用于监视和/或控制化学过程和样本的相分离的方法技术

本发明专利技术涉及确定流体样本(12)的相信息。提供包括流体样本(12)的相信息的流体样本(12)的至少一个图像。此外，提供了一种数据驱动模型，该数据驱动模型包括用于相信息的至少一个输出通道。该至少一个输出通道包括用于对流体样本(12)的两相(16，18)之间的边界(20)进行分类的至少一个输出通道，使得相信息包括关于两相(16，18)之间的边界(20)的特性的信息，诸如边界的高度、体积、类型或强度。流体样本(12)的相信息基于数据驱动模型和包括流体样本(12)的相信息的流体样本(12)的至少一个图像导出。的相信息的流体样本(12)的至少一个图像导出。的相信息的流体样本(12)的至少一个图像导出。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于监视和/或控制化学过程和样本的相分离的方法


[0001]本专利技术涉及一种用于确定流体样本的相信息的相分析系统、一种用于确定流体样本的相信息的方法、由该方法获得的流体样本的相信息的用途、用于监视流体样本的方法的用途，以及用于确定流体样本的相信息的计算机程序产品。

技术介绍

[0002]图像分割允许分离图像的不同部分。在O.Ronneberger等人在arXiv:1505.04597v1[cs.CV]中的“U
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Net:Convolutional Networks for Biomedical Image Segmentation”中，提出了基于卷积神经网络(CNN)的生物医学图像的图像分割。U
‑
net架构是所谓的全卷积网络，其中通常的收缩网络由连续层补充，其中池化运算符被上采样运算符取代。在U
‑
net架构中，膨胀路径或多或少与收缩路径对称。U
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net尤其适用于分离相同类别的触摸对象。通过采用逐像素损失权重为每个真值分割预先计算权重图来学习边界像素。预先计算的权重图被合并到损失函数中。
[0003]许多产品和配制剂，诸如混合物、溶液、泡沫、乳液、分散体和悬浮液，不处于热力学平衡状态，并且随时间推移将分离成单一组分。该相分离，例如，变成疏水
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亲水液体，变成固体
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液体和液体
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气体，可能是需要的也可能不需要，并且获得强烈的研究关注。通常，配制剂由许多成分组成，这会打开用于通过成分的浓度或添加顺序或样本的物理处理(例如，通过加热、混合等)来调节相稳定性的巨大的参数域。这通常导致具有使用半自动方法(包括自动机器和人工目视检查)被准备和分析的许多样本的大型实验。该研究过程中的一个巨大瓶颈是人类或简化的自动过程对测量数据的分析。而且，在散装材料的生产中，了解和/或控制相稳定性或相分离的状态也很重要。
[0004]对于其中混合了两种不混溶化合物的流体样本，随时间推移可能会观察到相分离。确定流体样本中的不同相可以由随时间推移观察流体样本并标记不同的出现的相的人类用户执行。随着时间推移，可以记录各种图像并由人类用户进行视觉检查。视觉检查允许人类用户区分不同相。可以使用测量标尺来确定相应相的高度。然后，人类用户可以将数据输入数据库以进行进一步处理。
[0005]在由S.Eppel和T.Kachman公开为arXiv1404.7174v7[cs.CV]的“Computer vision
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based recognition of liquid surfaces and phase boundaries in transparent vessels,with emphasis on chemistry applications”中，给出用于在各种透明容器中识别液体表面和液位的计算机视觉方法。该方法接收液体容器的图像和图像中的容器边界，并扫描图像中可能对应于液体表面轮廓的所有可能曲线。然后，该方法通过检查围绕曲线的每个点的区域的各种图像特性，将每条曲线与图像进行比较，以评估其与真实液体表面轮廓的对应性。被发现能最好地指示液体表面的图像特性是相对强度变化、边缘密度变化和相对于曲线法线的梯度方向。然而，该方法对于相分离液体之间的边界具有高于10％的高漏检率，这是由这种表面中的乳液和弱边界引起的。由于其不可预测的形状和模糊的边界，乳化表面最难识别。

技术实现思路

[0006]可以看作本专利技术的一个目的是提供一种用于确定流体样本的相信息的相分析系统、一种用于确定流体样本的相信息的方法、一种用于确定流体样本的相信息的计算机程序产品，以及允许改进流体样本的相信息的确定的计算机可读介质。以该方式获得的相信息可以用于各种优化活动，例如优化相稳定性。该方法可用于监视流体样本，例如，流体样本随时间推移的演变。
[0007]在本专利技术的第一方面，提出了一种用于确定流体样本的相信息的相分析系统。该相分析系统被配置用于：
[0008]‑
提供流体样本的至少一个图像，其包括流体样本的相信息，
[0009]‑
提供数据驱动模型，该数据驱动模型包括用于相信息的至少一个输出通道，其中，至少一个输出通道包括用于对流体样本的两相之间的边界进行分类的至少一个输出通道，使得相信息包括关于两相之间的边界的特性的信息，以及
[0010]‑
基于数据驱动模型和包括流体样本的相信息的流体样本的至少一个图像，导出流体样本的相信息。
[0011]由于流体样本的相信息基于数据驱动模型和包括流体样本的相信息的流体样本的至少一个图像导出，因此不需要对流体样本进行人工视觉检查。相分析系统允许对流体样本执行改进的计算机视觉检查以导出相信息。与现有技术中已知的基于计算机视觉的检查方法相比，数据驱动模型例如允许降低边界的漏检率。这允许减少由现有技术中已知的人类视觉检查或基于计算机视觉的检查引起的不精确测量和误差，从而提高测量的精度。此外，可以导出更多的相信息。此外，相信息可以更好地与针对其它流体样本获得的相信息进行比较。
[0012]相信息包括关于流体样本的相的信息，其包括关于流体样本的两相之间的边界的特性的信息。相信息可以包括关于流体样本的相的附加信息，例如，流体样本中存在多少相或哪种类型的相。
[0013]由于数据驱动模型包括用于相信息的至少一个输出通道，其中至少一个输出通道被配置用于对流体样本的两相之间的边界进行分类，所以相信息至少包括关于两相之间的边界的特性的信息。这允许相分析系统改进相分离的监视和/或控制，因为可以确定包括不同相之间的边界的特性以及相的特性的相信息。
[0014]通常，图像中边界的每个特性(例如边界的每个光学特征)都可以被视为向边界提供了附加维度。例如，提供简单的位置可以被视为是第一维度，进一步提供边界的范围是第二维度，并且提供边界的强度是第三维度。因此，不仅提供了边界的位置，还提供了边界的特性。这也允许识别不清楚或难以确定的边界以根据液体样本的配制剂得出结论，或识别乳液的外观。特别地，乳液通常仅提供非常不明确的相边界，使得仅参考特性的一个维度的算法将无法正确预测边界。因此，本专利技术还允许对乳液的稳定性得出结论，并因此可用于优化乳化剂在杂货、个人护理产品等中的使用。
[0015]此外，相分析系统可以允许对长期储存流体样本的相稳定性状态进行自动分析。例如，可以自动分析清洁剂或个人护理产品的泡沫稳定性。相分析系统可以允许减少数据分析工作，这可以导致同时分析更多样本，提高分析效率，使得可以实现更快的上市时间。
[0016]两相之间的边界或界限分别对应于两个相邻相的相对界面之间的过渡区域。对流
体样本的两相之间的边界进行分类意味着对边界的一个或更多个特性进行分类，例如，包括边界的体积、边界的强度、边界的类型或允许对边界进行分类的任何其它特性。边界的类型例如可以是清晰的或模糊的。可以将清晰边界定义为例如具有低于阈值高度的高度的边界，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于确定流体样本(12)的相信息(71，...，77；81，...，86)的相分析系统(10)，所述相分析系统(10)被配置用于：
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提供所述流体样本(12)的至少一个图像(40，42，44)，其包括所述流体样本(12)的所述相信息(71，...，86)，
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提供数据驱动模型，其包括用于所述相信息(71，...，86)的至少一个输出通道，其中，所述至少一个输出通道包括用于对所述流体样本(12)的两相(16，18)之间的边界(20)进行分类的至少一个输出通道，使得所述相信息(71，...，86)包括关于所述两相(16，18)之间的所述边界(20)的特性的信息(73,75；83,85)，以及
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基于所述数据驱动模型和包括所述流体样本(12)的所述相信息(71，...，86)的所述流体样本(12)的至少一个图像(40，42，44)，导出所述流体样本(12)的所述相信息(71，...，86)。2.根据权利要求1所述的相分析系统(10)，其中，所述相分析系统(10)被配置用于：
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提供在不同成像条件下获得的所述流体样本(12)的至少两个图像(401，402，
…
，412)，以及
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通过叠加所述流体样本(12)的所述至少两个图像(401，402，
…
，412)生成包括所述流体样本(12)的所述相信息(71，...，86)的所述流体样本(12)的所述至少一个图像(40，42，44)。3.根据权利要求2所述的相分析系统(10)，其中，所述不同的成像条件包括不同的曝光时间(402A)，以及其中，所述至少两个图像(401，402，
…
，412)针对不同的曝光时间(402A)和其它相同的成像条件获得。4.根据权利要求2所述的相分析系统(10)，其中，所述不同的成像条件包括光(29)撞击在所述流体样本(12)上的不同入射角、不同的光照条件、不同的曝光时间(402A)，或其任何组合。5.根据权利要求1至4中至少一项所述的相分析系统(10)，其中，关于所述两相之间的所述边界(20)的所述特性的信息包括以下的一个或更多个：
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所述流体样本(12)的所述两相(16，18)之间的所述边界(20)的高度，
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所述流体样本(12)的所述两相(16，18)之间的所述边界(20)的体积，
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所述流体样本(12)的所述两相(16，18)之间的所述边界(20)的强度，以及
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所述流体样本(12)的所述两相(16，18)之间的所述边界(20)的类型。6.根据权利要求1至5中至少一项所述的相分析系统(10)，其中，所述相信息(71，...，86)另外包括以下的一个或更多个：
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所述流体样本(12)的不同相(16，18)的数量，
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所述流体样本(12)的一个或更多个所述相(16，18)的类型，
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所述流体样本(12)的一个或更多个所述相(16，18)中的一个或更多个梯度，
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所述流体样本(12)的浊度，
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在所述流体样本(12)特定位置处的浊度，
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所述流体样本(12)的不同相(16，18)之间的一个或更多个界面的位置，
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所述流体样本(12)的一个或更多个所述相(16，18)的高度，
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所述流体样本(12)的一个或更多个所述相的体积，以及
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在所述流体样本(12)的所述相之一是泡沫的情况下的气泡大小分布。7.根据权利要求1至6中至少一项所述的相分析系统(10)，其中，所述数据驱动模型包括单一模型，其包括相(16，18)和所述相(16，18)的边界(20)的输出通道。8.根据权利要求1至7中至少一项所述的相分析系统(10)，其中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：巴斯夫欧洲公司，
类型：发明
国别省市：