare il risultato finale. Alla fine di tutto non resta che salvare il risultato e confrontarlo con i singoli fotogrammi.
Per quanto poco mi è costata l'elaborazione non esito a definire i risultati stupefacenti e a parlare di nuovi orizzonti della fotografia. Certo il lavoro per ottenere un'immagine finita è notevole, si parla di 4-5 foto a serata e non certo del buon vecchio rullino da 36, ma direi che ne vale ampiamente la pena.

Si potrà obiettare che questo trattamento è artificioso e crea un'immagine che non esiste. Ma guardiamo bene le immagini e rammentiamo che il nostro occhio, anzi il nostro sistema visivo, è ben più complesso di una fotocamera e fa proprio questo mestiere. Grazie ai continui spostamenti e aggiustamenti che tutti facciamo anche inconsciamente al microscopio, il nostro cervello ricostruisce un'impressione tridimensionale sicuramente più vicina all'elaborazione che non al singolo fotogramma. Ecco perché quando guardiamo un meraviglioso coloratissimo microcristallo e poi lo fotografiamo restiamo quasi sempre delusi!

Aspetto i commenti e risultati degli esperimenti degli AMIci, soprattutto di quelli che si prenderanno la briga di entrare nei meandri di CombineZ...

Roberto
Allegati
goethite.jpg
Goethite xx su quarzo, Serabit-el-Khadim (Egitto), campo 3mm, fotogramma singolo e stack di 11 foto spaziate di 0.1mm.
calderonite.jpg
Calderonite su cechite, Isallo (SV), campo 3mm, fotogramma singolo e stack di 16 foto spaziate di 0.1mm.

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Messaggio da Marco E. Ciriotti » sab 11 mar, 2006 16:48

Chapeau Roberto! Excellent work!

Fulvio,
con l'accordo degli autori, queste pagine sulle tecniche fotografiche (con eventuali scaturenti integrazioni) potrebbero essere inerite in apposita sottosezione ("Fotografare microminerali" o altro appropriato titolo) di http://dbami.amiminerals.org/

Pregherei gli interessati di dare il loro OK al riguardo.
Marco E. Ciriotti

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Messaggio da Jean-Marc Johannet » sab 11 mar, 2006 17:27

Roberto!

Very good job!
I have to do the same in french for the AFM website since our last annual meeting near Lyon where I made a demonstration on combine Z5 possibilities.

For those who want to try my special macro, attachment is my macro set.
Macro 'Do my stack' give me a very better result that standard macro.
Before using it you have to modify extension to '.czm' and load it by menu 'Macro' option 'Load macro set'

Ciao,

JM
Allegati
JMJmac.doc
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Messaggio da Marco E. Ciriotti » sab 11 mar, 2006 18:04

Many thanks Jean-Marc.
Ciao.
Marco E. Ciriotti

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Messaggio da Roberto Bracco » sab 11 mar, 2006 19:19

Merci Jean-Marc,
I'll try your macro right away!

Marco: OK per pubblicare altrove le mie note. Naturalmente sono ancora agli albori (la prima immagine l'ho prodotta meno di una settimana fa) quindi ci sarà ampio spazio per esempi ulteriori.

Roberto

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Messaggio da TOSATO FABIO » sab 11 mar, 2006 20:43

Finalmente vi siete fatti vivi!
Proviamo ad organizzarci.
Farò un documento 2 in cui illustro gli accessori base per i sistemi fotografici di base analogici e digitali con i pro e contro e quello che offre il mercato attuale.
Il lavoro che voi avete fatto può fare parte di vari capitoli che affrontano proprio il tema specifico della micro fotografia.
Ho chiesto l'autorizzazione ad un sito di micro di utilizzare alcuni stralci delle loro pagine per illustrrare l'ABC della micro.
Se non arriva l'autorizzazione in tempi brevi, me lo costruisco da solo l'ABC.
quindi secondo me se espandete i vistri testi possiamo proprio fare un bel "libro" diviso a capitoli aggiornabili man mano a disposizone di tutti.
Quello che speravo si è avverato: siete grandi, basta buttare un seme e nasce un baobab.
Fabio

non so se quello che ha scritto possa avere la dignità e lo spessore tale da essere inserito in qualcosa di più vasto, ovviamente è a disposizione di tutti. fate vobis.

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Messaggio da Roberto Bracco » sab 11 mar, 2006 22:37

Non so chi sia il superesperto... non certo io che fino al mese scorso non sapevo nemmeno che queta roba esistesse!
Il programma così com'è credo sia per Windows e forse per Linux, potresti chiedere ulteriori dettagli all'autore Alan Hadley:

alan@micropics.org.uk

Photoshop è una bella galassia, qualcuno che ci ha provato esisterà senz'altro ma finora non mi è capitato niente sott'occhio.
Roberto

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Formato documenti

Messaggio da Fulvio Malfatto » dom 12 mar, 2006 20:31

Un consiglio a tutti i "redattori": probabilmente molti di questi documenti che meritoriamente state elaborando andranno a finire in un'area del sito nuovo, vi chiedo quindi di tenere in testa alcune regolette che ci renderanno più facile gestirli.
1) Nome del file: non usate spazi e caratteri speciali, e tenete il nome il più corto possibile. Non serve un nome "parlante". (vedi seguito)
2) Abstract: preparate per ogni file una descrizione lunga al massimo qualche decina di caratteri da cui si possa avere una idea generale del contenuto.
3) Formato dei documenti: pdf, pdf, pdf!! Se non avete acrobat mandate a me l'originale ed io ve lo converto.
4) Dimensioni: se avete molto da dire, meglio spezzare il documento in diverse parti, ognuna delle quali sia la massimo 2/3 MB, segnalando nell'abstract "Parte x".
5) Categoria del documento: sto cercando di ipotizzare una struttura di archiviazione per categorie e qui il discorso si fa difficile. Meglio partire subito pensando a quale gerarchia può appartenere il proprio documento, magari guardando se ne esiste già qualcuna aperta o se invece occorre definire una categoria nuova. Qui mi attendo aiuto da voi...
Saluti.
Socio AMI Piemonte

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Messaggio da TOSATO FABIO » dom 12 mar, 2006 20:50

OK Fulvio cercherò di mandarti i documenti in word e poi tu li gestisci, però prima ci provo anch'io a riconvertirli in pdf.
Se vogliamo costruire una enciclopedia della fotografia può essere utile ordinare i documenti come capitoli (cartelle?) di un libro in cui uno poi va a ricercare quello che gli serve e rimane un libro in cui tutti possono inserire qualcosa.
Non so come si può fare se un AMIco vuole espandere, per esempio, il discorso sul combineZ dove c'è un testo già scritto. Fabio

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Messaggio da Marco Barsanti » lun 13 mar, 2006 11:47

Ciao, a volte interessasse ad altri utenti, ho trovato questo parente di Combine Z, che è presente sia per Mac Os X sia per Windows...

Macintosh

http://www.soft3k.com/Helicon-Focus-Mac-p10115.htm

Window

http://www.1000apps.com/software/softwa ... -6195.html

Ciao.

Marco B

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Messaggio da Massimo Russo » mar 14 mar, 2006 11:32

Ciao Roberto, ho provato ad usare anche io combine Z5 però dopo aver dato il comando macro -> do stack e visti i risultati dell'elaborazione non sono riuscito ad andare avanti. Cosa si deve fare per salvare l'immagine finale, visto che i comandi a disposizione mi danno una immagine strana come fosse in "negativo".

Massimo
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Messaggio da Roberto Bracco » mer 15 mar, 2006 10:41

Massimo,
per salvare dovrebbe bastare file -> save rectangle as (o save frame as). Ho avuto dei problemi solo con immagini di 2048 pixel di lato, altrimenti funzionava abbastanza bene.
Prova a mandarmi un messaggio privato così; puoi spedirmi un'immagine via e-mail.
Roberto

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Messaggio da Massimo Russo » gio 16 mar, 2006 10:17

Caro Roberto e AMIci ho avuto problemi con foto di 2272 pixel, sono passato a 1600 ed ho ottenuto buoni risultati. Quello che allego è una prima prova con una serie di 8 fotogrammi.

Massimo
Allegati
Halite con combine Z5.jpg
Halite - prima foto=fotogramma 2, seconda foto=combinazione di 8 fotogrammi
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