CN116940825A - 流动池及其应用 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于分析液体流中的物体的流动池，流动池包括：流动池本体，流动池本体具有在流动池本体中的由流动池本体的内表面限定的腔室，流动池本体具有入口端和出口端；流动池本体的入口端设置有第一流体联接构件，第一流体联接构件具有穿过其中的流道；流动池本体的出口端设置有第二流体联接构件，第二流体联接构件具有穿过其中的流道；流动池本体包括第一透明部分和第二透明部分，光可以通过第一透明部分进入腔室以照明腔室内的物体，腔室内的物体可以通过第二透明部分成像；其中，腔室包括与流动池本体的入口端相邻的第一过渡部分，第一过渡部分包括在第一流体联接构件的流动通道与限定腔室的流动池本体的内表面之间的平滑过渡部；以及其中，腔室包括与流动池本体的出口端相邻的第二过渡部分，第二过渡部分包括在第二流体联接构件的流动通道与限定腔室的流动池本体的内表面之间的平滑过渡部。还提供了包括流动池的成像设备。流动池和成像设备可以用于对诸如浮游生物、碎屑和液体流中的气泡等的物体进行成像。

Description

流动池及其应用
技术领域
本发明涉及一种用于分析液体样品、特别是水样品的流动池。本发明还涉及包括流动池及其多个方面的分析仪。
背景技术
出于许多原因，需要对液体样品、特别是水样品进行分析。在研究和监测海洋和淡水环境中的浮游生物中，出现了分析水样品的一个特定需要。出于许多原因(包括识别生态系统对气候变化的响应)，了解世界海洋和大海中浮游生物的多样性和分布是重要的。浮游生物对其环境的物理方面(诸如水温等)的变化是敏感的。因此，海洋浮游生物对世界海洋的环境变化是敏感的，并且如果被分析，则可以提供在全球范围内确定气候变化的手段。此外，浮游生物位于海洋食物链中的藻类和鱼幼虫之间。因此，浮游生物的分析有助于建立食物网和监测海洋和大海中的鱼群。浮游生物的分析也有助于检测沿海水中的有害藻类花。
Culverhouse P.F等人的“Automatic ImageAnalysis ofPlankton:FuturePerspectives(浮游生物的自动图像分析：未来展望)”(海洋生态学进展系列(MarineEcology Progress Series)，Vol.312，2006，第297页至第309页)讨论了对用于海洋环境中浮游生物自动分析的系统的需要。特别地，建议在海洋区域中快速、自动识别和归类浮游生物种类是满足浮游生物分析需求的重要步骤。
用于分析浮游生物的系统是本领域已知的。例如，Culverhouse P.F.等人的“HABBuoy:A New Instrument For In Situ Monitoring and Early Warning ofHAB Events(HAB浮标：一种新的HAB事件现场监测和预警仪器)”(非洲海洋科学杂志(African JournalofMarine Science)，2006，28(2)，第245页至第250页)描述了整合的浮游生物和成像仪器。该仪器将用于图像采集的高速照相机与用于标记样品的软件组合。该仪器的开发由Culverhouse P.F.等人的“An Instrument For Rapid Mesozooplankton MonitoringAtOcean Basin Scale(一种在海盆尺度上快速监测浮游动物的仪器)”(海洋生物学与水产养殖杂志(Journal ofMarine Biology and Aquaculture)，2015，1(1)，第1页至第11页)描述。
CN202421056U公开了一种浮游生物快速监测装置，其包括检测电池、检测通道、过滤器、物镜以及电荷耦合器。
JP2007309819A公开了一种用于观察浮游生物的设备和方法。使一些具有光轴的浮游生物分类群在池中流动以用于观察。池具有在池中保留有测试水的保留区。光被射到池中，导致浮游生物在入射光的方向上迁移。
Culverhouse P.F等人的“Ocean-Scale Monitoring OfMesozooplanktonOnAtlantic Meridonial Transect 21(大西洋子午线21中层浮游动物的海洋尺度监测)”(海洋生物学与水产养殖杂志(Journal ofMarine Biology and Aquaculture)，2016，2(1)，第1页至第13页)描述了一种用于成像和鉴定来自船舶的清洁泵送海水供应的中度浮游生物的流入仪器。该仪器允许在船只行进时监测来自船只的浮游生物。
最近，CN107194403公开了一种浮游生物粒径谱检测系统及其方法。该系统包括依次相连的图像采集处理单元、目标检测单元、边缘信息提取单元以及计数单元。
CN206990427U公开了一种浮游生物偏振成像仪。
CN208255038U公开了一种用于浮游生物分析的图像装置。该装置包括具有样本泵的流体模块、用于形成图像的模块以及控制模块。
最近，CN209784139U公开了一种用于检测浮游生物的扫描对焦浮游生物流式计数系统。
CN210269629U公开了一种水面浮游生物检测装置。该检测装置包括取样系统和检测系统。
CN210294046U公开了一种移动式浮游生物原位定量快速检测器。
除了分析海水中的浮游生物之外，还有分析水样品的其他方面。特别地，需要检测和分析水(例如海水)中的气泡。水中的小气泡具有用气体使水过饱和的潜力。然而，小气泡(例如具有从100μm至3mm的直径)的分析是非常具有挑战性的。
用于检测液体流中气泡的存在的许多系统和方法在本领域中是已知的。在US 6,531,708中描述并且示出了光学气泡检测系统。该系统包括流动池和光学传感器。使用光折射来检测流动池中气泡的存在。
WO 2007/022052公开了一种用于检测流量计中气泡存在的方法。
US2009/293588公开了一种气泡检测器，该气泡检测器用于医疗领域，特别是用于通过管道将液体递送至患者。
虽然以上描述的现有技术系统和方法可以提供对液体流中的气泡的检测，但是它们不提供对气泡的分析。
US2021/0010919公开了一种光流测量池和一种包括该池的测量装置。该池用于研究流体流动。
WO 2019/202132公开了一种用于流体分析的设备和方法。该设备和方法用于分析流体中(例如润滑油中)存在的颗粒和污染物。
在WO 86/02162中公开了一种用于测量纸浆稠度的浓度计。
在US 3,728,032中描述并且示出了用于密度梯度的光谱分析的流动池。
发明内容
需要用于检测液体(特别是水，包括海水)流中物体的存在的改进的设备和方法。如果该设备和方法可以允许以高流速分析液体流，将是最有利的。对于用于水(特别是海水)的分析，如果该设备和方法可以用于船只(诸如船等)中，尤其是当船只在行进中时，将是最有利的。该设备和方法应当优选地允许采集关于液体流中的物体的数据，最优选地是图像数据，用于同时或后续处理和分析。
在第一方面中，本发明提供了一种用于分析液体流中的物体的流动池，该流动池包括：
流动池本体，在流动池本体中具有由流动池本体的内表面限定的腔室，流动池本体具有入口端和出口端；
流动池本体的入口端设置有第一流体联接构件，第一流体联接构件具有穿过其中的流动通道；
流动池本体的出口端设置有第二流体联接构件，第二流体联接构件具有穿过其中的流动通道；
流动池本体包括第一透明部分和第二透明部分，光可以通过第一透明部分进入腔室以照明腔室内的物体，腔室内的物体可以通过第二透明部分成像；
其中，腔室包括与流动池本体的入口端相邻的第一过渡部分，第一过渡部分包括在第一流体联接构件的流动通道与限定腔室的流动池本体的内表面之间的平滑过渡部；以及
其中，腔室包括与流动池本体的出口端相邻的第二过渡部分，第二过渡部分包括第二流体联接构件的流动通道与限定腔室的流动池本体的内表面之间的平滑过渡部。
本发明的流动池允许以高速拍摄流体流中的物体的图像。可以使用流动池成像的物体包括但不限于生物体，例如浮游生物、气泡以及物质颗粒。
特别地，流动池可以结合到成像器中，如下文更详细描述的。
流动池包括流动池本体。流动池本体可以由任何合适的材料形成。在一个优选的实施例中，流动池本体由塑料形成。其他合适的材料包括金属，诸如合金等，例如黄铜、钢(特别是不锈钢)以及铝。在一个优选的实施例中，流动池本体由黄铜(特别是αβ或双重黄铜)形成，其中，海军黄铜对于许多实施例是特别优选的。
流动池本体具有入口端和出口端。在使用中，液体(诸如水等)从入口端流动穿过流动池本体至出口端。
入口端设置有第一流体联接构件，第一流体联接构件用于将流动池本体连接至待分析的液体的供应源。第一流体联接件包括用于液体的穿过其中的流动通道。第一流体联接构件可以具有任何适合的设计。合适的流体联接件在本领域中是已知的。在许多情况下，流体联接件将包括凸形联接构件和凹形联接构件。在这种情况下，流动池本体的第一流体联接构件是凸形联接构件或凹形联接构件中的一个，凸形联接构件或凹形联接构件可以连接至液体供应管线上的对应的凹形联接构件或凸形联接构件。在优选的实施例中，在流动池本体的入口端处的第一流体联接件包括凸形联接构件。在该实施例中，第一流体联接件可以连接至设置在管线或管道上的对应的凹形联接构件，待分析的液体通过管线或管道供应。这种一般配置的联接件允许入口和出口软管或管道与流动池的入口端和出口端之间可靠且快速的水密联接。这与使用其他形式的联接件(诸如简单夹具等，例如联接螺旋夹或软管夹子)形成对比。
流体联接件的一种优选形式是凸轮和凹槽联接件，在本领域中也称为凸轮锁联接件。凸轮和凹槽联接件在本领域中是已知的并且合适的凸轮和凹槽联接件是可商购的。可商购的凸轮和凹槽联接件的示例是从Treleborg Industrie SAS可获得的MIL C-27487和EN 14420-7规格联接件。
类似地，流动池本体的出口端设有第二流体联接构件，第二流体联接构件用于将流动池本体连接至管线，以用于一旦待分析的液体穿过流动池本体就移除待分析的液体。第二流体联接件包括用于液体的穿过其中的流动通道。第二流体联接构件可以具有任何适合的设计。合适的流体联接件在本领域中是已知的。在许多情况下，流体联接件将包括凸形联接构件和凹形联接构件。在这种情况下，流动池本体的第二流体联接构件是凸形联接构件或凹形联接构件中的一个，凸形联接构件或凹形联接构件可以连接至液体供应管线上的对应的凹形联接构件或凸形联接构件。在优选的实施例中，在流动池本体的出口端处的第二流体联接件包括凸形联接构件。在这个实施例中，第二流体联接件可以连接至提供在管线或管道上的对应的凹形联接构件，通过管线或管道有待去除待分析的液体。
与在入口端处的第一流体联接件一样，用于流动池本体的出口端的流体联接件的优选形式是凸轮和凹槽联接件，在本领域中也称为凸轮锁联接件。凸轮和凹槽联接件在本领域中是已知的并且合适的凸轮和凹槽联接件是可商购的。可商购的凸轮和凹槽联接件的示例是从Treleborg Industrie SAS可获得的MIL C-27487规格联接件。
使用流体联接构件在流动池本体的入口端和出口端的每一个上形成的流体联接件优选地是可靠且易于连接和断开的流体联接件。流体联接件还应提供流动池本体与在流动池本体的每个端部处连接至流动池本体的导管、管线或管道之间的良好对准。
第一流体联接构件和第二流体联接构件可以是相同或不同的。例如，第一流体联接构件和第二流体联接构件可以包括不同类型的联接件系统的多个部件。可替代地，第一流体联接构件和第二联接构件可以是同一联接件系统的不同联接构件，例如，其中，第一流体联接构件和第二联接构件中的一个是凸形联接构件而另一个是对应的凹形联接构件。优选地，第一流体联接构件和第二联接件构件包括相同类型的联接件系统的多个部分，尤其是凸轮和凹槽联接件系统。优选地，第一流体联接构件和第二联接构件是同一构件，例如它们都是凸形联接构件或凹形联接构件。
第一流体联接构件和第二流体联接构件可以是相同的尺寸或不同的尺寸。在这方面，联接构件的尺寸是指穿过联接构件的流动通道的直径。优选地，第一联接构件和第二联接构件具有相同的尺寸，即，具有相同直径的流动通道。
流动池本体在其中具有由流动池本体的内表面限定的腔室。腔室与进口和出口均流体连通。
流动池本体包括第一透明部分。第一透明部布置于池本体中的入口端与出口端之间。第一透明部分穿过池本体的壁从池本体内的腔室延伸至流动池本体的外表面。以这种方式，第一透明部分用作流动池本体的壁中的光学窗口并且被布置成允许光从流动池本体的外部进入腔室以照明腔室中的液体内的物体。
流动池本体进一步包括第二透明部分。第二透明部分布置在池本体中的入口端和出口端之间。第二透明部分穿过池本体的壁从池本体内的腔室延伸至流动池本体的外表面。以这种方式，第二透明部分用作流动池本体的壁中的光学窗口并且被布置成允许使用合适的成像设备从流动池本体的外部对腔室内的物体进行成像。
流动池本体内的腔室可以被认为具有检测区域，其中，检测区域中的液体中的物体可以被照明和成像，其中，第一透明部分和第二透明部分被布置在流动池本体中以使得能够进行这种照明和成像。检测区域可以被认为具有高度、宽度以及深度。检测区域的高度由正在由相机成像的区域的长度(例如，在线扫描式相机的情况下，相机的线长度)来确定，如下文更详细论述。检测区域的宽度类似地由正在由相机成像的区域的宽度(例如，在线扫描式相机的情况下，线的数量)来确定，同样如以下更详细讨论的。检测区域的深度由与流体流过检测区域的方向正交的流动池的宽度来确定，并且与相机镜头的聚焦深度有关。
流动池本体是至少部分透明的并且包括透明材料以提供第一透明部分和与第一透明部分间隔开的第二透明部分。可以以任何合适的方式形成流动池本体的第一透明部分和第二透明部分。具体地，透明材料可以结合到流动池本体中以形成第一透明部分和第二透明部分。在一个优选的实施例中，流动池本体设置有用于第一透明部分的第一开口和用于第二透明部分的第二开口。透明材料安装在每个开口中，以形成第一透明部分和第二透明部分。
可替代地，流动池本体可以部分地或完全地由透明材料形成。
第一透明部分和第二透明部分两者均布置在流动池本体的入口端与出口端之间，如上所述。第一透明部分和第二透明部分可以布置在流动池本体中的任何位置处，以便允许腔室内的液体中的物体被照明和成像。
流动池本体的第一透明部分和第二透明部分可以位于流动池本体中的任何合适位置处，并且可以距入口端和出口端任何合适的距离。第一透明部分和第二透明部分可以沿着流动池本体的长度位于入口端与出口端之间的相同位置(即，距离)，或者可以沿着流动池本体的长度位于入口端与出口端之间的不同位置。优选地，第一透明部分和第二透明部分处于入口端与出口端之间的相同位置处，并且距流动池本体的入口端和出口端中的每一个都相同的距离。
在一个实施例中，第一透明部分与入口端和出口等距离并且在流动池本体的纵向轴线上居中布置。类似地，在一个实施例中，第二透明部分与入口端和出口等距离并且在流动池本体居中布置。优选地，该实施例具有距流动池本体的入口端和出口端等距离的第一透明部分和第二透明部分。
然而，在可替代实施例中，第一透明部分和/或第二透明部分比流动池本体的入口端更靠近流动池本体的出口端。如果利用这种布置，优选地，第一透明部分和第二透明部分比流动池本体的入口端更靠近流动池本体的出口端。
特别地，第一透明部分和第二透明部分以及腔室的检测区域的位置优选地被选择成使检测区域内的压力波的发生最小化。通过限定经过流动池的流动通道的表面中的不连续性，在流过流动池的液体流中产生压力波。如以下更详细描述的，限定流动池内的腔室的表面的形式和形状不具有不连续性。然而，在流动腔室及其检测区域的上游和/或下游可能发生不连续性，诸如在限定流动通道的表面中的阶梯变化等。例如，在上文讨论的联接件可以在其流动通道中具有不连续性，特别是由在流动池本体的入口端和/或出口端处穿过联接件构件的流动通道的横截面的形状和尺寸与其通过联接件连接至的管道、导管或管线之间的失配引起。这种不连续性引起压力波，该压力波在流动池本体的入口端的下游方向上移动和/或在流动池本体的出口端的上游方向上移动。到达流动池本体内的腔室的检测区域的压力波会不利地影响流体流中的物体的成像，例如增加图像模糊的程度、使图像变形和/或从图像损失细节。例如，由在流体中传播的压力波引起的流体的局部速度的变化能够导致被成像的物体的形状的变化或导致物体的位置的变化。如果物体位置的位置中的这些移位相对于相机采样率而言并且在相机视场内是快速的，则如在图像中看到的物体的所得形状将变形或模糊。
能够容纳的不连续的最大尺寸与行进通过流动池本体的流体的速度成比例。为了使腔室及其检测区域内的压力波的形成最小化，优选的是限定流动通道的表面中的不连续性低于1.5mm、优选地低于1mm、还更优选地低于0.5mm。
如上所述，流动池本体内的腔室的检测区域布置在一位置处，使得由于流动池本体的入口端和/或出口端处的不连续性而产生的压力波在检测区域中的液体中处于最小值。如将理解的，在流动池本体的入口端处产生的压力波将在下游方向上比在流动池本体的出口端处产生的压力波传播得更远，压力波必须在上游方向上传播。为了减少或防止流动池本体内的腔室的检测区域内的压力波，优选的是，检测区域布置在流动池本体内，使得检测区域的中心距池本体的入口端至少70mm、更优选地至少100mm、还更优选地至少130mm、还更优选地距流动池本体的入口端至少150mm的距离处。在一个实施例中，检测区域距离池本体的入口端约170mm。在另一个实施例中，检测区域的中心距离池本体的入口端约200mm。这个距离确保了由于在入口端处限定流动通道的表面中的不连续性和/或其到液体供应管线的联接而形成的压力波不会传播到检测区域。
类似地，优选地的是，检测区域布置在流动池本体内、距离流动池本体的出口端至少50mm处，更优选地，距离流动池本体的出口端至少75mm，更优选地，距离流动池本体的出口端至少100mm，更优选地，距离流动池本体的出口端至少130mm。在一个实施例中，检测区域距离池本体的出口端约170mm。在另一个实施例中，检测区域的中心距离池本体的出口端约200mm。这个距离确保了由于在出口端处限定流动通道的表面中的不连续性和/或其到管线的联接而形成的压力波不会向上游传播到检测区域。
在一些实施例中，流动池本体内的腔室的检测区域优选地被布置成使得检测区域的中心比流动池本体的入口端更靠近出口端，更优选地使得检测区域距入口端的距离与检测区域距出口端的距离之比是从5：1至1：1、更优选地从4：1至1：1、还更优选地从3：1至1：1。然而，在优选的实施例中，检测区域位于流动池本体内，使得检测区域的中心距入口端和出口端等距离。
在实施例中，其中，腔室的检测区域沿着流动池本体居中布置(即，与流动池本体的入口端和出口端两者等距离)的，检测区域与两端间隔开足够的距离，以防止压力波从任一端传播至检测区域。
第一透明部分和第二透明部分可以相对于彼此以任何合适的取向布置在流动池本体中。在一个优选的实施例中，流动池本体的第一透明部分与流动池本体的第二透明部分相对，即，第一透明部分和第二透明部分围绕流动池本体对称地布置。在这个实施例中，腔室的检测区域限定在流动池本体的第一透明部分和第二透明部分之间，并且第一透明部分和第二透明部分位于光轴上，该光轴是成像设备对检测区域内的液体成像所沿着的线。在这个实施例中，特别优选的是，第一透明部分的中心和第二透明部分的中心位于通过流动池本体的中心纵向轴线和在流动池本体中的腔室并且垂直于流动池本体的中心纵向轴线和在流动池本体中的腔室延伸的线上。
可替换地，第一透明部分和第二透明部分可以围绕流动池本体不对称地布置，使得第一透明部分和第二透明部分的中心位于不通过流动池本体的中心纵向轴线的线上。在这种布置中，第一透明部分不与第二透明部分相对。
如上所述，流动池本体中具有腔室。腔室由流动池本体的内表面限定。腔室在流动池本体的入口端与出口端之间延伸，并且与第一联接构件和第二联接构件两者中的通道流体连通。
流动池本体内的腔室可以具有任何合适的形式。通常，腔室是细长的，即，在流动池本体的入口端和出口端之间的长度大于腔室的宽度或直径。如上所述，腔室具有足够的长度以防止压力波通过液体流传播到检测区域中。如下文所述，腔室被设计成允许流体从入口端流到腔室中到达检测区域，以实现尽可能平滑的流动模式。理想地，流动通过腔室的流体的流动模式优选地是基本上层流。然而，实际上，这可能无法实现，在这种情况下，流动模式优选地是过渡湍流。通常，要求减小流体流动通过腔室的湍流，以便允许以图像的最小运动模糊、变形或失真来成像物体。
如下文所述，流动池本体内的腔室的横截面的形状和尺寸沿着流动池本体的长度在入口端与出口端之间变化。优选地，腔室的检测区域的横截面沿着该检测区域的长度(即，从检测区域的入口端到检测区域的出口端)具有恒定的形状和大小。腔室的检测区域可以具有任何合适的横截面形状。优选地，腔室的检测区域的横截面是矩形的。矩形横截面在任何给定的时间点使可以由相机成像的流体的体积最大化。这进而使可以实现的流体穿过检测区域和流动池本体的体积流速最大化，同时仍保持期望的图像质量。
如上所述，腔室内的检测区域被认为具有高度、宽度以及深度。检测区域可以具有任何合适的深度以允许对液体中的物体进行照明和成像。在这方面，参考流动池中的腔室的检测区域使用的术语“深度”是指沿着成像设备的光轴的腔室的检测区域的深度，即，检测区域内的液体中的物体由成像设备沿着其成像的线。在许多实施例中，检测区域的深度将为第一透明部分与第二透明部分之间的距离，腔室的检测区域限定在第一透明部分与第二透明部分之间。对于诸如浮游生物或气泡等的小物体的成像，通常的情况是，成像设备的光学器件，特别是成像透镜或多个透镜，具有非常小的聚焦深度，其能够小至0.5mm。然而，为了实现穿过流动池的液体的足够体积流速，腔室的检测区域具有大于成像设备的聚焦的深度。这将导致腔室内的液体中的至少一些物体在成像时不清晰聚焦或模糊。能够接受的物体的模糊量将取决于用于对图像数据进行分类和解释的图像分类技术。合适的图像分类技术在本领域中是已知的，并且它们处理模糊图像数据的能力将是已知的和被理解的。
通常，腔室的检测区域可以具有的深度为与流动池一起使用的成像设备的景深的至少2倍，优选地是至少3倍，更优选地是至少4倍，仍更优选地是至少5倍，仍更优选地是至少6倍，尤其是至少7倍。腔室的检测区域可以具有高达成像设备的景深的40倍或甚至更大的深度，尤其是在成像设备具有非常小的景深的实施例中。检测区域优选地具有高达成像设备景深的35倍的深度，更优选地高达30倍，仍更优选地高达25倍，仍更优选地高达20倍，尤其高达15倍于与流动池一起使用的成像设备景深。腔室的检测区域的深度可以为与流动池一起使用的成像设备的景深的2倍至40倍，优选地是3至35倍，更优选地是4倍至30倍，还更优选地是5倍至25倍，还更优选地是6倍至20倍，尤其是7倍至15倍。
例如，在具有0.5mm的景深的光学装置的成像设备的情况下，腔室的检测区域的深度可以从10mm至20mm，更优选地是从11mm至18mm，仍更优选地是从12mm至16mm，仍更优选地是从13mm至15mm，例如，约14mm。
检测区域的深度通过显著大于成像设备的景深而提供了在使所有物体清晰地聚焦在图像中与确保液体穿过检测区域的足够的体积流速之间的折衷。如以上讨论的，检测区域的深度的尺寸的选择允许物体以足够的细节锐度被成像以允许图像被处理并且物体被识别或以其他方式被处理，而同时提供液体穿过腔室的足够的体积流速以允许取样和成像程序被足够快速地执行以在商业或大规模上是可行的。
如上所述，腔室内的检测区域被认为具有高度，该高度是腔室沿着垂直于光轴的第一线的宽度。在许多实施例中，垂直于光轴的检测区域的高度将是限定垂直于光轴的检测区域的流动池本体的壁与在第一透明部分和第二透明部分之间延伸的线之间的距离，腔室的检测区域限定在第一透明部分和第二透明部分之间。腔室的检测区域可以具有垂直于光轴的任何适当高度。可以根据用于对检测区域内的物体进行成像的成像设备的特性来选择垂直于光轴的高度。具体地，垂直于光轴的宽度可以被选择以最大化被成像的检测区域的体积。垂直于光轴的最大高度取决于成像设备的特性。例如，最大高度可以由成像设备的视场确定。通过使检测区域的垂直于光轴的高度处于或接近成像设备的视场的宽度，可以使所有或基本上所有检测区域成像。优选地，垂直于光轴的检测区域的高度是成像设备的视野的宽度的至少75％，更优选地是至少80％，仍更优选地是至少85％，仍更优选地是至少90％，仍更优选地是至少95％，尤其是至少97％。
任何合适的成像设备可以与本发明的流动池一起使用。用于拍摄图像的适合的相机在本领域中是已知的并且是可商购的。合适的相机包括区域扫描式相机和线扫描式相机。在一个优选实施例中，成像设备包括线扫描式相机。线扫描式相机具有以高分辨率连续采样视场的有利特性，并且因此能够确保穿过相机前方的所有流体将被成像到该分辨率。区域扫描式相机不能确保这种成像并且需要连续图像的显著后处理以确保没有流体流的过采样。合适的线扫描式相机在本领域中是已知的并且是可商购的。
线扫描式相机具有布置在一条或更多条线中的像素阵列，每条线在每次扫描时捕捉一行图像。线扫描式相机可以一次捕捉一行，即，单色相机。可替代地，相机可以一次捕捉两行，例如拜耳(Bayer)编码彩色相机；一次捕捉三行，红色、蓝色以及绿色像素中的每一个或类似的编码彩色相机；或多于三行，如在时域集成(TDI)相机的情况下。TDI相机能够在每次扫描中对多于一行像素进行采样，并且随着时间的推移，对重复采样进行积分以产生最终图像行。以这种方式，当悬浮在运动流体中的物体运动通过相机的成像视场时，其图像通过相加在一起(即，集成)成一条最终像素行的像素行连续地捕获，此时像素行然后从相机输出至连接的计算机。
在一个实施例中，线扫描式相机具有3行像素的阵列，每行针对红色、绿色和蓝色像素，每行包括8,192个像素。像素是5μm的正方形并且在光学器件的焦平面处占据15μm乘40.96mm。
可替代地，还可以使用具有3行(每行16,384个像素)或64行(每行16,384个像素)的线扫描式相机。
线扫描式相机的一个合适范围是加拿大的特莱迪恩戴尔萨(Teledyne Dalsa)的Linea ML和HS相机。
如上所述，检测区域被认为具有宽度。检测区域的宽度沿着与成像设备的光轴垂直的第二线并且平行于穿过检测区域的流体流动的轴线。优选地，根据线扫描式相机的传感器像素扫描的有效线的长度，选择探测区垂直于光轴的宽度。具体地，优选地，探测区垂直于光轴的宽度不大于线扫描式相机的工作线的长度，更优选地略短于线扫描式相机的工作线的长度。以此方式，确保了检测区域的整个宽度被成像，并且更具体地说，穿过检测区域的所有物体被成像。优选地，垂直于光轴的检测区域的宽度为线扫描式相机的活动线的长度的至少75％，更优选是至少80％，还更优选是至少85％，还更优选是至少90％，还更优选是至少95％，尤其是至少99.6％。
成像设备除了相机之外还可以包括适合的光学组件，例如一个或更多个镜片的阵列。用于光学组件中以允许腔室的检测区域中的液体中的物体的图像由照相机捕获的合适的透镜在本领域中是已知的。特别地，合适的微距透镜是已知的。然而，已经发现，使用标准宏观透镜(即，内心透镜)产生梯形视场，梯形视场有效地产生出现在矩形横截面的图像的边缘处的阴影的肩部。因此，优选地，光学组件包括远心透镜。这确保了在流动池本体内的腔室的内部边缘被成像，而没有任何阴影。远心透镜还将确保了检测区域内的所有物体的放大率是相同的，即，确保了所有物体的放大率为1.0。这又确保了能够容易地确定图像中出现的物体的比例和尺寸。在用于鉴定的浮游生物成像的情况下，在鉴定浮游生物和确定物种方面，成像物体的尺寸可能是重要的。
流动池本体的第一透明部分可以是任何合适的形状和尺寸，以允许通过定位在流动池本体外部的光源在检测区域内充分照明液体。第一透明部分可以被视为具有高度和宽度。第一透明部分的高度垂直于流体流过检测区域的总体方向延伸。第一透明部分的宽度平行于流体流过检测区域的总体方向延伸。为了确保检测区域内的液体被充分地照射，优选的是，第一透明部分的高度至少与检测区域的高度相同。
流动池本体的第二透明部分可以是任何合适的形状和尺寸，以允许检测区域内的液体通过定位在流动池本体外的成像设备通过第二透明部分成像。第二透明部分可以被视为具有高度和宽度。第一透明部分的高度垂直于流体流过检测区域的总体方向延伸。第一透明部分的宽度平行于流体流过检测区域的总体方向延伸。为了确保检测区域内的液体被适当地成像，优选的是第二透明部分的高度至少与检测区域的高度相同。
第一透明部分和第二透明部分可以具有任何适合的形状。为了易于配置流动池，它们可以是相同的形状或不同的形状，更优选地是相同的形状。圆形对于一个或两个透明部分而言是优选形状。
通常，通过流体联接件(诸如凸轮和凹槽联接件等)的流动通道的横截面的形状通常是圆形的。在本发明的流动池的大部分实施例中，腔室的检测区域的横截面将具有与通过流体联接件的流动通道不同的形状和不同的横截面面积。特别地，如上所述，在一个优选实施例中，腔室的检测区域的横截面为矩形。如上所述，必须避免形成可以向上游或下游传播至腔室内的检测区域的压力波。还必要的是，穿过检测区域的液体流动流尽可能平滑，并且在检测区域的区域中的液体流内的湍流被最小化。
为此，流动池本体内的腔室包括与流动池本体的入口端部相邻的第一过渡部分。第一过渡部分包括第一流体联接构件的流动通道与限定腔室的流动池本体的内表面之间的平滑过渡部。类似地，腔室包括与流动池本体的出口端部相邻的第二过渡部分。第二过渡部分包括第二流体联接构件的流动通道与限定腔室的流动池本体的内表面之间的平滑过渡部。
第一过渡部分和第二过渡部分分别提供腔室的横截面的形状从穿过对应的第一联接件和第二联接件的流动通道的横截面的形状到腔室内的检测区域的横截面的形状的平滑过渡部。一个或两个过渡部分的表面可以是多面的，即，该表面可以包括多个纵向和/或圆周刻面或部分。更优选地，一个或两个、最优选地两个过渡部分的表面在纵向方向和周向方向上都具有单个刻面。这种形式的表面在流动池本体的入口端与检测区域之间以及在检测区域与流动池本体的出口端之间提供了液体的最平滑且最小的湍流模式。
第一过渡部分和第二过渡部分中的每一个可以具有用于其表面的任何合适的形式，该形式提供从流动池本体的入口端和出口端的横截面形状到腔室的横截面形状的平滑过渡部和在腔室中的检测区域。第一过渡部分和第二过渡部分的形式可以相同或不同。在一个优选实施例中，限定第一过渡部分的表面具有与限定第二过渡部分的表面相同的形状。
用于限定表面的形式的合适的曲线函数在本领域中是已知的，该表面限定第一过渡部分和第二过渡部分。合适的平滑曲线函数，更一般地，多项式基函数包括贝塞尔(Bezier)、勒让德(Legendre)、切比雪夫(Chebyshev)或伯恩斯坦(Bernstein)多项式函数。在一个优选实施例中，第一过渡部分和/或第二过渡部分的表面由一组贝塞尔曲线限定。
如以上所讨论的，第一过渡部分在下游方向上从流动池本体的入口端朝向室内的检测区域延伸。第一过渡部分优选地延伸流动池本体的入口端与检测区域的入口端之间的距离的至少50％，更优选地延伸流动池本体的入口端与检测区的入口端之间的距离的至少60％、仍更优选地是至少70％、仍更优选地是至少80％、尤其是至少85％。第一过渡部分可以延伸至检测区域的入口端。然而，优选的是，第一过渡部分终止于检测区域上游的位置处。优选地，第一过渡部分延伸直至流动池本体的入口端与检测区域的入口端之间的距离的95％，更优选地是直至90％。在一个优选实施例中，第一过渡部分从流动池本体的入口端延伸到检测区域的入口端的距离的约87.5％。
类似地，如以上所讨论的，第二过渡部分在上游方向上从流动池本体的出口端部朝向腔室内的检测区域延伸。第二过渡部分优选地延伸流动池本体的出口端和检测区域的出口端之间的距离的至少50％，更优选地是延伸流动池体的出口端和检测区的出口端之间的距离的至少60％、仍更优选地是至少70％、仍更优选地是至少80％、尤其是少85％。第二过渡部分可以延伸至检测区域的出口端。然而，优选的是，第二过渡部分终止于检测区域下游的位置处。优选地，第二过渡部分延伸直至流动池本体的出口端与检测区域的出口端之间的距离的95％，更优选地直至90％。在一个优选实施例中，第二过渡部分从流动池本体的出口端延伸到检测区域的出口端的距离的约87.5％。
如上所述，本发明的流动池可以用于对液体流中的物体进行成像的成像组件中。
相应地，在另一方面中，本发明提供了一种用于在液体流中对物体进行成像的成像组件，该成像组件包括：
如上所述的流动池；
成像设备，该成像设备用于通过流动池本体的第二透明部分在流动池的检测区域内的液体中成像物体；以及
照明设备，该照明设备用于产生光，以通过流动池本体的第一透明部分照明流动池的检测区域中的液体。
本发明的成像组件可以用于对液体流内的宽范围的物体进行成像。在一个优选实施例中，成像组件用于对流动通过流动池的海水或淡水中的浮游生物和碎屑进行成像。在另一个优选的实施例中，成像组件用于使通过流动池的水(例如海水)中的气泡成像。
成像组件包括成像设备。成像设备包括用于通过流动池本体的第二透明部分捕获流动池的检测区域中的液体中的物体的图像的相机。成像设备优选地进一步包括光学组件，该光学组件包括设置在照相机与流动池本体之间的一个或更多个透镜。成像设备和光学组件的细节如上所述。
成像组件进一步包括照明设备。照明设备通过流动池本体的第一透明部分向检测区域内的液体提供光。照明设备包括光源。可以使用用于产生光源的任何适合的器件。一般来说，光源提供光来以足够的强度照明检测区域内的物体，以允许物体由成像设备以照相机快门速度成像，照相机快门速度需要以物体穿过检测区域的速度来捕获物体的图像。特别地，由于较高的液体速度，较快的移动物体需要较快的快门速度来捕获足够清晰的图像，这又需要较高强度的光来充分地执行成像。
合适的照明源在本领域中是已知的，例如氙弧灯、多光谱激光器以及发光二极管。
优选地，光源是发光二极管(LED)。合适的LED在本领域中是已知的并且是可商购的，并且比氙灯和激光器更紧凑并且更坚固。
通常，更小的LED光源表现得更接近点光源。因此，来自这种较小LED的光更容易聚焦成具有非常低的光束发散度的准直光束。然而，由这种LED发射的光的强度较低，这不利地影响诸如浮游生物、碎屑以及液体流中的气泡等的小物体的成像。因此，优选使用具有更高光通量的LED。特别地，LED优选地具有50cd/mm2、更优选地是100cd/mm2、还更优选地是150cd/mm2、还更优选地是至少200cd/mm2、尤其是至少250cd/mm2的光通量。该LED优选具有从100cd/mm2至250cd/mm2、更优选从150cd/mm2至225cd/mm2、还更优选从175cd/mm2至215cd/mm2的光通量。对于许多实施例，具有约200cd/mm2光通量的LED是优选的。具有较高光通量的LED也可以被采用而具有良好的结果。通常，优选使用具有尽可能高的光通量的LED。
通常，LED的较高亮度允许照相机以其最快的操作设置使用。在线扫描式相机的情况下，较高亮度的LED允许使用每秒100K线的设置，其中，曝光为4微秒或更少。这确保了具有由被成像物体的运动引起的低模糊量的清晰图像。
已知在对浮游生物成像中使用红光(例如具有680nm的波长)，因为藻类不能使用红光进行光合作用，并且因此它们不会在流动池的照明区域上生长。然而，在本发明中，优选使用白光来照明流动池中的物体。细菌将附着于流动池内的所有可用表面，这将需要定期清洁，而不管光谱含量如何。白光允许检测许多浮游生物的颜色，这有助于它们的识别。通过在LED结构内通过短波长蓝光(具有约430nm的波长)的照射激发的宽光谱磷光体产生颜色。
当操作时，可能需要冷却系统来去除由LED产生的热量。
照明设备优选地进一步包括光学组件。光学组件的功能是使由光源产生的光准直。光学组件可以包含一个或更多个透镜以使光准直。用于光学组件的合适透镜在本领域中是已知的。优选地，光学组件包括远心透镜。这允许减少或消除对流动池相对于光源的位置的约束。远心透镜还减少了光的散射。
在优选实施例中，光学组件包括消色差远心透镜。以此方式，减少或完全避免了准直光束中的色像差。
在特别优选的实施例中，使得由光源发射的光在进入光学组件之前穿过针孔。使用针孔减小了光束的发射面积。在不使用针孔的情况下，更大的面积将导致被成像物体的边缘对比度的降低。
由LED发射的光是不相干的。穿过针孔的光被部分地准直。即，离开针孔的光束比入射光束较少发散。针孔用于生成在准直透镜的接收角内(通常约14°)的光束。
针孔的最佳尺寸是0.458mm的直径，以为成像物体提供具有最优选特性的光束。然而，以这种方式使用针孔能够显著地降低光的强度。然而，随着针孔的直径增加，针孔校准光的程度减小。因此，可以优选使用具有较大直径的针孔，作为最佳光学性能和增加的光强度之间的折衷。因此，优选使用具有直径为理论最佳尺寸的至少110％、优选地是至少120％、更优选地是至少130％、还更优选地是至少140％、还更优选地是至少150％、尤其是至少160％、更优选地是至少170％的针孔。可以使用具有最佳值的最高达270％、优选地是最高达260％、更优选地是最高达250％、还更优选地是最高达240％、还更优选地是最高达230％、尤其是最高达225％的直径的针孔。可以使用具有从理论最佳值的150％至250％、优选地是从160％至240％、更优选地是从170％至230％、尤其是从175％至220％的直径的针孔。可以采用0.5mm或更大的针孔，例如至少0.5mm、0.55mm、0.6mm、0.65mm、0.7mm、0.75mm、0.8mm、0.85mm、0.9mm、0.95mm或1.0mm的针孔。也可以使用较大直径的针孔，例如1.05mm、1.1mm、1.15mm、1.2mm、1.25mm、1.3mm、1.35mm、1.4mm、1.45mm或1.5mm的直径。可以使用在从0.5至1.5mm的范围内、优选地是从0.6mm至1.4mm、更优选地是从0.65mm至1.3mm、仍更优选地是从0.7mm至1.2mm、仍更优选地是从0.75mm至1.1mm、尤其是从0.8mm至1.0mm的针孔。
使用上述直径的针孔，离开针孔的光比入射光束较少发散，即，光线非常接近平行，其中，光束的角度小于10°，优选地是小于8°，更优选地是小于7°，还更优选地是小于6°，尤其是约5°。在许多实施例中，在离开针孔的光中实现2°以下的发散。
离开针孔的光束稍微发散，如上所述。光束穿过包括远心透镜的光学组件，同样如上所述。在一个优选布置中，远心透镜与针孔之间的距离是使得入射在远心透镜上的光束的直径与透镜的直径相同。
针孔优选地被放置在远心透镜的焦点处。这最小化了由LED发射的到达透镜的非平行光线。
已经发现，即使当使用具有大于理论最佳直径的直径的针孔时，所获得的液体流中的物体的图像的质量显著地好于在没有针孔的相同布置中获得的图像。
相应地，在另一方面，本发明提供了一种用于照明物体的设备，该设备包括：
光源，该光源用于产生光；
第一准直器，该第一准直器用于准直由光源发射的光，第一准直器包括针孔，使得来自光源的光通过该针孔；以及
第二准直器，该第二准直器包括远心透镜。
如上所述，本发明提供了一种用于在液体流中对物体进行成像的成像组件。成像组件包括：如上所述的流动池；成像设备，该成像设备用于对流动池的检测区域内的液体中的物体进行成像；以及照明设备，该照明设备用于产生光，以照明流动池的检测区域中的液体。
优选的是，提供具有壳体的组件以至少围绕成像设备。通常，应防止成像设备与灰尘和流体(特别是水蒸气)接触。壳体优选地被配置成具有IP67等级。壳体可以由任何合适的材料形成。在一个优选实施例中，壳体是由塑料、特别是丙烯酸树脂形成的。
优选的是，提供壳体以包围成像设备和照明设备。再次，这用于保护成像和照明设备免于灰尘和流体的进入。
在优选实施例中，组件设置有用于控制壳体内的环境的环境控制系统。环境控制系统操作以控制壳体内的温度和湿度。这是特别优选的，以便为成像设备的光学组件提供最佳环境。环境控制系统还容纳由成像设备(特别是相机)和光源产生的热量，以避免壳体内的过高的温度。合适的环境控制系统在本领域中是已知的。在一个优选实施例中，环境控制系统是珀尔帖效应(Peltier-effect)控制系统。
在另一方面中，本发明提供了一种产生准直光束的方法，该方法包括：
产生第一光束，该第一光束是发散、非相干光束；
准直第一光束，准直包括：
在第一步骤中，使第一光束穿过针孔以产生比第一光束较少发散的第二光束；以及
在第二步骤中，使第二光束穿过包括远心透镜的准直器。
在又一方面，本发明提供了一种用于对液体中的物体进行成像的方法，该方法包括：
将液体供给到如上文所述的流动池的入口端；
产生光束；
准直光束以形成准直光束；
使准直光束穿过流动池的流动池本体的第一透明部分；以及
通过流动池本体的第二透明部分捕获流动池本体中的液体内的物体的图像。
如以上所讨论的，本发明的方法特别用于在水中、特别是在来自河口、海洋或大洋的海水中对物体进行成像。该方法特别适合于对浮游生物、碎屑和水中的气泡进行成像。
附图说明
现在将参考附图仅通过示例的方式来描述本发明的实施例，在附图中：
图1是根据本发明的一个实施例的用于对液体流中的物体进行成像的成像组件的图解表示；
图2是根据本发明的一个实施例的用于照明物体的设备的图解表示；
图3是本发明的流动池的一个实施例的立体分解图；
图4是图3的流动池沿着线IV-IV的横向横截面图；
图5是图3的流动池沿着线V-V的纵向横截面图；
图6示出了使用图1至图5的设备拍摄的物体的两组图像；以及
图7是根据本发明的另外的实施例的用于对液体流中的物体进行成像的成像组件的表示。
具体实施方式
转向图1，示出了根据本发明的一个实施例的用于对液体流中的物体进行成像的成像组件。通常表示为2的成像组件包括具有入口端6和出口端8的流动池4。流动池4具有中心纵向轴线10。在使用中，具有待成像物体的液体流通过入口端6引入到流动池4中并且通过出口端8离开流动池。
成像组件2进一步包括用于照明物体的照明设备20。在使用中，照明设备20提供准直光源，用于照明流动池4内的液体流中夹带的物体。
成像组件2进一步包括成像设备(总体上表示为30)，该成像设备包括线扫描式相机32。相机具有每行8,192个像素的3行阵列，即，全色相机，其中，每行用于红色、绿色和蓝色像素。像素各自是5μm正方形，并且因此在光学器件的焦平面处占据15μm乘40.96mm。
成像设备30进一步包括光学组件34。光学组件34包括一个或更多个透镜。具体地，光学组件34包括远心透镜36。成像设备32距流动池4的纵向轴线10的距离由光学组件34的特性确定。在图1中表示的实施例中，光学组件34距流动池4的纵向轴线10约130mm。
成像组件2具有光轴X，即，成像设备拍摄流动池4中的物体的图像所沿着的中心线，光轴X垂直于纵向轴线10延伸。
转向图2，示出了根据本发明的一个实施例的用于照明物体的照明设备的图形表示。通常表示为102的照明设备通常用于照明物体，但是特别适合用于图1的成像组件2。
照明设备102包括光源104，光源104包括发光二极管(LED)106。提供冷却系统108以去除在操作期间由LED产生的热量。LED是高输出类型，例如OSRAM KW CSLPM1.TG。LED具有1.25mm×1.59mm的发射面积，其中，来自单个硅二极管的光通量为约200cd/mm2。
在使用中，LED发射由线A指示的光场。光场A通常为宽场，其中，光线从LED径向延伸。例如，光场A可以具有延伸穿过角度α(例如，120°)的光线。
来自LED 106的光被引导至板120，板120在其中具有针孔122。光线穿过针孔122。离开LED的光是发散的。离开针孔122的光较少发散。离开针孔122的光线由图2中的线B表示并且基本上是平行的，取决于针孔的直径具有典型地约+/-5°的β的场角。用于提供入射光的足够准直以及照明流动池内的物体的足够光强度的针孔122的一个合适的尺寸是从0.8mm至1mm。
离开针孔122的光束B穿过包括消色差远心透镜132的准直器130。远心透镜132相对于针孔122定位，使得光束B的直径与远心透镜132在透镜的焦点处的直径大致相同。穿过准直器130的光被准直，其中，离开准直器130的光束C具有非常接近平行的光线，即，小于+/-2°的场角。
光束C可以用于照明物体和宽范围的物体。特别地，光束C可以被引导到图1的成像组件中的流动池4，如上所述。
转向图3，示出了根据本发明的流动池的一个实施例的分解立体图。通常表示为202的流动池包括流动池本体204。流动池本体204是细长的并且在横截面上总体上是矩形的。流动池本体204在其中具有细长腔室206。腔室206具有中心部分，该中心部分具有矩形横截面。在图中示出的实施例中，流动池本体204由海军黄铜以两个纵向半部形成，这两个纵向半部通过螺钉固定在一起并且使用垫圈或O形环(为了清楚起见未示出)制成防水的。
流动池本体204具有入口端208和出口端210。入口端208设置有第一流体联接构件220，第一流体联接构件220具有穿过其中的流动通路222。流动通路222的横截面为圆形。联接构件220是凸轮和凹槽联接件系统的凸形部件。联接构件220总体上是管状的并且包括形成在其外表面中的横向凹部224。类似地，出口端210设置有第二流体联接构件226，该第二流体联接构件226具有穿过其中的流动通道228。流动通道228的横截面为圆形。联接构件226是凸轮和凹槽联接件系统的凸形部件。联接构件226总体上是管状的并且包括形成在其外表面中的横向凹部230。
流动池本体204设置有第一透明部分240，光可通过第一透明部分240进入腔室206以照明腔室内的物体。为了提供第一透明部分240，流动池本体204具有形成在其中的圆形开口242。开口242位于形成在流动池本体204的外表面中的方形凹部244内。方形框构件246固持圆形透明窗口248并且通过螺钉(为了清楚起见未示出)安装在方形凹部244中。
流动池本体204进一步设置有第二透明部分250，通过第二透明部分250可以拍摄腔室206内的物体的图像。第二透明部分250与第一透明部分240相对定位。为了提供第二透明部分250，流动池本体204具有形成在其中的圆形开口252。以与第一透明开口240相同的方式，开口252位于形成在流动池本体204的外表面中的方形凹部254内。方形框构件256保持圆形透明窗口258，并且通过螺钉(为了清楚起见未示出)安装在方形凹部254中。
第一透明部分240和第二透明部分250的布置也在图4中以横截面示出。可以看出，第一透明部分240和第二透明部分250彼此相对布置并且位于流动池本体的入口端208与出口端210之间的中心。检测区域(表示为260)被限定在第一透明部分240与第二透明部分250之间的腔室的区域中。检测区域260具有入口端260a和出口端260b。
检测区域260具有深度D、高度H以及宽度W，如图4和图5中所指示的。
在第一透明部分240与第二透明部分250之间的检测区域260的深度D(即，沿着光轴X)是13.8mm。探测区260在垂直于光轴X的整个腔室206中的深度D为40.8mm。
检测区域的高度H和宽度W是由透明窗口248、258的直径限定的。透明窗口248、258的直径相同，并且被选择为略小于线扫描式相机32的扫描线的长度。以这种方式，线扫描式相机将检测并成像透明窗口的边缘，允许成像通过流动池的流体的全部高度。
腔室206在图5中以纵向横截面示出。腔室206包括邻近流动池本体204的入口端208的第一过渡部分270。第一过渡部分270具有流动池本体204的内表面，流动池本体204的内表面在第一流体联接构件220的圆形流动通道222与限定矩形腔室206的流动池本体的内表面之间提供平滑过渡。具体地，过渡部分270的表面可以由一组贝塞尔曲线(Beziercurves)限定，该组贝塞尔曲线实现了从具有腔室206的圆形横截面和矩形横截面的通道的平滑过渡。
腔室206进一步包括邻近流动池本体204的入口端210的第二过渡部分280。第二过渡部分280具有流动池本体204的内表面，流动池本体204的内表面在第二流体联接构件228的圆形流动通道228与限定矩形腔室206的流动池本体的内表面之间提供平滑过渡部。具体地，过渡部分280的表面可以由一组贝塞尔曲线限定，该组贝塞尔曲线实现了从具有腔室206的圆形横截面和矩形横截面的通道的平滑过渡。
如在图5中可见，流动池本体204的限定了过渡部分的内表面以及在入口端208与出口端210之间的腔室不包含可以在流过流动池本体204的液体流内产生压力波的不连续性。
转向图6，示出了使用如图1至图5中示出的并且如上所述的设备在海水流中拍摄物体的两组图像。图6左侧的第一组图像是浮游生物。图6右侧的第二组图像是在海水中尺寸范围从小于1mm至4.75mm的小气泡。
使用本发明的设备，可以从以高流速(具体地高达22升/分钟或更高)流动通过流动池的液体(诸如海水等)流中捕获物体(如图6中的那些)的图像。
最后，转向图7，示出了根据本发明的用于对液体流中的物体进行成像的组件的实施例的表示。
该组件(总体上表示为302)包括细长壳体304。壳体304由丙烯酸树脂形成并且具有IP67等级。
流动池310横向延伸穿过壳体304。流动池310具有上面描述并在图3和图4中示出的流动池的一般配置。流动池310的本体在壳体304内延伸，并且其入口端312和其出口端314延伸穿过壳体304的相对侧。凸轮和凹槽流体联接件320、322分别设置在壳体的入口端312和出口端314处，并且将流动池310连接至用于向流动池供给液体流和从流动池供给液体流的流体线路。
组件302进一步包括布置在壳体304内的照明设备330。照明设备包括LED光源332和光学组件334，光学组件334包括其中具有针孔的板336和透镜组件338。热交换器340去除LED光源332产生的热量。
组件302进一步包括布置在壳体304内的成像设备350。成像设备350包括线扫描式相机352。线扫描式相机352生成的图像数据通过光纤电缆354从组件中导出。成像设备350包括光学组件356，该光学组件356具有远心透镜并且布置在相机352与流动池310之间。热交换器358去除相机352产生的热量。
壳体304内的环境(特别是温度和湿度)由珀耳帖效应(Peltier-effect)环境控制系统360控制。风扇362使冷空气围绕壳体304的内部循环。

Claims (25)

1.一种用于分析液体流中的物体的流动池，所述流动池包括：
流动池本体，所述流动池本体具有在所述流动池本体中的由所述流动池本体的内表面限定的腔室，所述流动池本体具有入口端和出口端；
所述流动池本体的所述入口端设置有第一流体联接构件，所述第一流体联接构件具有穿过所述第一流体联接构件的流动通道；
所述流动池本体的所述出口端设置有第二流体联接构件，所述第二流体联接构件具有穿过所述第二流体联接构件的流动通道；
所述流动池本体包括第一透明部分和第二透明部分，光能够通过所述第一透明部分进入腔室以照明所述腔室内的物体，所述腔室内的物体能够通过所述第二透明部分成像；
其中，所述腔室包括与所述流动池本体的所述入口端相邻的第一过渡部分，所述第一过渡部分包括在所述第一流体联接构件的所述流动通道与限定所述腔室的所述流动池本体的所述内表面之间的平滑过渡部；以及
其中，所述腔室包括与所述流动池本体的所述出口端相邻的第二过渡部分，所述第二过渡部分包括在所述第二流体联接构件的所述流动通道与限定所述腔室的所述流动池本体的所述内表面之间的平滑过渡部。
2.根据权利要求1所述的流动池，其中，所述第一流体联接构件和/或所述第二流体联接构件包括用于与对应的凹形联接构件接合的凸形联接构件。
3.根据权利要求1或2所述的流动池，其中，所述第一流体联接构件和/或所述第二流体联接构件包括在凸轮和凹槽流体联接件中。
4.根据前述权利要求中任一项所述的流动池，其中，所述第一透明部分和所述第二透明部分与所述流动池本体的所述入口端和所述出口端相距相同的距离。
5.根据权利要求4所述的流动池，其中，所述第一透明部分和所述第二透明部分与所述流动池本体的所述入口端和所述出口端两者相距相同的距离。
6.根据前述权利要求中任一项所述的流动池，其中，所述第一透明部分与所述第二透明部分相对。
7.根据前述权利要求中任一项所述的流动池，其中，在所述腔室内限定检测区域，所述检测区域具有矩形横截面。
8.根据前述权利要求中任一项所述的流动池，其中，所述第一过渡部分和所述第二过渡部分中的一个或两个的表面在纵向方向和周向方向两者上具有单个刻面。
9.根据前述权利要求中任一项所述的流动池，其中，所述第一过渡部分和所述第二过渡部分中的一个或两个的表面由平滑曲线函数限定，所述平滑曲线函数优选地是多项式基函数，更优选地为贝塞尔、勒让德、切比雪夫或伯恩斯坦多项式函数。
10.根据前述权利要求中任一项所述的流动池，其中，所述第一过渡部分和/或所述第二过渡部分延伸达所述流动池本体的相应的所述入口端或出口端之间的距离的90％。
11.一种用于对液体流中的物体进行成像的成像组件，所述成像组件包括：
如以上权利要求中任一项所述的流动池；
成像设备，所述成像设备用于通过所述流动池本体的所述第二透明部分对所述流动池的所述检测区域内的所述液体中的物体进行成像；以及
照明设备，所述照明设备用于产生光，以通过所述流动池本体的所述第一透明部分照明所述流动池的所述检测区域中的液体。
12.根据权利要求11所述的成像组件，其中，检测区域限定在所述流动池本体的所述腔室内，所述腔室的所述检测区域具有的深度大于所述成像设备的聚焦深度。
13.根据权利要求12所述的成像组件，其中，所述检测区域的深度是所述成像设备的景深的7至15倍。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的成像组件，其中，所述成像设备包括线扫描式相机。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的成像组件，其中，检测区域限定在所述流动池本体的所述腔室内，以及其中，垂直于光轴的所述检测区域的宽度不大于所述线扫描式相机的活动线的长度。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的成像组件，其中，所述成像设备包括光学组件，所述光学组件包括远心透镜。
17.根据权利要求11至16中任一项所述的成像组件，其中，所述照明设备包括光源，所述光源包括发光二极管(LED)。
18.根据权利要求11至17中任一项所述的成像组件，其中，所述照明设备包括光源，所述光源发射白光。
19.根据权利要求11至18中任一项所述的成像组件，其中，所述照明设备包括光学组件，所述光学组件包括远心透镜。
20.根据权利要求11至19中任一项所述的成像组件，其中，所述照明设备包括针孔，使得由所述光源发射的光穿过所述针孔。
21.根据权利要求20所述的成像组件，其中，所述针孔的直径是所述针孔的最佳直径的至少120％。
22.一种用于照明物体的设备，所述设备包括：
光源，所述光源用于产生光；
第一准直器，所述第一准直器用于对由所述光源发射的光进行准直，所述第一准直器包括针孔，使得来自所述光源的光穿过所述针孔；以及
第二准直器，所述第二准直器包括远心透镜。
23.一种产生准直光束的方法，所述方法包括：
产生第一光束，所述第一光束是发散、非相干光束；
准直所述第一光束，准直包括：
在第一步骤中，使所述第一光束穿过针孔，以产生比所述第一光束较少发散的第二光束；以及
在第二步骤中，使所述第二光束穿过包括远心透镜的准直器。
24.一种用于对液体中的物体进行成像的方法，所述方法包括：
将液体馈送到如权利要求1至10中任一项所述的流动池的入口端；
产生光束；
准直所述光束，以形成准直光束；
使所述准直光束穿过所述流动池的所述流动池本体的所述第一透明部分；以及
通过所述流动池本体的所述第二透明部分捕获所述流动池本体中的所述液体内的物体的图像。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，成像的所述物体包括浮游生物和/或气泡。
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