Устройство для анализа плотности образца Советский патент 1984 года по МПК G01D1/16 

01 ел Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники, В частности для автоматического анализа изображения, например для автоматизации микробиологического анализ в производстве кормовых дрожжей, в цитологии для количественного анализ клеток и тканей, в гематологии для определения параметров крови, вхими ческой промьтшенности при исследовании различного рода суспензий и эмульсий. По основному авт.св. N- 193023 известно устройство для анализа плотности образца, используемое преимущественно для автоматического анализа изображения. Это устройство состо из источника света., светофильтров, оптической системы микроскопа, стола микроскопа, соединенного с механичес КИМ приводом и электродвигателем, диска Ниппкова со своим приводом, приемника излучения, соединенного с амплитудным и частотным анализаторам блоками корреляционного анализа, второй вход блока взаимнокорреляцион ной функции соединен с запоминающим устройством, а выходы анализаторов и блоков корреляционного анализа сое динены с входом блока сравнения, BTO рой вход которого подключен к блоку памяти, а выход - к блоку выдачи результатов анализа tl3. В процессе работы известного уст|ройства происходит расфокусировка, которая проявляется в размытости кра ев деталей изображения и уменьшении контрастности мелких деталей. В результате световой сигнал, полученный от такого изображения становится малопригодным для автоматического анализа, так как в нем искажена информа ция о размерах и яркости исследуемых объектов, что снижает точность анали за. Целью изобретения является повыше ние точности устройства. Цель достигается тем, что устройство для анализа плотности образца дополнительно содержит последователь но соединенные вычислитель, преобразователь код - напряжение и исполнительный элемент в виде шагового двигателя, вход и второй выход вычислителя подключены к блоку корреляционноге анализа. Такое решение обеспечивает повышение точности устройства. На фиг.1 представлена блок-схема устройства, выполненного на базе светового микроскопа (штрих-пунктирной линией объведены блоки известного устройства); на фиг.2 - функциональная схема вычислителя; на фиг.З алгоритм выработки сигналов управления; на фиг.4 - временная диаграмма работы преобразователя код - напряжение; на фиг.З - график зависимости дисперсии от расфокусировки. Устройство для анализа плотности образца включает источник 1 света, светофильтры 2, оптическую систему микроскопа 3, стол микроскопа 4 с закрепленным на нем объектом 5, соединенный механическим приводом 6 с электродвигателем 7, диск 8 Ниппкова со своим приводом 9, приемник 10 излучения (фотоэлектронный умножитель), соединенный с амплитудным анализатором 11, частотным анализатором 12, блоком 13 автокорреляционной функции, блоком 14 взаимно-корреляционной функции, второй вход которого соединен с запоминающим устройством 15, блок 16 записи исходной информации, выходы анализаторов 11 и 12 и блоков 13 и 14 корреляционного анализа соединены с входом блока 17 сравнения, второй вход которого подключен к блоку 18 памяти, а выход - к блоку 19 выдачи результатов анализа. Устройство дополнительно содержит регистры 20 и 21 промежуточного хранения дисперсии оптической плотности, которые связаны между собой и выходы этих регистров соединены с входами блока 22 выработки большего числа, выход которого соединен с блоком 23 синхронизации и выработки управляющих сигналов, выходы этого блока 23 соединены с входами регистров 20 и 21 промежуточного хранения дисперсии блоком 13 корреляционного анализа и 6noKOM 24 распределения импульсов, который через усилитель 25 мощности связан с исполнительным элементом в виде шагового двигателя 26 и механическим приводом 27. Блоки 20, - 23 объединены в один блок-вычислитель 28, а блоки 24 и 25 - в блок-преобразователь 29 код напряжение. Таким образом, устройство дополительно содержит последовательно оединенные вычислитель 28, преобраователь 29 код - напряжение и испол-; ительный элемент в виде шагового двигателя 26, вход и второй вькод (канал синхронизации) вычислителя подключены к блоку 13 корреляционног анализа. Устройство для анализа плотности образца работает следующим образом. Исследуемую микроструктуру объекта 5 сканируют при поступательном перемещении стола микроскопа 4 узким полем (получаемым, например, с помощью диска 8 Ниппкова). Световой поток, прошедший через объект 5, попадает в приемник 10 излучения (ФЭУ) Сигнал с приемника 10 поступает в амплитудньй анализатор 11, частотньй анализатор 12, блок 13 для вычислени автокорреляционной функции, в блок 14 для вычисления взаимнокорреляцион ной функции (на второй вход которого подается ранее записанный сигнал от препарата, принятого за условную норму, из запоминающего устройства блока 15). Выход приемника 10 согласован с входом каждого анализатора через соответствую1цие усилители, модуляторы и др. (не показаны). При не обходимости сигнал приемника 10 може быть зарегистрирован в блоке 16 в виде записи на бумажной ленте, перфо ленте или перфокарте. Эта исходная информация может сохраняться для повторной или дополнительной обработ ки, она же используется и для блока 15. Количественные параметры, полученные в результате анализа (функция амплитудного распределения, коэффици енты авто- и взаимнокорреляции при корреляционном анализе), в виде соот ветствуюихих сигналов (кода) поступаю на .вход блока 17 сравнения, где производится сравнение их с соответствующими параметрами, ранее проанализированных эталонных гистологических и других препаратов из блока 18 памяти. Блок 19 печатает результа анализа в виде цифр результатов срав нения по каждому из анализируемых параметров. Блок 13 корреляционного анализа предназначен для одновременного оперативного определения в реал ном масштабе времени ординат автокорреляционной функции (АКФ), причем одновременно производится определени оценок начальных моментов Х,Х. Исследуемьй сигнал задается в аналоговой форме с амплитудным диапазоном +.1В. Основной диапазон частот входного аналогового сигнала 0-20 кГц. Результаты обработки вьшодятся на блок 17 сравнения и вычислительное устройство 28. Блок корреляционного анализа построен в унифицированных типовых конструкциях АСВТ с применением интегральных схем средней интеграции. Функциональная схема блока 28 представлена,на фиг.2. Блок-вычислитель работает следующим образом. Предварительно сфокусировав объект, производится пробное сканирование кадра и измерение автокорреляционной функции. По окончании пробного сканирования блок 23 вьфабатывает сигнал-занесение двоичного кода дисперсии D1 в регистр 20 (D-RI), а затем сигнал управления шаговым двигателем 26 по коор- динате +1. Шаговьй двигатель 26 делает один элементарный шаг и поднимает объектив на величину, пропорциональную этому шагу. Производится повторное сканирование того же кадра, измерение дисперсии D2 и по команде с блока 23 величина двоичного кода 52 заносится в регистр 21 (D2-R2). Блок вьщеления большего числа 22 выдает сигнал N 1, если ) или М 1, еслиВ2 1)1, при1) (М 1) блок 23 вырабатывает сигнал +2 и ЩЦ вновь поднимает объектив на величину единичного шага и производится сканирование,определение I,занесение ее величины в регистр 21 и т.д. ,до тех пор, пока величина) 1 не станет больше D2. Блок 23 вырабатывает сигнал -2, производится сканирование и запись сканограммы (конец кадра). Алгоритм выработки сигналов управления ЩЦ фокусировки приведен на фиг.З. Блок 24 распределения импульсов преобразует унитарный код в четырехфазную систему прямоугольных импульсов напряжения, которая через усили- тель 25 мощности, состоящий из однотипных каналов, подается на обмот ки шагового двигателя 26. Временная диаграмма работы РИ ДЛЯ четырехтактного ЩЦ типа 1ИР-711 при- ведена на фиг.4. Конструктивно узел управления ав- томатической фокусировки выполнен на элементах микросхем серии К 155. В устройстве критерием наилучшей фокусировки служит максимальное значение дисперсии амплитудного распределения плотности образца, которое вычисляется в блоке корреляционного анализа, т.е. используется информаци о дисперсии плотности образца, уже содержащаяся в блоке корреляционного анализа, который одновременно служит и датчикам расфокусировки, что позво ляет реализовать значительно более простое устройство с одним фотоэлект ронным преобразователем (а не с двум Устройство реализует весьма чувст вительный способ по максимальному значению дисперс ш плотности образца получаемому при вычислении корреляционной функции в уже имеющемся устройстве блока, т.е. 11 (Si где Dg - дисперсия случайной измеряе мой величины; S - значение случайной величины т. - среднее значение случайной величины; Р- - вероятность значения случай ной величины. Дисперсия Dg - есть значение корреляционной функции в начальной точке (при -t 0) . Значение ординаты автокорреляцион ной функции (первая точка графика) есть не что иное, как дисперсия, кот свою,очередь отражает степень контрастности объекта (перепад двух или нескольких плотностей изображения) . При сканограмме в реальном масштабе времени вычисляется автокорреляционная функция, начальная ордината которой есть дисперсия. Перемещают объект вдоль оптической оси, повторяют измерение - сканируют, по сканограмме определяют автокорреляционную функцию и дисперсию. Повторяют аналогичные операции до нахождения положения объекта, при котором дисперсия будет максимальной. В этом положении искомым параметром и будет автокорреляционная функция с максимальным значением в начальной точке, т.е. с максимальной дисперсией. На фиг.5 представлена зависимость дисперсии от величины расфокусировки. Оптимальной настройке соответст.вует.максимальное значение дисперсии |(Dj,) сигнала. Обращает на себя внима|ние тот факт, что значения дисперсии особенно резко изменяются при малых расфокусировках, что обеспечивает высокую чувствительность и точность метода фокусировки. Таким образом, использование изобретения позволяет повысить точность анализа почти на порядок. Ожидаемьй экономический эффект от внедрения предлагаемого устройства только на одном из заводов мощностью 70 тыс. тонн белка в год в АСУ узлом ферментации составит П2,3 тыс.руб. в год.

Фмг.1

Фиг.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АЕ{АЛИЗА ПЛОТНОСТИ ОБРАЗЦА по авт.св. № 193023, отличающееся тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит последовательно соединенные вычислитель, преобразователь код - напряжение и исполнительный элемент в виде шагового двигателя, вход и второй выход вычислителя подключены к блоку корреляционного анализа. (Л с