專利名稱：金標(biāo)斑點(diǎn)定量檢測(cè)光學(xué)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種定量檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種金標(biāo)斑點(diǎn)定量檢測(cè)光 學(xué)裝置。
背景技術(shù)：
眾所周知，試紙檢測(cè)是一種快速、便攜、簡(jiǎn)單易行的檢測(cè)方法，它已經(jīng)被廣 泛應(yīng)用于生物、化學(xué)以及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域?；诓煌娘@色反應(yīng)原理，試紙與待測(cè)試 劑反應(yīng)之后顯示的顏色深淺與待測(cè)試劑濃度存在單調(diào)但非線性的關(guān)系。因此測(cè)試 結(jié)果不能單純依靠觀察者的經(jīng)驗(yàn)來判別，而是要配套專業(yè)的定量檢測(cè)儀器進(jìn)行測(cè)
量，以此得到真實(shí)可信的計(jì)算結(jié)果。在現(xiàn)有技術(shù)中，基于膠體金技術(shù)的金標(biāo)斑點(diǎn) 定量檢測(cè)儀為人體絨毛膜促性腺激素(Human chorionic gonadotropin hCG)提 供了完善可靠的檢測(cè)方案。
膠體金技術(shù)確定了 hCG濃度與試紙顯色反應(yīng)的顯色程度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。金 標(biāo)斑點(diǎn)法檢測(cè)裝置通過對(duì)試紙圖像中的亮度信息進(jìn)行分析，并根據(jù)上述對(duì)應(yīng)關(guān)系， 推測(cè)得到待測(cè)試劑的濃度。該儀器的主要結(jié)構(gòu)包括光學(xué)裝置、數(shù)據(jù)處理裝置和結(jié) 果顯示裝置。其中光學(xué)裝置是保證試紙圖像質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，它由圖像采集傳感 器、光源(PWM控制光強(qiáng))和避光黑盒組成。數(shù)據(jù)處理裝置采用數(shù)字信號(hào)處理器 (Digital Signal Processor DSP)，它可以高速精確的處理大量數(shù)字信息，可以 大大提高系統(tǒng)性能。
脈寬調(diào)制(P麗)是利用微處理器的數(shù)字化輸出信號(hào)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的有 效手段，它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于測(cè)量、通訊、醫(yī)療、生物技術(shù)和實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)研究等領(lǐng) 域中的方方面面。通過編程控制波形中的占空比，DSP可以輸出不同功率的P麗 信號(hào)使外部電路產(chǎn)生期望的動(dòng)作，例如電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)以及光源調(diào)整。在上述的定量檢 測(cè)裝置中，我們可以通過軟件對(duì)DSP進(jìn)行編程，輸出自定義的P麗波型，實(shí)現(xiàn)光 學(xué)裝置中的光強(qiáng)實(shí)時(shí)控制，從而得到?jīng)Q定于待測(cè)試劑濃度的光學(xué)檢測(cè)環(huán)境。
經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利名稱智能型生物傳感器裝置，專利號(hào)200420057304.3，該實(shí)用新型通過檢測(cè)待測(cè)試紙和系統(tǒng)自身信號(hào)結(jié)合后 產(chǎn)生的結(jié)果，是否落入設(shè)定的參數(shù)范圍內(nèi)，來判斷試劑信息。如果更改參數(shù)值的 轉(zhuǎn)換系數(shù)，系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同分析物的檢測(cè)，例如尿液、膽固醇、血糖或者 pH值。雖然該發(fā)明使用范圍廣，但并不能有效確定待測(cè)試劑的濃度，并且當(dāng)試劑 濃度過低或者過高時(shí)，也不能達(dá)到良好的檢測(cè)效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種金標(biāo)斑點(diǎn)定量檢測(cè)光學(xué)裝 置，利用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)對(duì)光源強(qiáng)度進(jìn)行基于脈寬調(diào)制(PWM)原理的控 制，為試紙圖像釆集提供穩(wěn)定、清晰、弱反光和弱陰影的環(huán)境，從而改善圖像質(zhì)量。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明包括圖像采集傳感器、光源和避光黑盒，圖像采集傳感器和光源被
固定在避光黑盒盒頂?shù)膬?nèi)側(cè)面，圖像采集傳感器與控制桿連接，控制桿頂部穿過 避光黑盒頂部與數(shù)字信號(hào)處理器連接，數(shù)字信號(hào)處理器輸出端與光源連接，避光 黑盒底部設(shè)置抽屜，抽屜的中心位置正對(duì)圖像采集傳感器。在穩(wěn)定的環(huán)境中，傳
感器采集試紙圖像并傳入數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)進(jìn)行處理，然后判斷處理結(jié)果從 而控制脈寬調(diào)制波(P麗)的波形輸出，最終實(shí)現(xiàn)光源強(qiáng)度的調(diào)節(jié)。
所述避光黑盒外部涂有涂層，以遮蔽外界光線，避免外部環(huán)境的變換影響到 試紙圖像采集的過程。
所述光源為均勻分布的綠光散光發(fā)光二極管，綠光散光發(fā)光二極管下設(shè)置遮 光板，所述綠光散光發(fā)光二極管的數(shù)量為12。在避光黑盒中為圖像采集提供光源， 其光強(qiáng)調(diào)節(jié)則通過利用數(shù)字信號(hào)處理器輸出P麗控制綠光散光發(fā)光二極管的外部 電壓實(shí)現(xiàn)；采用綠光散光發(fā)光二極管作為光源照射試紙，這樣可以加強(qiáng)試紙圖像 上顯色斑點(diǎn)和未反應(yīng)區(qū)域的對(duì)比度，從而提高系統(tǒng)的分辨率。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下的有益效果-
首先，P麗調(diào)控技術(shù)的引入，實(shí)現(xiàn)了光源強(qiáng)度的實(shí)時(shí)控制以及與試紙顯色程度 相關(guān)的隨動(dòng)控制，這一改進(jìn)不但提高了系統(tǒng)靈活性，更加強(qiáng)了系統(tǒng)準(zhǔn)確性；
其次，均勻分布的綠光散光發(fā)光二極管和遮光板的結(jié)合，為裝置提供了穩(wěn)定、 弱閃爍的光源，它不但削弱了電壓頻率、位置移動(dòng)以及溫度變化對(duì)系統(tǒng)的影響， 并且基本消除單個(gè)綠光散光發(fā)光二極管作為光源時(shí)無法消除的圖像陰影和反光，進(jìn)一步提高試紙圖像的質(zhì)量；
再次，由于本裝置的應(yīng)用場(chǎng)景限定于hCG的膠體金技術(shù)檢測(cè)，試紙反應(yīng)之后 顯示為紅色，我們采用綠色散光發(fā)光二極管作為光源進(jìn)行照射時(shí)，可以加強(qiáng)圖像 顏色信息的對(duì)比度，從而增強(qiáng)系統(tǒng)分辨率。


圖l為本裝置說明圖2為本裝置實(shí)施例的工作框圖。
具體實(shí)施方法
下面結(jié)合附圖對(duì)本裝置的實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本裝置技術(shù)方案
為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方法和具體的操作過程，但本裝置的保護(hù)
范圍不限于下述的實(shí)施例。
如圖1所示，本實(shí)施例包括圖像采集傳感器3、光源和避光黑盒6，圖像采集
傳感器3和光源被固定在避光黑盒6盒頂?shù)膬?nèi)側(cè)面，圖像采集傳感器3與控制桿
連接，控制桿頂部穿過避光黑盒6頂部與數(shù)字信號(hào)處理器7連接，數(shù)字信號(hào)處理
器7輸出端與光源連接，避光黑盒6底部設(shè)置抽屜2，抽屜2的中心位置正對(duì)圖
像采集傳感器3。待測(cè)試紙1放置在抽屜2的中心位置，此位置正對(duì)圖像采集傳
感器3。圖像采集傳感器3的高度可以由與之相連的控制桿調(diào)節(jié)，該控制桿保證
了傳感器對(duì)試紙的水平拍攝，并且可以方便的調(diào)節(jié)傳感器與試紙之間的距離。所
述光源為均勻分布的綠光散光發(fā)光二極管5，綠光散光發(fā)光二極管5下設(shè)置遮光
板4，所述綠光散光發(fā)光二極管的數(shù)量為12。當(dāng)綠光散光發(fā)光二極管5外加P麗
波形之后發(fā)光，原本強(qiáng)烈的多束光線將被遮光板4過濾為柔和平行的光源。與單
個(gè)綠光散光發(fā)光二極管5照射的點(diǎn)光源相比，該光源可以有效減少圖像的陰影和
反光，并且削弱電壓頻率、位置移動(dòng)和外界溫度對(duì)光源的影響。上述所有元件，
都放置在避光黑盒6中。所述避光黑盒6外部涂有黑色啞光漆涂層，黑盒6就可以
有效的屏蔽外界環(huán)境的干擾，從而保證了系統(tǒng)測(cè)試的穩(wěn)定。
如圖2所示，本實(shí)施例中，所描述的光學(xué)裝置主要在以下操作中得以應(yīng)用。 圖像采集傳感器3由電荷耦合器件(CCD)和微距廣角鏡頭共同組成，它負(fù)責(zé)采集 試紙的圖像，并通過數(shù)據(jù)線傳入數(shù)字信號(hào)處理器7，經(jīng)過視頻模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù) 字信號(hào)之后保存。數(shù)字信號(hào)處理器7處理數(shù)據(jù)之后的結(jié)果，如果達(dá)到設(shè)定閾值，則說明光線強(qiáng)度超出現(xiàn)有環(huán)境的要求，需要通過PWM進(jìn)行調(diào)整，如果沒有達(dá)到閾 值，則不進(jìn)行調(diào)整，直接顯示結(jié)果。
光源由均勻分布的12個(gè)綠光散光發(fā)光二極管5和遮光板4共同組成，并聯(lián)所 有綠光散光發(fā)光二極管5，然后連接到數(shù)字信號(hào)處理器7的P麗波形輸出引腳，由 數(shù)字信號(hào)處理器7直接控制光強(qiáng)大小。經(jīng)過處理的結(jié)果將直接影響Pm波形的幅 值大小和占空比，從而影響輸入到綠光散光發(fā)光二極管5的功率，最終實(shí)現(xiàn)光源 強(qiáng)度的調(diào)節(jié)。
避光黑盒6是外部涂有黑色觀光漆，能夠遮蔽外界光線的矩形盒，它為本光 學(xué)裝置提供穩(wěn)定的圖像采集環(huán)境。待測(cè)試紙1將放置在盒底抽屜2的中心位置。 在圖像采集過程中，待測(cè)試紙1將正對(duì)圖像采集傳感器，這樣可以提高圖像的對(duì) 稱性和穩(wěn)定性。
由圖像采集傳感器3采集到的試紙圖像數(shù)據(jù)首先通過數(shù)據(jù)線傳入數(shù)字信號(hào)處 理器7進(jìn)行處理，并計(jì)算待測(cè)試紙上的激素濃度。如果該濃度達(dá)到設(shè)定的閾值(當(dāng) 前閾值為7500mIU/ml)，則說明現(xiàn)有光源的光強(qiáng)超出環(huán)境要求，系統(tǒng)已經(jīng)不能準(zhǔn)確 計(jì)算結(jié)果，因此需要調(diào)整PWM波形并通過控制線反饋調(diào)節(jié)光源強(qiáng)度；如果該濃度 沒有達(dá)到閾值，則直接輸出結(jié)果供使用者讀取。在此，P麗波的正極由開發(fā)板上的 P歴引腳輸出，負(fù)極接地。這些操作，可以有效加強(qiáng)圖像對(duì)比度和改善系統(tǒng)靈活性， 從而獲得更加準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果。
實(shí)施例中，采用了北京聞亭數(shù)字系統(tǒng)有限公司出品的TDS6437EVM數(shù)字視頻評(píng) 估板作為開發(fā)平臺(tái)。此評(píng)估板是一個(gè)低功耗獨(dú)立開發(fā)平臺(tái)。板上設(shè)備主要包括美 國(guó)德州儀器公司(TI)的TMS320DM6437 DSP芯片、PCI接口、 2路視頻輸入端口、 4路視頻輸出端口、 12謡DR2RAM、 16MFlash和64M NAND Flash、 JTAG仿真接口、 以及4個(gè)用戶指示燈。
實(shí)施例中，采用了普通的單色CCD圖像傳感器，其主要參數(shù)包括成像CCD 為1/3 SONY CCD、像素為PAL 500*582pixels、內(nèi)同步、水平解析度為420電視 線、白平衡〉46dB、伽馬特性為0.45、最低照度為0. 05Lux、固定鏡頭為3.6mra塊 狀鏡頭、使用溫度為-1(TC +5(TC、尺寸為25mm*25mm。
權(quán)利要求
1、一種金標(biāo)斑點(diǎn)定量檢測(cè)光學(xué)裝置，包括圖像采集傳感器、光源和避光黑盒，圖像采集傳感器和光源被固定在避光黑盒盒頂?shù)膬?nèi)側(cè)面，其特征在于圖像采集傳感器與控制桿連接，控制桿頂部穿過避光黑盒頂部與數(shù)字信號(hào)處理器連接，數(shù)字信號(hào)處理器輸出端與光源連接，避光黑盒底部設(shè)置抽屜，抽屜的中心位置正對(duì)圖像采集傳感器。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金標(biāo)斑點(diǎn)定量檢測(cè)光學(xué)裝置，其特征是，所述避 光黑盒外部涂有涂層。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金標(biāo)斑點(diǎn)定量檢測(cè)光學(xué)裝置，其特征是，所述光 源為均勻分布的綠光散光發(fā)光二極管，綠光散光發(fā)光二極管下設(shè)置遮光板。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金標(biāo)斑點(diǎn)定量檢測(cè)光學(xué)裝置，其特征是，所述綠 光散光發(fā)光二極管的數(shù)量為12。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種金標(biāo)斑點(diǎn)定量檢測(cè)光學(xué)裝置，包括圖像采集傳感器、光源和避光黑盒，圖像采集傳感器和光源被固定在避光黑盒盒頂?shù)膬?nèi)側(cè)面，圖像采集傳感器與控制桿連接，控制桿頂部穿過避光黑盒頂部與數(shù)字信號(hào)處理器連接，數(shù)字信號(hào)處理器輸出端與光源連接，避光黑盒底部設(shè)置抽屜，抽屜的中心位置正對(duì)圖像采集傳感器。利用數(shù)字信號(hào)處理器對(duì)光源強(qiáng)度進(jìn)行基于脈寬調(diào)制原理的控制，為試紙圖像采集提供穩(wěn)定、清晰、弱反光和弱陰影的環(huán)境，從而改善圖像質(zhì)量。
文檔編號(hào)G01N21/84GK101551340SQ20091005073
公開日2009年10月7日 申請(qǐng)日期2009年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月7日
發(fā)明者朱貽盛, 牛金海, 石夢(mèng)瑩, 童善保, 蘭 羅 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)