Устройство для анализа плотности образца

 

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

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 11()4551

G01D l

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 193023 (21) 3351320/18-24 (22) 21. 10. 81 (46) 23.07.84. Бюл. Р 27 (72) К.M. Богданов, И.Л. Зарубина, Ю.Г. Козлов, А.А. Кулаков, Ю.К. Макаров, А.И. Мамаев, В.А. Маркелов, Г.И. Маслова, Б.П. Пантелеев, В.И. Шихер и К.А. Яновский (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт биосинтеза белковых веществ (53) .68 1.327. 12(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 193023, кл. С 01 D 1/16, .1966 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЛИЗА ПЛОТНОСТИ ОБРАЗЦА по авт.св. Ф 193023, о т л и ч а ю щ е е с я 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.

1104551

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники, в частности для автоматического анализа изображения, например для автоматизации микробиологического анализа 5 в производстве кормовых дрожжей, в цитологии для количественного анализа клеток и тканей, в гематологии для определения параметров крови, в химической промышленности при исследовании различного рода суспензий и эмульсий.

По основному авт.св. N - 193023 известно устройство для анализа плотности образца, используемое преимущественно для автоматического анализа иэображения. Это устройство состоит из источника света, светофильтров, оптической системы микроскопа, стола микроскопа, соединенного с механичес- о ким приводом и электродвигателем, диска Ниппкова со своим приводом, приемника излучения, соединенного с амплитудным и частотным анализаторами, блоками корреляционного анализа, 25 второй вход блока взаимнокорреляционной функции соединен с запоминающим устройством, а выходы анализаторов и блоков корреляционного анализа соединены с входом блока сравнения, второй вход которого подключен к блоку памяти, а выход — к блоку выдачи результатов анализа (13.

В процессе работы известного уст ройства происходит расфокусировка, которая проявляется в размытости кра35 ев деталей изображения и уменьшении . контрастности мелких деталей. В результате световой сигнал, полученный от такого изображения, становится малопригодным для автоматического ана40 лиза, так как в нем искажена информация о размерах и яркости исследуемых объектов, что снижает точность анализа.

Целью изобретения является повышение точности устройства. !

Цель достигается тем, что устройство для анализа плотности образца дополнительно содержит последователь-50 но соединенные вычислитель, преобразователь код — напряжение и исполнительный элемент в видв шагового двигателя, вход и второй выход вычислителя подключены к блоку корреляцион- 55 ного анализа.

Такое решение обеспечивает повы" шение 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.3 алгоритм выработки сигналов управления; на фиг.4 — временная диаграмма работы преобразователя код — напряжение; на фиг.5 — 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 блоком 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 дополнительно содержит последовательно соединенные вычислитель 28, преобразователь 29 код — напряжение и испол-; нительный элемент в виде шагового

1104551 двигателя 26, вход и второй выход (канал синхронизации) вычислителя подключены к блоку 13 корреляционного анализа.

Устройство для анализа плотности образца работает следующим образом.

Исследуемую микроструктуру объекта

5 сканируют при поступательном перемещении стола микроскопа 4 узким 10 полем (получаемым, например, с помощью диска 8 Ниппкова). Световой поток, прошедший через объект 5, попадает в приемник 10 излучения (ФЭУ).

Сигнал с приемника iO поступает в амплитудный анализатор 11, частотный анализатор 12, блок l3 для вычисления автокорреляционной функции, в блок

14 для вычисления взаимнокорреляционной функции (на второй вход которого 20 подается ранее записанный сигнал от препарата, принятого за условную

II tl норму, из запоминающего устройства блока 15). Выход приемника 10 согласован с входом каждого анализатора 25 через соответствующие усилители, модуляторы и др. (не показаны). При необходимости сигнал приемника 10 может быть зарегистрирован в блоке 16 в виде записи на бумажной ленте, перфо- 30 ленте или перфокарте. Эта исходная информация может сохраняться для повторной или дополнительной обработки, она же используется и для блока

15. Количественные параметры, полученные в результате анализа (функция

35 амплитудного распределения, коэффициенты авто- и взаимнокорреляции при корреляционном анализе), в виде соответствующих сигналов (кода) поступают 40 на вход блока 17 сравнения, где производится сравнение их с соответствующими параметрами, ранее проанализированных "эталонных" гистологических и других препаратов из блока 45

18 памяти. Блок 19 печатает результаты анализа в виде цифр результатов сравнения по каждому из анализируемых параметров. Блок 13 корреляционного анализа предназначен для одновремен50 ного оперативного определения в реальном масштабе времени ординат автокорреляционной функции (АКФ), причем одновременно производится определение оценок начальных моментов Х,Х2. Исследуемыи сигнал задается в аналого55 вой форме с амплитудным диапазоном

+1B, Основной диапазон частот входного аналогового сигнала 0-20 кГц.

Результаты обработки выводятся 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 вырабатывает сигнал-занесение двоичного кода дисперсии Dl в регистр 20 (DR1), а затем сигнал управления шаговым двигателем 26 по коор динате +Z. Шаговьп 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

Р2 заносится в регистр 21 (Р2- к2).

Блок выделения большего числа 22 выдает сигнал N = 1, если DI)D2 или

М = 1, если Э2Я1, при D2>31 (M = 1) блок 23 вырабатывает сигнал +Z и

ШД вновь поднимает объектив на величину единичного шага и производится сканирование, определение 2,занесение ее величины в регистр 21 и т.". äî тех пор, пока величина Й1 не станет больше

D2. Блок 23 вырабатывает сигнал -2, производится сканирование и запись сканограммы (конец кадра). Алгоритм выработки сигналов управления ШД фокусировки приведен на фиг.3.

Блок 24 распределения импульсов преобразует унитарный код в четырехфаэную систему прямоугольных импульсов напряжения, которая через усили» тель 25 мощности, состоящий иэ однотипных каналов, подается на обмот» ки шагового двигателя 26.

Временная диаграмма работы РИ длЯ четырехтактного ШД типа ШДР-711 приведена на фиг.4.

Конструктивно узел управления ав" томатической фокусировки выполнен на элементах микросхем серии К 155.

В устройстве критерием наилучшей фокусировки служит максимальное зна3 1104551 чение дисперсии амплитудного распре- и деления плотности образца, которое н вычисляется в блоке корреляционного анализа, т.е. используется информация б о дисперсии плотности образца, уже содержащаяся в блоке корреляционного анализа, который одновременно служит о и датчиком расфокусировки, что позво- р ляет реализовать значительно более г простое устройство с одним фотоэлект-10 ф ронным преобразователем (a не с двумя). а

Устройство реализует весьма чувст- п вительный способ по максимальному п значению дисперсии плотности образца, п получаемому при вычислении корреля- 15 а ционной функции в уже имеющемся м

Устройстве блока, т. е. т п

0 = K(S;-щ)2 Р,, i=1 д где D - дисперсия случайной измеряе-20 к э мой величины;,в

$, - значение случайной величины; l(m - среднее значение случайной н

Я величины; (о

P- — вероятность значения случай-25 р

1 ной величины. в

Дисперсия D — есть значение корреляционной функции в начальной точке (при О). 30

Значение ординаты автокорреляционной функции (первая точка графика) есть не что иное, как дисперсия, котод ятв свою очередь отражает степень контрастности объекта (перепад двух ли нескольких плотностей изображе ия).

При сканограмме в реальном масштае времени вычисляется автокорреляционная функция, начальная ордината оторой есть дисперсия. Перемещают бъект вдоль оптической оси, повтояют измерение — сканируют, по сканорамме определяют автокорреляционную ункцию и дисперсию. Повторяют налогичные операции до нахождения оложения объекта, при котором дисерсия будет максимальной. B этом оложении искомым параметром и будет втокорреляционная функция с максиальным значением в начальной точке, .е. с максимальной дисперсией.

На фиг.5 представлена зависимость исперсии от величины расфокусирови. Оптимальной настройке соответстует.максимальное значение дисперсии

2 ) сигнала. Обращает на себя внима" ие тот факт, что значения дисперсии собенно резко изменяются при малых асфокусировках, что обеспечивает

ысокую чувствительность и точность метода фокусировки. Таким образом, использование изобретения позволяет повысить точность анализа почти на порядок.

Ожидаемый экономический эффект от внедрения предлагаемого устройства только на одном из заводов мощностью

70 тыс. тонн белка в год в АСУ узлом ферментации составит 112, 3 тыс.руб. в год.

1104551

1104551

1104551

ФигЗ та

Фиг. 0

1104551

ЖЕмки7

Заказ 5265/37

Тираз 6!О Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Узгород, ул. Проектная, 4

Составитель В. Маркелов

Редактор В. Иванова Техред Ж.Кастелевич Корректор В. Синицкая