專利名稱：一種透射式ccd成像圖像分析裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液體樣品分析識別領(lǐng)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(shù)：
目前對液體樣品的圖形和顏色識別多采用拍攝法。該法利用近焦距高像素?cái)z像頭 對樣品逐一進(jìn)行拍照，然后把拍攝得到的圖片傳到計(jì)算機(jī)，與預(yù)先存儲的標(biāo)準(zhǔn)圖片進(jìn)行對 比，從而對樣品做出判斷。該法具有以下的缺點(diǎn)(1)在識別數(shù)量巨大的液體樣品時(shí)速度太 慢，不能用于時(shí)效性較強(qiáng)的液體樣品識別；(2)當(dāng)攝像頭由一個(gè)樣品轉(zhuǎn)到另一個(gè)樣品進(jìn)行 拍攝時(shí)易產(chǎn)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(chǎn)生沖 擊，使液體樣品產(chǎn)生蕩動，對樣品的原始圖形有明顯的破壞作用。而且現(xiàn)有的攝像頭或數(shù)碼相機(jī)雖然能夠一次對多個(gè)液體樣品進(jìn)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分辨率，實(shí)際上不可行?，F(xiàn)有的掃描儀也能夠 一次成像，但由于是按平面圖形成像設(shè)計(jì)，不適用于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于液體成像。因此，發(fā)明一種能一次對數(shù)個(gè)乃至數(shù)十個(gè)液體樣品進(jìn)行快速成像，運(yùn)行平穩(wěn)，識別 正確率高的系統(tǒng)顯得十分必要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種透射式CXD成像圖 像分析裝置。本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于上述裝置的對液體樣品進(jìn)行分析識別的透 射式CCD成像圖像分析方法。本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種透射式CXD成像圖像分析裝置，包括樣品放 置模塊、圖像采集模塊和控制模塊，所述樣品放置模塊包括多孔液體樣品透明容器和托架， 多孔液體樣品透明容器放置在托架的凹槽中，通過彈性物壓緊定位；所述圖像采集模塊包 括LED均勻透射光源模塊、光學(xué)成像模塊和光電轉(zhuǎn)換模塊，LED均勻透射光源模塊設(shè)置于光 學(xué)成像模塊的正下方，并與光學(xué)成像模塊間隔一定距離，光電轉(zhuǎn)換模塊集成在光學(xué)成像模 塊中；所述控制模塊包括用于整機(jī)運(yùn)行控制和用戶操作的主控模塊、用于圖像分析的計(jì)算 機(jī)、用于控制樣品放置模塊移動的托架驅(qū)動模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊，主控模塊和計(jì)算機(jī)均通過 數(shù)據(jù)傳輸模塊與圖像采集模塊中的光電轉(zhuǎn)換模塊相連，主控模塊通過托架驅(qū)動模塊控制樣 品放置模塊的運(yùn)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(gè)。所述圖像采集模塊中的光學(xué)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。所述圖像采集模塊中光電轉(zhuǎn)換模塊采用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、控制鍵盤或觸摸屏。作為優(yōu)選方案，所述控制模塊中的托架驅(qū)動模塊采用塑料齒輪減速器、皮帶傳動 和滾輪輸送。一種基于上述裝置的透射式CXD成像圖像分析方法，首先，將裝置中的圖像采集 模塊和控制模塊復(fù)位，將裝有實(shí)驗(yàn)樣品的多孔液體樣品透明容器固定放置于托架中，然后 主控模塊通過托架驅(qū)動模塊控制托架勻速經(jīng)過LED均勻透射光源模塊與光學(xué)成像模塊之 間位置，最后圖像采集模塊采集圖像后經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸模塊傳送至計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像分析。具體包括以下步驟(1)系統(tǒng)初始化接通電源開關(guān)后，裝置中的圖像采集模塊和控制模塊均自動復(fù) 位，然后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 在托架的凹槽中，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托架驅(qū)動模塊，托架驅(qū)動模塊控 制托架勻速經(jīng)過LED均勻透射光源模塊與光學(xué)成像模塊之間位置；(3)圖像采集對于與時(shí)間無關(guān)的樣品，光學(xué)成像模塊拍攝一幅圖像后在光電轉(zhuǎn) 換模塊的CCD器件中一次生成多個(gè)液體樣品的立體圖像并轉(zhuǎn)換成電信號，電信號經(jīng)數(shù)據(jù)傳 輸模塊傳送至計(jì)算機(jī)；對于和時(shí)間有關(guān)的樣品，光學(xué)成像模塊按預(yù)先設(shè)定的時(shí)間間隔定時(shí) 采集圖像，然后將這些與時(shí)間密切相關(guān)的圖像經(jīng)光電轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸模塊傳送 至計(jì)算機(jī)；(4)圖像分析對于與時(shí)間無關(guān)的樣品，將傳來的圖像按樣品槽數(shù)目進(jìn)行均勻切 割，每個(gè)樣品槽作為一張小圖，對切割后的小圖按順序進(jìn)行編號，依次對每張切割后的小圖 進(jìn)行預(yù)處理，根據(jù)顏色或色度不同分別與計(jì)算機(jī)中的標(biāo)準(zhǔn)圖像庫或標(biāo)準(zhǔn)色度庫作比對，得 出實(shí)驗(yàn)結(jié)果評價(jià)；對于和時(shí)間有關(guān)的樣品，則將光學(xué)成像模塊定時(shí)采集的圖像與相應(yīng)時(shí)間 段的標(biāo)準(zhǔn)圖像或色度作比對，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果評價(jià)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果1、本發(fā)明中光電轉(zhuǎn)換模塊采用CCD線陣列，多孔液體樣品透明容器有數(shù)個(gè)乃至數(shù) 十個(gè)樣品槽，可一次對多個(gè)液體樣品的圖形進(jìn)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(fā)明中的圖像分析部分能將一次成像的多個(gè)液體樣品圖形精確地分解成單 個(gè)樣品圖形進(jìn)行分析判斷，互相之間不產(chǎn)生任何影響，節(jié)省了實(shí)驗(yàn)時(shí)間。3、本發(fā)明中采用LED均勻透射光源能產(chǎn)生大面積的均勻漫射光，實(shí)現(xiàn)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(chǎn)生的光斑，保證了成像的原始性。4、本發(fā)明中托架驅(qū)動模塊可有效降低運(yùn)動中的振動、沖擊和阻力，避免液體樣品 物理性質(zhì)在成像過程中受到破壞。


圖1是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明方法的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限 于此。實(shí)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、圖像采集模 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和托架2，多孔液體樣品透 明容器1放置在托架2的凹槽中，通過彈性物壓緊定位；所述圖像采集模塊包括LED均勻透 射光源模塊3、光學(xué)成像模塊4和光電轉(zhuǎn)換模塊5，LED均勻透射光源模塊3設(shè)置于光學(xué)成 像模塊4的正下方，并與光學(xué)成像模塊4間隔一定距離，光電轉(zhuǎn)換模塊5集成在光學(xué)成像模 塊4中；所述控制模塊包括用于整機(jī)運(yùn)行控制和用戶操作的主控模塊6、用于圖像分析的計(jì) 算機(jī)7、用于控制樣品放置模塊移動的托架驅(qū)動模塊8、數(shù)據(jù)傳輸模塊9，主控模塊6和計(jì)算 機(jī)7均通過數(shù)據(jù)傳輸模塊9與圖像采集模塊中的光電轉(zhuǎn)換模塊5相連，主控模塊6通過托 架驅(qū)動模塊8控制樣品放置模塊的運(yùn)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(gè)。所述圖像采集模塊中的光學(xué)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。所述圖像采集模塊中光電轉(zhuǎn)換模塊5采用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。所述控制模塊中的托架驅(qū)動模塊8采用塑料齒輪減速器、皮帶傳動和滾輪輸送。如圖2所示，一種基于上述裝置的透射式CXD成像圖像分析方法，首先，將裝置中 的圖像采集模塊和控制模塊復(fù)位，將裝有實(shí)驗(yàn)樣品的多孔液體樣品透明容器1固定放置于 托架2中，然后主控模塊6通過托架驅(qū)動模塊8控制托架2勻速經(jīng)過LED均勻透射光源模 塊3與光學(xué)成像模塊4之間位置，最后圖像采集模塊采集圖像后經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸模塊9傳送至 計(jì)算機(jī)7進(jìn)行圖像分析。具體包括以下步驟(1)系統(tǒng)初始化接通電源開關(guān)后，裝置中的圖像采集模塊和控制模塊均自動復(fù) 位，然后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 置在托架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上的控制按鈕啟動托架驅(qū)動模塊8，托架驅(qū)動模塊 8控制托架2勻速經(jīng)過LED均勻透射光源模塊3與光學(xué)成像模塊4之間位置；(3)圖像采集對于與時(shí)間無關(guān)的樣品，光學(xué)成像模塊4拍攝一幅圖像后在光電轉(zhuǎn) 換模塊5的CCD器件中一次生成多個(gè)液體樣品的立體圖像并轉(zhuǎn)換成電信號，電信號經(jīng)數(shù)據(jù) 傳輸模塊9傳送至計(jì)算機(jī)7 ；對于和時(shí)間有關(guān)的樣品，光學(xué)成像模塊4按預(yù)先設(shè)定的時(shí)間間 隔定時(shí)采集圖像，然后將這些與時(shí)間密切相關(guān)的圖像經(jīng)光電轉(zhuǎn)換模塊5轉(zhuǎn)換后經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸 模塊9傳送至計(jì)算機(jī)7 ；(4)圖像分析對于與時(shí)間無關(guān)的樣品，將傳來的圖像按樣品槽數(shù)目進(jìn)行均勻切 割，每個(gè)樣品槽作為一張小圖，對切割后的小圖按順序進(jìn)行編號，依次對每張切割后的小圖 進(jìn)行預(yù)處理，根據(jù)顏色或色度不同分別與計(jì)算機(jī)中的標(biāo)準(zhǔn)圖像庫或標(biāo)準(zhǔn)色度庫作比對，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果評價(jià)；對于和時(shí)間有關(guān)的樣品，則將光學(xué)成像模塊4定時(shí)采集的圖像與相應(yīng)時(shí) 間段的標(biāo)準(zhǔn)圖像或色度作比對，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果評價(jià)。在實(shí)際操作中，主要針對3種不同樣品進(jìn)行識別(1)液體樣品圖形識別。部分生化實(shí)驗(yàn)會形成不同的圖形，而實(shí)驗(yàn)結(jié)果的評價(jià)與圖 形相關(guān)。對于該類識別，首先將實(shí)驗(yàn)結(jié)果評價(jià)同實(shí)驗(yàn)圖形的相關(guān)性用軟件方式列表形成標(biāo) 準(zhǔn)圖形庫存入計(jì)算機(jī)。測試時(shí)，將實(shí)驗(yàn)溶液注入多孔液體樣品透明容器1的孔中形成液體 樣品，然后把多孔液體樣品透明容器1放入托架2中，通過主控模塊6的操作鍵盤啟動托盤 驅(qū)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(xué)成像模塊4和光電轉(zhuǎn)換模 塊5中形成圖像電信號。該信號輸入計(jì)算機(jī)后切割成單個(gè)樣品圖形，再通過與預(yù)存的圖形 比對，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果的評價(jià)。(2)液體樣品顏色識別。部分生化實(shí)驗(yàn)會生成不同顏色的溶液，而實(shí)驗(yàn)結(jié)果的評價(jià) 與溶液的顏色相關(guān)。對于該類識別，首先將實(shí)驗(yàn)結(jié)果評價(jià)同溶液顏色的相關(guān)性用軟件方式 列表形成標(biāo)準(zhǔn)色度庫存入計(jì)算機(jī)。測試時(shí)，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(jì)算機(jī)后先切 割成單個(gè)樣品顏色，再通過與預(yù)存的顏色比對，就能得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果的評價(jià)。(3)生化過程識別。部分生化實(shí)驗(yàn)的結(jié)果評價(jià)與實(shí)驗(yàn)過程中溶液的圖形或顏色變 化規(guī)律相關(guān)，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(jiān)測。對 于該類識別，該系統(tǒng)將過程中溶液形狀或顏色的變化規(guī)律按時(shí)間分段的方式預(yù)存在計(jì)算機(jī) 的軟件中，當(dāng)液體樣品放入容器中后，按時(shí)間間隔定時(shí)啟動成像系統(tǒng)，形成與時(shí)間密切相關(guān) 的圖像，通過與相應(yīng)時(shí)間段的標(biāo)準(zhǔn)圖像或顏色比對，就能對實(shí)驗(yàn)結(jié)果作出正確的評價(jià)。實(shí)施例2本實(shí)施例除下述特征外其他結(jié)構(gòu)同實(shí)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(gè)。所述圖像采集模塊中的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、觸摸屏。所述圖像采集模塊中光電轉(zhuǎn)換模塊5采用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(shí)施例3本實(shí)施例除下述特征外其他結(jié)構(gòu)同實(shí)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(gè)。所述圖像采集模塊中光電轉(zhuǎn)換模塊5采用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(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的 限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種透射式CCD成像圖像分析裝置，其特征在于包括樣品放置模塊、圖像采集模塊和控制模塊，所述樣品放置模塊包括多孔液體樣品透明容器和托架，多孔液體樣品透明容器放置在托架的凹槽中，通過彈性物壓緊定位；所述圖像采集模塊包括LED均勻透射光源模塊、光學(xué)成像模塊和光電轉(zhuǎn)換模塊，LED均勻透射光源模塊設(shè)置于光學(xué)成像模塊的正下方，并與光學(xué)成像模塊間隔一定距離，光電轉(zhuǎn)換模塊集成在光學(xué)成像模塊中；所述控制模塊包括用于整機(jī)運(yùn)行控制和用戶操作的主控模塊、用于圖像分析的計(jì)算機(jī)、用于控制樣品放置模塊移動的托架驅(qū)動模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊，主控模塊和計(jì)算機(jī)均通過數(shù)據(jù)傳輸模塊與圖像采集模塊中的光電轉(zhuǎn)換模塊相連，主控模塊通過托架驅(qū)動模塊控制樣品放置模塊的運(yùn)動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透射式CXD成像圖像分析裝置，其特征在于所述樣品放置 模塊中多孔液體樣品透明容器中的樣品槽為8 96個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透射式CCD成像圖像分析裝置，其特征在于所述圖像采集 模塊中的光學(xué)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(jù)權(quán)利要求1所述的透射式CCD成像圖像分析裝置，其特征在于所述圖像采 集模塊中光電轉(zhuǎn)換模塊采用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(jù)權(quán)利要求1所述的透射式CCD成像圖像分析裝置，其特征在于所述控制模塊 中的主控模塊包括CPU、控制鍵盤或觸摸屏。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透射式CCD成像圖像分析裝置，其特征在于所述控制模塊 中的托架驅(qū)動模塊采用塑料齒輪減速器、皮帶傳動和滾輪輸送。
7.一種基于權(quán)利要求1所述裝置的透射式CXD成像圖像分析方法，其特征在于將裝 置中的圖像采集模塊和控制模塊復(fù)位，將裝有實(shí)驗(yàn)樣品的多孔液體樣品透明容器固定放置 于托架中，然后主控模塊通過托架驅(qū)動模塊控制托架勻速經(jīng)過LED均勻透射光源模塊與光 學(xué)成像模塊之間位置，最后圖像采集模塊采集圖像后經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸模塊傳送至計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖 像分析。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的透射式CXD成像圖像分析方法，其特征在于具體包括以下步驟(1)系統(tǒng)初始化接通電源開關(guān)后，裝置中的圖像采集模塊和控制模塊均自動復(fù)位，然 后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托架 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托架驅(qū)動模塊，托架驅(qū)動模塊控制托 架勻速經(jīng)過LED均勻透射光源模塊與光學(xué)成像模塊之間位置；(3)圖像采集對于與時(shí)間無關(guān)的樣品，光學(xué)成像模塊拍攝一幅圖像后在光電轉(zhuǎn)換模 塊的CCD器件中一次生成多個(gè)液體樣品的立體圖像并轉(zhuǎn)換成電信號，電信號經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸模 塊傳送至計(jì)算機(jī)；對于和時(shí)間有關(guān)的樣品，光學(xué)成像模塊按預(yù)先設(shè)定的時(shí)間間隔定時(shí)采集 圖像，然后將這些與時(shí)間密切相關(guān)的圖像經(jīng)光電轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸模塊傳送至計(jì) 算機(jī)；(4)圖像分析對于與時(shí)間無關(guān)的樣品，將傳來的圖像按樣品槽數(shù)目進(jìn)行均勻切割，每個(gè)樣品槽作為一張小圖，對切割后的小圖按順序進(jìn)行編號，依次對每張切割后的小圖進(jìn)行 預(yù)處理，根據(jù)顏色或色度不同分別與計(jì)算機(jī)中的標(biāo)準(zhǔn)圖像庫或標(biāo)準(zhǔn)色度庫作比對，得出實(shí) 驗(yàn)結(jié)果評價(jià)；對于和時(shí)間有關(guān)的樣品，則將光學(xué)成像模塊定時(shí)采集的圖像與相應(yīng)時(shí)間段的 標(biāo)準(zhǔn)圖像或色度作比對，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果評價(jià)。
全文摘要
本發(fā)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、圖像采集模塊和控制模塊，樣品放置模塊包括多孔液體樣品透明容器和托架，圖像采集模塊包括LED均勻透射光源模塊、光學(xué)成像模塊和光電轉(zhuǎn)換模塊，控制模塊包括主控模塊、計(jì)算機(jī)、托架驅(qū)動模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊。該方法是首先將裝置中的圖像采集模塊和控制模塊復(fù)位，將裝有實(shí)驗(yàn)樣品的多孔液體樣品透明容器固定放置于托架中，然后主控模塊通過托架驅(qū)動模塊控制托架勻速經(jīng)過LED均勻透射光源模塊與光學(xué)成像模塊之間位置，最后圖像采集模塊采集圖像后經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸模塊傳送至計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像分析。該發(fā)明能一次對多個(gè)液體樣品進(jìn)行快速成像，運(yùn)行平穩(wěn)，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(yōu)先權(quán)日2010年10月20日
發(fā)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(dá)元食品藥品安全技術(shù)有限公司