СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РЕНТГЕНОГРАФИЧЕСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ СЕМЯН РАСТЕНИЙ Российский патент 2009 года по МПК G01N23/83 A01C1/02 

Заявляемое изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к растениеводству, и может быть использовано для контроля качества семян, оценки развития зародыша и эндосперма, а также для проверки семян на наличие вредителей.

В настоящее время известен способ селекционной оценки семян древесных растений (AC SU 1389701, бюлл. №15 от 23.04.88), основанный на получении рентгенограмм контролируемых семян с последующим измерением диффузионной оптической плотности изображения каждого семени на рентгенограмме и разделением семян на классы развития по этому показателю. Данный способ является наиболее близким к заявляемому изобретению и выбран в качестве прототипа.

Рентгенооптическая схема съемки по способу-прототипу представлена на фиг.1, где 1 - фокусное пятно, 2 - контролируемое семя, 3 - приемник изображения, 4 - изображение семени (коэффициент увеличения изображения семени равен 2), R₁ - расстояние фокусное пятно - семя, R₂ - расстояние семя - приемник изображения, Х - размер семени, Q - размер чувствительной области приемника изображения.

Семена размещают в специально изготовленных кассетах. Расстояние R₁ от фокусного пятна рентгеновской трубки до кассеты равно 100 мм; R₂ - от кассеты до приемника изображения, в данном случае - рентгеновской пленки, также равно 100 мм.

В качестве источника излучения для реализации указанного метода используется рентгеновская трубка БС-1 с размером фокусного пятна 1 около 0,2 мм. Коэффициент увеличения К получаемого изображения 4 контролируемого семени 2 определяется соотношением расстояний R₁ и R₂ на рентгеновском снимке 3, т.е. равен двум.

Очевидно, что с целью диагностики дефектов развития семени, минимальный размер дефекта, подлежащего обнаружению, должен быть не меньше величины суммарной нерезкости получаемого изображения.

В силу того, что фокусное пятно рентгеновского излучателя имеет конечные размеры, допустимая суммарная нерезкость Н рентгеновского изображения, получаемого по способу-прототипу, может быть обеспечена только при относительно небольшом геометрическом увеличении (2-3 раза).

Как известно [Рентгенотехника: Справочник. В. 2-х кн. / Под. ред. В.В.Клюева. - М.: Машиностроение, 1980. - Кн.2.], нерезкость рентгеновского изображения определяется выражением

где Н_г - геометрическая составляющая нерезкости, обусловленная рентгенооптической схемой съемки, Н_э - экранная составляющая, обусловленная типом усиливающего экрана приемника изображения.

Механизм образования геометрической нерезкости Н_Г изображения семени представлен на фиг.2, где 1 - фокусное пятно, 2 - просвечиваемое семя, 3 - приемник изображения, 4 - изображение семени, Н_Г - геометрическая нерезкость изображения при коэффициенте увеличения изображения К=1,5 соответственно при расстоянии от семени до приемника изображения R₂, Н^' _Г - при коэффициенте увеличения 2 соответственно при расстоянии от семени до приемника изображения R₂.

Величина Н_Г зависит от размеров фокусного пятна источника излучения, а также соотношения расстояний R₁ и R₂ и может быть рассчитана в соответствии с выражением

где d_ф - диаметр фокусного пятна, R₁ - расстояние от фокусного пятна до объекта, R₂ - расстояние от объекта до приемника изображения.

При указанных выше условиях съемки способом-прототипом (d_ф=0,2 мм, R₂=R₁=100 мм) суммарная нерезкость, даже без учета экранной составляющей, равна 0,2 мм. Соответственно минимальный размер обнаруживаемого дефекта развития семени составляет не менее 0,2 мм. Поскольку размеры изображения семени, как уже отмечалось, не могут быть увеличены более чем в два-три раза по сравнению с истинными и на снимке составляют несколько миллиметров, анализ столь малого изображения без специальных средств (лупа, микроскоп и т.д) затруднен.

В реальных условиях съемки экранная нерезкость Н_Э может составлять 0,1-0,2 мм, поэтому на практике минимальный размер обнаруживаемого способом-прототипом дефекта еще больше - 0,3 мм.

Для снижения влияния экранной составляющей нерезкости Н_э и повышения тем самым качества и информативности снимков целесообразно использовать съемку небольших объектов (например, семян зерновых культур) с большими значениями коэффициента прямого геометрического увеличения изображения. В этом случае размеры дефекта на изображении будут существенно выше, чем разрешающая способность экрана.

Однако с ростом коэффициента увеличения изображения увеличивается геометрическая составляющая нерезкости Н_г, обусловленная конечными размерами фокусного пятна в способе-прототипе, а также соотношением расстояний фокусное пятно - объект, объект - приемник изображения (выражение 3), и соответственно дополнительно ухудшается разрешающая способность способа.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении качества рентгеновских снимков семян путем одновременного увеличения коэффициента прямого геометрического увеличения изображения и уменьшения размеров фокусного пятна источника рентгеновского излучения.

Для достижения указанного технического результата в предлагаемом способе оценки качества семян, основанном на получении рентгенографического изображения контролируемых семян и визуальном анализе величины оптической плотности рентгенографического изображения семени, используются источник излучения с размером фокусного пятна более 0,01 мм и приемник изображения, у которого собственная нерезкость не превышает 0,2 мм. Расстояние между семенем и приемником изображения R₂ определяется по выражению

где Q - линейный размер чувствительной области приемника, Х -размер семени.

Сущность заявляемого изобретения поясняется следующими иллюстрирующими материалами:

на фиг.1 - рентгенооптическая схема съемки способа-прототипа;

на фиг.2 - механизм образования геометрической нерезкости изображения;

на фиг.3 - рентгенооптическая схема съемки заявляемого способа;

на фиг.4 - снимок семени способом-прототипом (а - реальное изображение, б - оптически увеличенное изображение);

на фиг.5 - снимок семени заявляемым способом.

Способ реализуется следующим образом (фиг.3). Первоначально формируют фокусное пятно источника рентгеновского излучения 1 с определяющим размером d_Ф, не превышающим 0.01 мм (микрофокусная трубка), а просвечиваемое семя 2 размещают на одной оси между источником рентгеновского излучения и приемником изображения 3 с экранной составляющей нерезкости Н_э не более 0,2 мм. Фокусное пятно источника излучения 1 располагают на расстоянии R₁, равном двух- трехкратному характерному размеру Х семени 2, а приемник рентгеновского излучения 3 с размером чувствительной области Q - на расстоянии R_2., определяемом по выражению (4). Расстояние R₂ обеспечивает такой коэффициент увеличения К, что изображение семени 4 занимает практически всю чувствительную поверхность приемника изображения 3.

Приведенные выше рентгенооптические параметры съемки взаимосвязаны и только все вместе позволяют получить указанный технический результат.

Как известно, глаз человека замечает нерезкость, если она составляет не менее 0.25 мм [Кишковский А.Н. Тютин Л.А., Есиновская Г.Н. Атлас укладок при рентгенологических исследованиях. - Л.: Медицина, 1987, стр.20]. При съемке по схеме, представленной на фиг.1, геометрическая составляющая нерезкости Н_г в соответствии с выражением (2) равна размеру фокусного пятна 0,2 мм, что в сумме с экранной составляющей приводит к невозможности дальнейшего увеличения рентгеноского изображения 4 из-за недопустимого ухудшения резкости.

На фиг.4 представлен снимок зерна овса, полученный способом-прототипом (фотография оптически увеличена). Заметны неоднородности на изображении зерна, однако их идентификация представляется затруднительной.

Данный способ реализуется с помощью микрофокусного рентгеновского аппарата семейства «ПАРДУС», размер фокусного пятна которого равен 0,01 мм. При соотношении расстояний R₁:R₂=1:20 изображение семени будет увеличено в 20 раз, а геометрическая нерезкость Н_Г не превышает 0,2 мм (как и в способе прототипе).

На фиг.5 представлен снимок того же зерна овса, что и в способе прототипе, полученный предлагаемым способом (коэффициент увеличения изображения - около 20).

Снимок позволяет уверенно выявить все типичные признаки некондиционных семян (трещиноватость, прорастание, поражение насекомыми и т.д.), характерный размер которых не превышает 0,1 мм.

Семена размещают между источником рентгеновского излучения и приемником изображения, формируют фокусное пятно источника рентгеновского излучения размером, не превышающим 0,01 мм (микрофокусная трубка). Собственная нерезкость приемника изображения не превышает 0,2 мм. Это дает возможность снизить влияние на качество рентгеновского снимка экранной составляющей нерезкости изображения. Расстояние между семенем и приемником изображения определяют как результат произведения линейного размера чувствительной области приемника и расстояния от фокусного пятна до семени, деленного на размер семени. Использование подобной схемы съемки позволяет выявить признаки некачественного зерна, характерные размеры изображения которых не превышают 0,1 мм. 5 ил.

Способ получения рентгенографического изображения семян растений, включающий размещение просвечиваемого семени между источником рентгеновского излучения и приемником изображения, отличающийся тем, что фокусное пятно источника рентгеновского излучения формируют размером не более 0,01 мм, при этом собственная нерезкость приемника изображения не превышает 0,2 мм, а расстояние между семенем и приемником изображения R₂ определяется из выражения

где Q - линейный размер чувствительной области приемника;
R₁ - расстояние от фокусного пятна до семени;
Х - размер семени.