Способ дисперсионного анализа микрообъектов

(23) Приоритет Ьеудеретеевай кемвтет СССР вю аллам взееретеяиЯ я еткрмтяЯ(53) УДК 535, . 242 (088.8) Дата опубликования описания 08.02.80 Г. ф. Яскевич(54) СПОСОБ ДИСПЕРСИОННОГО АНАЛИЗАМИКРООБЪЕКТОВ 2Исследуемые объекты, находящиеся во .взвешенном состоянии или в потоке, освещают пучком света от импульсного иоточника, получают их изображения и измеряют размеры этих изображений, повеличине смешения иэображения от импульса к импульсу и частоте повторенияпоследних судят о скорости движениямикрообъекта,Недостатком известных способов является относительно низкая информативностьпри автоматическом анализе иэображений сиспользованием телевизионной техники, поскольку максимальная частота повторения импульсов света не может бытьбольше частоты повторения кадров (обычно - 50 Гц), что создает неудобства приисследовании малых концентраций микро- .объектов. Низкая частота повторения импульсов накладывает ограничения и надиапазон измерения скоростей движениямикрообъектов. Максимальная скорость,которая может быть измерена даннымспособом, равна У:Ь( О, 1 м/сек,3Изобретение относится к технике дис-"персионного анализа микрообъектов и можетбыть использовано в различных областях нау-ки и техники, где требуется определениеразмеров, концентрации, формы, в также5скорости и направления движения микрообъектов, находящихся как на подложке,так и во взвешенном состоянии или впотоках, например, в метеорологии дляизмерения дисперсного состава, а такжескорости и направлений движений гидрометеоров, в механике и химии для анализа микроструктуры распыленных жид:.костей и порошков, в медицине - приисследованиях амплитудных и фазовыхмикрообъектов,Известен способ дисперсионного анализа микрообъектов, основанный на формировании изображений исследуемых объек тов с последующим измерением размеров этих изображений Г 1) .Сущность известного способа состоит в следующем,(71) Заявитель Научно-исследовательский институт экспериментальнойметеорологии42414 3 71 где 1- максимальный размер поля зре-.ния оптической системы;1- частота повторения кадров.При исследовании траекторий движения скорости должны бьиь еще меньше.Известен также способ дисперсионного анализа микрообъектов, включающий осв щение параллельным световым пучком и измерение параметров их изображений, полученных с помощью оптической системы, в фокальной плоскости которой установлен непрозрачный экран 23.Этот способ основан на том, что поле за частицей, помещенной на пути светового пучка, может быть представлено суперпозицией плоских волн, распространяющихся под различными углами от ее контура, иначе - угловым спектром плоских волн, Если на пути этих волн установлен объектив, то в его задней фокаль- ной плоскости происходит пространственное разделение углового спектра, что позволяет путем экранировки или сдвига по фазе тех или иных его участков оп-ределенным образом модифицировать изображение объекта, При освещении плос-, кой световой волной низкие пространственные частоты концентрируются вблизи оптической оси объектива, там же концентрируется и свет от источника, Устанавливая непрозрачный экран в области концентрадии света источника, можно осуществить формирование изображения на темном поле", Если к тому же экран перекрывает только центральный порядок или компоненту "нулевой частоты", то : получают изображение частиц с обращенным контрастом.Недостатком данного способа для анализа микрообъектов, находящихся во взвешенном состоянии или в потоках, являеься сложность выделения размеров рабочего объема вдоль оптической оси системы и связанная с этим погрешность измерений размеров и концентрации час тицаКроме того, при исследовании траекторий и скоростей движения микрообъектов оказывается невозможным определение направления их движения если траектория пересекает плоскость наводки оптической системы.1Цель предлагаемого изобретения - повышение точности измерений.Юля этого диаметр нэпрозрачного эк-, рана выбирают в пределах (8-10)ф 10 (Е - фокусное расстояние объектива), за счет чего получают изображение контура объекта в виде светлой полосы с темнойконтурной линией внутри нее,.измеряютотношение интенсивностей частей светлой полосы, находящихся с разных сторон от темной линии, и размера изображения по центру темной контурной линии,Изобретение основано на том, что характер изображения, сформированного оп О тической системой, зависит от того, какие участки спектра объекта принимаютучастие в формировании изображения.Так, если из спектра изображения исключены пространственные частоты ниже 15 (4-5)10 Л, где Л- длина волны источника, то оно представляет собой светлую полосу (для сферических частиц полоса образует светлое кольцо) с темнойконтурной линией внутри нее. Эта линия 2 точно соответствует контуру объекта.20Смещение объекта относительно плоскости наводки вызывает уменьшение контрастности этой линии, но практически неизменяет размеров изображения контура 25частички, при этом внутренняя и внешняя (по отношению к контурной линии)части светлого кольца ведут себя по-разному, Если:частичка находится в плоскости наводки, обе его частиимеют одинаковую яркость, при смещении же ее, толесть при 1 расфокусировке изображения; яркость колец зависит от направления смещения частички относительно плоскос щнаводки оптической системы. Так, присмещении ее в сторону объектива интенсивность внутреннего кольца оказывается, выше, при смещении в противоположнуюсторону ярче становится внешнее кольцо (точнее внешняя часть его).40Предлагаемый способ реализуется спомощью устройства на фиг. 1; на фиг. 2изображен вид объектов на экране. Устройство содержит источник 1 электромагнитного излучения, блок 2 для формирования параллельного светового пучка, оптическую систему 3 формирования иэображения микрообъектов, в плоскости фурье которой установлен пространственный фильтр 4, отрезанипий из спектра изображения частоты ниже (4-5)10 Л, и системы 5 регистрации изображения (например, передающая телевизионная трубка, фотопленка и т. д,). Пространственный фильтр представляет собой непрозрачный диск диаметром д=2 (4-5) т 10 , где М - фокусноЕ расстояние объектива.40 Источники информации,принячые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР М 545174, кл,01 й 15/02, 1977. 2, Гудман Дж. Введение в Фурье оптику, М., "Мир, 1970, с. 192.Измерения проводят следующим образом.Путем исключения из спектра ббъекта пространственных частот ниже 4-510 Л формируют иэображения объек тов, находящихся в рабочем объеме, в виде темных контурных линий б, находящихся внутри светлых полос (или колец) 7, регистрируют эти изображения, по относительной яркости внешнего и внут О реннего кольца выделяют объекты, находящиеся в плоскости йаводки, размер которых в дальнейшем и определяют, измеряя расстояние между центрами контурных линий.15При определении скоростей, траекто- . рий и направлений движения объектов освещение рабочего объема осуществляютот импульсного источника света, полу чая за время экспозиции (или кадра) се 20 рию иэображений движущегося объекта. По расстоянию между иэображениями определяют скорость движения, направление движения определяют по изменению25 относительной яркости и ширины светлых колец вокруг темной контурной линии в изображении от импульса к импульсу. Процесс измерения может быть автоматизированн.Таким образом, установка непрозрачного экрана дивметромд =(8-10) 10в фокальной плоскости объектива с фокусС ным расстоянием ; формирование изображения объекта в виде светлой полосы (или35 кольца) с темной контурной линией внутри нее, а также измерение отношения интенсивностей светлой полосы с разныхсторон от темной контурной линии и, измерение размера объекта по ценчру этой линии позволяет:- повысить точность измерения размеров и формы микрообъектов, уменьшить погрешность измерений, связанную с разрешающей способностью устройства, поскольку размер частиц в данном случае определяется по. центру темной контурной линии, положение которого не зависит от разрешающей способносчм системы формирования и регистрации изображения;- повысить точность измерения размеров и концентрации микрообъектов звсчет более точного определения размеров рабочего объема вдоль оптическойоси системы;- определять не только траекторию,но и направление движения микрообъектов при любом их,положении относительно плоскости наводки оптической системы,формула изобретения Способ дисперсионноМ анализа микро- объектов, включавший освещение параллельным световым пучком и измерейие параметров их изображений, полученных с помощью оптической системы, в фоквльной плоскости объектива которой установлен непрозрачный экрано т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений, дивметр упомянутого непрозрачного экрана выбирают в пределах (8-10)10 Г (1 - фокусное расстояние объектива), эв счет чего получают изображение контура объекта в виде светлой полосы с темной контурной линией внутри нее, измеряют отношение интенсивностей частей светлой полосы, находящихся с разных сторон от темной линии, и размер изображения объекта по центру темной контурной линии.( 714241аф ффа афф фф ффФиг. 1 Редактор Р. Павп Пож ктор 5 Ужгород, ул. Проектная, 4 иал ППП "Патент Составитель Л. ТиТехред И. Асталощ аказ 9274/ЗЬ Тираж 1010 ЦНИИПИ Государственного коми по делам изобретений и о 113035, Москва Ж, Раув