專利名稱：用于使用成像確定容器中的液面的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液體體積測(cè)量，更具體地，涉及用于使用成像來檢測(cè)和測(cè)量容器中的液面的方法和裝置。
背景技術(shù)：
為了診斷目的、日常護(hù)理、研究等，可以對(duì)樣本執(zhí)行各種測(cè)試。在醫(yī)療領(lǐng)域中，樣本可以包括例如，血液、尿、DNA、糞、組織等。在諸如生物恐怖主義的其他領(lǐng)域中，樣本可以包括例如，空氣、水、土壤等。頻繁地，作為測(cè)試的一部分，樣本可能與試劑混合以產(chǎn)生結(jié)果。 在體外設(shè)置中，混合可以例如在患者身體外部發(fā)生。此外，不同的測(cè)試可能需要不同的樣本量，其可能被收集在各種容器中。在一些情況中，容器可以具有大于特定測(cè)試所需的樣本容量?？赡芷谕氖橇私馊萜髦械臉颖玖?，例如，以確定將添加的試劑的適當(dāng)?shù)牧?，進(jìn)行適當(dāng)?shù)挠?jì)算，用作液面的自動(dòng)化確認(rèn)，或者滿足管理需要。本發(fā)明的發(fā)明人已確定，關(guān)于用于體外診斷的常規(guī)的自動(dòng)化和非自動(dòng)化液面感測(cè)的現(xiàn)有問題在于，常規(guī)方法可能是復(fù)雜的，并且因此是昂貴的。此外，常規(guī)的液面感測(cè)方法在檢測(cè)日益較小的體積時(shí)，特別是在不破壞樣本或者沒有與樣本的物理接觸的情況下，可能是不可靠的。例如，其中觀察者觀看樣本并且記錄樣本的液面的常規(guī)的視覺方法可能是不準(zhǔn)確且耗時(shí)的。電容(electro-capacitive)方法可以是用于感測(cè)樣本液面的另一常規(guī)方法。通過電容方法，探針可以被插入到樣本中，由此接觸樣本，這可能在某種程度上破壞樣本。此外，與樣本的接觸可能增加被測(cè)試的不同樣本之間的轉(zhuǎn)移(carryover)的可能性。換言之， 例如，一些被測(cè)試的第一樣本可能保留在以電容方法使用的探針上，并且被轉(zhuǎn)移到由相同探針測(cè)試的第二樣本。電容方法通過測(cè)量探針在與樣本接觸(這繼而產(chǎn)生探針的電容改變) 時(shí)的位置來檢測(cè)樣本的液面。然而，電容方法可能受限于難以檢測(cè)電容的非常小的改變，以及當(dāng)檢測(cè)樣本液面時(shí)的環(huán)境中的不可避免的大量寄生改變和干擾(即樣本表面上的泡沫或灰塵；或者樣本中的湍流)。壓力傳感器可以是用于感測(cè)樣本液面的另一常規(guī)方法。壓力傳感器測(cè)量壓力計(jì)所處位置的樣本的壓力。與在電容方法中使用的探針類似，壓力傳感器的部件可能接觸樣本并且由此損壞樣本或者導(dǎo)致交叉污染。此外，壓力傳感器可能因樣本中的諸如外來物體或固體(其可能干擾傳感器)的干擾而難以檢測(cè)液面。用于感測(cè)樣本液面的另一常規(guī)方法是使用超聲，由此將聲脈沖發(fā)送到樣本中并且傳感器檢查回聲返回的時(shí)間。不同于電容方法和壓力傳感器，利用超聲不需要與樣本的接觸。然而，由于超聲液面感測(cè)取決于可能隨溫度和濕度改變的空氣性質(zhì)，因此其可能是難于實(shí)現(xiàn)的。此外，與超聲液面感測(cè)關(guān)聯(lián)的分辨率可能是相當(dāng)?shù)偷?。因此，需要一種用于確定容器中的樣本量的改進(jìn)的方法和裝置。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于確定樣本液面的方法。該方法包括捕獲容納在容器中的樣本的圖像，其中圖像被表示為光強(qiáng)度的二維陣列；從圖像中提取關(guān)注區(qū)域； 對(duì)關(guān)注區(qū)域應(yīng)用濾波器；使經(jīng)濾波的區(qū)域塌縮(collapse)為一維陣列；掩蔽一維陣列；以及基于經(jīng)掩蔽的(masked)—維陣列確定容器中的樣本液面。在本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于確定樣本液面的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括圖像捕獲裝置，其適于捕獲容器中的樣本的圖像，其中圖像被表示為光強(qiáng)度的二維陣列；以及控制器，其耦合到圖像捕獲裝置，其中控制器適于從圖像中提取關(guān)注區(qū)域，對(duì)關(guān)注區(qū)域應(yīng)用濾波器，使經(jīng)濾波的關(guān)注區(qū)域塌縮為一維陣列，對(duì)一維陣列應(yīng)用掩模(mask)，以及基于經(jīng)掩蔽的一維陣列確定容器中的樣本液面。在本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于確定樣本液面的方法。該方法包括捕獲容納在容器中的樣本的圖像，其中圖像被表示為光強(qiáng)度的二維陣列；從圖像中提取關(guān)注區(qū)域； 對(duì)關(guān)注區(qū)域應(yīng)用濾波器；將圖像劃分為不止一個(gè)較窄的垂直陣列；針對(duì)峰值分析每個(gè)垂直陣列；按垂直單元(per vertical unit)對(duì)從分析得到峰值進(jìn)行計(jì)數(shù)和組合；根據(jù)組合峰值形成直方圖；針對(duì)峰值集中(peak concentration)分析直方圖；以及基于分析確定容器中的樣本液面。在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種用于確定樣本表面上的泡沫的存在和量的方法。該方法包括捕獲容納在容器中的樣本的圖像，其中圖像被表示為光強(qiáng)度的二維陣列； 從圖像中提取關(guān)注區(qū)域；對(duì)關(guān)注區(qū)域應(yīng)用濾波器；使經(jīng)濾波的關(guān)注區(qū)域塌縮為一維陣列； 掩蔽一維陣列；基于經(jīng)掩蔽的一維陣列確定樣本和周圍空氣的界面；以及在移動(dòng)離開界面的至少一個(gè)方向上檢測(cè)一維陣列中的峰值連續(xù)集中的范圍，并且其中連續(xù)集中是泡沫。本發(fā)明的其他特征和方面將根據(jù)下面的詳細(xì)描述、所附權(quán)利要求以及附圖而變得更全面地明顯。


圖IA是圖示根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的用于確定樣本液面的系統(tǒng)的框圖。圖IB是圖IA中描述的系統(tǒng)的示意圖。圖2A是示出根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的實(shí)例方法的流程圖。圖2B至2F是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的圖2A中描述的方法的透視圖。圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的實(shí)例方法的流程圖。圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的實(shí)例方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了用于感測(cè)容器中的樣本液面的系統(tǒng)、裝置和方法。特別地，本發(fā)明提供了一種方法，由此盛放在容器中的樣本的圖像被捕獲。圖像可以通過任何常規(guī)的手段捕獲(例如，攝像機(jī)、數(shù)字照相機(jī)、線掃描儀等)。容器可以由透明材料制成以允許光穿過樣本。 通過捕獲樣本的圖像，可以在不與樣本物理接觸的情況下觀察/測(cè)量樣本。在一些實(shí)施例中，圖像可以被轉(zhuǎn)換為光強(qiáng)度的二維陣列。隨后可以從二維陣列提取或剪切關(guān)注區(qū)域，并且如果必要，可以調(diào)整關(guān)注區(qū)域的
5幾何形狀(geometry)。關(guān)注區(qū)域可以包括容器中的樣本，包括容器的底部以及樣本和周圍空氣之間的界面二者?？赡苄枰{(diào)整二維陣列的幾何形狀，使得可以忽視水平陣列信息并且可以僅分析垂直陣列信息，這是因?yàn)榇怪陛S包含關(guān)于容器中的液面的信息。為了強(qiáng)調(diào)或檢測(cè)垂直域中的特征(例如，強(qiáng)度改變，諸如空氣-樣本界面或者容器的底部)，隨后可以在垂直域中通過例如高通或差分(differential)濾波器處理二維陣列。盡管在本申請(qǐng)中將通篇使用術(shù)語(yǔ)“差分濾波器”，但是可以使用用于檢測(cè)特征的其他方法，例如，人工智能算法。 注意，術(shù)語(yǔ)“差分濾波器”的使用僅是示例性的，絕非使本發(fā)明僅限于使用或者需要使用差分濾波器。根據(jù)本發(fā)明，處理二維陣列的其他已知手段可以用于強(qiáng)調(diào)或檢測(cè)垂直域中的特征。經(jīng)差分濾波的二維陣列隨后可以進(jìn)行水平塌縮以形成垂直一維陣列。一維陣列的每個(gè)元素可以是二維陣列的所有線元素的歸一化和(或平均值)。注意，在可替選的實(shí)施例中，例如，二維陣列可以首先塌縮為一維陣列，并且隨后可以通過差分濾波器等對(duì)該一維陣列進(jìn)行處理。在其他實(shí)施例中，例如，當(dāng)通過單線光學(xué)傳感器(線掃描陣列)捕獲圖像時(shí)，可以通過圓柱透鏡對(duì)圖像進(jìn)行水平內(nèi)插。在該情況中，數(shù)據(jù)將僅存在于一個(gè)維度中，這在常規(guī)的視覺系統(tǒng)的情況中是不可能的。可以將掩模應(yīng)用到一維差分陣列或信號(hào)以考慮樣本中可能存在的任何噪聲(例如，灰塵、外來物質(zhì)、氣泡)?？梢跃头逯禉z查得到的信號(hào)?；诜逯档母叨?，某些峰值可以被選擇用于進(jìn)一步的處理，以確定容器的底部以及液體和周圍空氣的界面/液面。在一些情況中，物體(例如，灰塵、泡沫氣泡等)可能是足夠大的以致覆蓋容器的整個(gè)寬度，和/或物體與周圍空氣的對(duì)比度與主液體-周圍空氣界面的對(duì)比度相當(dāng)。如下文將描述的，在一些實(shí)施例中，當(dāng)物體覆蓋容器的整個(gè)寬度時(shí)，物體可以被標(biāo)注為泡沫。在一些實(shí)施例中，可能期望的是在計(jì)算容器中的樣本量方面泡沫包含足夠明顯的樣本時(shí)確定泡沫量。在其中空氣-液體界面未被較好限定的情況中，本發(fā)明的另一實(shí)施例可以用于確定樣本液面。在該實(shí)施例中，不同于基于特定峰值高度來選擇峰值，如下文將進(jìn)一步解釋的， 可以基于每個(gè)垂直單元的峰值出現(xiàn)頻率來選擇峰值。在該實(shí)施例中，在可通過垂直維度中的差分濾波器對(duì)二維陣列進(jìn)行處理的步驟(并且包括該步驟)之前，步驟與上文參照第一實(shí)施例描述的相同。二維陣列隨后可以被劃分為“η”個(gè)較窄的垂直陣列，使得“η”個(gè)垂直陣列中的每一個(gè)可以被分別地分析以尋找峰值。經(jīng)差分濾波的“η”個(gè)二維陣列隨后可以進(jìn)行水平塌縮以形成“η”個(gè)垂直一維差分陣列。如上文所述，“η”個(gè)二維陣列可以在通過差分濾波器處理之前塌縮為“η”個(gè)一維陣列，導(dǎo)致了“η”個(gè)一維差分陣列。如上所述，可以將掩模應(yīng)用到“η”個(gè)一維差分陣列以考慮噪聲。例如，得到的“η”個(gè)信號(hào)中的峰值可以被組合并且計(jì)入直方圖(按照垂直單元)。得到的直方圖隨后可以進(jìn)行進(jìn)一步處理以確定容器的底部以及液體和周圍空氣的界面/液面、泡沫和/或其他物體的存在。此外，上文描述的峰值頻率方法可以用于檢測(cè)樣本表面上的物體(僅出于示例的目的，在下文中被稱為“泡沫”)的存在和尺寸。通過首先檢查直方圖以檢測(cè)液體/周圍空氣界面，該界面可以被識(shí)別為排除容器底部時(shí)的直方圖上的第一主峰值，可以確定泡沫的存在和尺寸。隨后可以在兩個(gè)方向上(朝向容器的頂部和底部)根據(jù)液體/周圍空氣界面來檢查直方圖以檢測(cè)峰值連續(xù)集中，由此連續(xù)集中是至少兩個(gè)峰值，并且其中峰值之間的距離不大于由氣泡的最大尺寸限定的預(yù)設(shè)數(shù)(例如，至少兩個(gè)像素)。如果發(fā)現(xiàn)這樣的范圍，則可以將其報(bào)告為泡沫。峰值連續(xù)集中的范圍中的峰值數(shù)目可以是預(yù)期的泡沫尺寸、垂直陣列的數(shù)目和低通濾波器到直方圖的應(yīng)用的函數(shù)。轉(zhuǎn)到圖IA和1B，提供了框圖和示意圖，它們分別圖示了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的用于確定樣本液面的系統(tǒng)100。系統(tǒng)100可以包括圖像捕獲裝置102，以捕獲盛放在容器 106中的并且可選地由光源108照射的樣本104的圖像。為了識(shí)別容器106中的樣本104 和周圍空氣之間的界面110，圖像捕獲裝置102可以可選地耦合到控制器112并且由其操作。如上文所述，圖像捕獲裝置102可以包括任何常規(guī)的圖像捕獲器件。例如，圖像捕獲裝置102可以是攝像機(jī)、數(shù)字照相機(jī)、線掃描儀、CCD陣列等。如圖IB中所示，系統(tǒng)100可以包括一個(gè)或多個(gè)圖像捕獲裝置102。常規(guī)的視覺系統(tǒng)可以將圖像捕獲為二維陣列。在其他實(shí)施例中，例如當(dāng)通過單線光學(xué)傳感器(例如，線掃描陣列)捕獲圖像時(shí)，可以通過圓柱透鏡對(duì)圖像進(jìn)行水平內(nèi)插。在該情況中，來自圖像的數(shù)據(jù)將僅存在于一個(gè)維度中。捕獲的圖像可以示出盛放在容器106中的樣本104。如圖IB中所示，系統(tǒng)100可以包括在其中盛放樣本104的一個(gè)或多個(gè)容器106。如上文所述，樣本可以包括例如，血液、 尿、DNA、糞、組織、空氣、水、土壤等?？梢允褂萌魏纹渌m當(dāng)?shù)臉颖?。容?06可以是適于在其中盛放樣本的任何容器，并且允許光穿過樣本。換言之，例如，容器106可以由透明材料制成以允許光穿過其，使得可以確定容器106中的樣本104的量，如下文將更詳細(xì)描述的那樣。如圖IB中所示，樣本104可以保持在安裝在傳送器或輸送器上的容器106中，其中圖像捕獲裝置102被安置為在容器106經(jīng)過時(shí)掃描它們，以幫助自動(dòng)化樣本的處理和測(cè)量。如上文指示的，在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)100可以進(jìn)一步包括光源108。光源108可以照射樣本104以進(jìn)一步為圖像捕獲裝置102突出顯示樣本104和周圍空氣之間的界面 110。盡管光源108被示意性地示出在與容器106相同的水平平面中，但是可以使用其他取向。例如，光源108可以被安置在容器106下方，這可以更好地突出顯示界面110。如下文將進(jìn)一步描述的，空氣/樣本界面110可以用于確定容器106中的樣本104的量。如上文指示的，在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)100還可以包括控制器112。在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)100可以由控制器112操作，其可以耦合到和/或以其他方式與系統(tǒng)100的各種部件中的任何部件或所有部件通信和/或?qū)ζ溥M(jìn)行控制。控制器112還可以適于從圖像捕獲裝置102接收?qǐng)D像數(shù)據(jù)并且分析該數(shù)據(jù)以確定容器106中的液體/樣本液面并且將樣本 104的高度轉(zhuǎn)換為樣本104的體積，如下文進(jìn)一步描述的那樣?？刂破?12可以包括微計(jì)算機(jī)、微處理器、邏輯電路、計(jì)算機(jī)、硬件和軟件的任何組合等?？刂破?12可以包括各種通信機(jī)構(gòu)，包括輸入/輸出端口、鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器、網(wǎng)絡(luò)適配器等。在一些實(shí)施例中，控制器 112可以操作用于執(zhí)行程序指令以執(zhí)行這里描述的本發(fā)明的方法。轉(zhuǎn)到圖2A，提供了示出本發(fā)明的示例方法200的流程圖。如上文所述，樣本104 可以包含在容器106中。在步驟S102中，圖像捕獲裝置102捕獲樣本104的圖像(圖2B)。 圖像捕獲裝置102捕獲的圖像可以被表示為指示不同光強(qiáng)度的二維陣列(圖2C)。在步驟 S104中，圖像可以被剪切并且?guī)缀涡螤羁梢员徽{(diào)整以從圖像提取關(guān)注區(qū)域(圖2D)。如上文指示的，由于經(jīng)剪切的圖像可能是足夠的，因此幾何形狀的調(diào)整可以是可選的。在其中經(jīng)剪切的圖像可能不足的情況中，可以調(diào)整幾何形狀，使得圖像中的水平信息可以被忽視，并且可以在單個(gè)維度中分析圖像。所關(guān)注的單個(gè)維度可以是垂直維度或軸，其包含關(guān)于容器106 中的樣本104的高度或液面的信息。垂直或水平維度中的來自圖像的信息可以被稱為“信號(hào)”。在一些實(shí)施例中，可以分析水平軸。如果被表示為強(qiáng)度的二維陣列的圖像(圖2C)以某種其他方式相對(duì)實(shí)際的物理水平/垂直對(duì)準(zhǔn)偏斜或偏離，則垂直維度中的關(guān)注信號(hào)可能衰減和/或與來自水平軸的信號(hào)混合。在該情況中，可能需要對(duì)陣列應(yīng)用偏斜和/或偏離校正以補(bǔ)償任何可觀測(cè)到的或者已知的失真。例如，可以跨越大的水平長(zhǎng)度并且可以在圖像中呈現(xiàn)偏斜的具有高對(duì)比度的兩個(gè)主要的視覺特征可以是容器106的底部和空氣/樣本界面110。在步驟S106中，可以在垂直維度中使用例如差分濾波器對(duì)關(guān)注區(qū)域進(jìn)行濾波， 以強(qiáng)調(diào)或檢測(cè)空氣-樣本界面和容器的底部(圖2E)?？梢允褂萌魏芜m當(dāng)?shù)牟罘只蚋咄V波器等。例如，可以使用有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器、Butterworth濾波器、Chebyshev 濾波器、Bessel濾波器和/或橢圓濾波器。如本領(lǐng)域中公知的，數(shù)字濾波器(例如，F(xiàn)IR、 Butterworth, Chebyshev, Bessel和橢圓)可以實(shí)現(xiàn)許多濾波效果，其可以被表述為數(shù)學(xué)函數(shù)或算法。在步驟S108中，經(jīng)濾波的關(guān)注區(qū)域可以水平塌縮為垂直一維差分陣列，諸如，例如圖2F中示出的圖中的線1(L1)。應(yīng)當(dāng)注意，應(yīng)用差分濾波器導(dǎo)致了具有正的和負(fù)的峰值二者的陣列。在這里示出的圖中(圖2F)，使用差分一維陣列的絕對(duì)值，使得所有峰值是正的。然而，在其他實(shí)施例中，可以通過負(fù)的峰值來分析差分一維陣列。如上文指示的，在一些實(shí)施例中，二維陣列可以在應(yīng)用差分濾波器之前塌縮為一維陣列。差分一維陣列的每個(gè)元素可以是源(二維)陣列的所有線元素的歸一化和(或平均值)。該圖可以指示各種光強(qiáng)度的垂直差分值，其中“頂部”和“底部”指示容器104的頂部和底部。然而，Ll (源一維差分陣列，其還被稱為信號(hào))可能包括不可避免的噪聲/干擾/ 微特征，其可能存在于任何系統(tǒng)中，并且可能使界面的檢測(cè)更加困難。因此，為了校正噪聲， 在步驟SllO中，可以例如，通過使Ll乘以閾值的結(jié)果(例如，比較函數(shù))來掩蔽Li。閾值可以是源一維差分陣列的移動(dòng)平均值(running average) (L2)(虛線)與常數(shù)(L3)(淺點(diǎn)/ 虛線)的和。當(dāng)Ll乘以閾值的結(jié)果時(shí)，得到的信號(hào)是掩蔽的或者是清潔的信號(hào)(L4)(深色點(diǎn)/虛線)。在步驟S112中，基于得到的信號(hào)確定容器中的樣本液面。例如，可以基于峰值高度搜索得到的信號(hào)或(L4)以尋找局部峰值?？刂破?12可以包括例如，用于處理這些峰值的算法。該算法可以具有用于確定局部峰值的簡(jiǎn)單的規(guī)則或邏輯。例如，對(duì)于圖2F中示出的圖，最接近底部的峰值可以是容器的底部，并且從底部起的第二峰值可以是第一空氣/ 樣本界面110。另外的峰值可以表示樣本表面上的物體(例如，氣泡或灰塵)。例如，在圖2F 中示出的圖中，距底部峰值最遠(yuǎn)的峰值可以是泡沫或者樣本中可能存在的其他外來物體的頂部。空氣/樣本界面110指示容器106中的樣本104的高度或液面。通過確定空氣/樣本界面110，假設(shè)容器106具有已知的尺寸，算法可以根據(jù)樣本104在容器106中的高度來計(jì)算容器106中的樣本104的體積。當(dāng)樣本和周圍空氣是均勻的并且空氣/樣本界面被良好限定時(shí)，該方法200可以是優(yōu)選的。轉(zhuǎn)到圖3，提供了流程圖，其示出了用于使用峰值頻率確定容器中的樣本液面的示例方法300。當(dāng)樣本包含可能呈現(xiàn)為假的空氣/樣本界面的物體時(shí)，該方法300可以是優(yōu)選的。該假的空氣/樣本界面可能是例如泡沫、外來物質(zhì)和/或氣泡(失真特征)或者任何其他物質(zhì)的結(jié)果。例如，如果失真特征的尺寸接近容器104的整個(gè)寬度，并且失真特征的對(duì)
8比度與主空氣/樣本界面110的對(duì)比度相當(dāng)，則樣本液面的可靠檢測(cè)可能是成問題的。因此，為了考慮這些失真特征，上文參照?qǐng)D2A描述的方法200可以在這里參照?qǐng)D3描述的方法300中延伸到另外的統(tǒng)計(jì)域。在圖3的方法300中描述的另外的統(tǒng)計(jì)域中，對(duì)比于如上文在方法200和圖2A中描述的基于峰值高度的峰值選擇，峰值選擇基于每個(gè)垂直單元峰值出現(xiàn)的頻率(如下文所述)。因此，步驟S202至S206與上文參照?qǐng)D2A中的步驟S102至S106描述的步驟相同。換言之，在步驟S202中，圖像捕獲裝置102捕獲樣本104的圖像。隨后在步驟S204中，圖像可以被剪切并且?guī)缀涡螤羁梢员徽{(diào)整(必要時(shí))以從圖像提取關(guān)注區(qū)域。在步驟S206中，可以將差分濾波器應(yīng)用于關(guān)注區(qū)域。隨后在步驟S208中，差分二維陣列可以被劃分或分割為“η”個(gè)較窄的垂直陣列。如上文參照?qǐng)D2Α描述的方法200中的那樣，在步驟S210中，“η”個(gè)差分二維陣列中的每一個(gè)可以水平塌縮為“η”個(gè)一維差分陣列。亦如上文所述，在一些實(shí)施例中，“η”個(gè)二維陣列可以在應(yīng)用差分濾波器之前塌縮為 “η”個(gè)一維陣列。差分一維陣列的每個(gè)元素可以是經(jīng)分割的源(二維)陣列的所有線元素的歸一化和(或平均值)。如上文所述，差分一維陣列可能包括噪聲。如方法200中的那樣，在步驟S212中可以通過使差分一維陣列乘以閾值的結(jié)果，經(jīng)由掩模來校正噪聲。在步驟S214 中，控制器112可以使用算法分別地分析得到的“η”個(gè)掩蔽差分一維陣列中的每一個(gè)以確定峰值的存在。在步驟S216中，得到的峰值可以被組合并且計(jì)數(shù)(按照垂直單元)以形成直方圖。 隨后在步驟S218中，可以將低通濾波器和另外的掩模應(yīng)用到直方圖以校正任何噪聲。在步驟S220中可以分析得到的直方圖以確定空氣/樣本界面110。例如，在排除容器104的底部之后，相同垂直位置中的兩個(gè)或更多個(gè)峰值(部分取決于數(shù)目“η”)可以指示主界面，其可能是空氣/樣本界面110、泡沫/樣本界面或者泡沫/空氣界面?？諝?樣本界面110指示容器106中的樣本104的高度或液面。如上文參照方法200和圖2Α描述的，通過確定空氣 /樣本界面110，假設(shè)容器106具有已知的尺寸，算法可以根據(jù)樣本104在容器106中的高度來計(jì)算容器106中的樣本104的體積。轉(zhuǎn)到圖4，提供了流程圖，其圖示了用于確定樣本104的表面上的泡沫的存在和量的示例性方法400。用于檢測(cè)泡沫的存在和量的方法400利用上文參照?qǐng)D3描述的峰值頻率方法300。換言之，這里包括步驟S102 (捕獲圖像)至S106以及步驟S208至S218 (形成直方圖)作為方法400的第一部分。隨后，在步驟S302中，控制器112可以使用算法檢查從空氣/樣本界面110朝向容器的頂部和底部二者的點(diǎn)得到的直方圖以檢測(cè)大于特定值的尖峰/峰值的連續(xù)集中的范圍/跨度。該特定值可以基于例如，預(yù)期泡沫尺寸、數(shù)目“η”以及低通濾波器到直方圖的應(yīng)用。如果發(fā)現(xiàn)該范圍，則在步驟S304中可以將其報(bào)告為泡沫。峰值連續(xù)集中的范圍/ 跨度可以指示泡沫的寬度。在一些情況中，泡沫可以跨越容器的水平寬度。由于在這些情況中泡沫的高度可能變化，因此泡沫的體積也可能變化。在一些實(shí)施例中，當(dāng)其可能包含很大的樣本量時(shí)，可以計(jì)算泡沫的體積。在一些情況中，諸如外來物體和氣泡之類的較小的物體可以例如，沿容器的水平寬度的小部分跨越，并且因此可能未被分類為泡沫。前面的描述僅公開了本發(fā)明的示例性實(shí)施例。落于本發(fā)明的范圍內(nèi)的以上公開的裝置和方法的修改對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將是容易地明顯的。
因此，盡管結(jié)合本發(fā)明的示例性實(shí)施例公開了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解，其他實(shí)施例可以落在如所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于確定樣本液面的方法，包括捕獲容納在容器中的樣本的圖像，其中所述圖像被表示為光強(qiáng)度的二維陣列； 從所述圖像中提取關(guān)注區(qū)域； 對(duì)所述關(guān)注區(qū)域應(yīng)用濾波器； 使經(jīng)濾波的區(qū)域塌縮為一維陣列； 掩蔽所述一維陣列；以及基于經(jīng)掩蔽的一維陣列確定所述容器中的樣本液面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中對(duì)所述關(guān)注區(qū)域進(jìn)行濾波強(qiáng)調(diào)樣本中的空氣-樣本界面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述濾波器是差分濾波器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中掩蔽所述一維陣列考慮樣本中的噪聲，并且其中噪聲可以包括樣本表面上的泡沫或灰塵和樣本中的湍流中的至少一個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中從所述圖像提取所述關(guān)注區(qū)域進(jìn)一步包括 剪切所述圖像。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中從所述圖像提取所述關(guān)注區(qū)域進(jìn)一步包括 調(diào)整所述圖像的幾何形狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中掩蔽所述一維陣列進(jìn)一步包括應(yīng)用閾值作為掩模，其中所述閾值包括所述一維陣列加上針對(duì)所述一維陣列的常數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中確定所述容器中的樣本液面進(jìn)一步包括 搜索經(jīng)掩蔽的信號(hào)以尋找局部峰值。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中確定所述容器中的樣本液面進(jìn)一步包括 確定所述容器的底部和樣本-空氣界面。
10.一種用于確定樣本液面的系統(tǒng)，包括圖像捕獲裝置，適于捕獲容器中的樣本的圖像，其中所述圖像被表示為光強(qiáng)度的二維陣列；以及控制器，耦合到所述圖像捕獲裝置，其中所述控制器適于從所述圖像中提取關(guān)注區(qū)域， 對(duì)所述關(guān)注區(qū)域應(yīng)用濾波器，使經(jīng)濾波的關(guān)注區(qū)域塌縮為一維陣列，對(duì)所述一維陣列應(yīng)用掩模，以及基于經(jīng)掩蔽的一維陣列確定所述容器中的樣本液面。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述濾波器是差分濾波器。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)圖像捕獲裝置，其適于捕獲一個(gè)或多個(gè)容器中的樣本圖像。
13.一種用于確定樣本液面的方法，包括捕獲容納在容器中的樣本的圖像，其中所述圖像被表示為光強(qiáng)度的二維陣列；從所述圖像中提取關(guān)注區(qū)域；對(duì)所述關(guān)注區(qū)域應(yīng)用濾波器；將所述圖像劃分為不止一個(gè)較窄的垂直陣列；針對(duì)峰值分析每個(gè)垂直陣列；按照垂直單元對(duì)從分析得到的峰值進(jìn)行計(jì)數(shù)和組合；根據(jù)組合峰值形成直方圖；針對(duì)峰值集中分析所述直方圖；以及基于分析確定所述容器中的樣本液面。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中確定所述容器中的樣本液面進(jìn)一步包括 確定所述容器的底部和樣本-空氣界面。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中從所述圖像提取所述關(guān)注區(qū)域進(jìn)一步包括 調(diào)整所述圖像的幾何形狀。
16.一種用于確定樣本表面上的泡沫的存在和量的方法，包括捕獲容納在容器中的樣本的圖像，其中所述圖像被表示為光強(qiáng)度的二維陣列； 從所述圖像中提取關(guān)注區(qū)域； 對(duì)所述關(guān)注區(qū)域應(yīng)用濾波器； 使經(jīng)濾波的關(guān)注區(qū)域塌縮為一維陣列； 掩蔽所述一維陣列；基于經(jīng)掩蔽的一維陣列確定樣本和周圍空氣的界面；以及在移動(dòng)離開所述界面的至少一個(gè)方向上檢測(cè)所述一維陣列中的峰值連續(xù)集中的范圍， 并且其中所述連續(xù)集中是泡沫。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述峰值連續(xù)集中大于或等于特定值。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，進(jìn)一步包括基于峰值連續(xù)集中的范圍的寬度和泡沫的高度確定泡沫的量。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述峰值連續(xù)集中被間隔開了距離，并且所述距離小于或等于預(yù)設(shè)數(shù)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述預(yù)設(shè)數(shù)由氣泡的最大尺寸限定。
全文摘要
提供了用于確定樣本液面的方法、系統(tǒng)和裝置。捕獲容納在容器中的樣本的圖像，其中圖像被表示為光強(qiáng)度的二維陣列。從圖像中提取關(guān)注區(qū)域。對(duì)關(guān)注區(qū)域應(yīng)用濾波器。使經(jīng)濾波的區(qū)域塌縮為一維陣列。掩蔽一維陣列。基于經(jīng)掩蔽的一維陣列確定容器中的樣本液面。提供了許多其他方面。
文檔編號(hào)G01F17/00GK102171541SQ200980138895
公開日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2009年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月6日
發(fā)明者V·普龍金 申請(qǐng)人:西門子醫(yī)療保健診斷公司