Raspberry Pi kamerabaserade Mikroskop med LEGO delar

Raspberry Pi kamerabaserade Mikroskop, byggt bara från LEGO delar.
Version: 11 oktober 2015

Introduktion och översikt

Jagn början jag bara hade idén att bygga en enkel och billig Mikroskop med en raspberry pi och en picam med en justerbar lins. När jag hade fått kameran och hade skissat den allmänna layouten för en prototyp av ett Mikroskop, insåg jag att använda lego delar kan vara ett enkelt, snabbt, effektivt och billigt sätt att testa konceptet och att optimera parametrar.

I den presenteras versionen är enheten ett reflekterat ljusmikroskop. Med en modifierad objektet (inte från Lego tegelstenar) med bakgrundsbelysning var det möjligt att omvandla det till ett överförda ljusmikroskop.

Den maximala upplösningen är cirka 5 µm/pixel på mer än 2500 x 1900 pixlar. Du kan ta bilder i jpg, png eller gif-format och högupplösta filmer i formatet h264.

Jag har intension att använda den grundläggande layouten av LEGO-räckvidd för att bygga en apparat som kan lätt monteras från plexiglas delar. Jag kommer just nu inte har mycket tid för detta projekt. Så försök att byggt din, och vänligen lämna din layout till gemenskapen.

Om det finns några tekniska förbättringar eller nya bilder, kommer att jag göra en uppdatering.
Så om du gillar hans projekt kan det vara värt att kolla för nyheter varannan vecka.

Det finns en tysk version av denna presentation.

Del av 5: e November 2015: Jag har nu en fungerande prototyp av jämförbara Mikroskop, som görs med hjälp av anpassade laserskurna Plexiglas delar. Det presenteras på Instructables också (). Ta en titt där om du är intresserad av. Utelämnar diskussionen med dina barn om tegelstenarna.

Material som används:
-en Raspberry Pi 2 körs på Raspian, med Python och Mathematica installerat.
-en LG bildskärm, ett tangentbord Logitech K400R.
-en WaveShare "modell B" Raspberry Pi kamera med en justerbar lins (fokusera längd: 6 mm); fyra M2 x 10 mm skruvar och åtta M2 nötter, används som distanser mellan kameran och en 4 x 4 LEGO platta.
-en bit av hyperthermoplastic plast att limma kamera/skruvarna till en LEGO platta. Varmlimma fast standard kommer att fungera lika bra.
-ett urval av LEGO delar jag hittade i min sons rum. Inget riktigt ovanligt, men några LEGO technics delar som tandat rack, kugghjul och worm gear är en del av konstruktionen.
-en desktopen lysdiodlampa med en svanhals för belysning.

Tekniska layout:
Mikroskopet består av en ram, som rymmer en rörliga objekt fack och en lös platta med kameran ansluten. Med enkla redskap (inte absolut nödvändigt, men praktiskt) objekt fack och kameran kan flyttas ortogonala mot varandra. Så kan du placera kameran ovanför den relevanta delen av ett objekt som placerades på facket utan att röra den.

Begränsningar:
-Mikroskopet har en upplösning på cirka 10-20 µm, dvs du kan ta en titt på myror, bananflugor, hår eller dammpartiklar, men du kommer inte att kunna se enstaka celler.

-I-fokus, skarpa området av bilderna är inte stora och oftast begränsad till en region i mitten.

-Bilden av ett vitt föremål blir gulaktig i centrum och violet ytterligare utanför. Detta beror förmodligen på en artefakt av linsen som kallas "kromatisk aberration".

-Hittills har kräver fokus för att Vrid objektivet manuellt. En gummi rullar runt linsen bostäder ger ett bra grepp, men
någon form av redskap skulle vara till hjälp att förenkla fokus, och slutligen möjligheten, i en senare version.

-Belysning skulle kunna optimeras, e.g. med en Adafruit LED cirkel eller bar och en Ardulino.

-Så långt implementeras ingen z-rörelse, gör det möjligt för att justera avståndet mellan föremål och kamera.

-Motoriserade justeringar och fjärrkontrollen skulle vara trevligt, e.g. med en Ardulino och några (LEGO?) steg motorer.

Alternativa kameror och objektiv:
Jag har använt linser av WaveShare "B" och "F" kameramodeller på en "B" kamera och kromatisk abberation sågs i båda fallen. För högupplösta bilder skulle jag rekommendera den "B"-versionen, men arbetar också "F"-versionen och den kommer med IR lampor. Låt mig veta om du hittar en bättre s-fäste för detta ändamål.

Kostnader:
-Raspberry Pi 2 med µSD kort och fall: ca 50€.
-WaveShare hallon kameramodell B (http://www.waveshare.com/catalogsearch/result/?q=camera+b): 22US$, eller ca 25 € i Europa. Jag fick mina från min lokala (Berlin) leverantör (Waveshare B på AVC-shop.de).
-Ett tangentbord och mus, bildskärm eller TV-skärmen: dessa detaljer beror på dig. Jag gillar mitt Logitech K400R tangentbord.
-LEGO: en stor Stödplatta, flera standard och några LEGO technics delar: kostnaden beror starkt på vad du redan har hemma. Om det behövs, finns det leverantörer där du kan beställa speciella delar individuellt.

Exempel bilder:
Vid steg 3 finns en mängd olika bilder och videor som tagits med enheten.

Programvara:
För att styra kameran och ta bilder använder jag ofta Pi Vision. Jag också använder och kan rekommendera ett python-skript som utvecklats av sixbacon/Bill Grainger (se https://www.raspberrypi.org/forums/viewtopic.php?... och en mycket trevlig Mathematica script utvecklats av "Bob kemisten" aka Prof. Robert LeSuer för hans "raspiscope" (se https://www.raspberrypi.org/forums/viewtopic.php?..., i original eller i något modifierad version.

Jag har ett visst program i åtanke, nämligen ELISpot analys, och herefore har utvecklat några Mathematica skript för att minska och isolera en cirkulär region av intresse, och för de kvantitativa och kvalitativa analyser av "spots" i denna ROIs. Jag planerar att lägga till optimerade versioner av skript på "steg 4" så snart som jag hittar dem tillräckligt bra för allmänheten.

Referenser:
Jag fick flera idéer från Bobs LEGO-baserade "raspiscope" koncept och André Maia Chagas' FLYPJag projektet. André har bygga mycket komplexa Raspi Mikroskop med belysning och temperatur kontroll och andra funktioner. Han använder samma WaveShare kamera jag sedan antas för mitt projekt. Om du vill se vad som är möjligt, ta gärna en titt på webbplatsen FLYPJag (https://hackaday.io/project/5059-flypi). Jag skulle vilja tacka André för hans stöd.

Anmärkningar:
-Tänk på att detta fortfarande är i arbete! Låt mig veta dina idéer till förbättringar.
-Jag är inte en infödd talare, så tips och rättelser är välkomna.

Jag vill tacka min son Elias för sitt stöd till detta projekt, med hans tegelstenar och idéer.