Устройство для анализа плотности образца

(54) ( НОСТИ о т л УСТРО РАЗЦА чаю ОТР 2 И,Л лак ю повышен Зарубина,Ю.К. Макаркелов,еев, В.И. Ширжит но соденные вычис апряж Ю,Г ров Г.И код - н элемент торой вход чень реляционного ан следовательселковых веиза. ельство СССРб, 1966 СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ОПИСАНИЕК АВТОРСКОМУ СВИ. Маслова, Б.П, Пант хер и К.А. Яновский (71) Всесоюзный научнокий институт биосинтеза ществ(53) 68 1.327. 12(088.8) (56) 1. Авторское свиде М 193023,. кл. С 01 0 1/ (прототип). ЯО 11 О 4551 ЙСТВО ДЛЯ АНАЛИЗА ПЛ по авт.св. У 193023, щ е е с я тем, что, я точности устройства оследовательно соедитель, преобразователь ие и исполнительный шагового двигателя, выход вычислителя под1104551 1Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники, в частности для автоматического анализа изображения, например для автоматизации микробиологического анализа 5 в производстве кормовых дрожжей, в цитологии для количественного анализа клеток и тканей, в гематологии для определения параметров крови, в хими" ческой промышленности при исследова О нии различного рода суспензий и эмульсий.По основному авт.св. Р 193023 известно устройство для анализа плотности образца, используемое преимущественно для автоматического анализа иэображения. Это устройство состоит из источника света, светофильтров, оптической системы микроскопа, стола микроскопа, соединенного с механичес ким приводом и электродвигателем, диска Ниппкова со своим приводом, приемника излучения, соединенного самплитудным и частотным анализаторами, блоками корреляционного анализа,25 второй вход блока взаимнокорреляционной функции соединен с запоминающим устройством, а выходы анализаторов и блоков корреляционного анализа соединены с входом блока сравнения, второй вход которого подключен к блоку памяти, а выход - к блоку выдачи результатов анализа 11.В процессе работы известного устройства происходит расфокусировка, которая проявляется в размытости кра 35 ев деталей изображения и уменьшении контрастности мелких деталей. В результате световой сигнал, полученный от такого изображения, становится малопригодным для автоматического ана 40 лиза, так как в нем искажена информация о размерах и яркости исследуемых объектов, что снижает точность анализа.45Целью изобретения является повыше ние точности устройства.Цель достигается тем, что устройство для анализа плотности образца дополнительно содержит последователь 50 но соединенные вычислитель, преобразователь код - напряжение и исполнительный элемент в видв шагового двигателя, вход и второй выход вычислителя подключены к блоку корреляцион ного анализа.Такое решение обеспечивает повы" шение точности устройства.На фиг.1 представлена блок-схема устройства, выполненного на базе светового микроскопа (штрих-пунктирной линией объведены блоки известного устройства); на фиг.2 - функциональная схема вычислителя; на фиг.3 алгоритм выработки сигналов управления; на фиг.4 - временная диаграмма работы преобразователя код - напряжение; на фиг.5 - график зависимости дисперсии от расфокусировки.Устройство для анализа плотности образца включает источник 1 света, светофильтры 2, оптическую систему микроскопа 3, стол микроскопа 4 с закрепленным на нем объектом 5, соединенный механическим приводом 6 с электродвигателем 7, диск 8 Ниппкова со своим приводом 9, приемник 10 излучения (фотоэлектронный умножитель), соединенный с амплитудным анализатором 11, частотным анализатором 12, блоком 13 автокорреляционной функции, блоком 14 взаимно-корреляционной функции, второй вход которого соединен с запоминающим устройством 15, блок 16 записи исходной информации, выходы анализаторов 11 и 12 и блоков 13 и 14 корреляционного анализа соединены с входом блока 17 сравнения, второй вход которого подключен к блоку 18 памяти, а выход - к блоку 19 выдачи результатов анализа.Устройство дополнительно содержит регистры 20 и 21 промежуточного хранения дисперсии оптической плотности, которые связаны между собой и выходы этих регистров соединены с входами блока 22 выработки большего числа, выход которого соединен с блоком 23 синхронизации и выработки управляющих сигналов, выходы этого блока 23 соединены с входами регистров 20 и 21 промежуточного хранения дисперсии блоком 13 корреляционного анализа и блоком 24 распределения импульсов, который через усилитель 25 мощности связан с исполнительным элементом в виде шагового двигателя 26 и механическим приводом 27.Блоки 20 - 23 объединены в один блок-вычислитель 28, а блоки 24 и 25 - в блок-преобразователь 29 код - напряжение.Таким образом, устройство дополнительно содержит последовательно соединенные вычислитель 28, преобразователь 29 код - напряжение и испол-, нительный элемент в виде шагового(канал синхронизации) вычислителяподключены к блоку 13 корреляционногоанализа,5Устройство для анализа плотности образца работает следующим образом. Исследуемую микроструктуру объекта 5 сканируют при поступательном перемещении стола микроскопа 4 узким 1 О полем (получаемым, например, с помощью диска 8 Ниппкова). Световой поток, прошедший через объект 5, попадает в приемник 10 излучения (ФЭУ). Сигнал с приемника 10 поступает в 15 амплитудный анализатор 11, частотный анализатор 12, блок 13 для вычисления автокорреляционной функции, в блок 14 для вычисления взаимнокорреляционной Функции (на второй вход которого 20 подается ранее записанный сигнал от препарата, принятого за условнуюнорму , из запоминающего устройства блока 15). Выход приемника 10 согласован с входом каждого анализатора 25 через соответствующие усилители, модуляторы и др. (не показаны). При необходимости сигнал приемника 10 может быть зарегистрирован в блоке 16 в виде записи на бумажной ленте, перфо- З 0 ленте или перфокарте. Эта исходная информация может сохраняться для повторной или дополнительной обработки, она же используется и для блока 15. Количественные параметры, полученные в результате анализа (Функция35 амплитудного распределения, коэффициенты авто- и взаимнокорреляции при корреляционном анализе), в виде соответствующих сигналов (кода) поступают 10 на вход блока 17 сравнения, где производится сравнение их с соответствующими параметрами, ранее проанализированных "эталонных" гистологических и других препаратов из блока 18 памяти. Блок 19 печатает результаты анализа в виде цифр результатов сравнения по каждому из анализируемых параметров. Блок 13 корреляционного анализа предназначен для одновремен 50 ного оперативного определения в реальном масштабе времени ординат авто- корреляционной функции (АКФ), причем одновременно производится определение оценок начальных моментов Х,Х 2. Исследуемыи сигнал задается в аналогог55 вой форме с амплитудным диапазоном +1 В. Основной диапазон частот входного аналогового сигнала 0-20 кГц. Результаты обработки выводятся наблок 17 сравнения и вычислительноеустройство 28.Блок корреляционного анализа построен в унифицированных типовых конструкциях АСВТ с применением интегральных схем средней интеграции.Функциональная схема блока 28представлена на фиг.2.Блок-вычислитель работает следующим образом.Предварительно сфокусировавобъект, производится пробное сканирование кадра и измерение автокорреляционной Функции,По окончании пробного сканированияблок 23 вырабатывает сигнал-занесение двоичного кода дисперсии 1)1 в регистр 20 (П-К 1), а затем сигнал управления шаговым двигателем 26 по координате + 7. Шаговьп двигатель 26 делает один элементарный шаг и поднимает объектив на величину, пропорциональную этому шагу. Производитсяповторное сканирование того же кадра,измерение дисперсии 22 и по командес блока 23 величина двоичного кодаР 2 заносится в регистр 21 (Р 2-Р 2).Блок выделения большего числа 22 выдает сигнал 8 = 1, если Э 1)Р 2 илиМ = 1, если Э 2 ъЭ 1, при Э 231 (М = 1)блок 23 вырабатывает сигнал +2 иШД вновь поднимает объектив на величину единичного шага и производитсясканирование, определение 2,занесениеее величины в регистр 21 и т.д.,до техпор, пока величина 1 не станет больше32. Блок 23 вырабатывает сигнал -2,производится сканирование и записьсканограммы (конец кадра). Алгоритмвыработки сигналов управления ШДфокусировки приведен на Фиг.3.Блок 24 распределения импульсовпреобразует унитарный код в четырехфаэную систему прямоугольных импульсов напряжения, которая через усилитель 25 мощности, состоящий иэ однотипных каналов, подается на обмотки шагового двигателя 26. Временная диаграмма работы РИ длЯ четырехтактного ШД типа ШДРприведена на фиг.4,Конструктивно узел управления ав" томатической фокусировки выполнен на элементах микросхем серии К 155.В устройстве критерием наилучшей фокусировки служит максимальное зна3 1104551 чение дисперсии амплитудного распре. и деления плотности образца, которое н вычисляется в блоке корреляционного анализа, т.е. используется информация б о дисперсии плотности образца, уже содержащаяся в блоке корреляционного анализа, который одновременно служит о и датчиком расфокусировки, что позво- р ляет реализовать значительно более Г простое устройство с одним фотоэлектО ф ронным преобразователем (а не с двумя). а Устройство реализует весьма чувст" п вительный способ по максимальному п значению дисперсии плотности образца, п получаемому при вычислении корреля а ционной функции в уже имеющемся м устройстве блока, т.е. т п 0 = .К (Б; - щ ) Р 1=1 д где Р " дисперсия случайной измеряек э мой величины; ,в 8, - значение случайной величины; ( ш - среднее значение случайной н Я величины; (о Р - вероятность значения случайр ной величины. вДисперсия Э - есть значение корреляционной функции в начальной точке (при 1 О). 30Значение ординаты автокорреляционной функции (первая точка графика) есть не что иное, как дисперсия, котодяв свою, очередь отражает степень контрастности объекта (перепад двух ли нескольких плотностей изображеия),При сканограмме в реальном масштае времени вычисляется автокорреляционная функция, начальная ординатаоторой есть дисперсия. Перемещаютбъект вдоль оптической оси, повтояют измерение - сканируют, по сканорамме определяют автокорреляционнуюункцию и дисперсию. Повторяютналогичные операции до нахожденияоложения объекта, при котором дисерсия будет максимальной. В этомоложении искомым параметром и будетвтокорреляционная функция с максиальным значением в начальной точке,,е. с максимальной дисперсией,На фиг,5 представлена зависимостьисперсии от величины расфокусирови. Оптимальной настройке соответстует.максимальное значение дисперсии2) сигнала, Обращает на себя внима"ие тот факт, что значения дисперсиисобенно резко изменяются при малыхасфокусировках, что обеспечиваетысокую чувствительность и точностьметода фокусировки, Таким образом,использование изобретения позволяетповысить точность анализа почти напорядок.Ожидаемый экономический эффектот внедрения предлагаемого устройстватолько на одном из заводов мощностью70 тыс. тонн белка в год в АСУ узлом ферментации составит 112, 3 тыс.руб. в год.АЗЕмкиЗ Заказ 5265/37 Тираз 6 О Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5