山東農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院 山東泰安 271018

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是農(nóng)業(yè)高校昆蟲(chóng)學(xué)相關(guān)課程教學(xué)的重要組成部分，是理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)活動(dòng)，在培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)知、學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)、分析解決生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題中起著重要的作用；在植物保護(hù)學(xué)有關(guān)專業(yè)如植物保護(hù)、植物檢疫、制藥工程等，昆蟲(chóng)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是作為獨(dú)立的一門(mén)課程?，F(xiàn)代課堂授課形式一定程度上由板書(shū)被多媒體取代，實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中圖片已經(jīng)成為重要的教學(xué)材料。顯微攝影技術(shù)在昆蟲(chóng)學(xué)形態(tài)觀察、分類(lèi)、生理系統(tǒng)等方面應(yīng)用廣泛，高質(zhì)量的顯微攝影圖片能讓學(xué)生更直觀地觀察實(shí)驗(yàn)對(duì)象，掌握專業(yè)知識(shí)。隨著數(shù)碼顯微攝影技術(shù)的發(fā)展，高科技產(chǎn)品及前沿技術(shù)相繼應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量和現(xiàn)代化程度不斷提高[1]。本文從幾方面介紹超景深顯微攝影系統(tǒng)的特點(diǎn)及在拍攝昆蟲(chóng)圖片上的常用功能。

1 超景深顯微攝影的優(yōu)勢(shì)

超景深顯微攝影技術(shù)廣泛應(yīng)用于觀察微生物，半導(dǎo)體的質(zhì)量監(jiān)控，還擴(kuò)展到電子、化工和制藥行業(yè)上。超景深三維顯微鏡可以集體視顯微鏡、工具顯微鏡和金相顯微鏡于一體，其應(yīng)用領(lǐng)域可以拓展到光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡之間。它具有獨(dú)特的環(huán)形照明技術(shù)，并配有斜照明、透射光和偏振光，能滿足一般的金相照片拍攝、宏觀的立體拍攝，還可以拍攝動(dòng)態(tài)的顯微錄像。目前常用的顯微鏡是由目鏡和物鏡組成的，兩個(gè)透鏡的組合產(chǎn)生了一個(gè)物體被放大的虛像。超景深顯微系統(tǒng)同樣使用光學(xué)透鏡，物體直接通過(guò)目鏡觀察，通過(guò)數(shù)個(gè)基本無(wú)像差的高性能透鏡的組合，可以更清楚地觀察微小的物體。像素平移方式能夠提供超高分辨率的圖像，并具備優(yōu)良的色彩再現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了鏡頭體積小巧且畫(huà)質(zhì)超高精細(xì)的觀察(最高5 400萬(wàn)像素)。超景深顯微鏡的放大倍率可以從較低的0倍達(dá)到較高的5000倍的范圍，可實(shí)現(xiàn)光學(xué)顯微系統(tǒng)的20倍以上的景深，即使是用顯微系統(tǒng)無(wú)法對(duì)準(zhǔn)焦點(diǎn)的凹凸的大目標(biāo)物也可正確地觀察，并拍攝出三維立體圖像[2]。

2 超景深顯微攝影系統(tǒng)的組成及管理維護(hù)

2.1 設(shè)備配置

硬件組成如圖1所示，以VHX-2000數(shù)碼顯微系統(tǒng)為例，主要包括：處理控制器、快捷控制板、相機(jī)、自動(dòng)平臺(tái)、纜線、鏡頭、底座、載物臺(tái)等。其中，載物平臺(tái)可以水平旋轉(zhuǎn)，鏡頭固定桿可以左右旋轉(zhuǎn)，以更方便地進(jìn)行觀察?？旖菘刂瓢迳霞闪顺Ｓ玫墓δ馨存I，操作起來(lái)更快捷。軟件系統(tǒng)所提供的功能包括：相機(jī)設(shè)定、三維合成、圖像編輯、數(shù)據(jù)測(cè)量等，功能齊全，操作便捷。

圖1 超景深顯微攝影系統(tǒng)(VHX-2000)

2.2 管理維護(hù)

超景深顯微系統(tǒng)屬于大型貴重精密儀器，日常使用和維護(hù)須嚴(yán)格按照精密儀器使用與管理原則，制訂切實(shí)可行的管理方案。首先，建立設(shè)備檔案，嚴(yán)格按照學(xué)校出臺(tái)的《貴重精密儀器設(shè)備管理辦法》制訂設(shè)備使用的各種規(guī)章制度、操作流程、注意事項(xiàng)等[3]。每次使用后，都要詳細(xì)記錄使用時(shí)間、使用人、拍攝內(nèi)容、設(shè)備運(yùn)行情況等。其次，由實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員專人管理。管理人必須經(jīng)過(guò)專業(yè)培訓(xùn)，學(xué)習(xí)儀器安裝、調(diào)試，掌握儀器性能特點(diǎn)、操作程序、常見(jiàn)故障及其相應(yīng)的解決措施，外來(lái)使用人須經(jīng)管理人培訓(xùn)后方可上機(jī)操作。存放儀器的房間要保持整潔，不能存放腐蝕性的化學(xué)試劑。儀器使用完畢要將載物臺(tái)和鏡頭擦拭干凈，并蓋上防塵罩。

3 昆蟲(chóng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中常用的主要功能

3.1 三維立體成像功能

觀察實(shí)體對(duì)象特別是在較高倍率下拍攝局部特征時(shí)，目標(biāo)部位具有不同高度或深度，有時(shí)候不能針對(duì)整體進(jìn)行對(duì)焦。三維立體成像功能通過(guò)從最低處向最高處依次對(duì)焦，并自動(dòng)將不同距離拍攝的畫(huà)像進(jìn)行合成，顯示清晰的整體圖像。如圖2所示，在相同放大倍率下拍攝玉米象頭部照片，圖2a在聚焦觸角時(shí)，能清楚地拍攝觸角周?chē)鷧^(qū)域，而其他部位顯示模糊；圖片2b使用三維合成拍攝，整個(gè)拍攝區(qū)域均能清晰顯示。

圖2 普通拍攝a與三維合成拍攝b對(duì)比示例

3.2 圖像測(cè)量功能

普通顯微測(cè)量進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)需要針對(duì)不同物鏡進(jìn)行校準(zhǔn)[4]，超景深顯微系統(tǒng)因采用了具有特定功能的鏡頭，對(duì)圖片進(jìn)行測(cè)量時(shí)不需要再進(jìn)行額外的校準(zhǔn)，使用起來(lái)更便捷。數(shù)據(jù)測(cè)量功能包括測(cè)量長(zhǎng)度、角度、面積等(如圖3所示)。

圖3 超景深顯微系統(tǒng)圖像測(cè)量功能示例

3.3 圖像連接功能

受顯示屏幕大小的限制，一般顯微攝影只能拍攝屏幕顯示范圍內(nèi)的圖像，難以獲得高倍率的整體圖像，而運(yùn)用超景深顯微系統(tǒng)的圖像連接功能可以獲得高倍率放大條件下的整體圖像。如圖4所示，在高倍率拍攝時(shí)，目標(biāo)對(duì)象超出屏幕顯示的范圍，則把要拍攝的目標(biāo)分為幾個(gè)區(qū)域，通過(guò)移動(dòng)載物平臺(tái)，分別對(duì)不用區(qū)域進(jìn)行三維合成攝影，最后經(jīng)過(guò)合成組成一個(gè)完整的高倍率放大條件下的立體圖像。

圖4 超景深顯微系統(tǒng)圖像連接示例

3.4 圖像改善功能

超景深顯微系統(tǒng)圖像處理軟件提供了豐富的圖像改善功能，可以通過(guò)不同的效果設(shè)定使拍攝的圖像更清晰。如圖5所示，可以按照9種不同效果設(shè)定對(duì)圖像進(jìn)行分割顯示(如圖5a所示)，從中選擇最佳的圖像設(shè)定。實(shí)際應(yīng)用中，常用到的功能是去除光暈和用高灰度級(jí)進(jìn)行觀察。拍攝過(guò)程中，光照強(qiáng)度適中的情況下，如果拍攝對(duì)象表面產(chǎn)生反光，就要用到去除光暈即除去反光功能。圖5b是常規(guī)拍攝的立體圖像，圖5c則是在圖5b的基礎(chǔ)上利用除去反光功能拍攝出來(lái)的，可以看到蟲(chóng)體及周?chē)尘安糠址垂饷黠@減弱；圖5d則是利用的高灰度級(jí)功能拍攝出來(lái)的，可以看出整幅圖片色彩更均勻，使目標(biāo)對(duì)象更突出，對(duì)發(fā)生反光的區(qū)域拍攝的更清晰真實(shí)。

圖5 超景深顯微系統(tǒng)圖像改善功能示例

4 結(jié)語(yǔ)

在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，利用較大倍率如800～1 000倍拍攝三維立體圖片時(shí)，除去光學(xué)鏡頭本身極限放大倍率的影響，鏡頭在逐層掃描過(guò)程中引起的震動(dòng)、室內(nèi)微風(fēng)或是拍攝參數(shù)設(shè)定的原因，都可能使圖像出現(xiàn)模糊虛化，因此還需進(jìn)一步探索高倍率條件下的拍攝技巧。

隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步， 數(shù)碼顯微攝影技術(shù)及計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)在工業(yè)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。掌握一定的數(shù)碼顯微攝影技術(shù)，獲得清晰的教學(xué)圖片并進(jìn)行相應(yīng)的分析，不僅可以豐富實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)效率，而且使學(xué)生看到的標(biāo)本更直觀，較傳統(tǒng)的掛圖、圖譜、幻燈等輔助教學(xué)手段具有不可替代的優(yōu)點(diǎn)。超景深顯微系統(tǒng)屬于大型貴重精密儀器，購(gòu)置費(fèi)用較高，需專人維護(hù)操作；通過(guò)提高實(shí)驗(yàn)專業(yè)技術(shù)人員業(yè)務(wù)水平，使其在科研、畢業(yè)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)上提高利用效率。同時(shí)，為充分發(fā)揮貴重儀器設(shè)備在教學(xué)科研等方面的作用，應(yīng)以科學(xué)管理模式，構(gòu)建開(kāi)放共享平臺(tái)，使貴重儀器設(shè)備在高素質(zhì)人才培養(yǎng)中發(fā)揮更大作用[5]。

聲明：本文所提到的超景深顯微系統(tǒng)型號(hào)及軟件系統(tǒng)，僅當(dāng)作探討顯微攝像技術(shù)應(yīng)用的實(shí)例，不用做產(chǎn)品推廣和其他商業(yè)用途。

[1] 嚴(yán)勇,趙前程,李躍偉.數(shù)碼顯微攝影及其在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].信陽(yáng)農(nóng)業(yè)高等專科學(xué)校學(xué)報(bào),2004,14(1):85-86.

[2] 超景深顯微鏡系統(tǒng)的工作原理[EB/OL]. http://www.gzspecial. com/qyxw/250.html.

[3] 盧秀霞.提升高校貴重精密儀器的使用效益與管理水平[J].中國(guó)高?？萍?2013,10(6):28-30.

[4] 張衛(wèi)光,楊廣玲,趙春青.實(shí)驗(yàn)教學(xué)中植物病原微生物顯微攝影技術(shù)的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù),2013,11(6):27-29.

[5] 尚宏利,李慈,徐云.高校大型貴重精密儀器管理模式及運(yùn)行機(jī)制的探索與研究[J].廣東化工,2013,40(15):189-190.