一種透射式ccd成像圖像分析裝置及方法
2023-09-10 09:00:55 2
專利名稱：一種透射式ccd成像圖像分析裝置及方法
技術領域：
本發明涉及液體樣品分析識別領域，具體是指一種透射式CCD成像圖像分析裝置 及方法。
背景技術：
目前對液體樣品的圖形和顏色識別多採用拍攝法。該法利用近焦距高像素攝像頭 對樣品逐一進行拍照，然後把拍攝得到的圖片傳到計算機，與預先存儲的標準圖片進行對 比，從而對樣品做出判斷。該法具有以下的缺點(1)在識別數量巨大的液體樣品時速度太 慢，不能用於時效性較強的液體樣品識別；(2)當攝像頭由一個樣品轉到另一個樣品進行 拍攝時易產生定位誤差，從而降低識別的正確率；(3)攝像頭每次啟動和停止都會產生衝 擊，使液體樣品產生蕩動，對樣品的原始圖形有明顯的破壞作用。而且現有的攝像頭或數位相機雖然能夠一次對多個液體樣品進行拍照，但要獲得 不變形的高清圖像需要很大的焦距和很高的解析度，實際上不可行。現有的掃描儀也能夠 一次成像，但由於是按平面圖形成像設計，不適用於有一定深度的立體成像，而且掃描頭在 下樣品在上的方式也不能用於液體成像。因此，發明一種能一次對數個乃至數十個液體樣品進行快速成像，運行平穩，識別 正確率高的系統顯得十分必要。
發明內容
本發明的主要目的在於克服現有技術的缺點與不足，提供一種透射式CXD成像圖 像分析裝置。本發明的另一目的在於提供一種基於上述裝置的對液體樣品進行分析識別的透 射式CCD成像圖像分析方法。本發明通過下述技術方案實現一種透射式CXD成像圖像分析裝置，包括樣品放 置模塊、圖像採集模塊和控制模塊，所述樣品放置模塊包括多孔液體樣品透明容器和託架， 多孔液體樣品透明容器放置在託架的凹槽中，通過彈性物壓緊定位；所述圖像採集模塊包 括LED均勻透射光源模塊、光學成像模塊和光電轉換模塊，LED均勻透射光源模塊設置於光 學成像模塊的正下方，並與光學成像模塊間隔一定距離，光電轉換模塊集成在光學成像模 塊中；所述控制模塊包括用於整機運行控制和用戶操作的主控模塊、用於圖像分析的計算 機、用於控制樣品放置模塊移動的託架驅動模塊、數據傳輸模塊，主控模塊和計算機均通過 數據傳輸模塊與圖像採集模塊中的光電轉換模塊相連，主控模塊通過託架驅動模塊控制樣 品放置模塊的運動。所述樣品放置模塊中多孔液體樣品透明容器中的樣品槽為8 96個。所述圖像採集模塊中的光學成像模塊至少比樣品放置模塊的高度高1 3mm，LED 均勻透射光源模塊和樣品放置模塊之間的距離為5 20mm。所述圖像採集模塊中光電轉換模塊採用CCD線陣列，長度與多孔液體樣品透明容
4器寬度接近，能形成10 30mm的焦深。所述控制模塊中的主控模塊包括CPU、控制鍵盤或觸控螢幕。作為優選方案，所述控制模塊中的託架驅動模塊採用塑料齒輪減速器、皮帶傳動 和滾輪輸送。一種基於上述裝置的透射式CXD成像圖像分析方法，首先，將裝置中的圖像採集 模塊和控制模塊復位，將裝有實驗樣品的多孔液體樣品透明容器固定放置於託架中，然後 主控模塊通過託架驅動模塊控制託架勻速經過LED均勻透射光源模塊與光學成像模塊之 間位置，最後圖像採集模塊採集圖像後經數據傳輸模塊傳送至計算機進行圖像分析。具體包括以下步驟(1)系統初始化接通電源開關後，裝置中的圖像採集模塊和控制模塊均自動復 位，然後將不同液體樣品放入多孔液體樣品透明容器中，再將多孔液體樣品透明容器放置 在託架的凹槽中，通過彈性物壓緊定位；(2)樣品送入通過主控模塊上的控制按鈕啟動託架驅動模塊，託架驅動模塊控 制託架勻速經過LED均勻透射光源模塊與光學成像模塊之間位置；(3)圖像採集對於與時間無關的樣品，光學成像模塊拍攝一幅圖像後在光電轉 換模塊的CCD器件中一次生成多個液體樣品的立體圖像並轉換成電信號，電信號經數據傳 輸模塊傳送至計算機；對於和時間有關的樣品，光學成像模塊按預先設定的時間間隔定時 採集圖像，然後將這些與時間密切相關的圖像經光電轉換模塊轉換後經數據傳輸模塊傳送 至計算機；(4)圖像分析對於與時間無關的樣品，將傳來的圖像按樣品槽數目進行均勻切 割，每個樣品槽作為一張小圖，對切割後的小圖按順序進行編號，依次對每張切割後的小圖 進行預處理，根據顏色或色度不同分別與計算機中的標準圖像庫或標準色度庫作比對，得 出實驗結果評價；對於和時間有關的樣品，則將光學成像模塊定時採集的圖像與相應時間 段的標準圖像或色度作比對，得出實驗結果評價。本發明與現有技術相比，具有如下優點和有益效果1、本發明中光電轉換模塊採用CCD線陣列，多孔液體樣品透明容器有數個乃至數 十個樣品槽，可一次對多個液體樣品的圖形進行成像，成像清晰度高，圖像不變形或變形小 且能夠通過其他方式校正。2、本發明中的圖像分析部分能將一次成像的多個液體樣品圖形精確地分解成單 個樣品圖形進行分析判斷，互相之間不產生任何影響，節省了實驗時間。3、本發明中採用LED均勻透射光源能產生大面積的均勻漫射光，實現了成像背景 光的各向同性，有效消除了其他光源在液體中產生的光斑，保證了成像的原始性。4、本發明中託架驅動模塊可有效降低運動中的振動、衝擊和阻力，避免液體樣品 物理性質在成像過程中受到破壞。
圖1是本發明裝置的結構示意圖；圖2是本發明方法的流程示意圖。
具體實施例方式下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限 於此。實施例1如圖1所示，一種透射式CXD成像圖像分析裝置，包括樣品放置模塊、圖像採集模 塊和控制模塊，所述樣品放置模塊包括多孔液體樣品透明容器1和託架2，多孔液體樣品透 明容器1放置在託架2的凹槽中，通過彈性物壓緊定位；所述圖像採集模塊包括LED均勻透 射光源模塊3、光學成像模塊4和光電轉換模塊5，LED均勻透射光源模塊3設置於光學成 像模塊4的正下方，並與光學成像模塊4間隔一定距離，光電轉換模塊5集成在光學成像模 塊4中；所述控制模塊包括用於整機運行控制和用戶操作的主控模塊6、用於圖像分析的計 算機7、用於控制樣品放置模塊移動的託架驅動模塊8、數據傳輸模塊9，主控模塊6和計算 機7均通過數據傳輸模塊9與圖像採集模塊中的光電轉換模塊5相連，主控模塊6通過託 架驅動模塊8控制樣品放置模塊的運動。所述樣品放置模塊中多孔液體樣品透明容器1中的樣品槽為96個。所述圖像採集模塊中的光學成像模塊4至少比樣品放置模塊的高度高1 3mm， LED均勻透射光源模塊3和樣品放置模塊之間的距離為5mm。所述圖像採集模塊中光電轉換模塊5採用CCD線陣列，長度與多孔液體樣品透明 容器1寬度接近，能形成20mm的焦深。所述控制模塊中的主控模塊6包括CPU、控制鍵盤。所述控制模塊中的託架驅動模塊8採用塑料齒輪減速器、皮帶傳動和滾輪輸送。如圖2所示，一種基於上述裝置的透射式CXD成像圖像分析方法，首先，將裝置中 的圖像採集模塊和控制模塊復位，將裝有實驗樣品的多孔液體樣品透明容器1固定放置於 託架2中，然後主控模塊6通過託架驅動模塊8控制託架2勻速經過LED均勻透射光源模 塊3與光學成像模塊4之間位置，最後圖像採集模塊採集圖像後經數據傳輸模塊9傳送至 計算機7進行圖像分析。具體包括以下步驟(1)系統初始化接通電源開關後，裝置中的圖像採集模塊和控制模塊均自動復 位，然後將不同液體樣品放入多孔液體樣品透明容器1中，再將多孔液體樣品透明容器1放 置在託架2的凹槽中，通過彈性物壓緊定位；(2)樣品送入通過主控模塊6上的控制按鈕啟動託架驅動模塊8，託架驅動模塊 8控制託架2勻速經過LED均勻透射光源模塊3與光學成像模塊4之間位置；(3)圖像採集對於與時間無關的樣品，光學成像模塊4拍攝一幅圖像後在光電轉 換模塊5的CCD器件中一次生成多個液體樣品的立體圖像並轉換成電信號，電信號經數據 傳輸模塊9傳送至計算機7 ；對於和時間有關的樣品，光學成像模塊4按預先設定的時間間 隔定時採集圖像，然後將這些與時間密切相關的圖像經光電轉換模塊5轉換後經數據傳輸 模塊9傳送至計算機7 ；(4)圖像分析對於與時間無關的樣品，將傳來的圖像按樣品槽數目進行均勻切 割，每個樣品槽作為一張小圖，對切割後的小圖按順序進行編號，依次對每張切割後的小圖 進行預處理，根據顏色或色度不同分別與計算機中的標準圖像庫或標準色度庫作比對，得出實驗結果評價；對於和時間有關的樣品，則將光學成像模塊4定時採集的圖像與相應時 間段的標準圖像或色度作比對，得出實驗結果評價。在實際操作中，主要針對3種不同樣品進行識別(1)液體樣品圖形識別。部分生化實驗會形成不同的圖形，而實驗結果的評價與圖 形相關。對於該類識別，首先將實驗結果評價同實驗圖形的相關性用軟體方式列表形成標 準圖形庫存入計算機。測試時，將實驗溶液注入多孔液體樣品透明容器1的孔中形成液體 樣品，然後把多孔液體樣品透明容器1放入託架2中，通過主控模塊6的操作鍵盤啟動託盤 驅動模塊8，使多孔液體樣品透明容器1中的所有液體樣品在光學成像模塊4和光電轉換模 塊5中形成圖像電信號。該信號輸入計算機後切割成單個樣品圖形，再通過與預存的圖形 比對，得出實驗結果的評價。(2)液體樣品顏色識別。部分生化實驗會生成不同顏色的溶液，而實驗結果的評價 與溶液的顏色相關。對於該類識別，首先將實驗結果評價同溶液顏色的相關性用軟體方式 列表形成標準色度庫存入計算機。測試時，操作過程與液體樣品圖形識別相同，只是生成的 圖像包含多孔液體樣品透明容器中所有液體樣品的顏色信息。這些信息輸入計算機後先切 割成單個樣品顏色，再通過與預存的顏色比對，就能得出實驗結果的評價。(3)生化過程識別。部分生化實驗的結果評價與實驗過程中溶液的圖形或顏色變 化規律相關，例如圖形聚集的速度或顏色變化的速度。此過程用肉眼或拍攝法很難監測。對 於該類識別，該系統將過程中溶液形狀或顏色的變化規律按時間分段的方式預存在計算機 的軟體中，當液體樣品放入容器中後，按時間間隔定時啟動成像系統，形成與時間密切相關 的圖像，通過與相應時間段的標準圖像或顏色比對，就能對實驗結果作出正確的評價。實施例2本實施例除下述特徵外其他結構同實施例1 所述樣品放置模塊中多孔液體樣品 透明容器1中的樣品槽為48個。所述圖像採集模塊中的LED均勻透射光源模塊3和樣品放置模塊之間的距離為 20mmo所述控制模塊中的主控模塊6包括CPU、觸控螢幕。所述圖像採集模塊中光電轉換模塊5採用CCD線陣列，長度與多孔液體樣品透明 容器1寬度接近，能形成30mm的焦深。實施例3本實施例除下述特徵外其他結構同實施例1 所述樣品放置模塊中多孔液體樣品 透明容器1中的樣品槽為8個。所述圖像採集模塊中光電轉換模塊5採用CCD線陣列，長度與多孔液體樣品透明 容器1寬度接近，能形成IOmm的焦深。上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述實施例的 限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
一種透射式CCD成像圖像分析裝置，其特徵在於包括樣品放置模塊、圖像採集模塊和控制模塊，所述樣品放置模塊包括多孔液體樣品透明容器和託架，多孔液體樣品透明容器放置在託架的凹槽中，通過彈性物壓緊定位；所述圖像採集模塊包括LED均勻透射光源模塊、光學成像模塊和光電轉換模塊，LED均勻透射光源模塊設置於光學成像模塊的正下方，並與光學成像模塊間隔一定距離，光電轉換模塊集成在光學成像模塊中；所述控制模塊包括用於整機運行控制和用戶操作的主控模塊、用於圖像分析的計算機、用於控制樣品放置模塊移動的託架驅動模塊、數據傳輸模塊，主控模塊和計算機均通過數據傳輸模塊與圖像採集模塊中的光電轉換模塊相連，主控模塊通過託架驅動模塊控制樣品放置模塊的運動。
2.根據權利要求1所述的透射式CXD成像圖像分析裝置，其特徵在於所述樣品放置 模塊中多孔液體樣品透明容器中的樣品槽為8 96個。
3.根據權利要求1所述的透射式CCD成像圖像分析裝置，其特徵在於所述圖像採集 模塊中的光學成像模塊至少比樣品放置模塊的高度高1 3mm，LED均勻透射光源模塊和樣 品放置模塊之間的距離為5 20mm。
4.根據權利要求1所述的透射式CCD成像圖像分析裝置，其特徵在於所述圖像採 集模塊中光電轉換模塊採用CCD線陣列，長度與多孔液體樣品透明容器寬度接近，能形成 10 30mm的焦深。
5.根據權利要求1所述的透射式CCD成像圖像分析裝置，其特徵在於所述控制模塊 中的主控模塊包括CPU、控制鍵盤或觸控螢幕。
6.根據權利要求1所述的透射式CCD成像圖像分析裝置，其特徵在於所述控制模塊 中的託架驅動模塊採用塑料齒輪減速器、皮帶傳動和滾輪輸送。
7.一種基於權利要求1所述裝置的透射式CXD成像圖像分析方法，其特徵在於將裝 置中的圖像採集模塊和控制模塊復位，將裝有實驗樣品的多孔液體樣品透明容器固定放置 於託架中，然後主控模塊通過託架驅動模塊控制託架勻速經過LED均勻透射光源模塊與光 學成像模塊之間位置，最後圖像採集模塊採集圖像後經數據傳輸模塊傳送至計算機進行圖 像分析。
8.根據權利要求7所述的透射式CXD成像圖像分析方法，其特徵在於具體包括以下步驟(1)系統初始化接通電源開關後，裝置中的圖像採集模塊和控制模塊均自動復位，然 後將不同液體樣品放入多孔液體樣品透明容器中，再將多孔液體樣品透明容器放置在託架 的凹槽中，通過彈性物壓緊定位；(2)樣品送入通過主控模塊上的控制按鈕啟動託架驅動模塊，託架驅動模塊控制託 架勻速經過LED均勻透射光源模塊與光學成像模塊之間位置；(3)圖像採集對於與時間無關的樣品，光學成像模塊拍攝一幅圖像後在光電轉換模 塊的CCD器件中一次生成多個液體樣品的立體圖像並轉換成電信號，電信號經數據傳輸模 塊傳送至計算機；對於和時間有關的樣品，光學成像模塊按預先設定的時間間隔定時採集 圖像，然後將這些與時間密切相關的圖像經光電轉換模塊轉換後經數據傳輸模塊傳送至計 算機；(4)圖像分析對於與時間無關的樣品，將傳來的圖像按樣品槽數目進行均勻切割，每個樣品槽作為一張小圖，對切割後的小圖按順序進行編號，依次對每張切割後的小圖進行 預處理，根據顏色或色度不同分別與計算機中的標準圖像庫或標準色度庫作比對，得出實 驗結果評價；對於和時間有關的樣品，則將光學成像模塊定時採集的圖像與相應時間段的 標準圖像或色度作比對，得出實驗結果評價。
全文摘要
本發明公開了一種透射式CCD成像圖像分析裝置及方法，該裝置包括樣品放置模塊、圖像採集模塊和控制模塊，樣品放置模塊包括多孔液體樣品透明容器和託架，圖像採集模塊包括LED均勻透射光源模塊、光學成像模塊和光電轉換模塊，控制模塊包括主控模塊、計算機、託架驅動模塊、數據傳輸模塊。該方法是首先將裝置中的圖像採集模塊和控制模塊復位，將裝有實驗樣品的多孔液體樣品透明容器固定放置於託架中，然後主控模塊通過託架驅動模塊控制託架勻速經過LED均勻透射光源模塊與光學成像模塊之間位置，最後圖像採集模塊採集圖像後經數據傳輸模塊傳送至計算機進行圖像分析。該發明能一次對多個液體樣品進行快速成像，運行平穩，識別正確率高。
文檔編號G01N21/27GK101968444SQ20101051267
公開日2011年2月9日 申請日期2010年10月20日 優先權日2010年10月20日
發明者任季玉, 劉新生, 唐亞海, 王瑩瑩, 石松, 郭建瓊 申請人:廣東達元食品藥品安全技術有限公司