Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Country Scientist - Wissenschaft mit einem digitalen Scanner

Diese lebende Libelle wurde gescannt, indem sie in eine Öffnung aus Wellblech gesteckt wurde.

Der Übergang von Film zu Digitalkameras hat einen großen Einfluss darauf gehabt, wie Amateurwissenschaftler ihre Bilder speichern, analysieren, katalogisieren und veröffentlichen können. Man kann mit Sicherheit sagen, dass Digitalkameras und PCs zu den wichtigsten Werkzeugen im Amateur-Kit gehören.

Wenn das Motiv zweidimensional ist, können digitale Flachbettscanner auch eine wichtige Rolle in der Bildwissenschaft spielen. Sie sind ideal für hochauflösende Bilder von Blättern, Libellen, Schmetterlingen, Baumringabschnitten, Bodenproben und vielen anderen Motiven.

Vorteile und Nachteile des Scannens

Nahezu schattenfreie Beleuchtung ist ein entscheidender Vorteil eines digitalen Scanners, da der Scanner eine eigene Lichtquelle bereitstellt. Ein weiterer Vorteil ist, dass Scanner nicht unter den durch Kameraobjektive verursachten Verzerrungen leiden. Scanner sind relativ kostengünstig und können über die hier beschriebenen wissenschaftlichen Funktionen hinaus für viele Anwendungen eingesetzt werden.

Ein großer Nachteil von Scannern besteht neben der Beschränkung auf zwei Dimensionen darin, dass gescannte Objekte in die Bildebene des Scanners passen müssen. Scanner sind auch viel größer als Digitalkameras.

Hintergrundfarbe

Die meisten Objekte, die ich gescannt habe, sahen am besten mit einem weißen Hintergrund aus. Da der Scanner (HP Scanjet 3970) einen 35-mm-Dia-Scanner-Steckplatz im Deckel hat, muss das zu scannende Objekt vor einem ununterbrochenen Hintergrund abgedeckt werden. Zwei oder drei Blätter weißes 20-Pfund-Papier funktionieren gut.

Helle Objekte sind nicht leicht sichtbar, wenn sie vor dem weißen Hintergrund eines typischen Scannerdeckels gescannt werden. Um einen Kontrast zu hellen Objekten zu schaffen, legen Sie schwarzes Baupapier über das zu scannende Objekt, bevor Sie den Deckel schließen. Sie können verschiedene Farben für Spezialeffekte verwenden.

Wie man Libellen scannt

Ich habe seit Jahren Libellen und Schmetterlinge fotografiert, indem ich leise hinter ihnen geschlichen habe. Mit etwas Übung ist es möglich, einige Arten innerhalb weniger Zoll zu erreichen. Während reale Bilder wie diese wichtig sind, haben die Entomologen Forrest Mitchell und James L. Lasswell vom Texas AgriLife Forschungs- und Erweiterungszentrum in Stephenville, Texas, mit digitalem Scannen eine beeindruckende Bibliothek mit Draufsichten und Seitenansichten vieler Libellen und Schmetterlingsfliegen erstellt .

Die Bilder bei Digital Dragonflies wurden gemacht, indem jede Probe in einem Kühlschrank gekühlt wurde, um sie während des Scannens ruhig zu halten. Die Insekten wurden dann mit der Rückseite nach unten auf das Glasbett des Scanners gelegt. Sie wurden vor dem Zerquetschen durch den Scannerdeckel geschützt, indem sie in ein 10 cm × 12 cm großes Rechteck eines Mauspads gelegt wurden (Einzelheiten finden Sie auf der Website des Scanners). Der Mauspad-Ansatz ist wahrscheinlich am besten, aber ich habe festgestellt, dass gewöhnliche Wellpappe auch funktionieren wird.

Aufgrund meiner Erfahrung beim Scannen von Libellen scheint es, als könnten auch Schmetterlinge und Motten gescannt werden. Eine schwere Dürre hat die Schmetterlingspopulation im Zentrum von Texas zerstört, und ich werde diese Methode ausprobieren, sobald die Schmetterlinge zurückkehren.

Fossilien und Artefakte

Fossilien und Artefakte mit einer flachen Oberfläche lassen sich leicht abtasten. Ich habe zum Beispiel das Fossil eines Trilobiten mit guten Ergebnissen gescannt. Sogar Kräuselungen im Schlamm (jetzt Schiefer), auf dem die Kreatur ruhte, wurden gefangen genommen.

Vor Jahren fand ich ein Flint-Artefakt auf dem Kiesboden des Baches, der an unser Land grenzt. Das Artefakt ist ein Flint-Schaber, der auf beiden Seiten sehr flach ist und leicht vor einem weißen Hintergrund abgetastet werden konnte. Flintpfeilspitzen und Speerspitzen können auch gescannt werden.

Pflanzen

Die Blätter vieler Pflanzenarten können leicht vor einem weißen Hintergrund abgetastet werden.

Die Haupteinschränkung beim Scannen von Blättern ist die Größenbeschränkung des Scanners.

Um optimale Ergebnisse zu erzielen, scannen Sie die Pflanzenproben so schnell wie möglich nach dem Sammeln. Wenn dies nicht möglich ist, bewahren Sie die Probe an einem kühlen Ort auf oder tauchen Sie den Schaft in Wasser. Blätter können mit Wachs überzogen sein. Reinigen Sie daher das Glasbett des Scanners nach dem Scannen.

Die Farbe der eingescannten Blätter erscheint möglicherweise nicht naturgetreu. Wenn nicht, können Sie ein Fotobearbeitungsprogramm verwenden, um die Farbe zu korrigieren. Ich habe festgestellt, dass dies der beste Weg ist, die eigentliche Probe neben den Monitor zu halten und die Farbe des Bildes so anzupassen, dass sie mit der der Probe übereinstimmt.

Gefieder

Die meisten Flug- und Schwanzfedern lassen sich leicht scannen, aber weiße Federn und solche mit weißen Daunen erfordern einen dunklen Hintergrund. Ich habe zum Beispiel einmal eine Flamingofeder gescannt. Die obere Hälfte der Feder war rosafarben und es wurde gut gescannt. Da der untere Teil der Feder weiß war, war er vor dem weißen Hintergrund kaum sichtbar. Die gesamte Feder war sichtbar, als ein schwarzes Blatt Papier darüber gelegt wurde.

Erde und Sand

Boden- und Sandproben können leicht gescannt werden. Helle Proben erfordern einen schwarzen Hintergrund. Derartige Scans sind für die Bodenkunde von Bedeutung, da sie den Vergleich verschiedener Proben unter gleichen Lichtbedingungen ermöglichen.

Wie bei allen Scans müssen möglicherweise die Farben der gescannten Boden- und Sandproben angepasst werden. Wenn ich zum Beispiel Proben von hellem Sand von drei Standorten aus scannte (Abbildung G), war der Sand, der für das bloße Auge am weißesten aussah, beim Scannen nicht so weiß.

Wasser kann dazu führen, dass sich die Farbe von Erde und Sand erheblich ändert. Mit einem Scanner können sowohl nasse als auch trockene Proben gleichzeitig gescannt werden.

Baumringe

In MAKE, Band 19, habe ich beschrieben, wie man die jährlichen Wachstumsringe in Baumstämmen und Zweigen scannt, um sie mit der Bildanalyse-Software ImageJ analysieren zu können. Verwenden Sie eine scharfe, fein gezahnte Holzsäge, um Abschnitte von Ästen und Stämmen zu schneiden. Schleifen Sie die freiliegende Seite eines Abschnitts mit 100er Körnung, gefolgt von 220er Körnung. Die Endpolitur wird mit 400- oder 600-Korn-Papier hergestellt.

Grün geschnittenes Holz sollte vor dem Schleifen mindestens einen Tag trocknen. Sie können das Erscheinungsbild der Ringe verbessern, indem Sie die Oberfläche der zu scannenden Probe befeuchten.

Mikrobenkulturen

Bakterien und Schimmelpilzkulturen werden durch digitales Scannen leicht gerettet. Die Entdeckung lebender Mikroben durch Biomasserauch in Texas, die von der Halbinsel Yucatan in Texas ankamen, wurde durch die Exposition von Petrifilms (von 3M hergestellt) an Tagen mit und ohne Rauch der Umgebungsluft ermöglicht.

(Siehe Artikel: Sarah A. Mims und Forrest M. Mims III. Pilzsporen werden im Rauch von Biomassefeuer über weite Strecken transportiert, Atmospheric Environment 38, 651–655, 2004, makezine.com/go/smokespores.)

Um ihre Entdeckung zu bestätigen, setzte Sarah Petrifilms Rauch aus brennendem Gras und nahegelegener reiner Luft aus. Die Filme, die reiner Luft ausgesetzt waren, hatten nur wenige Bakterien- und Schimmelpilzkolonien. Diejenigen, die dem Rauch ausgesetzt waren, hatten Dutzende Kolonien - und schwarze Asche aus dem verbrannten Gras. Scans dieser Filme lieferten überzeugende Beweise für das Vorhandensein von Mikroben im Biomasserauch.

Notizen, Skizzen und Zeichnungen

Feldnotizen und Skizzen können einfach gescannt werden, um sie im Web zu veröffentlichen oder an Freunde zu senden oder einfach Backups bereitzustellen.

Mein Ziel ist es, alle meine Notizbücher, Fotodias und -drucke und die tausenden von Protokollblättern, auf denen ich seit Mai 1988 Sonnen- und Himmelsdaten aufgezeichnet habe, zu scannen. Dies ist eine große Aufgabe, die mindestens 10 GB Speicherplatz erfordert . Die gesamte Kollektion passt jedoch auf ein winziges Flash-Laufwerk anstelle einiger schwerer Schubladen.

Weitergehen

Einige Proben profitieren von der Aufnahme einer Skala in das gescannte Bild. Wenn die Skala nicht perfekt gerade ist, können Sie das Bild in einem Fotobearbeitungsprogramm begradigen.

Sie können die kostenlose, leistungsstarke ImageJ-Software (herunterladen unter rsbweb.nih.gov/ij) verwenden, um Ihre gescannten Bilder zu analysieren. (Weitere Informationen zur Verwendung von ImageJ finden Sie in meiner Spalte in MAKE, Band 18.)

Schließlich gibt es viele nicht-wissenschaftliche Anwendungen für digitale Scanner, die weit über das Erstellen von Dokumenten und Fotos hinausgehen. Zum Beispiel können Sammler von Briefmarken und Münzen ihre Sammlungen problemlos digitalisieren.

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