книги из ГПНТБ / Полоник В.С. Телевизионные автоматические устройства

ляют к тому же одновременно находить распределение частиц по ■размерам и осуществлять визуальный контроль препарата.

Юоновная трудность при соз/даипии ТА ізаікліочается в том, что частицы распределены по случайному закону и обладают самой

.различной формой іи размерами. Кроме того, отдельные частицы могут находиться па краю анализируемого поля и не полностью попадать под контроль, частично перекрывать друг друга или да­ же совмещаться. Хотя в некоторых случаях удается так подоб­ рать плотность заселения образца частицами и размер сканирую­ щейапертуры,- что ошибки от краевого эффекта и совпадения частиц взаимно компенсируются [172], все же возникающие труд­ ности точного счета весьма велики и часто требуют применения достаточно сложной техники.

Классификация известных сейчас способов автоматического счета объектов приведена на рис. 6.1. Все способы счета делить­ ся на две большие группы ■— статистические способы и способы индивидуальной оценки.

Рис. 6.1. Классификация способов автоматического счета объектов

ТА первой пруппы позволяют подсчитывать объекты примерно круглой или эллипсообразной формы, отличающиеся друг от дру­ га по размерам в небольшой степени. Счет производится путем логической обработки суммы всех импульсов, возникающих при пересечении лучом изображения объектов. Точность счета такими устройствами находи воя в лредеЛаіх 10ч-20%. Значительно более сложными, но и более перспективными являются ТА, позволяю­ щие производить индивидуальную оценку каждого объекта; они могут обеспечить точность счета не хуже Зч-5%, причем неікото-

— 160 —

10 мм и шагом смещения диафрагмы 0,1 мм. Ширина щели равна 0,15 .мм. Длина щели нериодичеоки изменяется іс помощью заслон­ ки, соедіиінѳнноп с якорем электромашитіного реле, 'синхронно юо сканированием объекта во время прямого и обратнаго хода. С по­ мощью такого ТА удается за 2 мин сосчитать около 5000 эритроци­ тов с точностью около ±5%.

Вторым примером счетчика на базе статистического метода рассмотрим сангвинометр [167]. Сангвинометр позволяет произво­ дить подсчет микрочастиц примерно круглой формы и одинаково­ го диаметра, а также определять средний Диаметр частиц. Разра­ ботан он был для подсчета числа эритроцитов ів крови.

Для определения числа частиц подсчитывается полное число пересечений всех частиц сканирующим лучом, которое делят на среднее число пересечений, приходящихся на одну чистицу и опре­ деляемое заранее. Для этого в измерителе числа пересечений из полученных импульсов формируются новые импульсы равной амплитуды и длительности, которые затем проходят через интег­ рирующую цепочку, разряжаемую через измерительный прибор в конце каждого кадра. Измерительный прибор проградуирован не­ посредственно на число частиц.

Для определения среднего диаметра частиц производится ^сравнение длительности видеоимпульсов от пересечения частиц с величиной временной задержки, специально создаваемой при по­ мощи регулируемой линии задержки. Сравнение осуществляется путем одновременной подачи на логическую схему И импульсов от піродіифферанціированното фронта видеосигнала, (прошедшего за­ держку, .и от прод'гіфферѳнціироіваініното среза без задержки. В .слу­ чае совпадения этих .импульсов іво времени схема отпирается, и возникающий ток .индицируется с помощью индикатора (настрой­ ки, 'Омонтировэнного на передней панели прибора. Так как регу­ лировка линии задержки '.механически связана с шунтом прибора, то измеритель .можно (Перестроить практически на любой средний диаметр частиц, руководствуясь показаниями индикатора.

В сангвинометре в качестве ТД используется малогабаритная телевизионная камера, сочлененная с микроскопом п работающая в режиме разложения на 300 строк. Для уменьшения шумов от фона работа системы производится ів темном поле.

Испытания показали, что при счете частиц в количествах от 75 до 300, имеющих отношение наибольшего диаметра к наимень­ шему не более двух, ошибка счетчика составляет примерно 15%.

При некоторых изменениях порядка подсчета импульсов мож­ но получить ТА, позволяющий, кроме счета импульсов, получать дифференциальный и интегральный законы распределения частиц по размерам [139]. Для этого в начале счета селектируются и по­ даются на выход только импульсы наибольшей длительности, со­ ответствующие наибольшему среднему размеру частиц, а затем для подсчета числа меньших частиц начинают селектироваться соответствующие импульсы меньшей длительности. Анализирую­

— 162 —

щее устройство работает в соответствии с законом /Ѵ;= я;—2 Sn.K,

счете частиц і-й размерной градации; Лпк — сумма числа частиц с размерными градациями в пределах от 0 до і—1.

Постепенно переходя от больших размерных градаций к мень­ шим, можно постоить любые кривые распределения частиц по размерам.

6.3. СПОСОБЫ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ о ц е н к и

іВ отличие от способов парной группы, способы индивидуаль­ ной оценки, как уже отмечалось, основаны на использовании в анализирующей части автомата информации не о всех пересече­ ниях данного объекта, а только о некоторых, специально выбран­ ных. Обычно сопоставляются сигналы в двух смежных строках, причем в том случае, когда полярности сигналов в обеих строках совпадают, выходной импульс не выдается.

На рис. 6.3 приведены различные случаи пересечения объекта лучом в двух соседних строках. В положении I оба луча проходят по белому фону и импульс, следовательно, отсутствует. В положе­

чиком не учитывается.

Существенными при этом являются критерии, на основании ко-^ торых сопоставленные сигналы относятся к одному или к разным объектам. В настоящее время предложено два таких критерия

123, 69].

Согласно критерию допуска на сдвиг во времени два сигнала смежных строк считаются относящимися к одному и тому же объекту, если временной сдвиг фронтов этих юигналов отличается от периода строчной развертки не более чем па величину задан­ ного допуска. Рассматриваемый критерий имеет существенный не­ достаток, заключающийся в том, что при счете объектов с полаги-

ли краями, ориентированными вдоль направления строк, прихо­ дится задавать большой допуск; это обстоятельство может при­ вести к ошибочному отнесению импульсов от разных близко рас­ положенных объектов к одному объекту.

смежных строк считаются принадлежащими к одному и тому же объекту, если имеется полное или частичное совпадение обоих им­ пульсов іво времени.

Для осуществления критерия перекрытия необходимо одновре­

тельно друга на одну строку разложения. Лучи поляризуются во взаимно перпендикулярных плоскостях и после развертки испытуе­ мого образца проходят на фотоумножители, прикрытые поляроидными фильтрами. Благодаря этому каждый из световых лучей по­ падает на .фотоумножитель, связанный всегда с данным лучом. Сиг­ налы от фотоумножителей усиливаются и подаются на схему анти­ совпадений, которая выдает счетный импульс только тогда, когда лучи проходят по участкам поверхности с различной отражательной

— 164 —

способностью. Для видуального контроля изображения с одного из фотоумножителей снимается видеосигнал, подаваемый на ВПУ

[179].

В другом ТА для получения одновременно действующих сигна­ лов соседних строк используется так называемая вобуляция — быстрое колебание сканирующего луча поперек строк с последу­ ющим распределением сигналов по ідівуім раздельным каналам [1143]. Принципиальная схема такого устройства приведена на рис. 6.5. Видеосигнал подается на управляющие сетки ламп; одновре­ менно на сетки этих ламп подается напряжение с частотой, пре­ вышающей частоту видеосигнала не менее чем в два раза. В слу­ чае совпадения по фазе напряжения на обеих сетках ламп в их анодных цепях возникают униполярные импульсы, модулирован­ ные по амплитуде видеосигналом каждой строки. С выходов

Рис. 6.5. Принципиаль­ ная схема устройства для получения сигналов от двух смежных строк ігетодом вобуляции

фильтров нижних частот каждого канала снимаются напряжения огибающих в виде импульсов, соответствующих сигналам в двух смежных строках, которые используются согласно уже приведен­ ному принципу.

В описанных ТА возникают дополнительные ошибки по причи­ не неполной идентичности путей, проходимых лучом по каждой из соседних строк, что может привести к двоению счета или пропуску частиц.

Опооо'б іс задержкой оипнаша на длительность одной .строки свободен от указанного недостатка. Структурная схема такого прибора приведена на рис. 6.6. Световой луч от -одной -строки растра трубки бегущего луча после фокусировки объективом про­ ходит через микрообразец и попадает на фотоэлектронный умно­ житель. Полученный видеосигнал усиливается и поступает на ультразвуковую линию задержки (задержка равна времени пе­ риода строки), а также непосредственно в схему совпадений. Сю­ да же поступает и видеосигнал от предыдущей строки, уже про­ шедший линию задержки. Сам процесс счета соответствует про­ цессу, рассмотренному выше, т. е. счетный импульс выдается толь­ ко при отсутствии совпадающих сигналов.

— 165 —

__RjarT(«miep ирацд-ів_СССР начинают выпускать счетчики мик_рочастиц типа СЧ-1. которые позволяют точно подсчитывать частицы независимо от их размера и формы. Кроме того, счетчик поз--' воляет дополнительно подсчитывать число частиц, имеющих раз­ мер вдоль строк больше заданного.

Рассматриваемый ТА базируется на том, что если одновремен­ но производить подсчет числа пересечений п,- іакапирующиім лучом изображения микрочастиц .и числа совпадений пс однотонных («черных» или «белых») сигналов от двух смежных строк, то чис­ ло частиц ,N в поле наблюдения может быть достаточно точно оп­ ределено при условии, что анализирующее устройство будет ра­ ботать по следующему закону [68, 69]:

В качестве примера рассмотрим процесс счета на двух части­ цах резко различной формы (рис. 6.7). В левых столбцах приве­ дены числа пересечений изображения частиц і, а ів правых — чис­ ла совпадений однотонных сигналов от двух смежных строк с. Как следует из подсчетов, разность і—с в обоих случаях равна едини­ це. Очевидно, что если в поле наблюдения находится N частиц, то и указанная разность будет равна ,N.

— 166 —

Развернутая блок-схема СЧ-1 приведена на рис. 6.8. В качест­ ве ТД здесь используется серийная прикладная телевизионная установка ПТУ-2М, состоящая из камеры, блока канала и видео-

контрольного устройства.

Видеосигнал, снимаемый через блок канала с камеры, спарен­ ной с міикросшпам МБИ-1, поступает на блок выделения полез-

Рнс. 6.7. К методу счета частиц разной формы в счетчике ти­ па СЧ-1

«ото оипнала, в котором іпрснзводіитш [выделение оминала 'Средней части растра (где сигнал достаточно равномерен и фон незначите­ лен) о помощью замешивания .в сигнал широких гасящих сигналов (см. § 2.4) с длительностью 20-э-ЗО імкс по строкам и 100—150 периодов 'Строк по кадрам. Со схемы замешивания стробированный 'видеосигнал поступает на схему 1 формирования видеоимпульсов, где последние квантуются на два уровня. При этом длительности видеоимпульсов сохраняются.

Со схемы формирования 1 квантованный сигнал подается в блок разбраковки по размерам, который пропускает только те импульсы, длительность которых (соответствующая размерам час­ тиц) больше установленной в данный момент размерной градации (ом. §4.3). Эти импульсы дальше поступают на схему 2 формиро­ вания видеоимпульсов, в которой производится формирование крутизны фронтов в 0,1 мкс и амплитуды импульсов 40В.

Со схемы 2 видеоимпульсы, представляющие собой последо­ вательность импульсов пересечения і, подводятся- к схеме совпа­ дений, на вход I канал счетного блока, а также на модулятор бло­ ка задержки. Модулятор преобразует высокочастотные колебания генератора частотой 10,5 МГц ів 'радиосигнал с амплитудной моду­ ляцией видеоимпульсами. Этот радиосигнал подается на ультра­ звуковую линию задержки, на выходе которой радиосигнал ока­ зывается задержанным на период строки (64±,1 мкс). После уси­ ления полосовым усилителем с полосой пропускания 1,8 МГц за­ держанный радиосигнал поступает к детектору, где происходит выделение задержанных видеоимпульсов.

Задержанные видеоимпульсы подаются на схему 3 формирова­ ния видеоимпульсов, где снова формируется необходимая их ам-

— 167 —

Г

Рис. 6.8. Развернутая структурная схема счетчика СЧ-1

— 168 —

ющие сериям і и с на рис. 6.7, разность которых необходимо под­ считать.

кадров возвращает триггер 12 в исходное состояние, в результате чего запускается триггер 15. Следующим тактовым импульсом трингер 15 /возвращается в исходное состояние. Таким образом, триггер 15 выдает один /7-имлульс длительностью в один кадр за интервал времени, равный периоду повторения командного им­ пульса.

Выделенный /7-импульс одного полукадра подается одновре­ менно на два каскада схемы И (/ и 5), на которые поступают се­ рии видеоимпульсов і и с, и за время своего действия пропуска­ ет через схемы И іимпіулыс этих серий к следующим каюкадаім каналов, которые идентичны.

Через схемы ИЛИ (2 и 6) импульсы серий подаются на триг­ геры Шмитта и после формирования поступают на соответствую­ щие блоки двоичного пересчета (3 и 7), каждый из которых вклю­ чает в себя по 14 двоичных ячеек. Емкость блоков двоичного пе­ ресчета заполняется на величину, равную количеству импульсов в соответствующих сериях. Следующим вторым кадром, выделен­ ным с помощью триггера 16, запускается триггер 13, который, в свою очередь, выключает генератор 9 импульсов дополнения а. Импульсы от этого генератора поступают через схемы ИЛИ (2 и 6) на оба блока пересчета (3 и 7). Тот блок, на который поступи­ ла большая по числу импульсов серия, полностью заполнится им­ пульсами дополнения а раньше, чем блок, на который поступила меньшая серия, и выдаст импульс на вход схемы ИЛИ 11. Этот импульс, пройдя схему 11, возвратит в исходное состояние триггер 13, что приведет к выключению генератора 9 дополнения импуль­ сов а II запустит триггер 14, который включит генератор 10 допол­ нения импульсов в. Импульсы, этого генератора поступят через схемы 2 и 6 на блоки 3 и 7, при этом тот блок, который остался ранее .незаполненным, полностью /заполнится и выдает импульс^ на схему 11. С выхода схемы 11 этот импульс возвратит триггер 14 в исходное состояние, благодаря чему генератор 10 выклю­ чится. Импульсы дополнения в одновременно с тем, как они про­ ступали .на блоки двоичного пересчета, наступают на счетчик им­ пульсов 4. Счетчик будет фиксировать число иіміпульоов в этом дополнении, так как показания его будут соответствовать раз­ ности числа иіміпульсоів ів двух сериях і и с. Эта разность фиксиру­ ется индикаторам на цифровом табло и соотв'ествует количеству частиц в поле зрения микроскопа.

При желании получить суммарную площадь всех частиц не­ обходимо подвести видеоимпульсы со схемы формирования 1 к схеме измерения площадей (рис. 6.8, пунктир), которая может быть выполнена, как сказано в разд. 4.3.