Fotosysteme für die Hochdurchsatzfotografie von Insekten
Besonders bei kleinen Objekten und der mit hohen Abbildungsmaßstäben verbundenen geringen Schärfentiefe lassen sich durchgehend scharfe Aufnahmen nur mit weit geschlossener Blende oder durch Stacking erzeugen, wobei letztere Methode eine deutlich besser Bildqualität liefert.
Beim Stacking werden mehrere Bilder pro Objekt erstellt und diese dann zu einem tiefenscharfen Gesamtbild verrechnet. Das ist im Vergleich zu Einzelaufnahmen mit einem deutlich höheren Zeitaufwand verbunden und eignet sich nur bedingt zur Hochdurchsatz-Fotografie, bei der sowohl Geschwindigkeit als auch Bildqualität eine Rolle spielen.
Zur effizienten und zeitsparenden Erstellung tiefenscharfer Aufnahmen wurde in der Sektion Hymenoptera der ZSM ein Fotosystem entwickelt, mit dem sich tiefenscharfe Bilder mit 100 oder mehr Einzelbildern in weniger als 30 Sekunden von der Aufnahme bis zum fertigen, tiefenscharfen Bild erstellen lassen. Einsatzbereiche des Systems sind die routinemäßige Fotografie von DNA-Barcoding-Belegexemplaren sowie die Typenfotografie.
Makrofotografie mit der Olympus OM-D E-M1 Mark II
Die Olympus OM-D E-M1 Mark II besitzt einen 20 Megapixel-Sensor im Micro-Four-Thirds-Format, d.h. mit einer Größe von 17,4 x 13 mm. Das verwendete Olympus M.Zuiko Digital ED 60mm F2.8 Macro-Objektiv erlaubt einen Abbildungsmaßstab von bis zu 1:1, d.h. Objekte mit einer Länge von 17,4 mm werden formatfüllend aufgenommen.
Für stärkere Vergrößerungen wird eine Vorsatzlinse vom Typ Raynox DCR-250 verwendet, wobei sich zwei dieser Vorsatzlinsen stacken lassen, um Abbildungsmaßstäbe bis 2,1:1 zu erreichen. Für noch höhere Vergrößerungen wird ein Panasonic Lumix G X VARIO PZ 45-175mm F4.0-5.6 Asph eingesetzt, an dem mittels eines Adapters ein auf unendlich korrigiertes Objektiv mit großem Arbeitsabstand von Mitutoyo angebracht ist. Mit der Kombination von Tubuslinse und Mitutoyo Plan Apo 5X-Mikroskopobjektiv lassen sich damit Vergrößerungen bis 3,88-fach erzielen. Noch größere Abbildungsmaßstäbe von bis zu 8,75:1 lassen sich mit dem Mitutoyo 10X Plan Apo erreichen.
Kamera-Objektivkombinationen mit Vorsatzlinsen und Mikroskopobjektiven.
| Objektiv | Brennweite (mm) | Vorsatzoptik | Arbeitsabstand (mm) | Vergrößerung max. | Bildfeld quer (mm) |
|---|---|---|---|---|---|
| M.Zuiko Digital ED 60mm F2.8 Macro | 60 | Ohne | 190 | 1,0X | 17,4 |
| M.Zuiko Digital ED 60mm F2.8 Macro | 60 | Raynox DCR-250 | 39 | 1,6X | 10,9 |
| M.Zuiko Digital ED 60mm F2.8 Macro | 60 | 2 Raynox DCR-250 gestackt | 17 | 2,1X | 8,3 |
| Panasonic Lumix G X VARIO PZ 45-175mm F4.0-5.6 Asph. | 45-175 | Raynox DCR-250 | 117 | 0.4-1,4X | 44-12 |
| Panasonic Lumix G X VARIO PZ 45-175mm F4.0-5.6 Asph. | 130-175* | Mitutoyo 5x Plan Apo | 34 | 3,25-3,88X | 5,4-4,4 |
| Panasonic Lumix G X VARIO PZ 45-175mm F4.0-5.6 Asph. | 130-175* | Mitutoyo 5x Plan Apo | 34 | 6,50-8,75X | 2,7-2,0 |
*Brennweiten unter 130mm führen zu Vignettierungen
Die integrierte Stackingfunktion der Olympus OM-D E-M1 Mark II
Die Olympus OM-D E-M1 Mark II bietet eine eingebauten Stackingfunktion, bei der bis zu 15 in Serie aufgenommene Bilder kameraintern zu einem Gesamtbild verrechnet werden. Die folgenden Aufnahmen von DNA-Belegexemplaren von Schlupfwespen (Ichneumonidae) wurden bei Blende 5,6 mit der internen Stackingfunktion und einer Schrittweite von 5 aufgenommen.
Stacking-Fotografie mit Helicon Focus
Die Verwendung von Programmen zur Erstellung tiefenscharfer Bilder wie z.B. Helicon Focus von HeliconSoft liefert qualitativ bessere Bilder als die interne Stacking-Funktion der Kamera und ist zudem nicht auf 15 Aufnahmen pro Serie beschränkt. Außerdem lassen sich Arbeitsabläufe leichter automatisieren, mit automatischem Transfer der Bilder von der Kamera zum PC und nachfolgender Verrechnung mit Hilfe mit Version 7 eingeführten “Folder Monitor”-Funktion von Helicon Focus.
Mit der Olympus OM-D E-M1 Mark II lassen sich bis zu 999 Bilder in Serie aufnehmen, wobei für Aufnahmen von Belegexemplare meist Serien von 50-100 Bildern bei Blende 5.6 und Schrittweiten von 3-5 ausreichend Tiefenschärfe liefern. Mit der Möglichkeit, Serienaufnahmen mit hoher Geschwindigkeit zu erstellen lassen sich mit der Olympus OM-D E-M1 Mark II 100 Bilder in ca. 10 Sekunden erstellen.
Beleuchtung
Zur Beleuchtung werden Leuchten vom Typ LED-Segment SN-1 sowie zur gezielten Ausleuchtung zusätzlich eine Power-LED “HELIOS” von Stonemaster verwendet. Die Leuchten besitzen einen Farbwiedergabewert Ra von 99 bei einer Farbtemperatur von 5700K, die in etwa dem Tageslicht entspricht. Bei Insekten mit glänzender und stark reflektierender Oberflächen wird Vermeidung von Reflektionen eine tubusförmige Lee-Filterfolie (Typ 129 Heavy Frost) als Diffusor eingesetzt. Dadurch lassen sich lokale Überbelichtungen, die durch punktförmige Lichtquellen entstehen und in der Nachbearbeitung nur schwer korrigierbar sind, reduzieren oder sogar ganz vermeiden.
AMD-Workstation-PC
Zur Verrechnung der Einzelbilder in Helicon Focus wird eine AMD-Workstation mit Ryzen Threadripper-Prozessor verwendet. Helicon Focus ab Version 7 kann zur Beschleunigung die Grafikkarte verwenden. Die in der Workstation verbaute Radeon RX590 Grafikkarte benötigt zum Verrechnen von 100 Einzelaufnahmen (20 Megapixel jpeg-Format) mit der Methode C in Helicon Focus ca. fünf Sekunden.
Prozessor: AMD Ryzen Threadripper 2950X, 16 cores, 32 threads
Motherboard: ASUS ROG ZENITH EXTREME X399
RAM: 64 GB DDR4
Grafikkarte: AMD Radeon RX 590
Beispielbilder
Die folgenden Bilder zeigen Typenexemplare von Schlupfwespen (Ichneumonidae) aus der Hymenopterensammlung der ZSM. Die Aufnahmen wurden mit der oben beschriebenen Olympus-Fotoanlage angefertigt und sind auf figshare verfügbar (bei Verwendung der Bilder für Publikationen bitte die jeweilige DOI zitieren).
