微小顆粒的3d尺寸及其分布測量裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明微小顆粒的3D尺寸及其分布測量裝置，包括：光源、聚光透鏡、透明圓柱體通道、視頻顯微鏡、數(shù)字攝像機、兩組平面鏡組。光源發(fā)出的高亮度閃光，通過聚光透鏡后聚光為平行光，該平行光被分成三路，從不同的方向垂直地透過透明圓柱體通道并投射在視頻顯微鏡上，數(shù)字攝像機記錄一系列由上述三路光通過視頻顯微鏡后形成的3幅圖像。圓柱體通道內(nèi)流動的是含待測微小顆粒的透明液體，于是這3幅圖像就是從不同角度同時攝得的同一部分顆粒的圖像。識別出3張圖像中的同一顆粒后，再經(jīng)過對3張圖像的二維輪廓比較及恢復(fù)計算得到顆粒的3D尺寸，最后由計算機對系列圖像中多個顆粒的統(tǒng)計，結(jié)合每個顆粒的3D尺寸，得到顆粒的3D尺寸分布。
【專利說明】
微小顆粒的3D尺寸及其分布測量裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光學(xué)測量系統(tǒng)，特別涉及微小顆粒的3D尺寸及分布測量。

【背景技術(shù)】
[0002]利用光學(xué)法測量微小顆粒的相關(guān)物理量因具有不接觸樣品的優(yōu)點已得到廣泛應(yīng)用，其測量方法有散射法、衍射法、透射法、圖像法等。
[0003]專利文獻CN1664501A、CN102834689A、US2011310386A1、CN102564928A、US007528959B2、JP2007298327A、W08904472A1等公開了利用散射法測量顆粒大小及分布的一些裝置。文獻CN101802589A通過衍射法測量粒子大小。文獻CN202119698U則利用透射法實現(xiàn)了對細胞顆粒的計數(shù)。文獻CN102834689A采用圖像法測量顆粒大小、空間位置及亮度。文獻CN20103491A基于圖像法測量顆粒大小、數(shù)量及濃度分布。而文獻CN102692364A則基于模糊圖像處理的動態(tài)顆粒測量空間位置及大小。
[0004]上述專利文獻公開了測量顆粒大小及分布的一些裝置，由于顆粒一般非球形，所以這種大小通常是指顆粒的等效體積球直徑值或Stoke直徑或面積體積直徑d32，但無論是哪種直徑都不能反映顆粒的三維尺寸大小。關(guān)于非球形顆粒的檢測，文獻CN102323191A、W08904472AU CN102519850A公開了一些檢測方法，但這些文獻也僅僅檢測了顆粒的形狀率，即長寬比，不能給出顆粒的三維尺寸。至于傳統(tǒng)的非自動化的顯微鏡或電子顯微鏡的觀察方法可以檢測顆粒的二維圖像，從而測量顆粒的二維尺寸，但也不能得到顆粒的三維尺寸。為此，本發(fā)明旨在提供一種微小顆粒三維尺寸及其分布的測量裝置。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于:克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提出一種微小顆粒的3D尺寸及其分布測量裝置，對微小顆粒3D尺寸的測量特別有效。
[0006]為了達到上述目的，本發(fā)明提出的一種微小顆粒的3D尺寸及其分布測量裝置，組成包括:
光源，為高強度氙氣閃燈光源，用于發(fā)出高亮度的閃光；
聚光透鏡，用于將光源發(fā)出的光聚光為平行光，并射出；
透明圓柱體通道，直徑1.5-2.00 _，內(nèi)部充滿沿軸向流動的混入有待測顆粒的透明液體，所述平行光與透明圓柱體通道的軸線垂直；
視頻顯微鏡，位于透明圓柱體通道遠離光源的一側(cè)，并且正對所述平行光，用于接收透過透明圓柱體通道的光線并放大待測顆粒的圖像；
數(shù)字攝像機，用于對所述視頻顯微鏡的放大的顆粒圖像完成成像；
第一、第二平面鏡組，用于對平行光進行反射換向，分別包括位于透明圓柱體通道兩側(cè)的兩個平面鏡；
平行光中的第一路光線直接透過透明圓柱體通道后射向視頻顯微鏡；第二路光線經(jīng)過第一平面鏡組的一個平面鏡后形成與所述第一路光線垂直的光線，垂直地透過透明圓柱體通道，并由另一平面鏡將透出的光線反射后垂直地射向視頻顯微鏡；第三路光線經(jīng)過第二平面鏡組的一個平面鏡后形成與所述第一路光線呈45°夾角的光線，垂直地透過透明圓柱體通道，并由另一平面鏡將透出的光線反射后垂直地射向視頻顯微鏡；三路光線透過透明圓柱體通道后經(jīng)視頻顯微鏡在數(shù)字攝像機內(nèi)分區(qū)域的完成成像。
[0007]本發(fā)明微小顆粒的3D尺寸及其分布測量裝置，還具有如下進一步的特征:
1、所述第一平面鏡組的兩塊平面鏡在與平行光垂直的方向上進行布置，并分別位于透明圓柱體通道兩側(cè)；所述第二平面鏡組的兩塊平面鏡分別位于第一平面鏡組的兩塊平面鏡的外側(cè)，其中一個靠近聚光透鏡，另一個靠近視頻顯微鏡。
[0008]2、所述第一平面鏡組的兩塊平面鏡靠近透明圓柱體通道一側(cè)各設(shè)置一塊用于遮擋平行光的擋板。防止雜散光進入攝像機。
[0009]3、所述視頻顯微鏡前設(shè)置2個遮光條，用于分割三路光線的成像區(qū)域。這樣在底片上形成2個空白窄條區(qū)域，并以此隔開3個圖像，避免在數(shù)字圖像處理時相混淆。
[0010]本裝置中，微小顆粒隨著透明液體(如純凈水)流經(jīng)透明圓柱形通道，氙氣閃光燈光源發(fā)出的高亮度光經(jīng)聚光透鏡聚光后形成平行光垂直入射向透明圓柱形流體通道的側(cè)面，其中I路光沿原方向(光軸)直接射到顆粒，另I路光經(jīng)平面鏡反射后以與光軸成90°的方向射向顆粒，第3路作為參考光沿與光軸成45°射向顆粒，這3路光透過顆粒后，射到大視角視頻顯微鏡形成放大的部分顆粒圖像，數(shù)字攝相機可記錄一系列不同時刻的部分顆粒圖像，某時刻的圖像反映了 3個不同角度的同一部分顆粒的圖像，采用簡單分隔設(shè)置可將該3張圖像分開。每張圖像都同時記錄了正在流動的同一部分顆粒的圖像，通過簡單二值化處理可得到較為清晰的顆粒二維輪廓圖像，然后通過配對可識別出3張圖像中的同一顆粒，再經(jīng)過對3張圖像的二維輪廓比較及恢復(fù)計算得到顆粒的3D尺寸，由于圓柱體通道中的液體是流動的，所以不同時刻記錄的系列圖像包括了眾多不同顆粒的信息，再通過對這些系列圖像中多個顆粒的統(tǒng)計得到顆粒3D尺寸分布。本發(fā)明對顆粒3D尺寸的測量具有較高的精確度。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:
現(xiàn)有技術(shù)中，傳統(tǒng)的非自動化的顯微鏡或電子顯微鏡法只能檢測微小顆粒的二維形狀及二維尺寸，現(xiàn)有的光散射法的只能檢測顆粒的大小及分布或形狀率，現(xiàn)有的圖像法只能檢測顆粒的大小、空間位置及亮度，這些技術(shù)均不能給出顆粒的三維尺寸。而本發(fā)明能測量微小顆粒的3D尺寸及其分布，且具有較好的準確度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。
[0013]圖1是本測量裝置的立體圖。
[0014]圖2是本測量裝置的俯視圖。
[0015]圖3是攝像機在同一時刻從3個不同角度記錄的3幅圖像示意圖。

【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0017]如圖1、圖2所示，為本發(fā)明微小顆粒的3D尺寸及其分布測量裝置，組成包括:光源1、聚光透鏡2、透明圓柱體通道13、視頻顯微鏡11、數(shù)字攝像機12、兩組平面鏡組(第一平面鏡組由第一平面鏡4和第二平面鏡7組成，第二平面鏡組由第三平面鏡3和第四平面鏡8組成)，視頻顯微鏡11和數(shù)字攝像機可采用萊卡配套產(chǎn)品(如ZA-APO視頻顯微鏡和DFC420數(shù)字攝像機)。
[0018]其中，光源I為高強度氙氣閃燈光源，用于發(fā)出高亮度的閃光；聚光透鏡2，用于將光源發(fā)出的光聚光為平行光，并射出；透明圓柱體通道13，直徑1.5~2.00 _，內(nèi)部充滿沿軸向流動的混入有待測顆粒的純凈水(也可以是其他透明液體)，平行光與透明圓柱體通道的軸線垂直；視頻顯微鏡11位于透明圓柱體通道13遠離光源I的一側(cè)，并且正對平行光，用于接收透過透明圓柱體通道13的光線并放大待測顆粒的圖像；該數(shù)字攝像機12，用于對視頻顯微鏡11的放大的顆粒圖像完成成像；第一、第二平面鏡組，用于對平行光進行反射換向，分別包括位于透明圓柱體通道兩側(cè)的兩個平面鏡。
[0019]平行光中的第一路光線直接透過透明圓柱體通道13后射向視頻顯微鏡11 ;第二路光線經(jīng)過第一平面鏡4后形成與第一路光線垂直的光線，垂直地透過透明圓柱體通道13，并由第二平面鏡7將透出的光線反射后垂直地射向視頻顯微鏡11 ;第三路光線經(jīng)過第三個平面鏡3后形成與第一路光線呈45°夾角的光線，垂直地透過透明圓柱體通道13，并由第四平面鏡8將透出的光線反射后垂直地射向視頻顯微鏡11 ;三路光線透過透明圓柱體通道后經(jīng)視頻顯微鏡在數(shù)字攝像機內(nèi)分區(qū)域的完成成像。
[0020]如圖2所示，第一平面鏡組的兩塊平面鏡(第一平面鏡4、第二平面鏡7)在平行光(第一路光線)垂直方向上布置，并分別位于透明圓柱體通道13兩側(cè)；第二平面鏡組的兩塊平面鏡(第三平面鏡3、第四平面鏡8)分別位于第一平面鏡組的兩塊平面鏡(第一平面鏡4、第二平面鏡7)的外側(cè)，其中第三平面鏡3靠近聚光透鏡2，第四平面鏡8靠近視頻顯微鏡
Ilo
[0021]高強度氙氣閃燈光發(fā)出的高亮度閃光，通過聚光透鏡2后聚光為平行光，垂直地向透明圓柱體通道13投射。該平行光被第一、第二平面鏡組分成3路，其中第一路光沿光軸方向直接透過圓柱體通道13 ;第二路光通過第一平面鏡4后形成與第一路成90°的光，透過圓柱體通道13后，再經(jīng)第二平面鏡7形成與光軸方向相同的光；第三路光通過第四平面鏡3后形成與第一路成45°的光，透過圓柱體通道13后，再經(jīng)第四平面鏡8形成與光軸方向相同的光。數(shù)字攝像機12可記錄一系列由上述3路光通過一視頻顯微鏡11后形成的3幅圖像(見圖3)。圓柱體通道13內(nèi)流動的是含待測的微小顆粒的透明液體，于是這3幅圖像就是從不同角度同時攝得的同一部分顆粒的圖像。通過簡單二值化處理可得到較為清晰的顆粒二維輪廓圖像，然后通過配對可自動識別出3張圖像中的同一顆粒，再經(jīng)過對3張圖像的二維輪廓比較及恢復(fù)計算得到顆粒的3D尺寸，最后由計算機對系列圖像中的多個顆粒的統(tǒng)計，結(jié)合每個顆粒的3D尺寸，得到顆粒的3D尺寸分布。
[0022]視頻顯微鏡前設(shè)置2個遮光條9、10，用于分割三路光線的成像區(qū)域。這樣在攝像機攝得的圖像上形成2個空白窄條區(qū)域，以此隔開3個圖像，避免在數(shù)字圖像處理時相混淆。
[0023]為了防止雜散光進入攝像機，第一平面鏡組的兩塊平面鏡靠近透明圓柱體通道一側(cè)分別設(shè)置用于遮擋平行光的第一擋板5和第二擋板6。
[0024]圖3是攝像機在某次攝得的圖像示意圖，該圖像包含了彼此分隔的沿縱向的3幅圖像21、22和23，經(jīng)數(shù)字技術(shù)處理后，每幅圖像上清晰地顯示5個顆粒的圖像，其中圖像21中的顆粒影響31與圖像22中的顆粒影響32及圖像23中的顆粒影響33都對應(yīng)了同一顆粒。
[0025]對同一顆粒在不同圖像中的二維輪廓進行比較及恢復(fù)計算可得到該顆粒的長、寬、高，即3D尺寸。再通過對系列圖像記錄的多個顆粒進行統(tǒng)計，進一步得到顆粒3D尺寸分布O
[0026]除上述實施例外，本發(fā)明還可以有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種微小顆粒的3D尺寸及其分布測量裝置，組成包括: 光源，為高強度氙氣閃燈光源，用于發(fā)出高亮度的閃光； 聚光透鏡，用于將光源發(fā)出的光聚光為平行光，并射出； 透明圓柱體通道，直徑1.5-2.00 _，內(nèi)部充滿沿軸向流動的混入有待測顆粒的透明液體，所述平行光與透明圓柱體通道的軸線垂直； 視頻顯微鏡，位于透明圓柱體通道遠離光源的一側(cè)，并且正對所述平行光，用于接收透過所述透明圓柱體通道的光線并放大待測顆粒的圖像； 數(shù)字攝像機，用于對所述視頻顯微鏡的放大的顆粒圖像完成成像； 第一、第二平面鏡組，用于對平行光進行反射換向，分別包括位于透明圓柱體通道兩側(cè)的兩個平面鏡； 平行光中的第一路光線直接透過透明圓柱體通道后射向視頻顯微鏡；第二路光線經(jīng)過第一平面鏡組的一個平面鏡后形成與所述第一路光線垂直的光線，垂直地透過透明圓柱體通道，并由另一平面鏡將透出的光線反射后垂直地射向視頻顯微鏡；第三路光線經(jīng)過第二平面鏡組的一個平面鏡后形成與所述第一路光線呈45°夾角的光線，垂直地透過透明圓柱體通道，并由另一平面鏡將透出的光線反射后垂直地射向視頻顯微鏡；三路光線透過透明圓柱體通道后經(jīng)視頻顯微鏡在數(shù)字攝像機內(nèi)分區(qū)域的完成成像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微小顆粒的3D尺寸及其分布測量裝置，其特征在于:所述第一平面鏡組的兩塊平面鏡在與平行光垂直的方向上進行布置，并分別位于透明圓柱體通道兩側(cè)；所述第二平面鏡組的兩塊平面鏡分別位于第一平面鏡組的兩塊平面鏡的外側(cè)，其中一個靠近聚光透鏡，另一個靠近視頻顯微鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微小顆粒的3D尺寸及其分布測量裝置，其特征在于:所述第一平面鏡組的兩塊平面鏡靠近透明圓柱體通道一側(cè)各設(shè)置一塊用于遮擋平行光的擋板。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微小顆粒的3D尺寸及其分布測量裝置，其特征在于:所述視頻顯微鏡前設(shè)置2個遮光條，用于分割三路光線的成像區(qū)域。
【文檔編號】G01N15/02GK104458513SQ201410724556
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月3日
【發(fā)明者】戴兵, 楊宗苓, 韓月, 錢鵬, 戴未然, 喬星, 石鑫 申請人:南通大學(xué)