माइक्रोस्कोप इमेज प्रोसेसिंग

माइक्रोस्कोप इमेज प्रक्रिया ऐसा व्यापक शब्द है जो माइक्रोस्कोप से प्राप्त प्रतिबिंबों को प्रोसेस करके उनका विश्लेषण करता है और इसे प्रस्तुत करने के लिए डिजिटल इमेज प्रक्रिया तकनीकों के उपयोग को प्रदर्शित करता है। इस प्रकार की प्रसंस्करण अब कई विविध क्षेत्रों जैसे चिकित्सा, जीव विज्ञान अनुसंधान, कैंसर अनुसंधान, दवा परीक्षण, धातु विज्ञान, आदि में की जा रही हैं। इस प्रकार सूक्ष्मदर्शी के कई निर्माता अब विशेष रूप से इन्हें ऐसी विशेषताओं से डिज़ाइन करते हैं जो सूक्ष्मदर्शी को प्रतिबिंब प्रसंस्करण प्रणाली में इंटरफ़ेस करने की अनुमति देते हैं।

प्रतिबिंब अधिग्रहण

1990 के दशक के प्रारंभ तक, वीडियो माइक्रोस्कोपी अनुप्रयोगों में अधिकांश प्रतिबिंब अधिग्रहण सामान्यतः एनालॉग वीडियो कैमरा के साथ उपयोग किया जाता था, अधिकांशतः यह बंद परिपथ में उदाहरण के रूप में टीवी कैमरों जैसे उपकरणों में उपयोग की जाती थी। जबकि इसके लिए प्रतिबिंबों को डिजिटाईज करने के लिए इसके प्रारूप को उपयोग करता हैं, वीडियो कैमरों ने पूर्ण वीडियो फ़्रेम दर (25-30 फ़्रेम प्रति सेकंड) पर लाइव वीडियो रिकॉर्डिंग और प्रसंस्करण की अनुमति देते हुए प्रतिबिंब प्रदान किए हैं। जबकि ठोस स्थिति सूचक के आगमन से कई लाभ हैं, इस प्रकार वास्तविक समय पर वीडियो कैमरा वास्तव में कई बातों में उत्तम पाया गया था।

वर्तमान समय में अधिग्रहण सामान्यतः माइक्रोस्कोप के ऑप्टिकल पथ में लगे आवेश युग्मित ईकाई में कैमरा का उपयोग करके किया जाता है। कैमरा पूर्ण रंग या मोनोक्रोम हो सकता है। इस कारण बहुत बार यह अधिक से अधिक प्रत्यक्ष जानकारी प्राप्त करने के लिए बहुत उच्च रिज़ॉल्यूशन वाले कैमरों को नियोजित करता है। इस कारण ध्वनि को कम करने के लिए क्रायोजेनिक कूलिंग भी एक सरल उपाय है। अधिकांशतः इस एप्लिकेशन के लिए उपयोग किए जाने वाले डिजिटल कैमरे 12-16 बिट्स के रिज़ॉल्यूशन के लिए पिक्सेल तीव्रता डेटा प्रदान करते हैं, इस कारण उपभोक्ता इमेजिंग उत्पादों में उपयोग किए जाने से कहीं अधिक इसका उपयोग करता हैं।

इसकी विडंबना यह है कि हाल के वर्षों में, वीडियो दरों या उच्चतर (25-30 फ्रेम प्रति सेकंड या अधिक) पर डेटा प्राप्त करने में बहुत प्रयास किए गए हैं। इस समय में जो शेल्फ से अलग वीडियो कैमरों के साथ सरल था, अब विशाल डिजिटल डेटा बैंडविड्थ को संभालने के लिए विशेष, उच्च गति वाले इलेक्ट्रॉनिक्स की आवश्यकता होने लगी है।

उच्च गति अधिग्रहण गतिशील प्रक्रियाओं को वास्तविक समय में देखने या बाद में प्लेबैक और विश्लेषण के लिए संग्रहीत करने की अनुमति देता है। उच्च प्रतिबिंब रिज़ॉल्यूशन के साथ, यह दृष्टिकोण बड़ी मात्रा में राॅ-डेटा उत्पन्न कर सकता है, जिससे निपटना आधुनिक कंप्यूटर सिस्टम के साथ भी चुनौती हो सकती है।

यह देखा जाना चाहिए कि जबकि धारा सीसीडी सूचक बहुत उच्च प्रतिबिंब रिज़ॉल्यूशन की अनुमति देते हैं, अधिकांशतः इसमें ट्रेड-ऑफ सम्मिलित होता है, क्योंकि किसी दिए गए चिप आकार के लिए, जैसे-जैसे पिक्सेल की संख्या बढ़ती है, पिक्सेल का आकार घटता जाता है। जैसे-जैसे पिक्सेल छोटे होते जाते हैं, उनकी अच्छी गहराई कम होती जाती है, जिससे संग्रहित किए जा सकने वाले इलेक्ट्रॉनों की संख्या कम हो जाती है। इस स्थिति में इसके अतिरिक्त यह परिणाम खराब होने से संकेतों से ध्वनि के अनुपात में इसे प्रदर्शित किया जाता है।

सर्वोत्तम परिणामों के लिए, किसी दिए गए एप्लिकेशन के लिए उपयुक्त सूचक का चयन करना होगा। क्योंकि सूक्ष्मदर्शी प्रतिबिंबों में आंतरिक सीमित रिज़ॉल्यूशन होता है, यह अधिकांशतः प्रतिबिंब अधिग्रहण के लिए ध्वनि, उच्च रिज़ॉल्यूशन सूचक का उपयोग करने के लिए बहुत कम समझ में आता है। बड़े पिक्सेल वाला अधिक सामान्य सूचक अधिकांशतः कम ध्वनि के कारण उच्च गुणवत्ता वाली छवियां उत्पन्न कर सकता है। यह प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोपी जैसे कम-प्रकाश अनुप्रयोगों में विशेष रूप से महत्वपूर्ण है।

इसके अतिरिक्त, किसी को आवेदन की अस्थायी समाधान आवश्यकताओं पर भी विचार करना चाहिए। कम रिज़ॉल्यूशन सूचक में अधिकांशतः उच्च अधिग्रहण दर होती है, जिससे तेज घटनाओं का अवलोकन किया जा सकता है। इसके विपरीत, यदि देखी गई वस्तु गतिहीन है, तो प्रतिबिंब प्राप्त करने के लिए आवश्यक समय के बारे में सोचे बिना उच्चतम संभव स्थानिक संकल्प पर प्रतिबिंबों को प्राप्त कर सकता हैं।

2डी प्रतिबिंब तकनीक

माइक्रोस्कोपी एप्लिकेशन के लिए इमेज प्रक्रिया मूलभूत तकनीकों से प्रारंभ होती है, जिसका उद्देश्य माइक्रोस्कोपिक प्रमाण में निहित जानकारी को सबसे सटीक रूप से प्रस्तुत करना है। इसमें प्रतिबिंब की चमक और कंट्रास्ट को समायोजित करना, प्रतिबिंब के ध्वनि को कम करने के लिए प्रतिबिंबों का औसत और रोशनी की गैर-समानता के लिए सुधार करना सम्मिलित हो सकता है। इस तरह के प्रसंस्करण में प्रतिबिंबों (अर्ताथ जोड़, घटाव, गुणा और भाग) के बीच केवल मौलिक अंकगणितीय संचालन सम्मिलित होते हैं। माइक्रोस्कोप इमेज पर की जाने वाली अधिकांश प्रक्रिया इसी प्रकृति की होती है।

आम 2डी ऑपरेशन का अन्य वर्ग जिसे इमेज कनवल्शन कहा जाता है, अधिकांशतः प्रतिबिंब विवरण को कम करने या बढ़ाने के लिए उपयोग किया जाता है। अधिकांश कार्यक्रमों में इस प्रकार के धुंधला और तेज करने वाले कलन विधि पिक्सेल के मूल्य को उसके और आसपास के पिक्सेल के भारित योग के आधार पर परिवर्तित करने का कार्य करते हैं ( इस प्रकार कर्नेल आधारित कनवल्शन का अधिक विस्तृत विवरण स्वयं के लिए प्रविष्टि के योग्य है) या प्रतिबिंब के आवृत्ति डोमेन फ़ंक्शन को परिवर्तित कर फूरियर रूपांतरण का उपयोग करता हैं। इस प्रकार अधिकांश इमेज प्रक्रिया तकनीक आवृत्ति डोमेन में की जाती हैं।

अन्य मौलिक दो आयामी तकनीकों में ऑपरेशन सम्मिलित हैं जैसे कि इमेज रोटेशन, वारपिंग, कलर बैलेंसिंग आदि सम्मिलित हैं।

कभी-कभी, माइक्रोस्कोप के ऑप्टिकल पथ के विरूपण को पूर्ववत करने के लक्ष्य के साथ उन्नत तकनीकों को नियोजित किया जाता है, इस प्रकार विकृतियों को समाप्त कर दिया जाता है और उपकरण के कारण धुंधला हो जाता है। इस प्रक्रिया को डिकनवल्शन कहा जाता है, और विभिन्न प्रकार के एल्गोरिदम विकसित किए गए हैं, जिनमें कुछ महान गणितीय जटिलताएं हैं। अंतिम परिणाम केवल ऑप्टिकल डोमेन में प्राप्त की जा सकने वाली प्रतिबिंब की तुलना में कहीं अधिक तेज और स्पष्ट है। यह सामान्यतः 3-आयामी ऑपरेशन है, जो वॉल्यूमेट्रिक प्रतिबिंब का विश्लेषण करता है (अर्ताथ प्रमाण के माध्यम से विभिन्न फोकल विमानों पर ली गई छवियां) और अधिक सटीक 3-आयामी प्रतिबिंब के पुनर्निर्माण के लिए इस डेटा का उपयोग करता है।

3डी इमेज तकनीक

एक अन्य सामान्य आवश्यकता प्रतिबिंबों की निश्चित स्थिति पर श्रृंखला लेना है, किन्तु विभिन्न फोकल गहराई पर इसे रखा जाता हैं। चूंकि अधिकांश सूक्ष्म प्रमाण अनिवार्य रूप से पारदर्शी होते हैं, और केंद्रित प्रमाण के क्षेत्र की गहराई असाधारण रूप से संकीर्ण होती है, इसलिए संनाभि माइक्रोस्कोपी जैसे 2डी उपकरण का उपयोग करके त्रि-आयामी वस्तु के माध्यम से प्रतिबिंबों को प्राप्त करना संभव है। सॉफ्टवेयर तब मूल प्रमाण के 3डी मॉडल का पुनर्निर्माण करने में सक्षम होता है जिसे उचित रूप से हेरफेर किया जा सकता है। प्रसंस्करण 2D उपकरण को 3D उपकरण में परिवर्तित कर देता है, जो अन्यथा सम्मिलित नहीं होता हैं। हाल के दिनों में इस तकनीक ने कोशिका जीव विज्ञान में कई वैज्ञानिक खोजें की हैं।

विश्लेषण

आवेदन के अनुसार प्रतिबिंबों का विश्लेषण अधिक भिन्न होता हैं। इस प्रकार विशिष्ट विश्लेषण में यह निर्धारित करना सम्मिलित है कि किसी वस्तु के किनारे कहाँ हैं, समान वस्तुओं की गणना करना, क्षेत्र की गणना करना, परिधि की लंबाई और प्रत्येक वस्तु के अन्य उपयोगी माप करना इसका मुख्य उदाहरण हैं। इस प्रकार सामान्य दृष्टिकोण से प्रतिबिंब के प्रारूप को बनाना होता है जिसमें केवल पिक्सेल सम्मिलित होते हैं जो कुछ मानदंडों से मेल खाते हैं, फिर परिणामी संरचना पर सरल स्कैनिंग संचालन करते हैं। वीडियो क्रम में फ़्रेम की श्रृंखला पर वस्तुओं को लेबल करना और उनकी गति को ट्रैक करना भी संभव है।

यह भी देखें

• संरचना प्रोद्योगिकी

संदर्भ

Russ, John C. (2006-12-19) [1992]. The Image Processing Handbook (5th ed.). CRC Press. ISBN 0-8493-7254-2.

• Jan-Mark Geusebroek, Color and Geometrical Structure in Images, Applications in Microscopy, ISBN 90-5776-057-6
• Young Ian T., Not just pretty pictures: Digital quantitative microscopy, Proc. Royal Microscopical Society, 1996, 31(4), pp. 311–313.
• Young Ian T., Quantitative Microscopy, IEEE Engineering in Medicine and Biology, 1996, 15(1), pp. 59–66.
• Young Ian T., Sampling density and quantitative microscopy, Analytical and Quantitative Cytology and Histology, vol. 10, 1988, pp. 269–275

बाहरी संबंध

• Quantitative imaging (broken link)