專利名稱：使用圖像傳感器的測(cè)定方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用光照射試驗(yàn)片等被測(cè)定物，用面?zhèn)鞲衅骱蛨D像掃描器等圖像傳感器接收來(lái)自該被測(cè)定物的光，二維或沿一條直線進(jìn)行測(cè)定的測(cè)定方法，涉及根據(jù)該測(cè)定值，求出被檢測(cè)部的試樣濃度的被測(cè)定物測(cè)定方法和用于實(shí)施這些方法的裝置。
在本發(fā)明中，來(lái)自作為測(cè)定對(duì)象的被測(cè)定物的光包含反射光、透射光、熒光、磷光、化學(xué)發(fā)光等定量測(cè)定或定性測(cè)定中使用的任意光。
背景技術(shù)：
在光檢測(cè)器中，有光電二極管那樣的單元件的光檢測(cè)元件、在線上排列了光電二極管那樣光檢測(cè)元件的線性傳感器、以及CCD(電荷耦合器件)傳感器和CMOS傳感器那樣把光檢測(cè)元件排列為二維的圖像傳感器。
作為測(cè)定來(lái)自被測(cè)定物的光的測(cè)定裝置的傳感器，從精度、性能價(jià)格比、技術(shù)的難易程度的觀點(diǎn)出發(fā)，主要使用光電二極管。可是，當(dāng)要使用光電二極管，取得多項(xiàng)反射率等時(shí)，有必要使光學(xué)系統(tǒng)或被測(cè)定物移動(dòng)。
另外，因?yàn)楣怆姸O管是取得點(diǎn)直徑內(nèi)的平均化的數(shù)據(jù)，所以不適合于進(jìn)行以斑成色檢測(cè)為代表的成色程度的詳細(xì)檢測(cè)。
作為免疫色層譜試驗(yàn)片測(cè)定裝置，也只開(kāi)發(fā)了一邊使光學(xué)系統(tǒng)在試驗(yàn)片上移動(dòng)，一邊測(cè)光的驅(qū)動(dòng)測(cè)光式的裝置。
作為解決這些問(wèn)題的一個(gè)方法，考慮到采用圖像傳感器。因?yàn)閳D像傳感器的數(shù)據(jù)是對(duì)象區(qū)域的圖像信息，所以從1幀的信息能進(jìn)行多個(gè)項(xiàng)目的測(cè)定、斑成色的檢測(cè)、試驗(yàn)片的位置的偏移的修正等。
眾所周知，通過(guò)圖像傳感器可檢測(cè)出對(duì)象物的形狀和色彩。例如，提出了用CCD照相機(jī)讀取免疫測(cè)定用的試驗(yàn)片的圖像，根據(jù)圖像的面積或縱和橫的長(zhǎng)度比率，進(jìn)行判定的方法(參照特開(kāi)平9-257708號(hào)公報(bào))。它是把讀取的信號(hào)作為亮度信號(hào)，雙值化后，測(cè)定圖像的形狀，不是測(cè)定該圖像內(nèi)的濃淡。
作為使用圖像傳感器進(jìn)行二維測(cè)定的其他例，有尿測(cè)定機(jī)。它一般不是通過(guò)判定尿試紙的成色的濃淡(亮度)，而是通過(guò)判定色調(diào)(色彩)進(jìn)行測(cè)定，在其中使用了彩色CCD。
如果要以高精度，用圖像傳感器檢測(cè)試驗(yàn)片的二維濃淡分布，則除了光的照射不均勻、透鏡的像差等，由于圖像傳感器的像素(pixel)間的靈敏度差，產(chǎn)生面內(nèi)的光的不均勻。因此，為了以高精度進(jìn)行檢測(cè)，一般使用機(jī)械的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，使傳感器或試驗(yàn)片移動(dòng)。這時(shí)，即使使用圖像傳感器，也不過(guò)作為一維線性傳感器而利用。
不清楚是否能使用CCD和CMOS等圖像傳感器，二維測(cè)定反射率等。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的第1目的在于提供使用圖像傳感器，能二維或沿著一條直線測(cè)定來(lái)自被測(cè)定物的光的測(cè)定方法和裝置。
另外，本發(fā)明的第2目的在于實(shí)現(xiàn)根據(jù)對(duì)檢測(cè)器使用圖像傳感器的來(lái)自被測(cè)定物的光的測(cè)定，能進(jìn)行免疫色層譜試驗(yàn)片等的被測(cè)定物的定量測(cè)定的被測(cè)定物測(cè)定方法和裝置。
用于實(shí)現(xiàn)第1目的的本發(fā)明的測(cè)定方法的特征在于用圖像傳感器接收來(lái)自被測(cè)定物的光，對(duì)該圖像傳感器的各像素輸出進(jìn)行前處理，計(jì)算該前處理后的像素輸出的積分值。像素輸出的前處理包含修正圖像傳感器的輸出，使圖像傳感器的輸出與入射光量成比例的線性化處理；及在測(cè)定了基準(zhǔn)物時(shí)，修正各像素輸出，使線性化修正了圖像傳感器的各像素輸出的值變?yōu)榫坏墓獠痪鶆蛐拚?br> 作為基準(zhǔn)物，例如是使用面內(nèi)濃淡均勻的反射板或空白(不設(shè)置被測(cè)定物，使測(cè)定光全部入射到圖像傳感器中的狀態(tài))。
這樣，能二維或沿著一條直線簡(jiǎn)單地測(cè)定反射率。
當(dāng)被測(cè)定物的成色區(qū)域比基于圖像傳感器的檢測(cè)范圍小時(shí)，成色區(qū)域的強(qiáng)度嵌入非成色區(qū)域中。如果只把檢測(cè)范圍固定在成色區(qū)域中時(shí)，由于被測(cè)定物的位置偏移，對(duì)檢測(cè)強(qiáng)度有影響。另外，如果被測(cè)定物的成色后的強(qiáng)度和面積變動(dòng)，則測(cè)定結(jié)果的偏移增大。
因此，作為求出來(lái)自被測(cè)定物的成色區(qū)域的光積分值的希望的方法，在比被測(cè)定物的成色區(qū)域還大的區(qū)域中，包含非成色區(qū)域進(jìn)行測(cè)定后，求出來(lái)自成色區(qū)域的光的積分值。作為該方法，把連接夾著被測(cè)定物的成色區(qū)域的2點(diǎn)的像素輸出的線性作為像素輸出的基線值，把根據(jù)基線值變換與被測(cè)定物的各位值對(duì)應(yīng)的像素輸出的值作為基礎(chǔ)而求出。
根據(jù)這樣的來(lái)自被測(cè)定物的光的積分值計(jì)算方法，包含被測(cè)定物的非成色區(qū)域進(jìn)行演算，但是不損害成色區(qū)域的強(qiáng)度。即使被測(cè)定物的位置稍稍偏移，如果成色區(qū)域在檢測(cè)范圍內(nèi)，就能避免對(duì)演算結(jié)果的影響。
而且，因?yàn)榘堰B接夾著被測(cè)定物的成色區(qū)域的2點(diǎn)的像素輸出即成色區(qū)域兩端的非成色部分的像素輸出的線性作為基線值，所以能減輕被測(cè)定物的著色引起的強(qiáng)度變動(dòng)、被測(cè)定物的高度和斜度等引起的強(qiáng)度變動(dòng)。
結(jié)果，即使被測(cè)定物的成色強(qiáng)度和面積變動(dòng)，也能避免對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。
前處理的線性化修正的第1方面包含以下的步驟(A)和(B)。
(A)另外設(shè)置對(duì)于接收的光量，輸出具有線性的光檢測(cè)器，使輸入到所述圖像傳感器的光也同時(shí)入射到該光檢測(cè)器，并且把使該輸入光量變化時(shí)的圖像傳感器輸出和所述光檢測(cè)器輸出的關(guān)系作為線性化數(shù)據(jù)保持的步驟；(B)根據(jù)所述線性化數(shù)據(jù)修正測(cè)定被測(cè)定物時(shí)的圖像傳感器輸出，使其與所述光檢測(cè)器的輸出成比例的步驟。
前處理的線性化修正的第2方面包含以下的步驟(A)和(B)。
(A)準(zhǔn)備好產(chǎn)生已知光并且彼此不同的多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)板，把在測(cè)定這些標(biāo)準(zhǔn)板時(shí)的圖像傳感器輸出與來(lái)自標(biāo)準(zhǔn)板的光的關(guān)系作為線性化數(shù)據(jù)保持的步驟；(B)根據(jù)所述線性化數(shù)據(jù)修正測(cè)定被測(cè)定物時(shí)的圖像傳感器輸出，使其與來(lái)自標(biāo)準(zhǔn)板的光成比例的步驟。
前處理的線性化修正的第三方面包含以下的步驟(A)和(B)。
(A)所述圖像傳感器是曝光時(shí)間的設(shè)定可變，使在把測(cè)定1個(gè)基準(zhǔn)物的曝光時(shí)間分為多個(gè)不同階段進(jìn)行測(cè)定時(shí)的圖像傳感器的輸出與曝光時(shí)間的關(guān)系作為與曝光時(shí)間成比例的來(lái)自基準(zhǔn)物的光相關(guān)的線性化數(shù)據(jù)保存的步驟；(B)根據(jù)線性化數(shù)據(jù)修正測(cè)定被測(cè)定物時(shí)的圖像傳感器輸出，使其與從曝光時(shí)間導(dǎo)出的來(lái)自基準(zhǔn)物的光成比例的步驟。
用于實(shí)施本發(fā)明的測(cè)定方法的測(cè)定裝置具有接收來(lái)自被測(cè)定物的光的圖像傳感器；使用該圖像傳感器的各像素輸出，計(jì)算來(lái)自被測(cè)定物的面內(nèi)的光的積分值的計(jì)算部。
用于實(shí)現(xiàn)第2目的的本發(fā)明的被測(cè)定物測(cè)定方法通過(guò)在用本發(fā)明的方法求出的積分值中應(yīng)用表示該積分值與被測(cè)定物的試樣濃度的關(guān)系的測(cè)量線數(shù)據(jù)，計(jì)算出被測(cè)定物的試樣濃度。
據(jù)此，能簡(jiǎn)便進(jìn)行免疫色層譜試驗(yàn)片等被測(cè)定物的濃度測(cè)定。
用于實(shí)施本發(fā)明的測(cè)定方法的測(cè)定裝置還具有在本發(fā)明的測(cè)定裝置中保持來(lái)自被測(cè)定物的光的積分值和被測(cè)定物的試樣濃度的關(guān)系的測(cè)量線數(shù)據(jù)保持部；通過(guò)在由計(jì)算部求出的來(lái)自被測(cè)定物的光的積分值中應(yīng)用測(cè)量線數(shù)據(jù)保持部中的測(cè)量線數(shù)據(jù)，計(jì)算出被測(cè)定物的試樣濃度的定量部。


圖1是概略表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的框圖。
圖2是概略表示本發(fā)明的首選方案的框圖。
圖3是用部分框圖表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的概略結(jié)構(gòu)圖。
圖4是表示同一實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)的具體例，(a)是光學(xué)系統(tǒng)的外觀圖，(b)是它的垂直剖視圖，(c)是(b)的圓內(nèi)的放大圖。
圖5是表示區(qū)傳感器的輸出特性的圖。
圖6是用區(qū)傳感器拍攝白板時(shí)的三維等高面曲線圖。
圖7是表示本發(fā)明的修正處理的一例的流程圖。
圖8是表示進(jìn)行修正的像素位置的俯視圖。
圖9是表示修正的一例的圖，(a)是把白板作為試驗(yàn)片時(shí)的區(qū)傳感器的各像素輸出的曲線圖，(b)是PD電壓值變換后的輸出曲線圖，(c)是對(duì)(b)進(jìn)行了光不均勻的修正的曲線圖。
圖10(a)是把LED光量暗的到明亮的分為3階段，拍攝白板，把該圖像信息排列，作為三維等高面曲線圖，(b)是對(duì)(a)的曲線圖進(jìn)行了光不均勻的修正而得到的。
圖11是表示把1個(gè)圖像分割為11×11的區(qū)域的例子的俯視圖。
圖12是表示把1個(gè)圖像分割為11×11的區(qū)域的例子的俯視圖。
圖8是表示進(jìn)行光不均勻的修正的像素位置的俯視圖。
圖13是對(duì)圖8所示的各圖像的5點(diǎn)進(jìn)行光不均勻的修正而描畫(huà)的圖。
圖14是表示實(shí)施例的反射率測(cè)定裝置的主要部件的時(shí)間經(jīng)過(guò)和溫度的關(guān)系的圖。
圖15是描繪每隔10分鐘測(cè)定3次的反射率的結(jié)果的圖。
圖16是用部分框圖表示反射率測(cè)定裝置的實(shí)施例2的概略結(jié)構(gòu)圖。
圖17是在實(shí)施例2中，把測(cè)定了反射率不同的標(biāo)準(zhǔn)板的結(jié)果與區(qū)傳感器的輸出一起表示。
圖18是把圖17的結(jié)果關(guān)于區(qū)傳感器的一個(gè)像素進(jìn)行表示。
圖19表示同一實(shí)施例中，用于取得線性化數(shù)據(jù)的步驟的流程圖。
圖20是表示未知試樣的反射率測(cè)定步驟的流程圖。
圖21是表示在反射率測(cè)定裝置的實(shí)施例3中，使曝光時(shí)間減少時(shí)的區(qū)傳感器的輸出和曝光時(shí)間的關(guān)系的圖。
圖22是把圖21的結(jié)果關(guān)于區(qū)傳感器的一個(gè)像素進(jìn)行表示。
圖23是表示同一實(shí)施例中，用于取得線性化數(shù)據(jù)的步驟的流程圖。
圖24是表示未知試樣的反射率測(cè)定步驟的流程圖。
圖25是表示在同一實(shí)施例中，用于確認(rèn)修正后的數(shù)據(jù)精度的數(shù)據(jù)取得像素位置的俯視圖。
圖26是表示各像素的被修正的輸出和反射率的關(guān)系的曲線圖。
圖27是表示樣品試紙的圖案的圖。
圖28是表示用實(shí)施例1的反射率測(cè)定裝置測(cè)定薄的等級(jí)模式的樣品試紙時(shí)的三維等高面曲線圖。
圖29是表示用同一實(shí)施例的反射率測(cè)定裝置，關(guān)于6種樣品試驗(yàn)片的中心附近的1行測(cè)定了反射率的結(jié)果的圖。
圖30是表示用同一實(shí)施例的反射率測(cè)定CRP時(shí)的測(cè)量線的圖。
圖31(A)是表示基于區(qū)傳感器的攝影圖像的俯視圖，(B)是表示該攝影圖像的一個(gè)沿X軸的檢測(cè)強(qiáng)度的圖。
具體實(shí)施例方式
如果使用圖像傳感器進(jìn)行以反射率等為基礎(chǔ)的定量測(cè)定，就會(huì)遇到以下的問(wèn)題。
(1)對(duì)于光量的線性傳感器的像素的輸出特性不具有像光電二極管那樣的線性，在光量小的區(qū)域和大的區(qū)域，具有從線性偏離的S字型的靈敏度特性。因此，不適合定量測(cè)定。
(2)如果要進(jìn)行2維或1維測(cè)定，則根據(jù)光的照射不均勻、透鏡的像差、基于場(chǎng)所的像素靈敏度的偏移等，在面內(nèi)發(fā)生光的不均勻，所以在定量結(jié)果中，產(chǎn)生場(chǎng)所上的偏移。
因此，解決對(duì)檢測(cè)器使用了圖像傳感器時(shí)產(chǎn)生的這些問(wèn)題有利于實(shí)現(xiàn)不需要機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)便的二維測(cè)定裝置。
下面，把測(cè)定反射率時(shí)的情形作為例子進(jìn)行說(shuō)明，但是本發(fā)明除了應(yīng)用于測(cè)定反射率，也能應(yīng)用于測(cè)定透射率、熒光、磷光、化學(xué)發(fā)光等。
圖1表示把本發(fā)明應(yīng)用于反射率測(cè)定裝置時(shí)的實(shí)施方案的概略。
該反射率測(cè)定裝置具有保持試驗(yàn)片的試樣臺(tái)；對(duì)保持在試樣臺(tái)上的試驗(yàn)片進(jìn)行光照射的光源；接收來(lái)自保持在試樣臺(tái)上的試驗(yàn)片的反射光的圖像傳感器8；保持為了使圖像傳感器8的輸出與入射光量成比例而修正圖像傳感器的輸出的線性化修正數(shù)據(jù)的線性化修正數(shù)據(jù)保持部102；根據(jù)保持在線性化修正數(shù)據(jù)保持部102中的線性化修正數(shù)據(jù)，進(jìn)行線性化修正的線性化修正部104；保持為了使作為試驗(yàn)片而測(cè)定在面內(nèi)濃淡均一的平板時(shí)的圖像傳感器的各像素輸出用線性化修正數(shù)據(jù)修正后的數(shù)據(jù)變?yōu)榫?，而修正各像素輸出的光不均勻修正?shù)據(jù)的光不均勻修正數(shù)據(jù)保持部106；根據(jù)保持在光不均勻修正數(shù)據(jù)保持部106中的光不均勻修正數(shù)據(jù)，修正光的不均勻的光不均勻修正部108；用測(cè)定在面內(nèi)具有濃淡的試驗(yàn)片時(shí)的圖像傳感器8的各像素輸出，使用進(jìn)行了線性化修正和光不均勻修正的輸出，計(jì)算它試驗(yàn)片的面內(nèi)的反射率的積分值的反射率計(jì)算部110。
線性化修正部104根據(jù)保持在線性化修正數(shù)據(jù)保持部102中的線性化修正數(shù)據(jù)，進(jìn)行線性化修正。光不均勻修正部108根據(jù)保持在光不均勻修正數(shù)據(jù)保持部106中的光不均勻修正數(shù)據(jù)，修正光的不均勻。反射率計(jì)算部110用測(cè)定在面內(nèi)具有濃淡的試驗(yàn)片時(shí)的圖像傳感器8的各像素輸出，使用進(jìn)行了線性化修正和光不均勻修正的輸出，計(jì)算它試驗(yàn)片的面內(nèi)的反射率的積分值。
使用該反射率測(cè)定裝置拍攝的未加工的圖像信息受到圖像傳感器8的各像素靈敏度的個(gè)體差異、LED4的照射不均勻、透鏡6的余弦4次方(像差)等的影響。“光不均勻”是受到這些影響而產(chǎn)生的。
試驗(yàn)片測(cè)定裝置在以上的反射率測(cè)定裝置的基礎(chǔ)上，還具有保持反射率和試驗(yàn)片的試樣濃度的關(guān)系的測(cè)量線數(shù)據(jù)保持部112；在用反射率計(jì)算部求出的積分的反射率中應(yīng)用測(cè)量線數(shù)據(jù)保持部112的測(cè)量線數(shù)據(jù)，計(jì)算試驗(yàn)片的試樣濃度的定量部114。
能使用由其他試驗(yàn)片測(cè)定裝置求出的數(shù)據(jù)作為保持在測(cè)量線數(shù)據(jù)保持部112中的測(cè)量線數(shù)據(jù)，但是如果考慮圖像傳感器的靈敏度特性和裝置的光不均勻等，就由使用的試驗(yàn)片測(cè)定裝置測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)試樣，用定量部生成測(cè)量線數(shù)據(jù)，保持在測(cè)量線數(shù)據(jù)保持部112中。
在本實(shí)施方案中，用光照射試驗(yàn)片，用圖像傳感器8接收了來(lái)自該被檢測(cè)部的反射光后，通過(guò)以下的(A)線性化修正和(B)光不均勻的修正，修正圖像傳感器8的輸出。
(A)在基于線性化修正部104的線性化修正中，根據(jù)保持在線性化修正數(shù)據(jù)保持部102中的線性化修正數(shù)據(jù)，修正圖像傳感器8的輸出，使光量變化時(shí)的圖像傳感器8的輸出與光量成比例。
(B)在基于光不均勻修正部108的光不均勻的修正中，修正各像素輸出，使作為試驗(yàn)片而測(cè)定在面內(nèi)濃淡均一的平板時(shí)的圖像傳感器8的各像素輸出用線性化修正數(shù)據(jù)修正后的數(shù)據(jù)變?yōu)榫弧?br> 來(lái)自圖像傳感器的輸出和光檢測(cè)器的輸出希望是把光量為0時(shí)的輸出作為無(wú)光數(shù)據(jù)而減去的補(bǔ)償處理后的值。
根據(jù)本實(shí)施方案，通過(guò)線性化修正，來(lái)自圖像傳感器8的輸出變?yōu)榫哂芯€性，通過(guò)光不均勻的修正，被測(cè)定面內(nèi)的光不均勻消失，即使不是用機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，也能以高精度進(jìn)行試驗(yàn)片面內(nèi)的二維或沿著一條直線的反射率測(cè)定。
而且，能根據(jù)該反射率，對(duì)試驗(yàn)片的試樣濃度定量。
作為實(shí)施例1，使用區(qū)傳感器作為傳感器，表示應(yīng)用了基于本發(fā)明第1方面的輸出修正方法的二維反射率測(cè)定裝置。
保持在線性化修正數(shù)據(jù)保持部102中的線性化修正數(shù)據(jù)和保持在光不均勻修正數(shù)據(jù)保持部106中的光不均勻修正數(shù)據(jù)能在該反射率測(cè)定裝置或試驗(yàn)片測(cè)定裝置中生成。因此，如圖2所示，希望還具有設(shè)置在接收來(lái)自保持在試樣臺(tái)上的試驗(yàn)片的反射光的位置，對(duì)于接收的光量，輸出具有線性的光檢測(cè)器10；生成為了使來(lái)自光源的光量變化時(shí)的圖像傳感器的輸出與光檢測(cè)器10的輸出成比例而修正圖像傳感器8的輸出的線性化修正數(shù)據(jù)，并且保存到線性化修正數(shù)據(jù)保持部102中的線性化修正數(shù)據(jù)生成部122；生成為了使作為試驗(yàn)片而測(cè)定在面內(nèi)濃淡均一的平板時(shí)的圖像傳感器8的各像素輸出用線性化修正數(shù)據(jù)修正后的數(shù)據(jù)變得均一而修正各像素輸出的修正數(shù)據(jù)，并且保存到修正數(shù)據(jù)保持部106中的光不均勻修正數(shù)據(jù)生成部124。
線性化修正數(shù)據(jù)生成部122把白板作為試驗(yàn)片測(cè)定，選擇圖像內(nèi)最亮的像素附近的幾個(gè)像素，使用這些像素輸出的平均值，生成線性化修正數(shù)據(jù)。
光不均勻修正數(shù)據(jù)生成部124把白板作為試驗(yàn)片測(cè)定，對(duì)于達(dá)到飽和光量時(shí)光量的一定比例的光量下的圖像數(shù)據(jù)，生成光不均勻修正數(shù)據(jù)。
作為圖像傳感器8，能應(yīng)用CCD型或CMOS型傳感器。
作為對(duì)于接收的光量具有線性的光檢測(cè)器10，例如，能使用光電二極管。
反射率計(jì)算部110在該試驗(yàn)片面內(nèi)的二維或在該試驗(yàn)片面內(nèi)的線性上對(duì)反射率積分。
圖3表示包含光學(xué)系統(tǒng)的本實(shí)施例的反射率測(cè)定裝置的概要。
2是被測(cè)定物的試驗(yàn)片，保持在試樣臺(tái)(省略圖示)上，安放在給定位置。在臨床檢查等實(shí)際測(cè)定中，試驗(yàn)片是尿試紙和免疫測(cè)定用試紙等試紙、化學(xué)分析中的薄層色層譜等，但是當(dāng)修正圖像傳感器時(shí)，是表面的反射率均勻的白板。為了照射試驗(yàn)片2，作為光源，3個(gè)LED(發(fā)光二極管)4在試驗(yàn)片2的周圍上方，彼此以120度間隔配置在相同高度，向著試驗(yàn)片2的中心，以45度的入射角照射試驗(yàn)片2。LED4都是發(fā)光的中心波長(zhǎng)為635nm。
在試驗(yàn)片2的上方隔著成像透鏡6配置了CMOS區(qū)傳感器8。在本實(shí)施例中，使用CMOS區(qū)傳感器作為圖像傳感器。試驗(yàn)片2的反射光通過(guò)該透鏡6在區(qū)傳感器8上成像，由區(qū)傳感器8檢測(cè)了試驗(yàn)片2的圖像信息。
在能檢測(cè)LED4的光量的部位，并且在區(qū)傳感器8的視場(chǎng)角外的部位，配置了光檢測(cè)器(PD)10。光檢測(cè)器10是光電二極管，對(duì)于接收的光量，輸出具有線性，把對(duì)試驗(yàn)片2的照射光量轉(zhuǎn)換為電壓。12是把光檢測(cè)器10接收的光量轉(zhuǎn)換為電壓的電壓計(jì)。
虛線框14表示由LED4、透鏡6、區(qū)傳感器8和光檢測(cè)器10構(gòu)成了該反射率測(cè)定裝置的光學(xué)系統(tǒng)。
虛線框20是區(qū)傳感器驅(qū)動(dòng)電路，具有把區(qū)傳感器8的輸出放大的放大器24；把放大的模擬輸出轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換器24；暫時(shí)保持讀取的數(shù)字信號(hào)的RAM(隨機(jī)存儲(chǔ)器)26。區(qū)傳感器驅(qū)動(dòng)電路20控制攝像時(shí)間等的寄存器設(shè)定、圖像數(shù)據(jù)的讀取、區(qū)傳感器8。另外，區(qū)傳感器驅(qū)動(dòng)電路20調(diào)整LED4的光量，或進(jìn)行與個(gè)人計(jì)算機(jī)28的串行通信(56000bps)，或執(zhí)行個(gè)人計(jì)算機(jī)28的命令。
個(gè)人計(jì)算機(jī)28進(jìn)行區(qū)傳感器8的各種寄存器設(shè)定，或向區(qū)傳感器驅(qū)動(dòng)電路20提供命令，或讀取圖像信息，在顯示器上顯示。另外，以適當(dāng)?shù)男问降母袷奖３謹(jǐn)?shù)據(jù)。個(gè)人計(jì)算機(jī)28也實(shí)現(xiàn)由圖1的框100包圍的數(shù)據(jù)處理部100內(nèi)包含的各部以及由圖2的框120包圍的修正數(shù)據(jù)生成部?jī)?nèi)的各部和的功能。
圖4表示光學(xué)系統(tǒng)14的具體例。(a)是光學(xué)系統(tǒng)的外觀圖，(b)是它的垂直剖視圖，(c)是(b)的圓內(nèi)的放大圖。
該光學(xué)系統(tǒng)成為能自由微調(diào)從透鏡6到試驗(yàn)片2的距離以及從透鏡6到區(qū)傳感器8的距離的構(gòu)造，能容易地對(duì)焦、變更倍率。另外，試驗(yàn)片2能按試樣臺(tái)的底座更換。
作為區(qū)傳感器8，說(shuō)明使用三菱公司制造的CMOS圖像傳感器(H64283FP)，進(jìn)行反射率測(cè)定的結(jié)果。
首先，說(shuō)明區(qū)傳感器8的修正處理。
(1)補(bǔ)償處理(無(wú)光處理)把LED4的電流值為0(mV)時(shí)的區(qū)傳感器8的輸出(A/D計(jì)數(shù)值)作為無(wú)光(補(bǔ)償)。以后描述的所有計(jì)算結(jié)果(修正處理、反射率計(jì)算)把LED4照射時(shí)的區(qū)傳感器8的輸出(A/D計(jì)數(shù)值)和無(wú)光成分的差作為區(qū)傳感器8的未加工輸出(A/D計(jì)數(shù)值)。
(2)光量和區(qū)傳感器輸出的關(guān)系(線性化修正)對(duì)于試驗(yàn)片2，LED4放出的光量和區(qū)傳感器8的輸出(把Vout進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后的計(jì)數(shù)值)不是正比關(guān)系。
圖5的曲線圖把白板(ND(中性)9.5、反射率實(shí)測(cè)值87.00％(反射率實(shí)測(cè)值為分光測(cè)色計(jì)(MINOLTA CM-503c)測(cè)定)(以下也相同))作為試驗(yàn)片2，表示使LED4的光量變化時(shí)的區(qū)傳感器8的輸出。橫軸表示配置在光學(xué)系統(tǒng)14內(nèi)的光檢測(cè)器10的輸出(mV)，縱軸是圖像傳感器8最強(qiáng)接收光的部分的連續(xù)排列的適當(dāng)5像素的數(shù)據(jù)的平均值。
為了進(jìn)行光不均勻的修正，有必要把圖像傳感器8的輸出(A/D計(jì)數(shù)值)換算為光檢測(cè)器10的輸出(mV)的處理作為前處理而進(jìn)行。在進(jìn)行光不均勻的修正前，在25℃的環(huán)境下，測(cè)定圖5的特性，根據(jù)該結(jié)果，修正計(jì)算圖像傳感器8的各像素的輸出。
(3)圖像的不均勻(光不均勻)修正使用該反射率測(cè)定裝置拍攝的未加工的圖像信息受到圖像傳感器8的各像素靈敏度的個(gè)體差異、LED4的照射不均勻、透鏡6的余弦4次方等的影響，產(chǎn)生光不均勻。圖6是拍攝白板(ND9.5、反射率實(shí)測(cè)值87.00％)(視場(chǎng)角范圍內(nèi)都是白板區(qū)域)，使該圖像信息成為3維等高面曲線圖。等高面是把圖像分割為10×10的區(qū)域，從各區(qū)域中包含的像素的平均值生成的。
從圖6的曲線圖可知，當(dāng)拍攝了像白板那樣，濃淡情形均一的平面時(shí)，受到光不均勻的影響，視場(chǎng)角內(nèi)的濃淡信息變形為圓頂狀。把變形為該圓頂狀的圖像信息修正為濃淡一樣的水平面的處理在把圖像傳感器8作為反射率測(cè)定裝置的光檢測(cè)器使用時(shí)是必需的。在本發(fā)明中，測(cè)定結(jié)果都是進(jìn)行了該光不均勻的修正。
在本發(fā)明中，通過(guò)以下步驟，進(jìn)行了修正處理。下面，參照?qǐng)D7，說(shuō)明該步驟。
<修正參照數(shù)據(jù)的取得步驟>
(1)把白板(ND9.5、反射率實(shí)測(cè)值87.00％)作為試驗(yàn)片2，求出拍攝的圖像內(nèi)的最明亮的像素達(dá)到飽和光量時(shí)的光檢測(cè)器(PD)10的電壓值(步驟S1～S5)。
(2)把從0(mV)到像素達(dá)到飽和光量時(shí)的光檢測(cè)器10的電壓值20等分，求出21階段的各電壓值，從低的一方開(kāi)始，為P0～P21(步驟S6)。
(3)調(diào)整LED4的光量，使光檢測(cè)器10的電壓值變?yōu)楦麟A段。用各光量拍攝白板，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)(區(qū)的21個(gè)圖像數(shù)據(jù)。0(mV)時(shí)的圖像是無(wú)光數(shù)據(jù))(步驟S7～S11)。
(4)補(bǔ)償處理所有圖像數(shù)據(jù)(對(duì)各像素，從各圖像數(shù)據(jù)減去無(wú)光數(shù)據(jù)的值)(步驟S12)。
(5)把圖像內(nèi)最明亮的像素附近的連續(xù)排列的5個(gè)像素的值平均。對(duì)于各圖像進(jìn)行該處理，取得區(qū)傳感器輸出對(duì)于光檢測(cè)器10電壓值的關(guān)系(圖5)(步驟S13)。
把該關(guān)系作為線性化修正數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在線性化修正數(shù)據(jù)保持部102中。
(6)在21個(gè)圖像數(shù)據(jù)中，飽和光量×0.8的圖像數(shù)據(jù)作為光不均勻的修正參照用白板數(shù)據(jù)(步驟S14)。
<測(cè)定圖像的光不均勻修正步驟>
(7)從保持在線性化修正數(shù)據(jù)保持部102中的圖5的關(guān)系，把測(cè)定圖像的128×128像素部分的A/D數(shù)據(jù)變換(PD電壓值轉(zhuǎn)換、線性化處理)為光檢測(cè)器10的電壓值。變換通過(guò)線性插補(bǔ)圖5的曲線圖的像素點(diǎn)間而進(jìn)行。
(8)對(duì)于(6)中取得的光不均勻的修正參照用白板數(shù)據(jù)也同樣進(jìn)行PD電壓值變換。
(9)對(duì)128×128的各像素求出光不均勻的修正參照用白板數(shù)據(jù)(PD電壓值變換后)對(duì)于測(cè)定圖像的數(shù)據(jù)(PD電壓值變換后)的比。把該比作為光不均勻修正數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在修正數(shù)據(jù)保持不106中(步驟S16)。
(像素修正例)表示根據(jù)至此所述的修正方法，從未加工的各像素的輸出導(dǎo)出反射光量的例。修正的像素是圖8所示的5點(diǎn)，各點(diǎn)1(32，32)、點(diǎn)2(96，32)、點(diǎn)3(64，64)，點(diǎn)4(32，96)，點(diǎn)5(96，96)。
圖9(a)的曲線圖把白板(ND9.5、反射率實(shí)測(cè)值87.00％)作為試驗(yàn)片2，使LED4的光量變化時(shí)的圖8所示的5點(diǎn)的區(qū)傳感器的輸出。
如果從圖5的關(guān)系把區(qū)傳感器的輸出(A/D計(jì)數(shù)值)轉(zhuǎn)換為光檢測(cè)器的電壓值(PD電壓值轉(zhuǎn)換后)，就像圖9(b)那樣修正了它。在圖9(b)中，各點(diǎn)的反射光量中受到光不均勻的影響等，產(chǎn)生差異，但是各點(diǎn)對(duì)于LED4的光量具有正比的關(guān)系。
圖9(c)是對(duì)于(b)使用光不均勻修正數(shù)據(jù)修正了光不均勻的曲線圖。各點(diǎn)幾乎描繪在同一線上。在(c)中，之所以區(qū)傳感器的修正輸出是1時(shí)，5點(diǎn)完全一致是因?yàn)閺脑摿炼鹊陌装鍞?shù)據(jù)修正光不均勻。從(c)可知，光量越下降，各點(diǎn)越偏移，修正精度變差。
(區(qū)域修正例)圖10(a)的曲線圖把LED光量暗的到亮的分為3階段，拍攝白板(ND9.5、反射率實(shí)測(cè)值87.00％)(視場(chǎng)角范圍內(nèi)都是白板區(qū)域)，把該圖像信息排列，成為3維等高面曲線圖。等高面是把圖像分割為10×10的區(qū)域，從各區(qū)域中包含的像素的平均值生成的。3個(gè)圓頂狀的白板中，左端的光量最少，右端的光量最多。
右端的白板數(shù)據(jù)與正中的白板數(shù)據(jù)相比，與光量多無(wú)關(guān)，最大值和最小值的差變窄。這是因?yàn)榘装宓拿髁敛糠值南袼毓饬拷咏柡土俊?br> 如果對(duì)圖10(a)的曲線圖進(jìn)行光不均勻修正，則變?yōu)閳D10(b)那樣平坦。
(同時(shí)再現(xiàn)性1)拍攝把同一像素作為對(duì)象的不同反射率的ND紙，檢查了把這些濃淡值的比作為反射率計(jì)算時(shí)的同時(shí)再現(xiàn)性。
步驟如下所述。
(1)使LED4的電流值為0mA，拍攝無(wú)光(補(bǔ)償)圖像。
(2)準(zhǔn)備分別在底座上粘貼了ND9.5(反射率實(shí)測(cè)值87.00％)和ND6.5(反射率實(shí)測(cè)值36.21％)的，交替把他們拍攝10次。
(3)對(duì)各像素進(jìn)行了光不均勻修正后，把1個(gè)圖像如圖11所示，分割為11×11的區(qū)域(1個(gè)區(qū)域?yàn)?0×10＝100像素)，計(jì)算各區(qū)域的光量的平均值。該光量的平均值的ND9.5和ND6.5的比作為反射率，關(guān)于各區(qū)域進(jìn)行計(jì)算。
表1是10次測(cè)定中的1次的測(cè)定結(jié)果。表的上段是拍攝ND9.5時(shí)的各區(qū)域的光量的平均，中段是拍攝ND6.5時(shí)的各區(qū)域的光量的平均，下段把各相同區(qū)域的比作為反射率求出。
(表1)
在表中，AVE.是平均值，C.V(％)是變化率，表示(標(biāo)準(zhǔn)偏差/平均值)。Δ表示區(qū)域內(nèi)的最大值和最小值的差。
表2表示10次測(cè)定的結(jié)果的各區(qū)域的反射率的平均值(上段)和各區(qū)域的反射率的偏移(下段)。
(表2)

如果從表1、表2比較各區(qū)域的反射率，則能觀察到透鏡8的光軸附近(或LED4的照射光最集中的部分)的偏移最少，從那開(kāi)始，同心圓離開(kāi)越遠(yuǎn)，偏移越多的傾向。這被認(rèn)為是離光軸越遠(yuǎn)，修正量越多。
另外，作為使用區(qū)傳感器測(cè)定反射率時(shí)的特征，即使測(cè)定濃度應(yīng)該一定的試驗(yàn)片，在各區(qū)域中取得的反射率中存在相當(dāng)?shù)牟町?。作為原因，考慮是光不均勻修正精度由于場(chǎng)所而不同和在試驗(yàn)片上的濃淡不均的影響。
(同時(shí)再現(xiàn)性2)在同一圖像內(nèi)配置不同反射率的ND紙，檢查了把它們的濃淡值的比作為反射率而計(jì)算時(shí)的同時(shí)再現(xiàn)性。步驟如下所述。
(1)使LED4的電流值為0mA，拍攝無(wú)光(補(bǔ)償)圖像。
(2)準(zhǔn)備在底座上粘貼了ND9.5(反射率實(shí)測(cè)值87.00％)和ND6.5(反射率實(shí)測(cè)值36.21％)的，使它們一次一半進(jìn)入視場(chǎng)角，交替把他們拍攝10次。
(3)在對(duì)各像素進(jìn)行了光不均勻修正后，把1個(gè)圖像如圖11所示，分割為11×11的區(qū)域(1個(gè)區(qū)域?yàn)?0×10＝100像素)，計(jì)算各區(qū)域的光量的平均值。該光量的平均值的ND9.5和ND6.5的比作為反射率，計(jì)算各區(qū)域的反射率。
表3是10次測(cè)定中的1次的測(cè)定結(jié)果。表3的上段左側(cè)是ND9.5，上段右側(cè)是ND6.5的各區(qū)域的光量的平均。下段的左側(cè)是在圖像內(nèi)以ND9.5和ND6.5的相交部分為中心線，把從它按線對(duì)稱求出的比作為反射率(稱作對(duì)稱反射率)。另外，下段的右側(cè)是用它的中心線把區(qū)域分割為ND9.5和ND6.5，各相同區(qū)域(例橫軸10的區(qū)域和50的區(qū)域，橫軸50的區(qū)域和110的區(qū)域)的比作為反射率(稱作單向反射率)。
(表3)
表4表示進(jìn)行10次測(cè)定的表3的下段計(jì)算時(shí)的平均值(上段)和偏移(下段)。
(表4) 與同時(shí)再現(xiàn)性1的結(jié)果相比，同時(shí)再現(xiàn)性2的結(jié)果用C.V(％)約好2倍左右。這被認(rèn)為是同時(shí)再現(xiàn)性1的測(cè)定是每次測(cè)定必須手動(dòng)更換被拍攝物，而在同時(shí)再現(xiàn)性2的測(cè)定中，完全不需要進(jìn)行手動(dòng)更換。即，可認(rèn)為是，同時(shí)再現(xiàn)性2的結(jié)果接近純粹的CMOS區(qū)傳感器的攝像再現(xiàn)性。
(反射率線性性)用精度管理的已有的分光測(cè)色計(jì)(MINOLTA CM-503c不使用區(qū)傳感器)，測(cè)定多種不同反射率的ND紙，檢證了與本發(fā)明實(shí)施例的反射率測(cè)定裝置的相關(guān)值。
預(yù)先通過(guò)分光測(cè)色計(jì)測(cè)定成為對(duì)象的多種ND紙的反射率。反射率是關(guān)于ND紙上的隨機(jī)位置5點(diǎn)進(jìn)行測(cè)定，使用它們的平均值。
(1)使LED4的電流值為0mA，拍攝無(wú)光(補(bǔ)償)圖像。
(2)拍攝預(yù)先用分光測(cè)色計(jì)測(cè)定的ND紙。
(3)如圖8所示，關(guān)于各圖像的一樣分布的5點(diǎn)(像素)進(jìn)行光不均勻修正。
圖13的曲線圖中，用橫軸表示用分光測(cè)色計(jì)測(cè)定的值，縱軸是通過(guò)本發(fā)明對(duì)圖8所示的各圖像的5點(diǎn)(像素)進(jìn)行光不均勻修正而描繪的。
圖13的曲線圖的結(jié)果表示的不是區(qū)域平均，而是像素單位的結(jié)果，可以說(shuō)靠近光軸的像素點(diǎn)3(96，32)等的線性是良好的。點(diǎn)1(32，32)是表現(xiàn)5個(gè)像素點(diǎn)中最暗的值(用未加工數(shù)據(jù))的像素，但是線性在5個(gè)像素點(diǎn)中最差。從該實(shí)驗(yàn)可知，遠(yuǎn)離光軸的部分的光不均勻的修正很難。
(溫度特性)進(jìn)行了用于把握實(shí)施例的反射率測(cè)定裝置的溫度特性的測(cè)定。
在10℃、20℃、30℃各環(huán)境下，充分使系統(tǒng)(電源ON的狀態(tài))適應(yīng)后，進(jìn)行以下的操作。使ND9.5(反射率實(shí)測(cè)值87.00％)和ND6.5(反射率實(shí)測(cè)值36.21％)一次一半進(jìn)入視場(chǎng)角而粘貼在底座上，把它作為試驗(yàn)片。
(1)使LED4的電流值為0mA，拍攝無(wú)光(補(bǔ)償)圖像。
(2)在各環(huán)境溫度下，把LED4的電流值設(shè)置為(10℃16.52(mV)、20℃17.20(mA)、30℃17.95(mA))，等待光檢測(cè)器10檢測(cè)的LED光量超過(guò)(10℃0.788(V)、20℃0.786(V)、30℃0.783(V))。
(3)在滿足了(2)的條件后，拍攝。重復(fù)10次以上的作業(yè)。
表5表示了基于10次測(cè)定的各溫度下的整個(gè)區(qū)域平均反射率的結(jié)果。S.D是標(biāo)準(zhǔn)偏差。
(表5)

幾乎沒(méi)有環(huán)境溫度的影響，是大約0.28(％/10℃)左右的溫度傾向。
(漂移特性)進(jìn)行了用于把握使用狀態(tài)(包含時(shí)間、溫度)下實(shí)施例的反射率測(cè)定裝置的漂移傾向的測(cè)定。
(1)在實(shí)施例的反射率測(cè)定裝置主要部件(驅(qū)動(dòng)電路20內(nèi)、LED4附近、區(qū)傳感器8附近)上安裝熱電堆，能監(jiān)視溫度。
(2)使反射率測(cè)定裝置在電源斷開(kāi)的狀態(tài)下充分適應(yīng)環(huán)境。
(3)使LED4的電流值為0mA，拍攝無(wú)光(補(bǔ)償)圖像。
(4)使LED4的電流值為17.3(mV)，等待光檢測(cè)器10檢測(cè)的光量超過(guò)0.789(V)。
(5)在滿足了(2)的條件后，拍攝3次。
(6)每隔10分鐘重復(fù)(3)～(5)的處理，進(jìn)行到監(jiān)視的部件溫度都變?yōu)槠胶狻?br> 圖14的曲線圖表示實(shí)施例的反射率測(cè)定裝置的主要部件(驅(qū)動(dòng)電路20附近、LED4附近、區(qū)傳感器8附近)的時(shí)間經(jīng)過(guò)(每隔10分鐘)和溫度的關(guān)系。
圖15的曲線圖描繪了每隔10分鐘，每3次測(cè)定的反射率的結(jié)果。
從圖14、圖15的結(jié)果，無(wú)法確認(rèn)使用環(huán)境(包含溫度、時(shí)間)的漂移現(xiàn)像，即使假設(shè)存在，也就是包含在同時(shí)測(cè)定中發(fā)生的偏移中的程度。
從以上檢查的結(jié)果，確認(rèn)了實(shí)施例的反射率測(cè)定裝置在同時(shí)再現(xiàn)性(n＝10)中，C.V.＝0.23％(反射率在45％附近)，作為溫度特性，反射率在45％附近，大致為0.28(％/10℃)，在使用狀態(tài)(包含時(shí)間、溫度)下，幾乎觀察不到漂移的傾向。
實(shí)施例中使用的CMOS區(qū)傳感器能充分適用于尿試紙的測(cè)定機(jī)等半定量水平的測(cè)定。
作為反射率測(cè)定裝置的實(shí)施例2，圖16表示應(yīng)用了第2方面的修正方法的裝置的概要。
如果與圖3的反射率測(cè)定裝置相比，則不同點(diǎn)是不配置監(jiān)視光量的光檢測(cè)器10。其他的結(jié)構(gòu)基本相同。被測(cè)定物2的反射光通過(guò)反射板5，通過(guò)透鏡6，在區(qū)傳感器8a上成像。區(qū)傳感器8a表示包含了圖3的放大器22。區(qū)傳感器8a的檢測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器24，被讀取計(jì)算部28a。計(jì)算部28a相當(dāng)于圖3的RAM26和個(gè)人計(jì)算機(jī)28。在計(jì)算部28a上連接了顯示器30、鍵盤(pán)32、打印機(jī)34。36是保存讀取的圖像數(shù)據(jù)的圖像保存部，例如由硬盤(pán)裝置構(gòu)成。為了把由計(jì)算部28a算出的反射率變換為濃度，把測(cè)量線數(shù)據(jù)40保存在硬盤(pán)裝置或軟盤(pán)裝置中。
計(jì)算部28a的數(shù)據(jù)處理結(jié)果作為外部輸出38，能取出到必要的外部設(shè)備中。
在本實(shí)施例中，為了把區(qū)傳感器8a的輸出和被測(cè)定物2的反射率關(guān)系作為線性化數(shù)據(jù)而取得，測(cè)定反射率已知的標(biāo)準(zhǔn)板作為被測(cè)定物2。使用ND紙作為標(biāo)準(zhǔn)板，從反射率最大的到最小的，準(zhǔn)備11階段的標(biāo)準(zhǔn)板。
圖17表示了區(qū)傳感器8a的輸出和把這些標(biāo)準(zhǔn)板作為被測(cè)定物2而測(cè)定的結(jié)果。縱軸表示輸出，橫軸表示把各標(biāo)準(zhǔn)板從反射率大的按順序排列。各標(biāo)準(zhǔn)板的輸出數(shù)據(jù)未進(jìn)行光不均勻修正處理，所以是彎曲的。
圖18表示關(guān)于區(qū)傳感器8a的1個(gè)像素，反射率和輸出的關(guān)系?？v軸表示區(qū)傳感器8a的輸出，橫軸表示標(biāo)準(zhǔn)板的已知反射率。區(qū)傳感器8a對(duì)于受光量，輸出具有非線性性，所以該區(qū)線表示S字型，意味著與圖5所示相同的事實(shí)。
關(guān)于區(qū)傳感器8a的各像素，把圖18所示的數(shù)據(jù)作為各像素的線性化數(shù)據(jù)保持。
當(dāng)測(cè)定了反射率未知的試樣時(shí)，關(guān)于各像素，使用各線性化數(shù)據(jù)，從該輸出，按圖18中的箭頭所示，求出反射率。通過(guò)插補(bǔ)該線性化數(shù)據(jù)的實(shí)測(cè)點(diǎn)間，取得了反射率。
這樣取得的未知試樣的反射率成為包含光源的照射或透鏡、區(qū)傳感器8a的非線性而修正的反射率數(shù)據(jù)，成為具有線性的反射率的數(shù)據(jù)。
下面，參照?qǐng)D19和圖20再次說(shuō)明該動(dòng)作。
圖19表示了用于取得線性化數(shù)據(jù)的步驟。準(zhǔn)備反射率不同的N種作為基準(zhǔn)板。是反射率從100％到0，以10％單位變化的11種。把1個(gè)基準(zhǔn)板放在被測(cè)定物2的位置，通過(guò)區(qū)傳感器8拍攝。把這時(shí)的該基準(zhǔn)板的已知反射率r和攝像數(shù)據(jù)。對(duì)于全部基準(zhǔn)板重復(fù)該動(dòng)作。
據(jù)此，對(duì)各像素取得了表示攝像數(shù)據(jù)的各像素的輸出和反射率的關(guān)系的圖18的線性化數(shù)據(jù)。
在圖20的操作中，把反射率未知的試樣放在被測(cè)定物的位置，用區(qū)傳感器8a拍攝。從該拍攝結(jié)果，關(guān)于表示像素位置的坐標(biāo)(x，y)，從各像素的輸出數(shù)據(jù)，如圖16中箭頭所示，求出反射率。關(guān)于全部像素，進(jìn)行該動(dòng)作。
作為反射率測(cè)定裝置的實(shí)施例3，說(shuō)明應(yīng)用了第三方面的輸出修正方法的裝置。
光學(xué)系統(tǒng)與圖16所示相同。
在本實(shí)施例中，使用對(duì)受光的曝光時(shí)間可編程的區(qū)傳感器8a。作為這樣的區(qū)傳感器，例如使用圖3的實(shí)施例中使用的三菱公司制的CMOS圖像傳感器(H64283FP)?？墒?，使用的區(qū)傳感器8a并不局限于CMOS圖像傳感器，即使用CCD圖像傳感器，只要其曝光時(shí)間可編程，就能使用。
雖然區(qū)傳感器8a的輸出對(duì)于受光量不具有線性，但是受光量與曝光時(shí)間成比例。另外，受光量與反射率成比例，所以通過(guò)使用1個(gè)基準(zhǔn)板，使曝光時(shí)間不同，即使公共使用基準(zhǔn)板，通過(guò)改變曝光時(shí)間，也能取得與使用反射率不同的基準(zhǔn)板的測(cè)定等價(jià)的結(jié)果。
在圖16的被測(cè)定物2的位置安放成為基準(zhǔn)板的白板。首先用基準(zhǔn)的曝光時(shí)間測(cè)定。接著，使被測(cè)定物的白板原封不動(dòng)，使曝光時(shí)間下降到90％，進(jìn)行相同的測(cè)定。同樣，使曝光時(shí)間下降到80％、70％…。
圖21表示這樣使曝光時(shí)間減少時(shí)的區(qū)傳感器8a的輸出(縱軸)和曝光時(shí)間(橫軸。越往右側(cè)，曝光時(shí)間越短)。這時(shí)，不進(jìn)行區(qū)傳感器8a內(nèi)的光不均勻的修正，所以像素間的輸出變動(dòng)。
如果用圖表示關(guān)于各像素的輸出與曝光時(shí)間的關(guān)系，則為圖22所示，該結(jié)果與圖18以及圖5相同。關(guān)于各像素，把圖22的數(shù)據(jù)作為線性化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。
圖23總結(jié)表示了取得該線性化數(shù)據(jù)的步驟。把基準(zhǔn)白板作為被測(cè)定物2設(shè)置，設(shè)置基準(zhǔn)曝光時(shí)間t。用該曝光時(shí)間照射，進(jìn)行基于區(qū)傳感器8a的攝像，存儲(chǔ)曝光時(shí)間和攝像數(shù)據(jù)。
然后，減少10％的曝光時(shí)間，重復(fù)相同的測(cè)定。這樣，把曝光時(shí)間設(shè)定為依次減少，重復(fù)進(jìn)行測(cè)定，圖22表示了關(guān)于各像素，傳感器輸出和曝光時(shí)間的關(guān)系。橫軸的曝光時(shí)間相當(dāng)于反射率。
圖24表示測(cè)定反射率未知的試樣的步驟，與圖20的步驟相同。在本實(shí)施例中，對(duì)各像素，取得了與反射率對(duì)應(yīng)的曝光時(shí)間。
在本實(shí)施例中，確認(rèn)了修正后的數(shù)據(jù)精度。測(cè)定了反射率已知的多個(gè)被拍攝物。像圖25那樣選擇區(qū)傳感器8a的中央部和周邊部的各位置的像素，圖26表示各像素的修正的輸出和反射率的關(guān)系。各位置的像素輸出可以是1個(gè)像素的輸出，也可以是該位置周圍的幾個(gè)像素的輸出的平均值。線性是所有像素的平均值。圖26中，橫軸是已知的反射率，縱軸是修正的輸出。
從圖26的結(jié)果可知，與區(qū)傳感器8a內(nèi)的像素位置無(wú)關(guān)，包含照射不均或透鏡、區(qū)傳感器的非線性，修正為線性的反射率的值。
為了把本發(fā)明的反射率測(cè)定裝置應(yīng)用于免疫色層譜分析，進(jìn)行了假想免疫色層譜試驗(yàn)片的測(cè)定的測(cè)定。準(zhǔn)備的樣品試紙?jiān)趫D27中是從A到F所示的6種，使用彩色噴墨打印機(jī)生成。樣品試驗(yàn)片的尺寸是視場(chǎng)角范圍內(nèi)的10mm×10mm。
通過(guò)實(shí)施例的反射率測(cè)定裝置把這些樣品試驗(yàn)片作為圖像讀取。圖28表示圖27的6個(gè)圖案中，拍攝E(淡的分級(jí))，作為3維等高面曲線表示。XY面對(duì)應(yīng)于樣品試驗(yàn)片的平面，高度(Z方向)是反射率，等高面是把5×5像素進(jìn)行區(qū)域平均而生成的。從圖28可知，該反射率測(cè)定裝置忠實(shí)地檢測(cè)了樣品試驗(yàn)片成色部分。
圖29是通過(guò)實(shí)施例的反射率測(cè)定裝置把圖27的6模式的樣品試驗(yàn)片作為圖像讀取，關(guān)于各試驗(yàn)片的中心附近的一行進(jìn)行曲線化。圖29中的符號(hào)A到F對(duì)應(yīng)于圖27的6模式的符號(hào)。橫軸是反射率，為了容易理解，關(guān)于E、F，使向上方移動(dòng)，進(jìn)行顯示。橫軸表示測(cè)定的行上的位置。從圖29可知，該反射率測(cè)定裝置忠實(shí)讀取樣品試驗(yàn)片的濃、淡、粗、細(xì)等特征。
因此，通過(guò)對(duì)圖28的等高面的凹陷部分進(jìn)行體積分，或?qū)D29的橫向一行進(jìn)行面積分，就能對(duì)試驗(yàn)片的反應(yīng)量(濃度)定量。
表6是關(guān)于各濃的細(xì)圖案和粗圖案的試驗(yàn)片的對(duì)，表示成色范圍為粗和細(xì)時(shí)的定量結(jié)果?！剖欠e分值。
(表6)

從表6可知，在各濃度中，對(duì)于粗的成色的細(xì)成色幾乎表現(xiàn)相同值。
圖30表示了把實(shí)施例1的反射率測(cè)定裝置作為實(shí)際的免疫色層譜分析的測(cè)定裝置應(yīng)用的例子。橫軸是CRP(Creative Protein發(fā)生炎癥時(shí)，顯著增加的結(jié)晶蛋白質(zhì)的一種)濃度，縱軸是通過(guò)實(shí)施例的反射率測(cè)定裝置測(cè)定了由于各CRP濃度而成色的免疫色層譜試驗(yàn)片時(shí)的區(qū)傳感器輸出。該關(guān)系作為在本發(fā)明中從反射率定量試樣濃度時(shí)的測(cè)量線數(shù)據(jù)而應(yīng)用。
下面，說(shuō)明從通過(guò)反射率測(cè)定裝置測(cè)定的區(qū)傳感器輸出求出成色部分的反射率積分值的實(shí)施例。通過(guò)實(shí)施例1～3的任意的方法，對(duì)區(qū)傳感器輸出實(shí)施了前處理。
圖31(A)是基于區(qū)傳感器的攝影圖像，(B)表示1個(gè)沿著X軸的檢測(cè)強(qiáng)度。
50是試驗(yàn)片，其中的中央部的實(shí)線所示的部分(用L表示的范圍)是通過(guò)區(qū)傳感器拍攝的范圍。52是成色區(qū)域。54是求出反射率的積分值的范圍，在比成色區(qū)域52大的區(qū)域中，包含非成色區(qū)域，進(jìn)行積分處理。關(guān)于各坐標(biāo)，在X坐標(biāo)，從X1到X2積分，關(guān)于Y坐標(biāo)，把它從Y1到Y(jié)2積分。
具體而言，按如下進(jìn)行。關(guān)于Y坐標(biāo)，用線性連接在X軸方向指定區(qū)域的范圍54的兩端點(diǎn)X1、X2。或?qū)ふ覐?qiáng)度變?yōu)橥凰降膬啥它c(diǎn)(也是X1、X2)，用線性連接。該兩端點(diǎn)存在于非成色區(qū)域。把該線性稱作“基線”。Y軸固定，在X軸，兩端坐標(biāo)X1、X2的檢測(cè)強(qiáng)度為Z1、Z2。基線f(X)能用f(X)＝{(Z2-Z1)/(X2-X1)}(X-X1)+Z1表示。位于相同的Y軸上的像素(坐標(biāo)(X，Y))的檢測(cè)強(qiáng)度為Z。從以上的f(X)的表達(dá)式求出基線上的該坐標(biāo)(X，Y)的值。該值為基準(zhǔn)值REF。即基準(zhǔn)值REF＝f(X)。基準(zhǔn)值REF也是Y坐標(biāo)的函數(shù)，所以REF＝f(X，Y)。
把坐標(biāo)(X，Y)的檢測(cè)強(qiáng)度Z變換為來(lái)自基準(zhǔn)值REF的吸收比率r。即計(jì)算為r＝1-(Z/REF)如果把該r從X1到X2進(jìn)行積分，就計(jì)算出該Y軸的積分值V(Y)。
如果把求出該V(Y)的操作從Y軸檢測(cè)范圍Y1到Y(jié)2進(jìn)行積分，就計(jì)算出該區(qū)域54的積分值V。在圖31的最下段表示了該計(jì)算式。
使用內(nèi)置在該測(cè)定裝置中的測(cè)量線，把計(jì)算出的積分值V變換為濃度等定量的數(shù)值。
表7表示了測(cè)定試驗(yàn)片的結(jié)果。
(表7)

表中的實(shí)施例的欄目是基于實(shí)施例5的結(jié)果，參考例的欄目把成色區(qū)域的一端一側(cè)的非成色區(qū)域的Z值作為基準(zhǔn)值REF，計(jì)算積分值的結(jié)果。都進(jìn)行了10次測(cè)定。AVE.表示平均值，Δ表示區(qū)域內(nèi)的最大值和最小值的，S.D.表示標(biāo)準(zhǔn)偏差，C.V.(％)表示變化率，表示(標(biāo)準(zhǔn)偏差/平均值)。如果比較Δ、S.D、C.V.，則實(shí)施例一方的數(shù)值小，即測(cè)定值的偏移小，表現(xiàn)了再現(xiàn)性優(yōu)異。
這樣的反射率測(cè)定方法、試驗(yàn)片測(cè)定方法以及實(shí)現(xiàn)它們的裝置作為以使用在支撐體上設(shè)置了試劑部的試驗(yàn)片的免疫色層譜試驗(yàn)片測(cè)定裝置等干式化學(xué)分析儀為首的各種分析儀，能應(yīng)用于臨床檢查、食品分析、化學(xué)分析等很多領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)定方法，其特征在于用圖像傳感器接收來(lái)自被測(cè)定物的光，對(duì)該圖像傳感器的各像素輸出，作為前處理，實(shí)施修正圖像傳感器的輸出，使圖像傳感器的輸出與入射光量成比例的線性化處理；及在測(cè)定了基準(zhǔn)物時(shí)，修正各像素的輸出，使進(jìn)行了線性化修正的圖像傳感器的各像素輸出的值變?yōu)榫坏墓獠痪拚幚?，然后，?jì)算該前處理后的像素輸出的積分值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)定方法，其特征在于作為所述基準(zhǔn)物，使用面內(nèi)的濃淡均勻的反射板或空白。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的測(cè)定方法，其特征在于所述積分值的計(jì)算是把連接夾著被測(cè)定物的成色區(qū)域的2點(diǎn)的像素輸出的線性作為像素輸出的基線值，把根據(jù)基線值將與被測(cè)定物的各位置對(duì)應(yīng)的像素輸出的值作為基值而求出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任意一項(xiàng)所述的測(cè)定方法，其特征在于所述線性化修正包含以下的步驟(A)和(B)(A)另外設(shè)置對(duì)應(yīng)接收的光量，具有線性輸出的光檢測(cè)器，使射入到所述圖像傳感器的光也同時(shí)入射到該光檢測(cè)器，并且把在使該射入光量變化時(shí)的圖像傳感器輸出與所述光檢測(cè)器的輸出的關(guān)系作為線性化數(shù)據(jù)預(yù)先保持的步驟；及(B)根據(jù)所述線性化數(shù)據(jù)修正在測(cè)定被測(cè)定物時(shí)的圖像傳感器輸出，使其與所述光檢測(cè)器的輸出成比例的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任意一項(xiàng)所述的測(cè)定方法，其特征在于所述線性化修正包含以下的步驟(A)和(B)(A)準(zhǔn)備好產(chǎn)生已知光的彼此不同的多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)板，把在測(cè)定這些標(biāo)準(zhǔn)板時(shí)的圖像傳感器的輸出與來(lái)自標(biāo)準(zhǔn)板的光的關(guān)系作為線性化數(shù)據(jù)預(yù)先保持的步驟；(B)根據(jù)所述線性化數(shù)據(jù)修正在測(cè)定被測(cè)定物時(shí)的圖像傳感器的輸出，使其與來(lái)自標(biāo)準(zhǔn)板的光成比例的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任意一項(xiàng)所述的測(cè)定方法，其特征在于所述線性化修正包含以下的步驟(A)和(B)(A)所述圖像傳感器是曝光時(shí)間的設(shè)定可變，將在把測(cè)定1個(gè)基準(zhǔn)物的曝光時(shí)間分為多個(gè)不同階段進(jìn)行測(cè)定時(shí)的圖像傳感器的輸出與曝光時(shí)間的關(guān)系作為與曝光時(shí)間成比例的來(lái)自基準(zhǔn)物的光相關(guān)的線性化數(shù)據(jù)預(yù)先保存的步驟；(B)根據(jù)線性化數(shù)據(jù)修正在測(cè)定被測(cè)定物時(shí)的圖像傳感器的輸出，使其與從曝光時(shí)間導(dǎo)出的來(lái)自基準(zhǔn)物的光成比例的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6中任意一項(xiàng)所述的測(cè)定方法，其特征在于選擇圖像內(nèi)最亮的像素附近的幾個(gè)像素，使用這些像素的數(shù)據(jù)的平均值，進(jìn)行所述線性化修正。
8.根據(jù)權(quán)利要求1～6中任意一項(xiàng)所述的測(cè)定方法，其特征在于對(duì)每個(gè)像素進(jìn)行所述線性化修正。
9.根據(jù)權(quán)利要求1～8中任意一項(xiàng)所述的測(cè)定方法，其特征在于測(cè)定基準(zhǔn)物，對(duì)于接近在像素達(dá)到飽和光量時(shí)的受光量的一定比例的受光量下的圖像數(shù)據(jù)，進(jìn)行所述光不均勻修正。
10.一種被測(cè)定物測(cè)定方法，其特征在于在根據(jù)權(quán)利要求1～9中任意一項(xiàng)所述的測(cè)定方法求出的積分值中，應(yīng)用表示該積分值和被測(cè)定物的試樣濃度的關(guān)系的測(cè)量線數(shù)據(jù)，計(jì)算被測(cè)定物的試樣濃度。
11.一種測(cè)定裝置，其特征在于包括接收來(lái)自被測(cè)定物的光的圖像傳感器；使用所述圖像傳感器的各像素輸出，計(jì)算出來(lái)自被測(cè)定物面內(nèi)的光的積分值的計(jì)算部。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的測(cè)定裝置，其特征在于還包括保持用于使把受光量為0時(shí)的輸出作為無(wú)光數(shù)據(jù)被減去后的所述傳感器的輸出與入射光量成比例地對(duì)圖像傳感器的輸出進(jìn)行修正的線性化修正數(shù)據(jù)的線性化修正數(shù)據(jù)保持部；根據(jù)被保持在所述線性化修正數(shù)據(jù)保持部中的線性化修正數(shù)據(jù)，對(duì)所述圖像傳感器的輸出進(jìn)行線性化修正的線性化修正部；保持有用于使在測(cè)定基準(zhǔn)物時(shí)的所述圖像傳感器的各像素輸出在利用所述線性化修正數(shù)據(jù)進(jìn)行修正后變?yōu)榫?，而?duì)各像素的輸出進(jìn)行修正的光不均勻修正數(shù)據(jù)的光不均勻修正數(shù)據(jù)保持部；根據(jù)保持在所述光不均勻修正數(shù)據(jù)保持部中的光不均勻修正數(shù)據(jù)，對(duì)被所述線性化修正的所述圖像傳感器的輸出進(jìn)行光不均勻修正光不均勻修正部；所述計(jì)算部使用被實(shí)施了所述線性化修正和所述光不均勻修正的像素輸出，計(jì)算來(lái)自所述被測(cè)定物面內(nèi)的光的積分值。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的測(cè)定裝置，其特征在于所述計(jì)算部在計(jì)算所述積分值時(shí)，把連接夾著被測(cè)定物的成色區(qū)域的2點(diǎn)的像素輸出的線性作為像素輸出的基線值，以根據(jù)所述基線值對(duì)與試驗(yàn)片的各位置對(duì)應(yīng)的像素輸出進(jìn)行變換后的值為基值而計(jì)算出積分值。
14.根據(jù)權(quán)利要求11～13中任意一項(xiàng)所述的測(cè)定裝置，其特征在于所述計(jì)算部對(duì)來(lái)自被測(cè)定物的光進(jìn)行在測(cè)定物面內(nèi)的二維積分。
15.根據(jù)權(quán)利要求11～13中任意一項(xiàng)所述的測(cè)定裝置，其特征在于所述計(jì)算部對(duì)來(lái)自被測(cè)定物的光進(jìn)行在被測(cè)定物面內(nèi)的一線性上的積分。
16.根據(jù)權(quán)利要求12～15中任意一項(xiàng)所述的測(cè)定裝置，其特征在于還包括用于生成所述線性化修正數(shù)據(jù)，并且把它保持在所述線性化修正數(shù)據(jù)保持部中的線性化修正數(shù)據(jù)生成部。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的測(cè)定裝置，其特征在于另外設(shè)置對(duì)應(yīng)受光量，具有線性輸出的光檢測(cè)器，使射入到所述圖像傳感器的光也同時(shí)射入到該光檢測(cè)器；所述線性化修正數(shù)據(jù)生成部把使所述圖像傳感器的入射光量變化時(shí)的圖像傳感器的輸出與所述該光檢測(cè)器輸出的關(guān)系作為線性化修正數(shù)據(jù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的測(cè)定裝置，其特征在于作為對(duì)應(yīng)接收的光量具有線性輸出的光檢測(cè)器，使用光電二極管。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的測(cè)定裝置，其特征在于所述線性化修正數(shù)據(jù)生成部把在測(cè)定發(fā)出已知光并且彼此不同的多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)板時(shí)的圖像傳感器輸出與來(lái)自標(biāo)準(zhǔn)板的光的關(guān)系作為線性化修正數(shù)據(jù)。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的測(cè)定裝置，其特征在于所述圖像傳感器可改變曝光時(shí)間的設(shè)定，所述線性化修正數(shù)據(jù)生成部把在將測(cè)定一個(gè)基準(zhǔn)物的曝光時(shí)間分為不同的多個(gè)階段進(jìn)行測(cè)定時(shí)的圖像傳感器的輸出與曝光時(shí)間的關(guān)系作為線性化修正數(shù)據(jù)。
21.根據(jù)權(quán)利要求16～20中任意一項(xiàng)所述的測(cè)定裝置，其特征在于所述線性化修正數(shù)據(jù)生成部對(duì)每個(gè)像素生成線性化修正數(shù)據(jù)。
22.根據(jù)權(quán)利要求16～20中任意一項(xiàng)所述的測(cè)定裝置，其特征在于所述線性化修正數(shù)據(jù)生成部測(cè)定基準(zhǔn)物，選擇圖像內(nèi)最亮的像素附近的幾個(gè)像素，使用這些像素輸出的平均值，生成線性修正數(shù)據(jù)。
23.根據(jù)權(quán)利要求12～22中任意一項(xiàng)所述的測(cè)定裝置，其特征在于還包括生成用于使在測(cè)定面內(nèi)濃淡均勻的平板時(shí)的所述圖像傳感器的各像素輸出通過(guò)利用所述線性化修正數(shù)據(jù)進(jìn)行修正后的數(shù)據(jù)變得均一而對(duì)各像素的輸出進(jìn)行修正的光不均勻修正數(shù)據(jù)，并且把其保存到所述修正數(shù)據(jù)保持部中的光不均勻修正數(shù)據(jù)生成部。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的測(cè)定裝置，其特征在于所述光不均勻修正數(shù)據(jù)生成部測(cè)定基準(zhǔn)物，對(duì)于相對(duì)像素達(dá)到飽和光量時(shí)的光量的一定比率的光量下的圖像數(shù)據(jù)，生成光不均勻修正數(shù)據(jù)。
25.根據(jù)權(quán)利要求11～24中任意一項(xiàng)所述的測(cè)定裝置，其特征在于使用CCD型或CMOS型傳感器作為所述圖像傳感器。
26.一種被測(cè)定物測(cè)定裝置，其特征在于在權(quán)利要求11～25中任意一項(xiàng)所述的測(cè)定裝置中，進(jìn)一步包括保持來(lái)自被測(cè)定物的光的積分值與被測(cè)定物的試樣濃度的關(guān)系的測(cè)量線數(shù)據(jù)保持部；通過(guò)在由所述計(jì)算部求出的來(lái)自被測(cè)定物的光的積分值中應(yīng)用測(cè)量線數(shù)據(jù)保持部中的測(cè)量線數(shù)據(jù)，計(jì)算出被測(cè)定物的試樣濃度的定量部。
全文摘要
本發(fā)明提供一種使用圖像傳感器的測(cè)定方法及裝置，線性化修正部(104)根據(jù)保持在線性化修正數(shù)據(jù)保持部(102)中的線性化修正數(shù)據(jù)，對(duì)圖像傳感器(8)的輸出進(jìn)行線性化修正，光不均勻修正部(108)根據(jù)保持在光不均勻修正數(shù)據(jù)保持部(106)中的光不均勻修正數(shù)據(jù)，修正進(jìn)行了線性化修正的圖像傳感器的輸出。反射率計(jì)算部(110)在測(cè)定面內(nèi)具有濃淡的試驗(yàn)片時(shí)的圖像傳感器(8)的各像素輸出中，使用實(shí)施了線性化修正和光不均勻修正的輸出，計(jì)算出該試驗(yàn)片的面內(nèi)的反射率的積分值。定量部(114)通過(guò)在由反射率計(jì)算部求出并被積分的反射率中應(yīng)用測(cè)量線數(shù)據(jù)保持部(112)中的測(cè)量線數(shù)據(jù)，計(jì)算出試驗(yàn)片的試樣濃度。
文檔編號(hào)G01N21/59GK1473266SQ01818637
公開(kāi)日2004年2月4日 申請(qǐng)日期2001年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月10日
發(fā)明者和田敦, 江川浩司, 司 申請(qǐng)人:愛(ài)科來(lái)株式會(huì)社