Cesare Brizio

Fotomicrografia 2012/2013

Photomicrography 2012/2013

La Fotomicrografia, da non confondere con la microfotografia, è la fotografia di immagini ottenute utilizzando un microscopio. Solitamente, l'apparato fotografico prende il posto dell'oculare del microscopio. L'ingrandimento ottenuto dipende ovviamente dall'ottica del microscopio. Per fotografie digitali, entra in gioco anche l'ingrandimento digitale dipendente dal rapporto tra la dimensione del pixel sul sensore, e la dimensione del pixel sul monitor. Per questi motivi, preferisco esprimere l'ingrandimento in termine di risolvenza (un sinonimo più elegante di "risoluzione"), indicando la risolvenza per ogni millimetro del soggetto.
Il mio equipaggiamento offre una risolvenza fino a 1300 pixel per millimetro: comprende un microscopio Meiji Techno MS 40D Short Unimac con una telecamera DeltaPix Invenio II 5S (Sensore: 1/2.5" CMOS) - Pixel effettivi: 2592x1944 (5 M Pixels), connessa via USB a un portatile Asus 1225 IEEE PC. La cattura delle immagini di partenza è stata svolta usando il software DeltaPix InSight. La post-produzione (focus stacking, eventuale composizione dell'immagine finale e correzione dei livelli) è stata svolta su un PC Dell Zino 510 HD netbook, usando i software Adobe Photoshop Elements, Helicon Focus e Microsoft Image Composite Editor.

Photomicrography, not to be confused with microphotography, is photography of images obtained by using a microscope. Usually, the camera takes the place of the microscope's eyepiece. The available magnification of course depends on the microscope optics. For digital photos, digital magnification comes into play, that depends on the ratio between pixel size on the sensor, and pixel size on the monitor. For those reasons, I prefer to express magnification in terms of resolution, by indicating the resolution for each millimeter of the subject.
My equipment provides a resolution up to 1300 pixel per millimeter: it includes a Meiji Techno MS 40D Short Unimac Microscope with DeltaPix Invenio II 5S camera (Sensor: 1/2.5" CMOS) - Effective pixels: 2592x1944 (5 M Pixels), connected via USB to an Asus 1225 IEEE PC laptop. Post-production (stacking and level correction) was performed on a Dell Zino 510 HD netbook, using Adobe Photoshop Elements, Helicon Focus and Microsoft Image Composite Editor.

Ho acquistato l'equipaggiamento nel corso del 2012, e tra il 2012 e il 2013 ho realizzato le prime fotografie. Sono ancora ben lontano dall'avere risolto il problema chiave, quello della illuminazione. Ora dispongo di un illuminatore anulare a 144 led, a quattro zone, e sono in grado di fare solo fotografie in campo chiaro, con diversi problemi di illuminazione dello sfondo. Sebbene l'attrezzatura che possiedo non sia delle più costose, mi ha richiesto uno sforzo importante, e mi doterò con gradualità di strumenti professionali di illuminazione dello sfondo, valutando se ricorrere all'autocostruzione e se procurarmi un condensatore per microscopia in campo oscuro.

I purchased the equipment in 2012, and between 2012 and 2013 I took my first photographs. I'm still very far from having solved the key problem - lighting. Now I own a ring illuminator with 144 leds, four zones, and I'm able to do nothing but brightfield pictures, with several problems of background lighting. Although the equipment I own is not the most expensive, I took a major effort (around 3300 Euros), and I'll acquire very gradually a professional background lighting equipment, considering whether to resort to DIY and whether to acquire a condenser for darkfield microscopy.

Ho atteso l'esito dei concorsi Olympus Bioscapes e Nikon Small Word, ai quali ho partecipato senza alcuna speranza, prima di condividere con voi le mie immagini. Esse sono ottenute con la tecnica del "focus stacking": per mitigare l'impatto della scarsissima profondità di campo del microscopio, si effettuano numerose foto mentre l'altezza dell'obiettivo è progressivamente variata di frazioni di millimetro, in modo che ogni immagine abbia a fuoco una sottile "fetta" del soggetto. Una specie di tomografia assiale dell'esterno del soggetto. Software speciali, come Helicon Focus, usano la pila di immagini così ottenuta per selezionare solo le porzioni a fuoco di ogni scatto, utilizzate per comporre l'immagine risultante (una tecnica definita z-stacking). Per soggetti che eccedano l'inquadratura disponibile, il procedimento va ripetuto in più fasi, realizzando tante pile di immagini di differenti porzioni del soggetto, che viene traslato sotto il microscopio (in questo caso si parla di y-z stacking o di x-y-z stacking). Le diverse porzioni di immagine sono poi composte planarmente con software come Microsoft Image Composite Editor.
Esistono dispositivi automatici di cattura immagine, accoppiati con obiettivi e tavolini traslatori motorizzati, in grado di rendere totalmente automatico questo processo. Non volendo spendere circa 10.000 Euro, e volendo mantenere il pieno controllo del processo di creazione dell'immagine, realizzo i miei stack manualmente, il che, come potete immaginare, richiede una grande pazienza.
Per capire cosa può fare un professionista con (suppongo...) un budget illimitato, vedete le pagine Web di Charles Krebs, che considero il migliore fotomicrografo del mondo.

I waited for the outcome of Olympus Bioscapes and Nikon Small Word competitions, in which I participated without any hope, before sharing my pictures with you. They are obtained by the technique of "focus stacking": to mitigate the impact of the microscope's extremely low depth of field, several shots are taken while the lens is progressively raised by fractions of a millimeter, so that each shot has a thin image "slice" in focus. Special software such as Helicon Focus, use the stack of images obtained to select only the best resolved portion of each picture, which are used to compose the resulting image (a technique called z -stacking). Sort of an axial tomography of the outside of the subject. For subjects that exceed the available field of view, the procedure is repeated in several stages, by creating several stacks of images from different portions of the subject, which is suitably translated under the microscope (in this case we speak of y-z stacking or x-y-z stacking). The different planar portions of the image are then composed by software such as Microsoft Image Composite Editor.
There are automatic image capture devices, coupled with motorized objectives and translation tables, that may fully automatize this process. Not wanting to spend about 10,000 Euros, and wanting to maintain full control of the image creation process, I create my stacks manually, and this, as you can imagine, requires a great deal of patience.
To understand what a professional can do with (I suppose...) an unlimited budget, see the Web pages by Charles Krebs, whom I regard as the best photomicrographer in the world.

Ho il sogno di riuscire a realizzare riprese di qualità di animali (Insetti e Ragni) vivi. Purtroppo, per ottenere un risultato adeguato bisogna trovare soggetti che restino perfettamente immobili per un tempo consistente (dai 5 ai 10 minuti), e che si prestino ad essere fotografati in studio (il mio equipaggiamento è molto scomodo da spostare e non si presta a un utilizzo in campagna). Non è semplice... qualche risultato preliminare mi incoraggia a proseguire.

I have a dream of being able to achieve high quality shots of alive animals (Insects and Spiders). Unfortunately, to obtain a proper result I should find subjects who remain perfectly still for a considerable time (from 5 to 10 minutes), and that lend themselves to be photographed in the studio (my equipment is very unpractical to move, and does not lend itself for field use). It is not easy ... some very preliminary results encourage me to continue.

Qui, propongo alcune foto dal mio primo anno di attività. Spero di potere migliorare col tempo, fino al punto di ottenere risultati di alta qualità. La fotomicrografia a basso ingrandimento rappresenta un'evoluzione della mia esperienza di macrofotografo, ed esplora una "terra di mezzo" fra la macrofotografia e la fotomicrografia spinta, documentando la bellezza di strutture di dimensione millimetrica.

Tutte le mie foto sono rilasciate con licenza Creative Commons CC BY-NC-SA 3.0.
La barra di riferimento scala che appare nelle immagini è lunga 1 mm.

Here, I propose some pictures from my first year of activity. I hope to improve over time, up to the point of obtaining high quality results. Low magnification photomicrography is an evolution of my experience as a macrophotographer, and explores a "middle-earth" between macrophotography and high magnification photomicrography, that can show the beauty of millimeter-size structures.

All my pictures are released under Creative Commons CC BY-NC-SA 3.0 license.
Reference scale bar appearing in pictures is 1 mm long.


"Pinocchio"

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Risolvenza allo scatto: ~300 pixel/mm
Soggetto: Vista superiore della testa del Fulgoride Pyrops pyrorhyncha (Donovan, 1800) (Homoptera:Fulgoridae) - Esemplare morto, preparato.
Sfide Tecniche: Uno stack Y/Z di 127 immagini su 4 pile, composte con Helicon Focus e cucite con Microsoft ICE. Lo sfondo disuniforme, inevitabile in composizioni fotografiche di questo genere, è stato eliminato tramite scontornatura manuale a 400% dell'immagine originale. Il soggetto è inalterato da questo intervento, eseguito al solo scopo di migliorare la qualità dell'immagine e quindi l'evidenza del soggetto.
Interesse scientifico: Una specie non rara, ma fotografata di rado, P. pyrorhyncha ha un "muso" allungato, leggermente all'insù, con una caratteristica punta rossa, simile alla testa di un fiammifero.

Resolution at capture: ~300 pixel/mm
Subject: Top view of the head of Lantern bug Pyrops pyrorhyncha (Donovan, 1800) (Homoptera:Fulgoridae) - Dead, prepared specimen.
Technical challenges: An Y/Z-stack of 127 pictures in 4 columns composed by Helicon Focus and stitched by Microsoft ICE. Uneven background, unavoidable in photo compositions of this kind, was eliminated by manual contouring at 400% magnification of the original picture. The subject is unaltered by this intervention, made just for the sake of improving the picture quality and thus the evidence of the subject.
Scientific interest: A not rare, but seldom photographed species, P. pyrorhyncha has an elongated, slightly upturned “snout” with a characteristic red, match-like tip.


Natura morta in verde - Still life in green

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Risolvenza allo scatto: ~1300 pixel/mm
Soggetto: Una giovane larva (prima o seconda età)di una cocciniglia, probabilmente Coccus sp. (Homoptera:Coccidae). ESEMPLARE VIVO.
Sfide Tecniche: Uno Z-stack di 13 immagini alla massima risolvenza. Lavorazione al limite superiore delle capacità del mio equipaggiamento.
Interesse scientifico: Una larva di prima età si una cocciniglia "tenera", molto difficile da individuare per dimensione e colore. L'insetto, con il suo apparato locomotore atrofizzato, ha già fissato la propria posizione su una foglia, su cui rimarrà fino al termine della sua vita.

Resolution at capture: ~1300 pixel/mm
Subject: A young (1st or 2nd) age larva of a soft scale insect, probably Coccus sp. (Homoptera:Coccidae). ALIVE SPECIMEN.
Technical challenges: A Z-stack of 13 full resolution pictures. Working at the upper limit of my equipment’s capabilities.
Scientific interest: A 1st stage larva of a soft scale insect, very difficult to locate for its small size and colour. The insect, with its atrophied locomotory apparatus, has already fixed its position on a leaf, where it will remain for the rest of its life.


Convergenza - Convergence

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Risolvenza allo scatto: ~900 pixel/mm
Soggetto: Un dettaglio dalla parte inferiore dell'addome del coleottero Crisomelide Chrysochroa rajah Gory 1840 - Esemplare morto, preparato.
Sfide Tecniche: Uno Z-stack di 15 immagini alla massima risolvenza. Accurata regolazione dell'illuminazione per minimizzare i riflessi.
Interesse scientifico: Interesse puramente estetico.

Resolution at capture: ~900 pixel/mm
Subject: A detail from the underside of the abdomen of the jewel beetle Chrysochroa rajah Gory 1840 - Dead, prepared specimen.
Technical challenges: A Z-stack of 15 full resolution pictures. Careful light adjustment to minimize reflections.
Scientific interest: Only aesthetical interest.


Una fronte aggrottata - A furrowed brow

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Risolvenza allo scatto: ~900 pixel/mm
Soggetto: Un dettaglio della testa del Coleottero Crisomelide Chrysochroa rajah Gory 1840 - Esemplare morto, preparato.
Sfide Tecniche: Uno Z-stack di 39 immagini alla massima risolvenza.
Interesse scientifico: Molti Coleotteri Crisomelidi mostrano un solco verticale tra gli occhi: la topologia iregolare della testa genera interessanti riflessi ed è vagamente simile a un paesaggio irreale.

Resolution at capture: ~900 pixel/mm
Subject: A detail from the head of the jewel beetle Chrysochroa rajah Gory 1840 - Dead, prepared specimen.
Technical challenges: A Z-stack of 39 full resolution pictures.
Scientific interest: Most jewel beetles display a vertical sulcus (furrow) between the eyes: the irregular topology of the head generates interesting reflections and is vaguely similar to an unreal landscape.


Fantasma Rosso - Red Phantom

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Risolvenza allo scatto: ~300 pixel/mm
Soggetto: L'esuvia della cicala Lyristes plebeus (Scopoli, 1763) (Homoptera:Cicadidae)
Sfide Tecniche: Uno Z-stack di 77 immagini alla massima risolvenza.
Questa è un esuvia, essenzialmente, la fragile cuticola vuota abbandonata dalla ninfa di ultimo stadio quando l'adulto emerge dal suolo. E' stata illuminata dall'interno grazie a una copia di led che hanno necessitato di un'accurata calibrazione. Lo staging dell'immagine ha richiesto oltre tre ore, la ripresa ulteriori 30 minuti.
Interesse scientifico: La più grande cicala italiana, ha una vita larvale, sotterranea di cinque anni.

Resolution at capture: ~300 pixel/mm
Subject: The exuvia of the cicada Lyristes plebejus (Scopoli, 1763) (Homoptera:Cicadidae)
Technical challenges: A Z-stack of 77 full resolution pictures.
This is an exuvia, essentially, the fragile empty skin abandoned by the last stage nymph when the adult emerges from the ground. It was illuminated from the inside by a couple of leds that had to be carefully calibrated. The staging of the picture took more than three hours, taking the pictures took another 30 minutes.
Scientific interest: The biggest Italian cicada, it has a larval, subterranean life of 5 years.


Gli occhi della tigre (un interessante fallimento) - The eyes of the tiger (an interesting failure)

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Risolvenza allo scatto: ~500 pixel/mm
Soggetto: Una femmina di Theridion sisyphium (Clerk, 1758) (Araneae:Theridiidae). ESEMPLARE VIVO.
Sfide Tecniche: Uno Z-stack di 15 immagini alla massima risolvenza.
I Ragni sono capaci di rimanere immobili per lungo tempo, ma non certo se allontanati dal loro ambiente naturale e intensamente illuminati. In alcune ore di preparazione, il soggetto si è calmato abbastanza da consentirmi di iniziare la ripresa, ma dopo un paio di minuti ha cambiato decisamente posizione. I primi quindici scatti sono stati composti lasciando a fuoco solamente l'addome e una parte delle zampe: trovo molto suggestivo il brillante riflesso degli occhi dietro le zampe anteriori sfuocate, che rendono l'idea di un predatore che aspetta in agguato.
Interesse scientifico: Un comune ragno domestico, fotografato sull'Appennino Bolognese.

Resolution at capture: ~500 pixel/mm
Subject: A female of Theridion sisyphium (Clerk, 1758) (Araneae:Theridiidae). ALIVE SPECIMEN.
Technical challenges: A Z-stack of 15 full resolution pictures.
Spiders are able to remain still for a long time, but not if removed from their natural environment and brightly illuminated. In a few hours of preparation, the subject calmed down enough to allow me to start shooting, but after a couple of minutes he changed position decidedly. I stacked the first fifteen shots where only a portion of the abdomen and legs were focussed: I believe that the brilliant reflection of the eye behind the blurred front legs is very suggestive, and conveys the idea of a predator waiting in ambush.
Scientific interest: A common domestic spider, photographed in the Bolognese Apennines.


Felce natalizia - Christmas fern

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Risolvenza allo scatto: ~1000 pixel/mm
Soggetto: I sori sulla pagina inferiore di una fronda della felce Dryopteris filix-mas (L.) Schott (Dryopteridales:Dryopteridaceae), possono ricordare un grappolo di palline di un albero di Natale. ESEMPLARE VIVO.
Sfide Tecniche: Uno Z-stack di 24 immagini alla massima risolvenza.
Ispirato a una delle foto vincitrici del concorso Olypus Bioscapes 2012.
Interesse scientifico: Un soro è un grappolo di sporangi (strutture che producono e contengono le spore) nelle felci e nei funghi. Nelle felci, formano una massa brunastra o giallastra sul bordo o sulla faccia inferiore di una fronda fertile. In alcune specie, tra cui quella raffigurata, sono protetti durante lo sviluppo da una squama o pellicola di tessuto chiamata indusio, che forma una copertura simile a un ombrello.

Resolution at capture: ~1000 pixel/mm
Subject: The sori on the underside of a frond of the fern Dryopteris filix-mas (L.) Schott (Dryopteridales:Dryopteridaceae), may resemble a cluster of balls from a Christmas tree. ALIVE SPECIMEN.
Technical challenges: A Z-stack of 24 full resolution pictures.
Inspired by one of the winning photos from the 2012 Olympus Bioscapes competition.
Scientific interest: A sorus is a cluster of sporangia (structures producing and containing spores) in ferns and fungi. In ferns, these form a yellowish or brownish mass on the edge or underside of a fertile frond. In some species, including the one figured here, they are protected during development by a scale or film of tissue called the indusium, which forms an umbrella-like cover.