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Köhler-Beleuchtung

Beleuchtungsprinzip, das verwendet wird, eine inhomogene Beleuchtung in eine homogene zu verwandeln ohne allzu viel licht zu verlieren.

Die Hauptkomponenten einer Köhler-Beleuchtung sind der “Kondensor” der die Lichtquelle ( zum Beispiel einige LEDs) an den Ort einer mechanischen (oft manuellen) Blende abbildet.
Der “Kollimator” bildet dann die Blende ( also auch die Bilder ther LEDs) nach unendlich ab, das Licht jedes Punktes der Iris verlässt den Kollimator also parallel.
Da die LEDs einen gewissen von null verschiedenen Durchmesser und Abstand voneinander haben, gilt das auch für ihre Bilder am Blendenort.
Als ergebnis verlässt zwar das Licht jedes beliebig kleinen Punktes den Kollimator parallel, aber in einem von Null verschiedenen Winkel zu Optischen Achse.
Der Sinus dieses Winkels heißt numerische Apertur “NA” (in Luft).
Die Besonderheit der Köhler-Beleuchtung ist, dass das Licht all dieser parallelen Lichtbündel sich (idealerweise) an _einem_ Abstand , in der Grafik als “best mix” markiert, trifft.
Dort erhält man die besten Beleuchtungsergebnisse.

Die Hauptanwendung von Köhler-Beleuchtungen ist die Durchlichtbeleuchtung in der Mikroskopie.
Die NA der Köhler-Beleuchtung kann durch verstellen der Iris angepasst und sollte an die NA der Mikroskopobjektive angepasst werden, die auf den “best mix” Ort fokussieren.
Je höher die NA des Mikroskop-Objektivs, (einer gegebenen Vergrösserung bei gegebenen Abstand) desto grösser ist die Auflösung des Objektivs.
Die NA eines Mikroskopobjektivs ist dabei “in Luft” beschränkt, weil der Sinus des halben Winkels durch 1 begrenzt ist.

Die NA in einem anderen Medium (Wasser, Öl) wird durch den Sinus des Winkels, multipliziert mit der Brechzahl n’ des Mediums gegeben.
Ersetzt man also in der Zeichnung rechts des best mix Ortes das Medium Luft durch Wasser (Achtung : dazu sollte Ihr Objektiv die Beschriftung “oil” oder “water” aufweisen, sonst wird es davon zerstört! ) so wird die Numerische Apertur des Lichts erhöht was das Objektiv erreicht. Dadurch erhöht sich die Helligkeit des Bildes und die Auflösung.

Kontrast

Der optische Term “Kontrast” eines Bildes entspricht ziemlich genau dem, was wir von unsreem täglichen Gebrauch des Wortes her erwarten.

contrast1

Wir müssen jedoch den globalen Kontrast …
contrast2
… vom lokalen Kontrast unterscheiden:
lokaler Kontrast

Der globale Kontrast in den beiden Bildern oben ist etwa gleich groß, der lokale Kontrast (die Intensitätsänderung von Pixel zu Pixel) ist jedoch im Unteren Bild weniger hoch, wegen der leichten Unschärfe im Bild.

Der lokale Kontrast wird durch die MTF-Kurve beschrieben.

 

Kontrast kann ein Unterscheid in der Helligkeit seinaber auch ein Unterschied in der Farbe
Kontrast hängt stark vom Umgebungslicht ab. Schaltet man nachts das Licht aus, ist der ganze Kontrast weg!
Kontrast kann durch Änderung der Lichtsituation verstärkt oder abgeschwächt werden.
Rote Schrift auf weißem Papier wirk unsichtbar, wenn mit rotem Licht beleuchtet wird. Sowohl papier als auch die Schrift sehen rot aus, der Kontrast ist verschwunden!
Gelbe Schrift auf weissem Papier ist auf dem Bild eines monochromen Kamerasensors fast unsichtbar. Beleuchtung mit blauem Licht erhöht Kontrast.
Formeln zum Messen von Kontrast:
  • Weber Kontrast
    \frac {I-I_b}{I_b}
    (Feature – Hintergrund) / Hintergrund
  • Michelson Kontrast
    \frac{I_{max} - I_{min}}{I_{max} + I_{min}}
    Differenz der Intensitäten dividiert durch Summe der Intensitäten. Oft in der Bildverarbeitung verwendet.
  • RMS Kontrast (Root Mean Square Kontrast)
    \sqrt{\frac{1}{M N}\sum_{i=0}^{N-1}\sum_{j=0}^{M - 1}(I_{ij} - \bar{I})^2}
    Standard Abweichung der Pixel Intensitäten.