專利名稱：沉淀物評(píng)估的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及沉淀物體積的測量與評(píng)估。
背景技術(shù)：
沉淀物體積例如是許多多組分液基系統(tǒng)的重要參數(shù)。沉積物體積的測量對于水工業(yè)是一種關(guān)鍵性測量，它在此被用來評(píng)價(jià)是否需要作額外過濾或加添加劑同時(shí)還在供應(yīng)飲用水時(shí)用作質(zhì)量控制。沉淀物體積的測量也用作評(píng)價(jià)產(chǎn)品例如啤酒與葡萄酒的質(zhì)量。在其他的應(yīng)用中，多組分液基系統(tǒng)中任一組分的溶脹體積乃是物料因水合而溶脹程度的一種重要量度。溶脹體積已廣泛用于食品工業(yè)，來表征不同的谷粉與天然或合成淀粉以及它們的混合物，用作烘烤、增稠性質(zhì)等的特性指示。溶脹體積通常是作為添加到上述系統(tǒng)中的組分的體積對干重之比即ml/gm來測量的。在其他的多組分液基系統(tǒng)中，可能需要在測定沉淀物體積之前幫助進(jìn)行沉淀的。 為此可以采用絮凝劑。在某些系統(tǒng)中，絮凝作用發(fā)生時(shí)自然會(huì)有某些粒狀懸浮物。另一些系統(tǒng)則要求添加絮凝劑來清除液體產(chǎn)物中或是不沉淀或是只將緩慢地沉淀的小顆粒。一旦出現(xiàn)絮凝就會(huì)發(fā)生沉淀，而出現(xiàn)的顆粒量則可以通過測量沉淀物的體積評(píng)估。在其他的應(yīng)用中，從液基系統(tǒng)中測定析出的或結(jié)晶出的體積可能有重要意義。構(gòu)成沉淀物的組分的典型例子是谷粉、天然或合成淀粉、金屬氧化物如T^2與 SiO2以及Al2O3、陶瓷粉末、粘土如高嶺石粘土(陶土、球土)、蒙脫石、滑石，等等。從上述可知，本發(fā)明適用于廣范圍的沉淀物，為避免岐義，“沉淀物” 一詞在本說明書中用來涵蓋具有或不具有絮凝劑的沉淀物以及析出與結(jié)晶物。在測定多種沉淀物體積中的變化率測定步驟是去使沉淀物本身生成與沉淀。例如在測量淀粉沉淀物時(shí)是用M小時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間以使沉淀有可能發(fā)生的。這種技術(shù)描述于 A. Tayal，R shorift 與 J whaley 的論文“Modelling Properties of Viscosifying storches，，，Gams and stablisers for the food Industry 12，23-27 June 2003，97-107。 此外，用于測定沉淀物體積的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)用到了相當(dāng)大量的物料，因而并不適用于產(chǎn)生較多個(gè)數(shù)的樣本以及隨之來快速地評(píng)估這些樣本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供這樣一種評(píng)估液基樣本中沉淀物體積的方法，它對所有的樣本是一致的并且相當(dāng)快速。申請人:業(yè)已發(fā)現(xiàn)，液基樣本中的沉淀物體積可以重復(fù)地獲取，同時(shí)能將由標(biāo)準(zhǔn)方法取得的結(jié)果用圖象分析技術(shù)進(jìn)行匹配。盡管圖析分析技術(shù)例如用于膠結(jié)反應(yīng)與分相系統(tǒng)已是周知的，例如見于 US-A-4794450、US-A-5768407、US-A-5783826、EP-A-0755654、DE-A-10218693、JP-A-2001165752、JP-A-09133687、WO 01/04608 與 WO 2004/053468，但此種技術(shù)并未用來測定沉淀物體積。本發(fā)明的評(píng)估液基樣本中的沉淀物體積的方法包括a)將盛裝有樣本的管子相對于能捕獲此管子圖象的光電裝置定位；b)用此光電裝置捕獲與之垂直的上述管子的圖象；c)分析此捕獲的圖象以測定沉淀物的高度；d)用此高度測量結(jié)果以形成沉淀物的體積量度值。這里所用的“管子”一詞是指用任何方便方法形成的，可保持液基系統(tǒng)(包括其中產(chǎn)生的任何沉淀物)的較小樣本且在其整個(gè)長度上有穩(wěn)定的橫剖面積的容器。由于它必須是光學(xué)透明的，它適合由玻璃或其他在試驗(yàn)中能有極良好化學(xué)惰性的光學(xué)透明材料制成。 為方便起見，這種管子是這樣一種玻璃小瓶，它一般長55mm，外徑為17mm，內(nèi)半徑為7. 6mm 且具有大致平整的底部。對捕獲圖象的分析最好包括將捕獲的圖象(圖象1)變換為二進(jìn)制圖象(圖象2)， 同時(shí)測量與沉淀物對應(yīng)的這部分二進(jìn)制圖象的面積與寬度，然后用高度測量結(jié)果與管子的橫剖面積相結(jié)合來測定沉淀物體積。由光電裝置捕獲的圖象最好用適當(dāng)?shù)能浖鏚S300圖象分析系統(tǒng)(可購自Carl Zeiss Vision GmbH, Hallbergmoos, Germany)進(jìn)行分析，這種軟件配置成用于分析有關(guān)信息的圖象。圖象1可以作為黑白圖象或作為將處理為黑白圖象的彩色圖象得到。彩色圖象可以通過選擇數(shù)字圖象的至少一個(gè)信息通道(紅、綠或藍(lán)色)來處理并由此在一電子幀中形成黑白圖象1。但圖象1最好最初作為灰度黑白圖象生成，然后自動(dòng)地變換為二進(jìn)制圖象2。通過確保圖象1的預(yù)期沉淀物的中央?yún)^(qū)既不太亮(即白的)也不太暗來支持這一變換過程， 上述光電裝置調(diào)節(jié)成來限制圖象1在此中央?yún)^(qū)中的象素光強(qiáng)，此象素光強(qiáng)可以適當(dāng)?shù)卦O(shè)定為此光電裝置的象素光強(qiáng)范圍的約60%至90% (這例如在采用八位攝像機(jī)時(shí)，等于約170 至230的象素光強(qiáng)范圍(黑色為0而白色為255))。在一些實(shí)施例中，初始范圍可設(shè)定為上述范圍的75%到82%之間，且于78%附近。而另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，初始范圍設(shè)定為上述范圍的65%到75%之間。為方便起見，本實(shí)施例中可將象素光強(qiáng)級(jí)設(shè)定為上述范圍的約 70%。本方法可以包括輔助步驟以改進(jìn)擬處理的圖象的質(zhì)量。例如在捕獲所述管子的圖象之際當(dāng)所用的照明光在整個(gè)圖象上形成陰影時(shí)，則對圖象1例如用中間濾光片進(jìn)行局部光滑化作業(yè)以除去某些細(xì)節(jié)而保留邊緣信息，由此產(chǎn)生一修勻圖象(圖象la)。此圖象Ia 即自動(dòng)變換為二進(jìn)制圖象2。二進(jìn)制圖象2然后可以經(jīng)受刮削作業(yè)以除去黑色區(qū)中小的白色斑點(diǎn)，同時(shí)進(jìn)行充填作業(yè)以充填白色對象中的孔洞以使其更為完善(圖象3)。此時(shí)可以對圖象3進(jìn)行編輯以除去與管子底部處玻璃壁部的任何眩光相關(guān)的特點(diǎn)。而于此玻璃管中重構(gòu)沉淀物的底部區(qū)。如果此管底底部中的沉淀物不能良好地散布開因而可能從二進(jìn)制圖象中去失時(shí)，上述的后一步驟就成為必要的了。由于管底常會(huì)有沉淀物且由于此管的位置在圖象2中常常相同，因而可以對圖象3作恒定的編輯以形成校正過的二進(jìn)制圖象4。由于沉淀物的垂直邊緣可以稍呈非線性形式且由于這會(huì)影響到沉淀物的寬度測量，從而影響到高度測量，這樣就構(gòu)成一新的二進(jìn)制圖象(圖象幻，它包括白的或黑的矩形，此矩形的軸線沿著管子的軸線而其寬度小于沉淀物的寬度。然后用圖象4進(jìn)行布爾加運(yùn)算，如果合適再繼以逆運(yùn)算而與圖象5形成一圖象6，即沉淀物中央部分的圖象。沉淀物的高度是根據(jù)圖象6通過測量白色中央部分的面積與寬度而確定。由于沉淀物的頂面不總是平的。這樣就會(huì)存在當(dāng)只利用一個(gè)點(diǎn)時(shí)在何處來測高的問題，應(yīng)用上述技術(shù)于是可在最終的二進(jìn)制圖象中的白色中央部分的整個(gè)寬度上測量高度。—旦知道樣本中沉淀物的高度，就可從高度測量和管子的橫截面積求得沉淀物體積。這樣，本發(fā)明還包括一種測定管中液基樣本內(nèi)形成的沉淀物高度和/或體積的方法，此方法包括使管中沉淀物一二進(jìn)制數(shù)字圖象進(jìn)行下述的電子作業(yè)a)將此二進(jìn)制數(shù)字圖象(圖象1)復(fù)制到電子幀(圖象2、內(nèi)，然后從此幀中清除圖象2而形成一與原來的數(shù)字幀1具有相同象素尺寸的新的空白幀；b)在與此電子幀相關(guān)的圖形平面上形成一矩形且將此圖形平面與圖象2的圖象平面合并，同時(shí)規(guī)定此矩形為白色或黑色而規(guī)定其余部分為黑色或白色，由此在對比的背景上形成矩形的二進(jìn)制圖象(圖象幻，此矩形具有的尺寸較擬測量的沉淀物的預(yù)期長度的長但比管子的內(nèi)部尺寸的寬度窄；C)在當(dāng)需要時(shí)進(jìn)行了逆運(yùn)算后，使圖象1與3進(jìn)行布爾和運(yùn)算，形成一表示沉淀物高度的圖象(圖象4)；d)然后測量圖象4中矩形的尺寸以確定沉淀物的高度，并在有需要時(shí)確定沉淀物的體積。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到前段中標(biāo)明出的圖象1、3與4等效于上面相對于本發(fā)明的評(píng)估沉淀物體積的方法所描述的圖象4、5與6。最好于步驟b)中以矩形為白色而其余部分為黑色。取決于所研究的沉淀系統(tǒng)，初始時(shí)從原始的灰度圖象獲得的二進(jìn)制圖象的質(zhì)量可有顯著差異。例如淀粉的沉淀系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生多種圖象類型，而這些不同的二進(jìn)制形式都給出二進(jìn)制圖象。有時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)，由眼晴所看到的灰度沉淀物區(qū)的二進(jìn)制表示是很差的，而為了獲得良好的表示就需要改變捕獲初始圖象時(shí)所用的條件。例如，這種圖象可能是優(yōu)良的，亦即它具有良好沉淀的沉淀物和干凈的上清液；或者由于淀粉細(xì)粒不沉淀而產(chǎn)生擴(kuò)散的沉淀物/上清液界面而使上清液混濁；或者這種沉淀物可能含有顯示出亮的象素光強(qiáng)的白色班點(diǎn)ο為此，在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，于測定此沉淀物的高度之前對捕獲圖象的質(zhì)量進(jìn)行了檢查，若此圖象為劣質(zhì)的則將其淘汰，或者可收集此圖象，作出標(biāo)志供繼后手工檢查。最好對圖象質(zhì)量進(jìn)行初步檢查，以判定沉淀物預(yù)定區(qū)內(nèi)的最大象素光強(qiáng)(Imax) 是否在所需的范圍內(nèi)(通常在總的象素光強(qiáng)范圍的70%-75%范圍內(nèi))。如果Imax是在此所需范圍內(nèi)，則按下述方式對圖象質(zhì)量作進(jìn)一步檢查。但要是Imax高于所需范圍，則在捕獲圖象之際依重復(fù)過程將照度級(jí)減小和/或?qū)⑺脭z像機(jī)設(shè)定值(例如曝光時(shí)間)減少，直到取得合格的圖象。類似地，如果Imax低于所需范圍，則按重復(fù)過程增大照度級(jí)和/或在捕獲圖象之際增多所用的曝光時(shí)間。應(yīng)知在達(dá)到可調(diào)性的極限時(shí)，便捕獲最終圖象，將其存儲(chǔ)、加標(biāo)記用于繼后的檢查。一旦獲得了 Imax在所需范圍內(nèi)的圖象時(shí)，則最好以下述方式進(jìn)一步檢查圖象質(zhì)量將一列垂直線道疊置到沉淀物的二進(jìn)制表示上，測量這些線道的長度并求出這些長度的標(biāo)準(zhǔn)偏差。如果此標(biāo)準(zhǔn)偏差大于所選擇的標(biāo)準(zhǔn)偏差，則圖象為劣質(zhì)的，而據(jù)這種圖象所測定的沉淀物容積是有疑問的。通過檢查一系列的優(yōu)質(zhì)與劣質(zhì)的圖象和選定高于它時(shí)像質(zhì)就是不合格的標(biāo)準(zhǔn)偏差，求得用于比較目的的所選定的標(biāo)準(zhǔn)偏差。正如以上所討論的，要是從捕獲的圖象進(jìn)行產(chǎn)生二進(jìn)制圖象的運(yùn)算得到了質(zhì)次的二進(jìn)制圖象，通常就會(huì)導(dǎo)致劣質(zhì)的圖象，而這種圖象就會(huì)造成高的標(biāo)準(zhǔn)偏差。通過改變管子的照明可以改進(jìn)所捕獲圖象的質(zhì)量。但要是改變管子的照明后仍不能獲得合格的圖象，則可以淘汰此樣本或如上述收集并加標(biāo)志。在一最佳實(shí)施例中，若此二進(jìn)制圖象是質(zhì)次的即其所具有的標(biāo)準(zhǔn)偏差大于所選定的標(biāo)準(zhǔn)偏差時(shí)，便在圖象的指定區(qū)域內(nèi)測量平均象素光強(qiáng)(Imean)，同時(shí)a)若Lnean在所需的Imax范圍內(nèi)，則減小光強(qiáng)而捕獲沉淀物一新的圖象用于處理，或者b)若Imean是外側(cè)一個(gè)第二個(gè)Imax范圍(按照預(yù)選定的Imax定義，例如上述象素光強(qiáng)范圍的70%再士一選定的％范圍如5% )，加大光強(qiáng)而捕獲沉淀物一新的圖象用于處理。上段中的步驟a)與b)是重復(fù)的意義為如果在第一次調(diào)節(jié)光強(qiáng)后未能得到合格的圖象，則重復(fù)相關(guān)步驟。對于步驟a)，當(dāng)Imean在預(yù)定的最低值例如象素光強(qiáng)范圍的40% 之下而沒有獲得合格的圖象時(shí)，則中止此過程而如上述捕獲最后的圖象并加標(biāo)記。對于步驟b)，重復(fù)此步驟直至Imean落到第二個(gè)Imax范圍內(nèi)，或要是此光強(qiáng)是在可達(dá)到的最大值時(shí)，則中止此過程，但如上述捕獲最后圖象并加標(biāo)志。在步驟a)，假定了高標(biāo)準(zhǔn)偏差是由上清液中顆粒的閃耀引起，亦即前面相對于淀粉沉淀系統(tǒng)所述的混濁的上清液所致，由此而降低了照度級(jí)便將減少由這種上清液中顆粒所反射的光量。在步驟b)，假定了此沉淀物具有導(dǎo)致局部高的Imax值的特定區(qū)域，亦即前面相對于淀粉沉淀系統(tǒng)所述的白色斑點(diǎn)。由此而增大的光強(qiáng)將使得此沉淀物的其余部分引致增強(qiáng)的背景光強(qiáng)Imean。在圖象的這一于其中測量了 Imean的指定區(qū)域，常常是通過檢查許多典型樣本和測定彎月形位置的邊界與管底來確定的。應(yīng)用本發(fā)明的方法，從最初放置樣本至最后從樣本架將其取出的典型沉淀物體積的測量時(shí)間是在1分鐘內(nèi)，通常約40秒。在沉淀物良好沉淀而上清液不混濁的情形，這種過程只需較少的時(shí)間，為10-20秒。由于這種方法的簡便性，可以在短時(shí)間內(nèi)測試許多樣本。 這些樣本可以單個(gè)地和順序地測試，或最好是并行地測試成批的樣本。因此，本發(fā)明的方法包括順序地或并行地處理成批的樣本。在并行處理樣本時(shí)，最好是多于1個(gè)樣本而不超過 100個(gè)樣本，而尤其為最好是在一起處理至少10個(gè)而不超過50個(gè)樣本。
雖然能提供足夠多的光電子裝置來測定多個(gè)樣本的沉淀物體積，但最好在本方法中所用的這種裝置數(shù)減至最小。為此，最好在每批樣本中，各個(gè)管子是順序地一個(gè)個(gè)地捕獲此管子中沉淀物的圖象。雖然本發(fā)明對于廣范圍的沉淀系統(tǒng)都具有實(shí)用性，但申請人發(fā)現(xiàn)本發(fā)明特別適用于淀粉基的沉淀物系統(tǒng)。因此，在特別優(yōu)選的實(shí)施例中，此樣本包括如以前所述的分散于水中的天然或合成的淀粉或是淀粉的混合物。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，用來測定液基樣本中形成的沉淀體積的設(shè)備包括有一端敞開用來接收生成沉淀物的液體樣本的管子；使用位于此管子鄰近的光電裝置，此光電裝置能捕獲管子中的圖象；控制裝置，它能接收所述圖象且可有效地分析所接收的圖象而提供沉淀物體積的測量結(jié)果。上述能捕獲圖象的光電裝置最好是一種電子攝像機(jī)，例如電荷耦合器件(CCD)攝像機(jī)或含有互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體(CM0Q芯片的攝像機(jī)，它們具有模擬或數(shù)字輸出。由于需要形成管子圖象以由此測定沉淀物的高度，上述器件最好是低分辨率的黑白攝像機(jī)， 例如具有象素分辨率為752X582的攝像機(jī)，舉例來說，采用Pentax 25mmfl. 4鏡頭的Sony XC-75CE是一種合適的攝像機(jī)。但當(dāng)有需要時(shí)，也可采用中或高分辨率的攝像機(jī)，例如具有 1300X1300象素分辨率的攝像機(jī)。舉例來說，Carl Zeiss Vission GmbH出售的AxioCam MRC可能會(huì)是適用的攝像機(jī)。后面將可很好地認(rèn)識(shí)到，必須要有適當(dāng)?shù)恼彰鞑拍懿东@圖象。為方便起見，采用兩個(gè)光源。第一光源用于前向照明(相對于攝像機(jī)位置)，但處于一偏置位置以避免光在捕獲圖象之際反射到所設(shè)置的攝像機(jī)上，適用的一種光源是可購自Universal Electronics Industries Ltd的冷陰極LP-100燈。第二光源位于此管子的正下方，適用的一種光源是具有S形彎管光纜的khott冷光源。最好要排除外來的光源以避免有可能影響捕獲圖象質(zhì)量的背反射。最好能提供一周圍的無反射環(huán)境，以進(jìn)一步減少外部反射光被捕獲成為圖象的一部分。在本發(fā)明的設(shè)備的最佳實(shí)施例中，此設(shè)備還包括一設(shè)置此光電裝置的工位與用來使管子相對于所述工位移動(dòng)和用于使管子相對于光電裝置定位的自動(dòng)輸送裝置，前述控制裝置則可用來控制此自動(dòng)輸送裝置移動(dòng)管子移近與移離上述工位并且使此管子與光電裝置相互相對移動(dòng)。最好是此控制裝置能有效地自動(dòng)檢查按上述方法所述，由光電裝置所捕獲的圖象的質(zhì)量，同時(shí)能改變管子的照明和/或淘汰此管子和/或?qū)Υ藰颖镜某恋眢w積測定進(jìn)行標(biāo)記。本發(fā)明在其又另一方面還包括用于評(píng)估液基系統(tǒng)的沉淀物體積的設(shè)備，此設(shè)備包括設(shè)置光電裝置的工位，此光電裝置能形成裝盛著沉淀物液基系統(tǒng)中樣本的管子的圖象； 自動(dòng)輸送裝置，用來使管子相對于所述工位移動(dòng)；控制裝置，它響應(yīng)光電裝置的輸入起動(dòng)。 可用來控制上述自動(dòng)輸送裝置使管子移近或移離上述工位且可相對于位在上述工位的該光電裝置移動(dòng)，此控制裝置能接收上述圖象，并能有效地分析所接收的圖象以測量沉淀物的體積。樣本的自動(dòng)輸送是用例如一種Zymark XP跟蹤機(jī)械手實(shí)現(xiàn)的，此種機(jī)械手可購自 Zymark Corporation, Zymork Center, MA 01748USA具有多個(gè)相關(guān)的工位。所述系統(tǒng)與光電裝置的控制是用Easglab機(jī)械手控制程序語言進(jìn)行，但是可以采用一系列的其他機(jī)械手系統(tǒng)。與上述工位相關(guān)聯(lián)的可以是液體源裝置如液體注入器，后者將樣本引入樣本管中并能對廢液進(jìn)行自動(dòng)處置?；蛘呖梢韵鄬τ诠の贿h(yuǎn)距離地設(shè)置樣本管支架，然后可將這種支架引至可為自動(dòng)輸送裝置夠到的工位，使用之后的樣本管則可丟棄，這要比將其清洗而再利用更為經(jīng)濟(jì)?，F(xiàn)在參考附圖與下述例子闡述本發(fā)明。


圖1是本發(fā)明的樣本自動(dòng)輸送與測量設(shè)備的示意平面圖；圖2是用來捕獲管子的圖象并對其處理以獲得與例1所述沉淀物有關(guān)信息的一般工序的流程圖。
具體實(shí)施例方式圖1中示明了本發(fā)明的樣本自動(dòng)輸送與測試設(shè)備。設(shè)備10具有Zymark XP機(jī)械手系統(tǒng)12，其中的機(jī)械手臂14安裝成可繞垂直軸線16轉(zhuǎn)動(dòng)且沿此軸線16的方向移動(dòng)。臂 14的一端具有可握持樣本管20的握持機(jī)構(gòu)18。機(jī)械手臂14繞軸線16的轉(zhuǎn)動(dòng)能夠到一或多個(gè)工位。設(shè)備10中的工位數(shù)可根據(jù)應(yīng)用之需變動(dòng)。圖1中所示的設(shè)備10具有下述工位-管子保持工位22，樣本管20的支架M即位于此工位；圖象捕獲與分析工位沈，攝像機(jī)28與樣本管20的支承管30即位于此工位。攝像機(jī)觀是8位CXD攝像機(jī)，能捕獲裝盛沉淀物的管子的圖象。攝像機(jī)觀是裝配有Pentax 25mm fl. 4鏡頭的Sony XC-75CE，設(shè)于距管子20的^0_350mm處。為了防止將不希望有的反射光捕獲為管子(與沉淀物)圖象的一部分，工位沈由不反射的、光中性的環(huán)境包圍，包括側(cè)臂32、頂部(未圖示)、底部34以及便于通入的前簾36。工位沈還設(shè)有冷陰極LP-100燈光源，相對于攝像機(jī)觀位于管子所在處的上方與前方，便于從前方以一相對于此沉淀物使雜射反射光反射最少的角度照明此沉淀物；以及一帶有S形彎管的光纜的khott冷光源，此光纜的一端緊鄰管子而在其下方。采用適當(dāng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)38(可以是一臺(tái)或多臺(tái)計(jì)算機(jī))形式的控制裝置，來控制機(jī)械手系統(tǒng)12和控制攝像機(jī)觀以捕獲管子圖象同時(shí)處理和存儲(chǔ)此種圖象以及由此測定沉淀體積。這些圖象是用kiss KS300圖象分析軟件處理的。但是可以采用任何成像/圖象分析軟件包，包括基于Visual Basic的軟件或等效的軟件包。此設(shè)備10的操作一般如下。將多個(gè)樣本管20設(shè)于工位22的支架M中。管子20盛有具有生成的沉淀物的液基系統(tǒng)的樣本。應(yīng)知在本發(fā)明的其他實(shí)施形式中可以增設(shè)可將樣本引入管20的工位。機(jī)械手臂14可繞軸線16在工位22與沈之間轉(zhuǎn)動(dòng)，以將樣本管20運(yùn)送到可捕獲管子圖象的工位26?！y試完樣本后，機(jī)械手臂14便將樣本管返回到其在支架M中的位置。
然后對位于工位22處的其余管子20重復(fù)以上工序?，F(xiàn)在參看以下例子。例 1將其中設(shè)有盛裝了樣本的玻璃試管20 (各為55mm長X 17mm外徑)的支架M定位于工位22上。這些管子20各自依序地送到工位沈而在該處捕獲管子20的圖象。攝像機(jī) 28調(diào)節(jié)成使得沉淀物預(yù)期的中央部分的象素光強(qiáng)不會(huì)超過200(象素光強(qiáng)范圍的78% )。捕獲的圖象存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)38中并處理成進(jìn)行沉淀物體積的測量。作為這種處理的一部分，計(jì)算機(jī)檢查捕獲圖象的質(zhì)量，而若此質(zhì)量為不合格的，則調(diào)節(jié)照度并處理第二個(gè)圖象，并在必要時(shí)處理繼后的圖象。要是沒有捕獲到合格的圖象而已達(dá)到了規(guī)定的照度級(jí)，則捕獲此時(shí)可利用的圖象并加以處理，同時(shí)由計(jì)算機(jī)記錄在以后階段能由手工進(jìn)行圖象檢查的事實(shí)。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)38上處理圖象之后再結(jié)合以用kiss KS300圖象分析軟件的圖象分析來進(jìn)行圖象分析。具體地說，圖象捕獲與繼后的處理/分析是按以下步驟進(jìn)行。圖象捕獲1.用攝像機(jī)觀捕獲整個(gè)管子20的圖象，同時(shí)將此圖象儲(chǔ)存于指定的文檔中；2.通過測量圖象的Imax和測定它是否在總的象素光強(qiáng)范圍的70%至75%內(nèi)來檢查圖象的質(zhì)量，而且a.要是它在所需的范圍內(nèi)則捕獲此圖象用于進(jìn)一步處理；或b.要是它不在所需范圍內(nèi)，則考慮i.若是Imax在所需范圍之上，則降低照度級(jí)和/或提高攝像機(jī)快門的速度，同時(shí)重復(fù)此步驟自然獲得合格的圖象；ii.若是Imax在所需范圍之下，則提高照度級(jí)和/或降低攝像機(jī)快門的速度，同時(shí)重復(fù)此步驟直至獲得合格的圖象；而一旦獲得合格的圖象后，即捕獲此圖象作進(jìn)一步處理；3.處理此捕獲的圖象以測定沉淀物體積。應(yīng)知在達(dá)到可調(diào)節(jié)的極限時(shí)，即捕獲此最終圖象，存儲(chǔ)并加標(biāo)志供繼后檢查。攝像機(jī)46的輸出是模擬的。從攝像機(jī)46的輸出于運(yùn)行前述軟件的計(jì)算機(jī)的“圖象采集器”板上變換為數(shù)字圖象。這就是所處理與分析的數(shù)字圖象。沉淀物高度分析1.復(fù)制根據(jù)攝像機(jī)觀的輸出而由圖象采集器板產(chǎn)生的數(shù)字圖象(圖象1)，例如用中性濾光片對其進(jìn)行局部平滑作業(yè)，除去某些細(xì)節(jié)而保留邊緣信息，由此產(chǎn)生光滑的圖象(圖象la)，此圖象Ia則自動(dòng)變換為二進(jìn)制圖象2 ；2.然后對此二進(jìn)制圖象施行刮擦作業(yè)，以除去黑色區(qū)域中的小的白點(diǎn)，同時(shí)進(jìn)行充填作業(yè)以充填白色對象中的孔洞使之更為完善(圖象3)；3.再對圖象3進(jìn)行編輯，除去由于管底處壁部的任何眩光所造成的任何相關(guān)特征，而重構(gòu)管子中沉淀物的底部區(qū)。若是管子底部中的沉淀物不能良好的分散因而有可能從二進(jìn)制圖象2中丟失掉時(shí)，則有可能需要這一步驟。由于管底常常有沉淀物且由于此管在圖象2中的位置總是相同，于是對圖象3進(jìn)行恒定的編輯以產(chǎn)生一校正的二進(jìn)制圖象4 ；
4.將根據(jù)攝像機(jī)觀的輸出而由圖象采集器板生成的數(shù)字圖象(圖象1)復(fù)制成電子幀(圖5)，然后清洗此幀以形成一具有與原始的數(shù)字圖象(圖象1)有相同象素尺寸的空白圖象(新圖象6)；5.在與電子幀相關(guān)的圖形平面上形成一矩形同時(shí)使此圖形平面與圖象6的圖象平面合并。規(guī)定此矩形為白色而其余部分為黑色而由此形成一白色矩形的二進(jìn)制圖象(圖象7)且此矩形的尺寸較所測量的沉淀物的預(yù)期長度為長而比管子內(nèi)部寬度為窄，同時(shí)消除此電子幀的圖形平面。重要的是此矩形向下通到圖象1中可看到的沉淀物的中央軸線， 但不如沉淀物那樣寬。6.使圖象4與圖象7進(jìn)行布爾和運(yùn)算，形成一表示沉淀物高度的圖象(圖象8)；7.將一到垂直線道疊置到圖象8的表示沉淀物的這部分上，同時(shí)測量這些線道落到沉淀物區(qū)中的長度，求得這些長度的標(biāo)準(zhǔn)偏差，由此來檢查圖象8的質(zhì)量。如果此標(biāo)準(zhǔn)偏差大于所選定的標(biāo)準(zhǔn)偏差，則圖象為劣質(zhì)的，而據(jù)這種圖象所測定的沉淀物體積是有疑義的。8.評(píng)價(jià)步驟7中的圖象質(zhì)量檢查a.若步驟7中評(píng)估的圖象8的標(biāo)準(zhǔn)偏差低于選定的標(biāo)準(zhǔn)偏差，則進(jìn)到步驟9或是6.若步驟7中評(píng)估的圖象8的標(biāo)準(zhǔn)偏差高于選定的標(biāo)準(zhǔn)偏差，則測量圖象8的 Imean同時(shí)考慮i.若hean在所需的Imax范圍內(nèi)，則降低khott冷光源的光強(qiáng)并捕獲此沉淀物的新圖象并重復(fù)步驟1-7，或者ii.若Lnean在第二個(gè)Imax范圍之外即為70% 士5%時(shí)，則提高khott冷光源的光強(qiáng)并捕獲此沉淀物的新圖象而重復(fù)步驟1-7 ；c.若是步驟8b) (i)中的新圖象8為合格的，則進(jìn)到步驟9 ；若不是如此，則繼續(xù)重復(fù)步驟8b) (i)直至Imean低于象素光強(qiáng)范圍的40%，而若此圖象仍不具有所需質(zhì)量則在任何情況下都捕獲此圖象并進(jìn)到步驟9，但標(biāo)記下此記錄用于繼后的手工檢查；或是d.若步驟8b) (ii)中的新圖象是合格的則進(jìn)到步驟9 ；若不是如此則繼續(xù)重復(fù)步驟8b) (ii)直至Imean落入上述范圍內(nèi)，或要是此光強(qiáng)達(dá)到最大可利用的值時(shí)，則在任何情況下都捕獲此圖象而對記錄加以標(biāo)記以用于繼后的手工檢查。9.測量圖象8以測定沉淀物的高度；10.測定沉淀物的體積。在上述例程中，所述軟件裝入在校正距離的放大率下用于攝像機(jī)28的校準(zhǔn)文件。 這一校準(zhǔn)步驟是獨(dú)立地進(jìn)行，即通過捕獲位于通常為玻璃管20占據(jù)的正確位置處的標(biāo)準(zhǔn)比例的圖象來進(jìn)行的。上述步驟一般地陳述于作為流程圖的圖2中。應(yīng)知用來處理上述的由攝像機(jī)所捕獲圖象的各種電子作業(yè)，例如反轉(zhuǎn)、細(xì)化、打開、侵蝕、擴(kuò)張等都是本項(xiàng)技術(shù)中所熟知的，有關(guān)這類術(shù)語的知識(shí)可以普遍獲得，具體可參考 “Computer-assisted micropy :the measurement and analysis of images，，，John C. Russ, Plenum Press, New York (1990)以及"The Image Processing Handbook，，2nd Edition, John C. Russ, CRC Press, Boca Raton (1995).有關(guān)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的類型的信息則可見于"How to do everything with your digital camera，，, 3rdedition, Dave Johnson,McGraw-Hi11，Osbourne(2003).例1中所研究的材料與所測定的沉淀物體積一起列于下面的表1中。對于樣本1 與2，所測量的材料總量分散于玻璃管中的5ml水中，管端密封并倒轉(zhuǎn)管子幾次。至于樣本 3，它是置于管中的預(yù)先配制的5ml分散液。在進(jìn)行測定沉淀物體積之前，讓這些管子靜置 24小時(shí)。例 2用購自National Storch and Chemical Co，Bridgewater，NJ，USA 的四種改性的含蠟玉米淀粉重復(fù)例1中的步驟。這些樣本是將(重量)的這種淀粉分散于5ml的水中而于管中形成粉漿。將管子浸于沸水浴器中并用玻璃棒攪拌粉漿3分鐘。然后蓋住管頂而將樣本再蒸煮20分鐘，再在進(jìn)行如例1所述的處理之前讓管子靜置M小時(shí)以測定淀粉體積。結(jié)果給出于下述表2之中。本例中的沉淀物體積等于淀粉的溶脹體積。表權(quán)利要求
1.一種評(píng)估液基樣本中的沉淀物體積的方法，該方法包括a)將裝盛有樣本的管子相對于能捕獲此管子的圖象的光電裝置固定；b)用此光電裝置捕獲與之垂直的上述管子的圖象；c)分析捕獲的圖象以測定沉淀物的高度；d)用高度測量結(jié)果以形成沉淀物的體積量度值，其中在步驟c)中，對捕獲圖象的分析包括將捕獲的圖象變換為二進(jìn)制圖象以及測量對應(yīng)于此沉淀物的二進(jìn)制圖象的這部分的面積與寬度，此光電裝置調(diào)節(jié)成將捕獲的圖象的象素光強(qiáng)限制于捕獲的圖象的預(yù)期沉淀物的中央?yún)^(qū)域中，并且此象素光強(qiáng)設(shè)定為上述光電裝置的象素光強(qiáng)范圍的約60 %至90 %。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中此象素光強(qiáng)設(shè)定為上述光電裝置的象素光強(qiáng)范圍的約 65%至 75%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在步驟c)中，對捕獲的圖象進(jìn)行局部平滑作業(yè)處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中對二進(jìn)制圖象施行刮擦作業(yè)以除去黑色區(qū)域內(nèi)小的白色班點(diǎn)，同時(shí)于白色對象中施行充填孔洞的充填作業(yè)使其更為完善。
全文摘要
一種用于評(píng)估液基系統(tǒng)中產(chǎn)生的沉淀物的方法與設(shè)備。這些方法涉及用光學(xué)方法與裝置獲取能測量沉淀物的高度和因而其體積數(shù)據(jù)的信息。本方法雖然可處理液基系統(tǒng)的單個(gè)樣本但特別適用于高速地處理多個(gè)樣本來獲得與沉淀物有關(guān)的數(shù)據(jù)。本發(fā)明的設(shè)備還包括自動(dòng)輸送裝置，能使樣本在工位與工位之間運(yùn)動(dòng)，并能使樣本相對于用來獲取與沉淀物有關(guān)信息的相關(guān)聯(lián)的光學(xué)裝置運(yùn)動(dòng)。
文檔編號(hào)G01N21/59GK102305756SQ201110234369
公開日2012年1月4日 申請日期2005年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月26日
發(fā)明者威廉·N·E·梅雷迪恩, 斯蒂芬·D·羅杰斯, 約翰·卡羅爾 申請人:布魯諾布Ii有限責(zé)任公司