通过光源发射的计算机控制来使光测量数字化的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及通过计算机控制光源发射来使光测量数字化的方法和装置。本发明专利技术使用光敏器件（ＬＳＤ）（例如包括ＣＭＯＳ或ＣＣＤ图像芯片的相机系统），通过以数字化方式控制光源输出以进行精密测量。从ＬＳＤ获得恒定的输出值，从而防止发生ＬＳＤ输出的任何非线性和范围限制。所述测量方法和系统可用于诊断目的的化学测试和分析物。所述方法可用来测量反射、透射、荧光和浊度。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
专利
本专利技术涉及测量
更具体地说，本专利技术涉及通过光源发射的计算机控制使光测量数字化的方法和装置。有关技术的描述在具有内置光源的光测量仪器中，光电平通常保持在恒定电平并按照仪器所执行的过程接通或断开。仪器中的光敏器件通常要调节到它能准确地检测出测试或参考物体发出的光量。未配有光源的其它成像系统则要调节到环境光电平。一个实例就是(胶片)照相机。为了正确曝光胶片，通常在用光度计测量了测试物体发出的光之后，对快门速度和镜头孔径进行调节。数码相机也构造成能够测量和使用环境光。对于这些相机，光度计通常就是光敏图像芯片本身。数码相机一般都有电子快门，用来调节所记录到的光量。本专利技术拟解决的问题价格低廉的数码相机，像那些网络相机(web-camera)，通常是不用在精密的光测量仪器中的。它们往往具有有限的输出分辨率范围。此外，信号输出往往是所接收光强度的非线性函数。但这种相机的测量范围和测量精度通过控制光源的光输出就可以改善。为了快速改变光发射，应使用电子控制系统，而不用机械控制系统。解决问题的装置本专利技术解决了上述问题，方法是利用光敏器件(LSD)，例如含有CMOS或CCD图像芯片的相机，用数字方式控制光源的输出来进行精确的测量(CMOS-互补金属-氧化物半导体；CCD-电荷耦合器件)。从LSD获得恒定的输出值，从而防止发生LSD输出的任何非线性和范围限制。所述测量方法和系统可用于诊断目的的化学测试和分析物。所述方法可用来测量反射、透射、荧光和浊度。所述方法和系统的优点包括(但不限于)以下方面·所述方法可用来扩展LSD的测量范围。如果光控制数模转换器(DAC)具有16位的分辨率，即使LSD的1位数字输出也能产生16位的测量分辨率。·通过校准DAC控制的光源的光输出，从非线性LSD能够得到线性响应，因为通常在CCD或CMOS相机的光响应函数中的非线性对于所述方法来说无关紧要。·可以建立DAC光控制值和分析物浓度之间单一的转换函数。专利技术概述本专利技术的这些和其它目的是借助通过对光源进行数字控制使光数字化的方法以及利用所述方法的系统来实现的，并提出了快速获得测量结果的搜索方法。本专利技术包括通过以数字方式控制光源的输出使来自受照测试物体的所记录的光数字化的方法。测试物体发出的光由光敏器件(LSD)记录，且改变物体的照明，直到从LSD获得所要求的目标输出。如果测试物体改变，物体发出的光量通常也会改变。此时改变照明，直到LSD的输出再次等于或几乎等于目标值。光控制器的设定用来计算每个测试物体发出的光量。这样就可防止发生LSD的有限范围和非线性效应。通过逐次逼近使光电平数字化来测量光量值的方法包括·识别接收由测试物体改变后的光信号的光敏器件的输出目标值；·定义连接到光敏器件的模数转换器(ADC)的初始步长值；·设定所述初始步长值为控制提供光信号的光源的数模转换器(DAC)的输出值，其中所述DAC具有N位分辨率；·根据ADC值和输出目标值的关系重复进行一次或多次DAC输出值的调节，进行多达N-1次迭代，直到调节完成时ADC值等于输出目标值；·识别最终的DAC输出值，作为光信号测量值的结果。本专利技术还公开一种使光测量数字化的方法，即，控制对包括测试物体的照明区进行照明的光源的发射，以从光敏器件获得恒定或近于恒定的信号，所述方法包括·利用多个光信号以可控方式对照明区域进行照明；·改变所述多个光信号；·记录所述多个改变后的光信号·发送对应于所述多个改变后的光信号的输出信号；以及·根据输出信号控制光源的工作，从而可以以可调方式控制照明光信号，使得所述输出信号恒定不变。本专利技术还包括一种使光测量数字化的系统，它通过控制对包括测试物体的照明区进行照明的光源的发射，从所述光敏器件获得恒定或近于恒定的信号。所述系统包括·光源，配置成用多个光信号可控制地对具有测试物体的照明区域进行照明；·光敏器件，配置成记录一般由所述照明区域中测试物体改变后的多个光信号，并发送对应于所述改变后的多个光信号的输出信号；·数据处理系统，配置成接收输出信号并产生控制信号；·光源控制器，通过控制信号可接收地连接到数据处理系统，光源控制器控制光源的工作，从而可以以可调的方式控制所述发射光信号，使得所述输出信号恒定不变。在另一实施例中，所述系统包括·数据处理系统，配置成产生控制信号；·光源控制器，对控制信号作出响应；·光源，对光源控制器作出响应；·照明区，它包括测试物体，由光源照明；以及·光敏器件，配置成使由测试物体改变后的光成像，并将代表改变后的光的输出信号发送到数据处理系统，从而可以以可调的方式控制所述改变后的光的信号，使得输出信号恒定不变。数模转换器(DAC)的输出被微处理系统用来控制光源的输出。可使用任何可控光源，例如发光二极管(LED)。光源发出的光(例如，可见光，红外光，紫外光等)照明测试物体。测试物体发出的光由LSD(例如数码相机)接收。相机的模数输出转换器(ADC)连接到微处理系统。计算机系统此时可调节光强度，直到从LSD获得指定的目标值输出。此过程可以利用测试物体的相机成像中单一的图像元素(像素)或一组像素进行。测试物体的反射率、透射率、再透射率(如对荧光)和/或散射光都可用此方法测量。为获得目标值的DAC调节是用逐次逼近搜索方法完成的。在此方法中DAC的调节步骤数目定义了结果中的分辨率(位数)。位数也等于DAC设定的数目和ADC值的随后读数。但搜索可以加速最初先校准系统配置(用参考测试物体)，在校准表中作快速搜索，结合必要的图像捕捉次数，就可实现较快的搜索。附图简要说明附图说明图1示出利用本专利技术的方法的本专利技术实施例的系统配置。所述系统使用微处理系统来控制光源的输出。光源照明测试物体。测试物体发出的光由光敏器件接收。器件的输出由处理系统接收。图2示出光敏器件的模拟输出如何被数字化的实例。图3示出从DAC输出端到ADC输出的来自数字LSD的转换功能实例。白色和非白色物体在类似于图1所示配置中进行测量。DAC的分辨率为16位，而ADC(相机)的分辨率为10位。图4示出快速搜索实例。ADC的最小值(或偏移)大约为200。ADC的最大值(或饱和)大约为1023。对于DAC值Nc，得到位于ADC的最大值和最小值之间的第一ADC值M。所述数值用来求出Tc，以下将详细说明。图5示出DAC设定和ADC输出之间的非线性关系。在此处提出的测量结果中，非白色物体的响应曲线在ADC值超过350直到750时接近于线性。750以上直到在1023饱和时偏离直线，向右倾斜，如图所示。对许多相机来说这种偏离非线性是典型的，类似于我们使用的IBIS相机的数据表中提出的曲线。而且，DAC设定和ADC输出之间的任何非线性会影响响应曲线的形状。见图6。图6a示出红色发光二极管(LED)的光强作为通过LED的电流的函数的测量结果。所述响应可以近似为直线，如图所示。图6b示出蓝色发光二极管(LED)的光强作为通过所述光源的电流的函数的测量结果。所述响应比红色LED的线性较差一些，但对于大于2mA的电流仍可以近似为直线。图7(示意地)示出测量含有C反应蛋白(CRP)的圆形膜片的配置。在使用CRP之前，测量白色膜片。处理后膜片中心部分变成有色的，如图8b所示图8a为白色膜片的图像，由在实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于通过控制光源的发射来使光测量数字化的系统，所述光源对照明区进行照明以便从光敏器件获得恒定或近于恒定的信号，所述系统包括：.光源，配置成利用多个光信号以可控方式对具有测试物体的照明区域进行照明；.光敏器件，配置成记录通 常被所述测试物体改变的多个光信号，并发送对应于所述改变后的多个光信号的输出信号；.数据处理系统，配置成接收所述输出信号并产生控制信号；以及.光源控制器，通过所述控制信号可接收地连接到数据处理系统，所述光源控制器控制所述光源的 工作，从而可以以可调方式控制所述发光信号，使得所述输出信号恒定不变。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：T塞姆，
申请(专利权)人：轴屏蔽POC公司，
类型：发明
国别省市：NO[挪威]