通過光源發射的計算機控制來使光測量數位化的方法和裝置的製作方法
2023-05-22 13:26:46
專利名稱：通過光源發射的計算機控制來使光測量數位化的方法和裝置的製作方法
背景技術：
發明領域本發明涉及測量技術領域。更具體地說，本發明涉及通過光源發射的計算機控制使光測量數位化的方法和裝置。
有關技術的描述在具有內置光源的光測量儀器中，光電平通常保持在恆定電平並按照儀器所執行的過程接通或斷開。儀器中的光敏器件通常要調節到它能準確地檢測出測試或參考物體發出的光量。未配有光源的其它成像系統則要調節到環境光電平。一個實例就是(膠片)照相機。為了正確曝光膠片，通常在用光度計測量了測試物體發出的光之後，對快門速度和鏡頭孔徑進行調節。
數位相機也構造成能夠測量和使用環境光。對於這些相機，光度計通常就是光敏圖像晶片本身。數位相機一般都有電子快門，用來調節所記錄到的光量。
本發明擬解決的問題價格低廉的數位相機，像那些網絡相機(web-camera)，通常是不用在精密的光測量儀器中的。它們往往具有有限的輸出解析度範圍。此外，信號輸出往往是所接收光強度的非線性函數。但這種相機的測量範圍和測量精度通過控制光源的光輸出就可以改善。為了快速改變光發射，應使用電子控制系統，而不用機械控制系統。
解決問題的裝置本發明解決了上述問題，方法是利用光敏器件(LSD)，例如含有CMOS或CCD圖像晶片的相機，用數字方式控制光源的輸出來進行精確的測量(CMOS-互補金屬-氧化物半導體；CCD-電荷耦合器件)。從LSD獲得恆定的輸出值，從而防止發生LSD輸出的任何非線性和範圍限制。所述測量方法和系統可用於診斷目的的化學測試和分析物。所述方法可用來測量反射、透射、螢光和濁度。
所述方法和系統的優點包括(但不限於)以下方面·所述方法可用來擴展LSD的測量範圍。如果光控制數模轉換器(DAC)具有16位的解析度，即使LSD的1位數字輸出也能產生16位的測量解析度。
·通過校準DAC控制的光源的光輸出，從非線性LSD能夠得到線性響應，因為通常在CCD或CMOS相機的光響應函數中的非線性對於所述方法來說無關緊要。
·可以建立DAC光控制值和分析物濃度之間單一的轉換函數。
發明概述本發明的這些和其它目的是藉助通過對光源進行數字控制使光數位化的方法以及利用所述方法的系統來實現的，並提出了快速獲得測量結果的搜索方法。
本發明包括通過以數字方式控制光源的輸出使來自受照測試物體的所記錄的光數位化的方法。測試物體發出的光由光敏器件(LSD)記錄，且改變物體的照明，直到從LSD獲得所要求的目標輸出。如果測試物體改變，物體發出的光量通常也會改變。此時改變照明，直到LSD的輸出再次等於或幾乎等於目標值。光控制器的設定用來計算每個測試物體發出的光量。這樣就可防止發生LSD的有限範圍和非線性效應。
通過逐次逼近使光電平數位化來測量光量值的方法包括
·識別接收由測試物體改變後的光信號的光敏器件的輸出目標值；·定義連接到光敏器件的模數轉換器(ADC)的初始步長值；·設定所述初始步長值為控制提供光信號的光源的數模轉換器(DAC)的輸出值，其中所述DAC具有N位解析度；·根據ADC值和輸出目標值的關係重複進行一次或多次DAC輸出值的調節，進行多達N-1次迭代，直到調節完成時ADC值等於輸出目標值；·識別最終的DAC輸出值，作為光信號測量值的結果。
本發明還公開一種使光測量數位化的方法，即，控制對包括測試物體的照明區進行照明的光源的發射，以從光敏器件獲得恆定或近於恆定的信號，所述方法包括·利用多個光信號以可控方式對照明區域進行照明；·改變所述多個光信號；·記錄所述多個改變後的光信號·發送對應於所述多個改變後的光信號的輸出信號；以及·根據輸出信號控制光源的工作，從而可以以可調方式控制照明光信號，使得所述輸出信號恆定不變。
本發明還包括一種使光測量數位化的系統，它通過控制對包括測試物體的照明區進行照明的光源的發射，從所述光敏器件獲得恆定或近於恆定的信號。所述系統包括·光源，配置成用多個光信號可控制地對具有測試物體的照明區域進行照明；·光敏器件，配置成記錄一般由所述照明區域中測試物體改變後的多個光信號，並發送對應於所述改變後的多個光信號的輸出信號；·數據處理系統，配置成接收輸出信號並產生控制信號；
·光源控制器，通過控制信號可接收地連接到數據處理系統，光源控制器控制光源的工作，從而可以以可調的方式控制所述發射光信號，使得所述輸出信號恆定不變。
在另一實施例中，所述系統包括·數據處理系統，配置成產生控制信號；·光源控制器，對控制信號作出響應；·光源，對光源控制器作出響應；·照明區，它包括測試物體，由光源照明；以及·光敏器件，配置成使由測試物體改變後的光成像，並將代表改變後的光的輸出信號發送到數據處理系統，從而可以以可調的方式控制所述改變後的光的信號，使得輸出信號恆定不變。
數模轉換器(DAC)的輸出被微處理系統用來控制光源的輸出。可使用任何可控光源，例如發光二極體(LED)。光源發出的光(例如，可見光，紅外光，紫外光等)照明測試物體。測試物體發出的光由LSD(例如數位相機)接收。相機的模數輸出轉換器(ADC)連接到微處理系統。計算機系統此時可調節光強度，直到從LSD獲得指定的目標值輸出。此過程可以利用測試物體的相機成像中單一的圖像元素(像素)或一組像素進行。測試物體的反射率、透射率、再透射率(如對螢光)和/或散射光都可用此方法測量。
為獲得目標值的DAC調節是用逐次逼近搜索方法完成的。在此方法中DAC的調節步驟數目定義了結果中的解析度(位數)。位數也等於DAC設定的數目和ADC值的隨後讀數。但搜索可以加速最初先校準系統配置(用參考測試物體)，在校準表中作快速搜索，結合必要的圖像捕捉次數，就可實現較快的搜索。
附圖簡要說明
圖1示出利用本發明的方法的本發明實施例的系統配置。所述系統使用微處理系統來控制光源的輸出。光源照明測試物體。測試物體發出的光由光敏器件接收。器件的輸出由處理系統接收。
圖2示出光敏器件的模擬輸出如何被數位化的實例。
圖3示出從DAC輸出端到ADC輸出的來自數字LSD的轉換功能實例。白色和非白色物體在類似於圖1所示配置中進行測量。DAC的解析度為16位，而ADC(相機)的解析度為10位。
圖4示出快速搜索實例。ADC的最小值(或偏移)大約為200。ADC的最大值(或飽和)大約為1023。對於DAC值Nc，得到位於ADC的最大值和最小值之間的第一ADC值M。所述數值用來求出Tc，以下將詳細說明。
圖5示出DAC設定和ADC輸出之間的非線性關係。在此處提出的測量結果中，非白色物體的響應曲線在ADC值超過350直到750時接近於線性。750以上直到在1023飽和時偏離直線，向右傾斜，如圖所示。對許多相機來說這種偏離非線性是典型的，類似於我們使用的IBIS相機的數據表中提出的曲線。而且，DAC設定和ADC輸出之間的任何非線性會影響響應曲線的形狀。見圖6。
圖6a示出紅色發光二極體(LED)的光強作為通過LED的電流的函數的測量結果。所述響應可以近似為直線，如圖所示。
圖6b示出藍色發光二極體(LED)的光強作為通過所述光源的電流的函數的測量結果。所述響應比紅色LED的線性較差一些，但對於大於2mA的電流仍可以近似為直線。
圖7(示意地)示出測量含有C反應蛋白(CRP)的圓形膜片的配置。在使用CRP之前，測量白色膜片。處理後膜片中心部分變成有色的，如圖8b所示圖8a為白色膜片的圖像，由在實例中使用的IBIS相機記錄。
圖8b為有色膜片的圖像，由在實例中使用的IBIS相機記錄。著色有些不均。
圖9a示出圖8a中白色、非有色表面上的像素值分布。目標值(650)稍稍偏離了像素的平均輸出值。照明DAC值此處設定在4082。
圖9b示出圖8b中含有CRP的有色表面上的像素分布。像素分布大於白色表面的像素分布。照明DAC值此處設定在14505。
圖10-12是說明用於光電平數位化的逐次逼近法(SAM)的流程圖。圖10說明單像素SAM，圖11說明元像素SAM，圖12說明快速元像素SAM。
發明的詳細說明現參閱圖1-12，按照本發明實施例的系統包括·光源10(例如不同顏色的LED)；·光源控制器20(例如，數模轉換器，或DAC)；·光敏器件(LSD)30，(例如數碼或模擬相機)；·輸出級檢測器40(例如ADC比較器)；·數據處理系統50；以及·照明區60(此處放置測試物體)。
本發明的光測量方法可用於圖1所示的本發明的系統中。所述系統包括以下功能單元的閉合鏈1.處理器(計算機)50，它控制光源電源20的輸出(見圖1中的粗箭頭)。
2.電源的輸出控制光源10的強度。
3.光源照明設置在照明區60中的測試物體。
4.從測試物體發出的改變後的光(例如，反射的，透射的，散射的等)由光敏器件(LSD)30接收。
5.如果輸出是模擬信號，則使LSD的輸出數位化。以及6.由處理系統50讀出數位化的LSD輸出(見圖1中的粗箭頭)。
利用所述系統，可以將光源輸出調節到獲得LSD的恆定目標值。對於不同的測試物體，光源輸出的設定也不同，用作LSD從測試物體所接收到的光的量度。
測試物體發出的光的光譜信息可以通過利用有不同發光光譜的光源或在光到達(寬帶)LSD之前對寬帶光源濾光等方法獲得。LED的顏色可包括可見光譜以及近紅外或近紫外光譜。
現更詳細地說明按照本發明的系統實施例的具體單元1.處理器50能夠用多種方法控制光源20的功率。
a)可對光源的電流進行控制，例如藉助具有電流輸出的數模轉換器。
b)可對光源的電壓進行控制，例如用具有電壓輸出的數模轉換器。
c)可用處理器將輸出功率變為脈衝式。脈衝長度和脈衝頻率可以改變，脈衝幅度亦可改變。
2.光源10可以是以下任一種a)發光二極體；b)白熾燈；c)氣體放電燈；或d)雷射器等。
必要時可對光源發出的光進行光譜濾光。
3.通常設置在照明區60中的測試物體接收光源10發出的光。從測試物體發出的改變後的光(例如，反射的、透射的、再透射的或散射的光)由光敏器件(LSD)30接收。
4.LSD30通常包括光檢測器和必要的支持電路以及光學部件。可能的光檢測器包括a)光電二極體或雪崩光電二極體；
b)光電電晶體c)CCD相機晶片d)CMOS相機晶片e)光電倍增管5.處理系統50能夠讀出LSD30的輸出。如果輸出是模擬信號，將其轉換為數位訊號。這可以用以下數種方法之一完成a)可以利用比較器，如圖2所示。
b)可將電壓或電流轉換成脈衝，當電壓或電流增加時，脈衝頻率提高(或減小)。利用電壓(或電流)-頻率轉換器即可。然後處理器測量脈衝之間的時間(利用其內部時鐘)，使LSD的輸出信號數位化。
c)可以使用模數轉換器(ADC)。
6.處理器50接收來自LSD30的輸出信號。
a)如果使用圖2所示的數位化方法，可以採用以下步驟將Vref調節到LSD輸出範圍內適當的輸出目標值處理器50按照下述逐次逼近法(SAM)調節光源的輸出。
b)如果使用具有數字輸出的相機30，可以採用以下步驟-在LSD輸出範圍內的適當數值處選擇數字目標輸出值T-處理器50按照下述逐次逼近法(SAM)調節光源的輸出。
搜索未規定的測試物體的光電平的最快的方法是利用二進位逐次逼近法(SAM)。在以下情況使用SAMa)輸入和輸出的關係未知，或b)輸入和輸出的關係為線性，或c)輸入和輸出的關係為非線性，但是單純的增加或減少。
SAM步驟說明如下(參閱圖10-12的流程圖)1.定義LSD的輸出目標值。如果使用數位相機，T可以是用於所述系統的輸出範圍內的任一輸出值，但最好是在其範圍中部的數值。可以用單一的像素輸出或一組像素輸出的平均值作為目標值。詳見下述。如果使用有模擬輸出的LSD，其連接如圖2所示，則將Vref調節到適當的數值(最好在LSD響應範圍的中部)。
2.將DAC的初始步長值(SV)定義為DAC的(最大值+1)除以2。如果DAC具有10位解析度，其最大值為1023，初始SV為512。
3.將DAC的初始輸出設定為等於SV。
4.重複以下步驟N-1次，N為DAC的二進位數。(如果DAC具有10位解析度，則N等於10)。
執行以下循環5.將當前DAC數值轉送到DAC，並測量從ADC的輸出。
6.如果ADC數值高於T，則-將SV除以2-從當前DAC輸出值中減去新的SV值-繼續此循環(N-1次)如果ADC數值低於T，則-將SV除以2-將新的SV值加到當前DAC輸出值上-繼續此循環(N-1次)如果ADC數值等於T，則(如果ADC具有1位輸出範圍，則不用)-終止循環。
循環在此結束。
7.循環終止後，記錄DAC的電流(最終)設定，用作光量值的量度。
每重複一次步驟5和6，精確度就改進1個二進位數(位)。要在所存儲的亮度值中得到1/1024的精確度，需作最多10次照明調節和圖像記錄。多數數位相機電路每秒可記錄10個或更多的圖像，所以我們能在大約1秒或更短的時間裡獲得精確的亮度測量。
基於多於一個像素的目標輸出值可以使用不止一個像素來定義相機的目標輸出值。使一組像素的總和輸出值或平均輸出值代表」元像素」，就可像對單一像素一樣對所述」元像素」進行同樣的目標搜索步驟。如果測試物體是比較均勻的表面，比如光滑的白色或有色區，則從所述區輸出的ADC相機的像素值僅在有限的範圍內變化。見圖9a。如果像素範圍狹窄，即在響應函數的近線性部分(見圖5)，則可用上述搜索步驟所記錄的圖像來調節每個像素值，來計算產生目標值的DAC值。這可以用線性近似完成。如果像素值範圍較大，如圖9b所示，則應將它們分成子組，每子組位於響應函數的近線性部分。主要子組的平均值用來定義在上述搜索步驟中所述的目標值。要增加精確度，可以對每組記錄更多的具有目標值的圖像。
(注即使測試物體表面絕對均勻，但由於相機像素大小，照明均一性，相機光學特性等不可避免的參差不齊，測試物體特性的像素輸出會有所不同。)由於」元像素」是許多像素的平均值，其數值解析度優於對單一像素ADC輸出的解析度。或者相反如果ADC輸出為10位或更高，我們只能存儲8個最有效位，還是能得到」元像素」值的高的精確度。
校準相機的ADC輸出和光強度的DAC設定之間的關係可按以下方式獲得使用參考測試物體，如果測量反射率，最好用白色表面，如果測量透射率或光散射，最好使用透明物體。對於每個ADC值，將其對應的DAC值記錄在校準表中。(如果轉換函數是條平滑曲線，則只需作有效次數的測量就可建立校準表)。
根據相機控制參數的設定，所述關係可能類似於圖3所示的白色物體發出的光的函數。
如果DAC值和光強度之間的關係接近線性(或是線性)，則所述校準曲線以後可用來對所有測試物體計算其反射率(在測量範圍之內)。見圖4和以下說明。
加速逐次逼近法(參閱圖12)(注所述方法不可用於1位ADC類型，如圖2所示的類型)對照明的參考物體(通常為白色物體)校準了DAC輸入和ADC輸出之間的關係後，處理系統就可用所述校準表很快獲得結果。從處理器存儲器的表中讀出通常比調節光源輸出、隨後記錄LSD的輸出要快得多。
步驟實例假定DAC和ADC值間的關係已如上述校準並將其製成表。此外還假定DAC值和光強度之間為近線性關係。在圖6我們示出可以對紅和藍發光二極體作此假定。最後假定DAC和ADC間的關係類似於圖3所示的函數。圖4中，圖3的近線性曲線已由直線代替(最佳符合)。白色和非白色物體的響應線都從點(Nz，Mz)開始，在ADC最大值(1023)達到飽和。對於白色和非白色物體。直線的方程分別為M＝aW·N+bW和M＝a·N+b。在這些方程中aW、bW、a和b為已知常數。將光源斷開並記錄所述暗圖像，可得到相機的偏離值Mz。圖4中Mz等於185。對所有低於或等於Nz的所有DAC設定，都假定Mz值為常數。將點(Nz，Mz)代入白色物體的線性響應方程，求出Nz值Nz＝(Mz-bW)aW。
1.利用上述逐次逼近法，開始所述步驟，直到DAC值Nc得出位於最小值Mz和飽和值1023之間的ADC值M。
2.使用記錄的ADC值將對白色物體校準的制表比例轉換成非白色物體的制表比例。使用給出Nc的ADC值從校準表中找到Nw。所述表還給出了作為目標ADC值的ADC值TW。給出非白色物體目標值之後，現在可以求出所述的DAC值Tc。由圖可知
(Tc-Nc)/(Nc-Nz)＝(目標-Mz)/(M-Mz)或Tc＝Nz+((目標-Mz)*(Nc-Nz))/(M-Mz)3.然後將Tc值傳送到DAC並讀出結果ADC值。
4.接收到的ADC值ADCV可能與T(目標)值有偏差，例如，如果在光源可知值和光源輸出值之間有(輕微)的非線性，如果相機的響應為非線性，或如果溫度發生改變等。對非白色物體測量的非線性實例示於圖5。如果T和ADCV之間的偏差大於可接受(小)的限度ΔT，則必需調節Tc值。這種調節可以有許多方式進行。以下給出一個實例。
我們可假定，在上述線方程中由常數a定義的線的斜度幾乎不改變。所述斜度由以下方程給出a＝(T-ADCV)/(Tc[corr.]-Tc)式中Tc[corr.]為校正的Tc值。由此方程可得Tc[corr.]＝(T-ADCV)/a+Tc5.用Tc[corr.]代替Tc(步驟3中)步驟3-5可以重複進行，直到ADC值和T之間的偏差很小，令人滿意為止。
測量反射率和透射率首先用所述設備和方法測量參考物體(白色或透明)。在用測試物體代替參考物體時，再次調節DAC輸出，直到獲得目標輸出值。於是，可用DAC(參考)/DAC(測試)的比作為測量值。
使用光源控制和物質濃度之間的單一轉換函數當表面上復有不同數量的所述種物質時，物質濃度可以從反射率的變化計算出來。這種關係幾乎總是非線性的。但在每個元件之間的所有(非線性或線性)函數，以及反射率和物質數量之間的函數，都可以集成為一個共用的轉換函數。由於我們需要校準系統，以求高精度的求出物質濃度，可以利用DAC電流設定作為輸入進行校準。這樣就可得到DAC設定和物質濃度之間單一的(非線性)轉換函數。
實例在膜片上測量的CRP測試原理CRP測試是一種固相，夾層格式的免疫測試。盒子裡的試管上裝有白色的膜片，膜片上復有不動的，CRP特有的，單克隆抗體。稀釋和溶解的血液試樣通過膜片，試樣中的C-反應蛋白由抗體捕獲。
然後加入的共軛conjugate溶液含有與超小金粒子(紫色)共軛的CRP特定抗體。在膜片上捕獲的CRP在夾層式反應中與抗體金共軛體結合。
未結合的共軛體在最後的步驟中被清洗溶液去除。
在血樣中有病態CRP存在時，膜片呈紫色。紫色量隨試樣中CRP的濃度的增加而增加。
測量平臺圖7為測量裝置的示意圖。所述裝置使用PC、比利時mechelen，Fillfactory生產的IBIS數位相機，並用LED作為光源(可由PC控控制)。測試物體為膜片，裝在相機前方。
測量過程說明·插入白色膜片·產生光強度圖像LW。用算法1。
·進行CRP測試·插入彩色膜片·產生光強度圖像LC。用算法1。
·計算光反射率圖像LR＝LW/LC·從圖像LR計算平均彩色反射率·從平均彩色反射率值和CRP校準曲線計算CRP定量值算法1和定義的詳細說明產生光強度圖像(LW和LC)定義T 目標相機值(650)I 捕獲的圖像IL捕獲的圖像列表L LED值LL使用的LED控制值列表MaxL 最大LED控制值(60000)MinL 最小LED控制值(300)C 一個像素的相機記錄值CL所有捕獲的圖像中一個像素的相機記錄值列表LI一個像素的光強度MaxC 最大接受的相機值(900)MinC 最小接受的相機值(400)NI數字內插迭代(10)ND計算光強度值時所用的最大數項(4)R 計算調整平均值時所用的半徑M 在半徑R的圓內計算的調整平均值ML計算的調整平均值列表SL計算調整平均值時略去的低項百分比
SH計算調整平均值時略去的高項百分比DT距接近T的所需數值的相對距離計算調整平均值M根據半徑為R的彩色圓中的像素建立直方圖。
在直方圖中略去最低SL和最高SH項。
計算平均值。
算法1設定L＝MinL，捕獲I，計算M，將I存儲在IL，L存儲在LL，M存儲在ML設定L＝MaxL，捕獲I，計算M，將I存儲在IL，L存儲在LL，M存儲在ML設定L＝(MinL+MaxL)/2設定步長L＝(MaxL+MinL)/4重複NI次捕獲I，計算M，將I存儲在IL，L存儲在LL，M存儲在ML如果M＞＝T，則設定L＝L-步長L如果M＜T，則設定L＝L+步長L設定步長L＝步長L/2結束重複在ML中找到最接近T的3項。
利用LL中相應的項計算最佳最小平方線L＝A*M+B設定Dist＝(MaxC-MinC)/DT設定M0＝T-Dist，M1＝T，M2＝T+Dist利用最小平方線L＝A*M+B計算相應的L0、L1、L2設定L0＝max(L0，MinL)，L0＝min(L0，MaxL)
設定L1＝max(L1，MinL)，L1＝min(L0，MaxL)設定L2＝max(L2，MinL)，L2＝min(L0，MaxL)設定L＝L0，捕獲I，計算M，將I存儲在IL，L存儲在LL，M存儲在ML設定L＝L1，捕獲I，計算M，將I存儲在IL，L存儲在LL，M存儲在ML設定L＝L2，捕獲I，計算M，將I存儲在IL，L存儲在LL，M存儲在ML對於每個像素執行以下操作建立CL如果max(CL)＜＝MinC，則設定LI＝maxL，繼續下一個像素如果min(CL)＞＝MaxC，則設定LI＝minL，繼續下一個像素在CL中找到最接近T的ND項利用LL中相應的項計算最佳最小平方線A*M+B設定LI＝A*M+B設定LI＝max(L1，MinL)，L1＝min(L0，MaxL)對每個像素的計算結束算法1結束本發明的上述說明和實施例僅是作為對應用本發明原理的說明。例如本發明的系統和方法可適用於任何類型的光(例如，紅外光、可見光、紫外光)。
因此，上述內容不限制權利要求書的範圍，本發明的真正精神和範圍由權利要求書限定。
權利要求
1.一種用於通過控制光源的發射來使光測量數位化的系統，所述光源對照明區進行照明以便從光敏器件獲得恆定或近於恆定的信號，所述系統包括·光源，配置成利用多個光信號以可控方式對具有測試物體的照明區域進行照明；·光敏器件，配置成記錄通常被所述測試物體改變的多個光信號，並發送對應於所述改變後的多個光信號的輸出信號；·數據處理系統，配置成接收所述輸出信號並產生控制信號；以及·光源控制器，通過所述控制信號可接收地連接到數據處理系統，所述光源控制器控制所述光源的工作，從而可以以可調方式控制所述發光信號，使得所述輸出信號恆定不變。
2.如權利要求1所述的系統，其特徵在於所述光敏器件是數位相機。
3.如權利要求1所述的系統，其特徵在於所述光敏器件是數碼攝像機。
4.如權利要求1所述的系統，其特徵在於所述光敏器件是模擬相機。
5.如權利要求4所述的系統，其特徵在於還包括可接收地連接到所述光敏器件並配置成提供代表所述光敏器件的所述輸出信號的數位訊號的輸出電平檢測器。
6.如權利要求1所述的系統，其特徵在於所述改變的光信號是因被所述照明區內的所述測試物體反射、和/或透射、和/或散射而改變的。
7.如權利要求1所述的系統，其特徵在於所述輸出信號是模擬信號並且所述模擬輸出信號被發送到輸出電平檢測器；所述輸出電平檢測器利用可調參考電壓Vref產生1位數字輸出信號。
8.如權利要求1所述的系統，其特徵在於所述輸出信號是數位訊號。
9.如權利要求1所述的系統，其特徵在於對所述光源電流進行控制。
10.如權利要求9所述的系統，其特徵在於利用具有電流輸出的數模轉換器對所述光源電流進行控制。
11.如權利要求1所述的系統，其特徵在於對所述光源電壓進行控制。
12.如權利要求11所述的系統，其特徵在於利用具有電壓輸出的數模轉換器對所述光源電壓進行控制。
13.如權利要求1所述的系統，其特徵在於利用處理器以脈衝方式產生所述輸出功率。
14.如權利要求13所述的系統，其特徵在於改變所述脈衝的長度和/或頻率和/或幅度。
15.如權利要求1所述的系統，其特徵在於所述光源包括任何數量的發光二極體。
16.如權利要求1所述的系統，其特徵在於所述光源包括任何數量的白熾燈。
17.如權利要求1所述的系統，其特徵在於所述光源包括任何數量的氣體放電燈。
18.如權利要求1所述的系統，其特徵在於所述光源包括任何數量的雷射器。
19.如權利要求1所述的系統，其特徵在於對從所述光源發出的光進行光譜濾光。
20.如權利要求1所述的系統，其特徵在於所述光敏器件包括光檢測器。
21.如權利要求20所述的系統，其特徵在於所述光檢測器包括光電二極體或雪崩光電二極體。
22.如權利要求20所述的系統，其特徵在於所述光檢測器包括光電電晶體。
23.如權利要求20所述的系統，其特徵在於所述光檢測器包括電荷耦合器件相機晶片或等效物體。
24.如權利要求20所述的系統，其特徵在於所述光檢測器包括互補金屬氧化物半導體相機晶片或等效物體。
25.如權利要求20所述的系統，其特徵在於所述光檢測器包括光電倍增器。
26.如權利要求1所述的系統，其特徵在於所述處理系統讀出所述光敏器件的輸出。
27.如權利要求1所述的系統，其特徵在於所述光敏器件的輸出是模擬信號(電壓或電流)。
28.如權利要求27所述的系統，其特徵在於利用比較器將所述模擬信號轉換成數位訊號。
29.如權利要求27所述的系統，其特徵在於將所述模擬信號轉換成脈衝，其中，當電壓或電流增加時所述脈衝頻率提高或下降；利用電壓(或電流)-頻率轉換器來實現所述脈衝的提高或下降；所述處理器然後測量脈衝之間的時間(例如利用其內部時鐘)，從而使所述光敏器件的輸出信號數位化。
30.如權利要求27所述的系統，其特徵在於利用模數轉換器將所述模擬信號轉換成數位訊號。
31.一種用於通過控制光源的發射來使光測量數位化的系統，所述光源對照明區中至少一個測試物體進行照明以便從光敏器件獲得恆定或近於恆定的信號，所述系統包括·配置成產生控制信號的數據處理系統；·對所述控制信號作出響應的光源控制器；·對所述光源控制器出響應的光源；·照明區，它包括測試物體並且由所述光源照明；以及·光敏器件，它配置成將由所述測試物體改變的光成像，並將代表所述改變後的光的輸出信號發送到所述數據處理系統，從而可以以可調的方式控制所述改變後的光信號，使得所述輸出信號恆定不變。
32.如權利要求31所述的系統，其特徵在於所述光源利用多個光信號可控制地照明所述測試物體。
33.如權利要求31所述的系統，其特徵在於所述光敏器件將通常被所述測試物體改變的多個光信號成像。
34.如權利要求31所述的系統，其特徵在於所述改變後的光信號是因被所述照明區內的所述測試物體反射、和/或透射、和/或散射而改變的。
35.如權利要求31所述的系統，其特徵在於所述輸出信號是模擬信號並且所述模擬輸出信號被發送到輸出電平檢測器；所述輸出電平檢測器利用可調參考電壓Vref產生1位數字輸出信號。
36.如權利要求31所述的系統，其特徵在於所述輸出信號是數位訊號。
37.如權利要求31所述的系統，其特徵在於所述電流可由具有電流輸出的數模轉換器控制。
38.如權利要求31所述的系統，其特徵在於所述電壓可由具有電壓輸出的數模轉換器控制。
39.如權利要求31所述的系統，其特徵在於所述光源包括任何數量的發光二極體。
40.如權利要求31所述的系統，其特徵在於所述光源包括任何數量的白熾燈。
41.如權利要求31所述的系統，其特徵在於所述光源包括任何數量的氣體放電燈。
42.如權利要求31所述的系統，其特徵在於所述光源包括任何數量的雷射器。
43.如權利要求31所述的系統，其特徵在於對所述光源發出的光進行光譜濾光。
44.如權利要求31所述的系統，其特徵在於所述光敏器件包括光檢測器。
45.如權利要求44所述的系統，其特徵在於所述光檢測器包括光電二極體或雪崩二極體。
46.如權利要求44所述的系統，其特徵在於所述光檢測器包括光電電晶體。
47.如權利要求44所述的系統，其特徵在於所述光檢測器包括電荷耦合器件相機晶片或等效物。
48.如權利要求44所述的系統，其特徵在於所述光檢測器包括互補金屬氧化物半導體相機晶片或等效物。
49.如權利要求44所述的系統，其特徵在於所述光檢測器包括光電倍增管。
50.如權利要求31所述的系統，其特徵在於所述光敏器件輸出是模擬信號(電壓或電流)。
51.如權利要求48所述的系統，其特徵在於利用比較器將所述模擬信號轉換成數位訊號。
52.如權利要求48所述的系統，其特徵在於將所述模擬信號轉換成脈衝，其中，當電壓或電流增加時所述脈衝頻率提高或降低；所述脈衝頻率的提高或降低是利用電壓(或電流)-頻率轉換器來實現的；所述處理器然後測量脈衝之間的時間(例如利用其內部時鐘)，從而使所述光敏器件的輸出信號數位化。
53.如權利要求48所述的系統，其特徵在於利用模數轉換器將所述模擬信號轉換成數位訊號。
54.一種利用逐次逼近法使光電平數位化以測量光量值的方法，所述方法包括·識別接收被測試物體改變的光信號的光敏器件的輸出目標值；·定義連接到所述光敏器件的模數轉換器的初始步長值；·設定所述初始步長值為控制提供光信號的光源的數模轉換器的輸出值；其中所述數模轉換器具有N位解析度；·根據模數轉換值與輸出目標值的關係對數模轉換器輸出值重複進行一次或多次調節，進行多達N-1次迭代，直到調節完成時所述模數轉換值等於所述輸出目標值；以及·識別所述最終數模轉換輸出值，作為所述光信號量值的量度。
55.如權利要求54所述的方法，其特徵在於對所述數模轉換器輸出值的所述調節包括·如果所述模數轉換值大於所述輸出目標值，則用2除步長值並且從所述當前數模轉換輸出值中減去所述新的步長值，以及·如果所述模數轉換值小於所述輸出目標值，則用2除步長值並且將所述新的步長值加到所述當前數模轉換輸出值上。
56.如權利要求54所述的方法，其特徵在於所述輸出目標值選擇在所述光敏器件響應範圍的中部。
57.一種通過控制光源的發射使光測量數位化的方法，所述光源對包括測試物體的照明區進行照明以便從光敏器件獲得恆定或近於恆定的信號，所述方法包括·利用多個光信號可控制地照明所述照明區域；·改變所述多個光信號；·記錄所述多個改變後的光信號·發送對應於所述多個改變後的光信號的輸出信號；以及·根據所述輸出信號控制光源的工作，從而可以以可調方式控制所述照明光信號，使得所述輸出信號恆定不變。
58.如權利要求57所述的方法，其特徵在於所述輸出信號是數位訊號。
59.如權利要求57所述的方法，其特徵在於所述輸出信號是模擬信號並且所述方法還包括將所述模擬信號轉換成數位訊號。
60.如權利要求57所述的方法，其特徵在於還包括根據所述輸出信號產生控制信號，以便控制所述光源的工作。
61.如權利要求57所述的方法，其特徵在於所述處理系統接收來自所述光敏器件的所述輸出信號並且數位化方法包括·將Vref調節到所述光敏器件輸出範圍內的適當輸出目標值；以及·利用所述處理器按照逐次逼近法(SAM)調節所述光源的輸出。
全文摘要
本發明涉及通過計算機控制光源發射來使光測量數位化的方法和裝置。本發明使用光敏器件(LSD)(例如包括CMOS或CCD圖像晶片的相機系統)，通過以數位化方式控制光源輸出以進行精密測量。從LSD獲得恆定的輸出值，從而防止發生LSD輸出的任何非線性和範圍限制。所述測量方法和系統可用於診斷目的的化學測試和分析物。所述方法可用來測量反射、透射、螢光和濁度。
文檔編號G01J1/42GK1582390SQ02822145
公開日2005年2月16日 申請日期2002年9月10日 優先權日2001年9月11日
發明者T·塞姆 申請人:軸－屏蔽Poc公司