CN1241000C - 传感器输出的修正方法 - Google Patents

Abstract

一种传感器输出的修正方法，在被测定物(2)的上方，配置通过光照射用LED(4)，成像透镜(6)做媒介的CMOS区传感器(8)。为了感知LED(4)的光量，再配置光检测器(10)。专用计算机(28)对区传感器(8)的输出进行线性化处理和亮度不均匀修正处理。前者对区传感器(8)的输出进行修正，使光量发生变化时的区传感器(8)的输出与光检测器(10)的输出成正比；后者修正各像素的输出，使测量作为被测定物(2)的面内均匀的平板时的区传感器(8)的各像素的输出，经过线性化处理修正后，成为面内均匀的状态。可以实现不需要机械驱动的简便的二维反射率测量方法。

Description

传感器输出的修正方法

技术领域

本发明涉及一种传感器的修正方法，即在用光照射被测定物，再用传感器接受该被测定物的反射光进行测量的方法中，当所使用的传感器的输出与受光量的关系为非线性时，对其输出加以修正的一种方法。

在本发明中，作为测量对象的光，包括反射光、透射光、萤光、磷光、化学发光等，用于定量测量及定性测量的各种光。

背景技术

在光检测器中，有单个元件的光检测器(例如光电二极管)；也有将光检测器排成一行的线性传感器(例如光电二极管阵列)；还有将光检测器排列成二维状态的区传感器(例如CCD传感器及CMOS传感器)。

作为与受光量相对应的传感器的输出特性，不仅象光电二极管那样具有线性特性，还有象CCD传感器及CMOS传感器等区传感器那样，在受光量小的区域和大的区域，具有偏离直线的灵敏度特性。非线性的传感器，一直被认为不适宜用作定量测量。

发明内容

因此，本发明旨在通过解决将输出特性为非线性的传感器用作检测器时的直线性问题，使这种传感器也能用于测量。

本发明是用光照射被测定物并用传感器接受来自被检测部的光进行测量的方法，其特征在于：使用输出与受光量为非线性关系的传感器。并且，具有修正传感器输出的线性化处理工序，从而在传感器的受光量发生变化时，能使传感器的输出与受光量成正比。

在第一种形式中，线性化处理工序包括下述工序(A)和工序(B)。工序(A)：另行设置输出与受光量具有线性关系的光检测器，使入射到所述传感器上的光也同时入射到该光检测器上，并且在使该照射发生变化时，将所述传感器的输出与所述光检测器的输出之间的关系作为线性化数据加以保持；

工序(B)：根据所述线性化数据，对测量被测定物时的所述传感器的输出进行修正，使其与所述光检测器的输出成正比。

传感器的输出，虽然与受光量不是线性关系，但通过根据线性化数据加以修正，使其跟输出与受光量成线性关系的光检测器的输出成正比，被修正过的传感器的输出就可与受光量成线性关系。

在第二种形式中，线性化处理工序包含下述工序(A)和工序(B)。工序(A)：预备多个发出的光是已知而且互不相同的标准板，将测量那些标准板时的所述传感器的输出与来自标准板的光之间的关系作为线性化数据加以保持；

工序(B)：根据所述线性化数据，对测量被测定物时的所述传感器的输出进行修正，使其与来自所述标准板的光成正比。

这样，传感器的输出虽然也与受光量不是线性关系，但通过根据线性化数据加以修正，使其与标准板发出的光成正比，被修正过的传感器输出就与受光量成线性关系。

在第二种形式中，不需要另行设置输出与受光量呈线性关系的光检测器和该光检测器的计量装置，以作为光量监测器使用。采用这个方法，在对光源进行光量调整后，只要更换标准板就能测量，所以操作起来简单。由于是用实际的传感器的受光量数据进行修正，所以能够减少误差。

在第三种形式中，线性化处理工序包括下述(A)工序和(B)工序。

工序(A)：使用曝光时间可调的传感器，将使测量一个基准物的曝光时间分成多个阶段而进行测量时的所述传感器的输出与曝光时间之间的关系，作为关于来自与曝光时间成正比的基准物的光的线性化数据予以保持；

工序(B)：根据线性化数据，对测量被测定物时的所述传感器的输出进行修正，使之与从曝光时间导出的来自基准物的光成正比。

作为基准物，例如是使用面内浓淡均匀的反射板或空白(不设置被测定物，使测定光全部入射到图像传感器中的状态)。

在第三种方式中，传感器的受光量与对基准物进行曝光的曝光时间成正比。这种情况下，传感器的输出虽然也与受光量不是线性关系，但通过根据线性化数据加以修正，使其与从曝光时间导出的基准物发出的光成正比，被修正过的传感器输出就与受光量成线性关系。

第三种方式除了具有第二种方式的诸多优点之外，还具有不需要预备多个标准板，只要有一个作为基准的基准物就能建立线性化数据，所以操作起来更加方便。

在这种方式中，如果将基准物(例如基准白板)内置于装置之中，就能在每次测量或适当的间隔中很容易地得到线性化数据。而且，由于能很容易地自动得到线性化数据，所以有利于保持测量精度。

区传感器是作为本发明对象的传感器的一个示例。在区传感器中，上述线性化处理工序可以以像素为单位进行。而且还能在图象中最明亮的像素附近，选择若干个像素，使用这些像素的输出的平均值进行线性化处理。

CCD型或CMOS型传感器是区传感器的应用实例。

传感器的输出最好采用减去作为暗数据的即受光量为零时的输出的补偿处理后的值。

反射率测量装置，是使用传感器的分析计的一个实例。作为反射率测量装置的传感器，从精度高，成本低，技术上简单易行的角度出发，主要使用光电二极管。可是，使用光电二极管后，要想得到多个项目的反射率时就需要移动光学系统或实验片。而且，光电二极管显示的是光点直径内的平均数据，所以不适宜用来检测以斑点成色为代表的对成色状况进行的详细检测。

作为解决这些问题的一种手段，一般采用区传感器。由于区传感器的数据是对象区域的像素信息，所以可以根据1幅画面的信息，进行多个项目的测量，斑点成色的检测，以及实验片位置偏移的修正等。

众所周知，利用区传感器可以检测出对象物的形状及色彩。例如，用CCD相机拍摄免疫测量用的试验带的图象，根据图象的面积或横竖长度的比率进行判断的方法，公开在日本专利特开平9-257708号公告中。在那里，将取得的信号作为亮度信号二值化后用来测量图象的形状，而不是测量该图象内的浓淡。

作为使用区传感器进行二维式测量的另一个例子，可以举出尿测量机。在那里，通常不是根据尿试验纸成色的浓淡(明亮度)，而是通过判定色调进行测量，使用的是彩色CCD。

如果要用区传感器高精度地检测出被测定物的二维浓度分布，除了光线照射不匀，透镜的像差之外，还会由于区传感器像素之间的灵敏度的差异造成面内光线不匀的现象。因此，为了实现高精度的检测，通常采用机械驱动系统，使传感器或被测定物移动。这时，尽管使用区传感器，也只不过将它作为一维直线传感器而予以利用罢了。

根据来自被测定物的光线，使用区传感器进行定量测量时，除了非线性导致的那些问题之外，还会产生下述问题。即：如果要进行二维测量，就会由于光线照射不匀，透镜的像差，位置不同而导致的像素灵敏度的偏差等原因，造成面内亮度不匀。所以如果使用区传感器进行二维性测量，定量结果就会随着位置的不同而出现偏差。

因此，为了使用区传感器，实现不需要机械驱动系统的简单易行的二维测量方法，最好还包括对各象素的输出进行修正，使通过所述线性化处理对当测量作为被测定物的基准物时的所述区传感器各像素的输出进行修正后的结果均匀一致的亮度不均匀修正处理。

用采用区传感器的侧量装置所拍摄的原始图象信息，受到传感器的各像素灵敏度的个体差异，光源(例如LED)的照射不匀，透镜的余弦四次方(像差)等的影响。“亮度不匀”就是受到这些影响后出现的现象。

经过线性化处理后，区传感器的输出就成为线性状态。如果再经过亮度不均匀修正处理，使面内亮度不匀的现象消除后，即使不使用机械驱动系统，也能高精度地进行二维测量。

亮度不均匀修正处理的方式之一是：测量作为被测定物的基准物，然后对受光量与像素的受光量达到饱和光量时的光量成为一定比值时的图象数据进行修正处理。该比值要取作比较接近饱和光量的值，例如0.8，这样就能高精度地进行亮度不均匀修正处理。

作为区传感器，可以使用CCD(电荷耦合器件)型传感器，或CMOS型传感器。

采用本发明进行线性化处理后，即使输出与受光量是非线性关系，也能进行定量测量。

如果再进行亮度不均匀修正处理，那么使用区传感器进行测量时，就能达到下述效果：

(1)测量尿样试纸等时，可以在同样的色调中，对浓淡变化的项目进行测量。

(2)与需要机械驱动系统的装置相比，取得整体图象的速度快，可以实现快速测量。

(3)由于不需要机械驱动系统，所以价格便宜。

附图说明

图1是用局部区段图的形式表示本发明适用的反射率测量装置一个示例的简要结构图。

图2示出该反射率测量装置中光学系统的具体示例，其中，(a)是光学系统的外形图，(b)是其垂直剖视图，(c)是图(b)中圆圈部分的放大图。

图3是表示区传感器的输出特性的图形。

图4是用区传感器拍摄白板时的三维等高面曲线图。

图5是表示本发明的修正处理的一个实施例的流程图。

图6是表示获取数据的像素的位置的俯视图。

图7是表示进行修正的一个示例的图形，其中，(a)是将白板作为被测定物时区传感器的各像素输出的曲线图，(b)是经过PD电压值变换后的输出的曲线图，(c)的对图(b)所示的曲线进行亮度不匀修正后的曲线图。

图8是将LED光量由暗到亮分成三个阶段后对白板进行摄像，将其图像信息排列成三维等高面曲线的图形，其中，(a)是未进行亮度修正时的状态，(b)是对(a)的曲线图进行过亮度不匀修正后的曲线图，

图9是将1个图像分割成11×11个区域的示例的俯视图。

图10是将1个图像分割成11×11个区域的示例的俯视图。

图11是将图6所示的各像素的5点进行亮度不匀修正后的图形。

图12是表示实施例中反射率测量装置的主要部件的工作时间与温度的关系的图形。

图13是将每隔10分钟各测量三次的反射率的结果绘制而成的图形。

图14是用局部区段图的形式表示本发明所适用的反射率测量装置的另一个示例的简要结构图。

图15是表示在第二个实施例中，测量反射率互不相同的标准板的结果，以及区传感器的输出情况的图形。

图16是以区传感器的一个像素的情况表示图15所示的结果的图形。

图17是表示在该实施例中，为了获得线性化数据而要采取的步骤的流程图。

图18是表示未知试料的反射率测量步骤的流程图。

图19是表示在第3个实施例中，减少曝光时间时传感器的输出与曝光时间的关系的图形。

图20是以区传感器的一个像素的情况表示图19所示的结果的图形。

图21是表示在该实施例中，为了获得线性化数据而要采取的步骤的流程图。

图22是表示未知试料的反射率测定步骤的流程图。

图23是表示在该实施例中，为了确认修正后的数据的精度而提取数据的像素的位置的俯视图。

图24是表示各像素中修正过的输出与反射率的关系的曲线图。

具体实施方式

以下以测量反射率为例进行阐述，但本发明除了测量反射率外，在测量透射率、萤光、磷光、化学发光等场合也同样适用。

[实施例1]

作为第1个实施例，图1示出二维反射率测量装置的概要。该装置采用本发明的第1种形式的输出修正方法，使用的传感器是区传感器。

图中，2是被测定物，放在试料台(图中略)上，置于规定的位置。在进行临床检查等实际测量时，被测定物2是尿样试纸或免疫测量试纸等。在进行化学分析时，被测定物2则是薄层色谱等。修正区传感器时，采用表面反射率均匀的白板。为了照射被测定物2，作为光源，3个LED(发光二极管)4被设置在被测定物2的上方同样高度处，三者互相相差120度，对着被测定物2的中心，以45度的入射角照射被测定物。每个LED4的发光的中心波长均为635nm。

在被测定物2的上方，通过成像透镜6，设置着CMOS区传感器8。被测定物2的反射光，在该透镜6的作用下，在区传感器8中成像，从而使被测定物2的图像信息被区传感器8检测出来。

在区传感器8的视场角外，能感知LED4的光量的位置上设置着光检测器(PD)10。光检测器10是光电二极管，其输出与接受到的光量是线性关系，可以将对被测定物的照射光量转换成电压。12是该光检测器10将受光的光量转换成电压的电压表。

虚线区段14表示出LED4，透镜6，区传感器8以及光检测器10构成该反射率测量装置的光学系统的情形。

虚线区段20则是区传感器驱动电路，包括：将区传感器8的输出放大的放大器22，将被放大的模拟输出转换成数字信号的A/D变换器24，以及将取得的数字信号暂时保存的RAM(随机存取存储器)26。区传感器驱动电路20，通过将摄像时间等的寄存设定，图像数据的取得等，控制区传感器8。此外，区传感器驱动电路20还调节LED4的光量，与微机(专用计算机)28进行串行通信(56000bps)，并且执行微机28的命令。

微机28对区传感器的各种寄存器进行设定，或者向区传感器驱动电路20下达命令，并且取得图像信息，在监测器上进行显示。此外，还用适当的格式保存数据。微机28还能进行前文所述的补偿处理，线性化处理，以及亮度不均匀修正处理。

图2示出光学系统14的具体实例。(a)是光学系统的外形图，(b)是其垂直剖面图，(c)是(b)图中的圆内的放大图。

在这个光学系统中，从透镜6到被测定物2的距离，以及从透镜6到区传感器8的距离，能够自由微调，调焦，倍率变更等都简单易行。而且，被测定物2在各试料台的基板上都能交换。

作为区传感器8，使用的是三菱生产的(MOS图像传感器(H64 28 3FP)。下面对使用这种装置进行反射率测量的结果做一阐述。

首先，对区传感器的修正处理做一阐述。

(1)补偿处理(数据处理)：

将LED4的电流值为0(mv)时的区传感器8的输出(A/D计数值)作为暗(偏置补偿)。后文将要叙述的所有的运算结果(修正处理，反射率运算等)都将LED4照射时的区传感器8的输出(A/D计数值)与暗值成分的差作为区传感器8的原始输出(A/D计数值)。

(2)光量与区传感器输出的关系(线性修正)：

对被测定物2来说，LED4放射出来的光量，与区传感器8的输出(将Vout经过A/D变换后的计数值)不是正例的关系。

图3的曲线，表示将白板{MD(中性浓度)9.5、反射率实测值87.00％[反射率实测值是采用分光测色仪(MINOLTACM-503C)测量出来的(以下也相同)]}作为被测定物2、并且使LED4的光量变化时的区传感器8的输出。图中，横轴表示配置在光学系统14中的光检测器10的输出(mV)，纵轴则表示区传感器8接受最强的光照部分的连续排列的适当的5个像素的数据的平均值。

为了进行亮度不匀修正，需要进行前处理，即将区传感器8的输出(A/D计数值)换算成光检测器10的输出(mV)。在进行亮度不匀修正之前，在25℃的环境温度下，测量图3的特性，根据其结果对区传感器8的各像素的输出进行修正运算。

(3)图像不匀(亮度不匀)的修正。

使用该反射率测量装置拍摄的原始图像信息，由于受到区传感器8的各像素灵敏度的个体差异。LED4的照射不匀，以及透镜6的余弦4次方等的影响，会出现亮度不匀的现象。图4是对白板(ND9.5，反射率实测值为87.00％)进行拍照(视场角范围内，全部为白板区域)，再将其图像信息绘制成三维等高面曲线而成的图形。等高面是将图像分割成10×10的区域后，由各区域所包含的像素的平均值合成的。

由图4的曲线图可知，拍摄像白板那样的浓淡均匀的平面，也会受到亮度不匀的影响，致使视场角内的浓淡信息变形，成了圆顶状。将区传感器8用作反射率测量装置的光检测器时，需要将变成这种圆顶状的图像信息修正处理成浓淡均匀的水平面。本发明的测量结果，都进行过这种亮度不匀的修正。

在本发明中，按照下述步骤进行修正处理。下面参阅图5，讲述其步骤。

<获取修正参照数据的步骤>

(1)将白板(ND9.5，反射率实测值为87.00％)作为被测定物2，求出拍摄的图像中最亮的像素达到饱和光量时的光检测器(PD)10的电压值(工序S1～S5)。

(2)将从0(mV)到像素达到饱和光量时的光检测器10的电压值20等分，求出21阶段的各电压值，由低到高，定为P0～P21(步骤6)。

(3)调整LED4的光量，使光检测器10的电压值成为上述各阶段的值。再用那些光量分别拍摄白板，存储数据(获取21张图像数据。0(mV)时图像是暗数据)(步骤S7～S11)。

(4)对所有的图像的数据进行补偿处理(每个像素均从各图像数据减去暗数据)(步骤S12)。

(5)求出图像内最明亮的像素附近连续排列的5个像素的平均值。对各像素进行这种处理，找出光检测器10的电压值与区传感器输出的关系(图3)(步骤S13)。

(6)在21张图像数据中，将饱和光量×0.8的图像数据作为亮度不匀修正参照白板数据(步骤S14)。

<测量图像亮度不匀的修正步骤>

(7)根据图3所示的关系，将测量图像的128×128像素的A/D数据变换成光检测器10的电压值(PD电压值变换：线性化处理)(步骤S15)。变换采用对图3曲线图中的取值点之间进行直线插补的方式进行。

(8)对在步骤(6)中获得的亮度不匀修正参照用白板数据也进行同样的PD电压值变换。

(9)对128×128的各像素求出亮度不匀修正参照用白板数据(PD电压值变换后)与测量图像的数据(PD电压值变换后)之比。将该比值作为亮度不匀修正数据(步骤S16)。

(像素修正示例)

该示例采用迄今为止叙述过的修正方法，由原始的各像素的输出导出反射光量。要修正的像素是图6所示的5点，各点分别为：点1(32，32)、点2(96，32)、点3(64，64)、点4(32，96)、点5(96，96)。

在图7(a)所示的曲线图中表示出将白板(ND9.5，反射率实测值为87.0％)作为被测定物2，使LED4的光量发生变化时，图6所示的5个点的区传感器的输出。

根据图3的曲线所示的关系，将区传感器输出(A/D计数值)变换成光检测器的电压值(PD电压值变换)后，如图7(b)所示进行修正。在图7(b)中，虽然受到亮度不匀等的影响，各点的反射光量出现了差异，但各点对LED4的光量却保持着正比例的关系。

图7(c)是使用亮度不匀修正数据对图(b)进行亮度不匀修正绘出的曲线图，各点几乎都在同一条直线上。在图(c)中，区传感器的修正输出为1时，5点完全一致。这是由于根据该亮度的白板数据进行亮度修正的缘故。由图(c)可知，光量越低于该值，各点的偏差就越大，修正精度也就越差。

(区域修正示例)

图8(a)所示的曲线图，是将LED光量由暗到亮分成3个阶段，然后拍摄白板(ND9.5，反射率实测值87.00％)(视场角范围内全部是白板的区域)，再将其图像信息排列起来后绘制而成的三维等高面曲线图。等高面是将图像分割成10×10个区域，再求出各区域所包含的像素输出的平均值后合成的。3个圆顶状的白板数据中左端的光量最少，右端的光量最多。

右端的白板数据，与中央的白板数据相比，尽管光量比较多，但最大值与最小值的差却很小。这是因为白板明亮部位的像素光量接近饱和量的缘故。

对图8(a)的曲线图进行亮度不匀修正后，就变成图8(b)所示的平面状。

(同时再现性1)

以同一个像素为对象，拍摄不同反射率的ND纸，验证将那些浓淡值的比作为反射率运算时的同时再现性。

其步骤如下：

(1)将LED4的电流值调成0mA，拍摄暗(补偿)图像。

(2)预备好在纸板上分别贴着ND9.5(反射率实测值87.00％)和ND6.5(反射率实测值36.21％)的物品，交替将它们拍摄10次。

(3)对各像素进行亮度不匀修正后，如图9所示，将1张图像分割成11×11的区域(1个区域拥有10×10＝100个像素)，求出各区域的光量的平均值。将该光量平均值的ND9.5和ND6.5之比作为反射率，对各区域进行运算。

表1列出10次测量中的1次测量结果。表的上栏是拍摄ND9.5时各区域的光量平均值，中栏是拍摄ND6.5时各区域的光量平均值，下栏则是将各相同区域的比值作为反射率计算出来的结果。

(表1)

在该表中，AVE，表示平均值，C、V、(％)是变化率，表示(标准偏差/平均值)。△表示区域内最大值与最小值的差。

表2列出10次测量结果的各区域的反射率的平均值(上栏)和各区域反射率的离散(下栏)

(表2)

反射率平均(n＝10)0    10     20     30     40     50     60     70     80     90    100    110010    41.08  41.05  41.44  41.23  41.20  41.22  41.40  41.86  42.21  42.99  44.0920    41.21  41.15  41.38  41.42  41.32  41.30  41.50  41.75  42.26  43.06  43.6430    41.10  41.29  41.34  41.50  41.39  41.35  41.33  41.60  42.04  42.80  43.5340    41.14  41.37  41.38  41.29  41.14  41.20  41.31  41.54  41.78  42.44  43.3150    41.05  41.32  41.37  41.24  41.02  41.13  41.09  41.40  41.62  42.27  43.0060    41.01  41.30  41.27  41.16  41.10  41.08  41.16  41.37  41.59  42.17  42.8470    40.98  41.18  41.25  41.19  41.11  40.96  41.11  41.38  41.72  42.05  42.7580    41.01  41.35  41.27  41.11  41.10  41.09  40.93  41.27  41.60  41.90  42.6490    41.05  41.33  41.42  41.29  41.00  41.06  40.96  41.15  41.60  42.18  42.79100    41.02  41.11  41.44  41.47  41.17  40.88  41.00  41.09  41.73  42.25  42.96110    40.95  41.10  41.32  41.38  41.12  41.16  41.22  41.20  41.67  42.49  43.36120全区域41.57

反射率不均C.V.(%)(n＝10)0     10     20     30     40     50     60     70     80     90    100    110010    0.758  0.687  0.629  0.567  0.540  0.613  0.557  0.551  0.580  0.615  0.62520    0.689  0.582  0.536  0.540  0.498  0.480  0.467  0.535  0.493  0.512  0.58030    0.608  0.588  0.510  0.469  0.409  0.400  0.386  0.376  0.416  0.417  0.48640    0.572  0.538  0.450  0.414  0.404  0.429  0.372  0.385  0.427  0.421  0.37750    0.566  0.524  0.429  0.386  0.402  0.404  0.394  0.455  0.422  0.417  0.42060    0.567  0.467  0.404  0.412  0.398  0.424  0.427  0.412  0.408  0.407  0.41170    0.530  0.542  0.396  0.426  0.417  0.424  0.427  0.388  0.433  0.411  0.42380    0.568  0.539  0.431  0.431  0.406  0.397  0.462  0.401  0.418  0.426  0.43190    0.516  0.567  0.438  0.427  0.430  0.433  0.433  0.420  0.419  0.405  0.427100    0.581  0.536  0.465  0.382  0.384  0.421  0.437  0.443  0.442  0.414  0.403110    0.650  0.588  0.571  0.459  0.392  0.401  0.414  0.422  0.422  0.440  0.442

根据表1和表2，比较各区域的反射率，可以看到：透镜8的光轴附近(或LED4的照射光最集中的部位)的离散最小，从那儿走，呈同心圆状，离得越远，离散就变得越大。这被认为是由于离光轴越远，修正量就越大的缘故。

从这两个表中还可以知道，使用区传感器测量反射率时，即使测量浓淡理应一样的被测定物，各区域所得到的反射率也存在相当大的差异。其原因被认为是亮度修正精度随着部位的不同而不同，以及被测定物原本存在的浓淡不匀的影响。

(同时再现性2)

在同一个图像内，配置反射率互不相同的ND纸，将这些浓淡值的比作为反射率进行运算时，验证其同时再现性。具体步骤如下：

(1)将LED4的电流值调成0mV，拍摄暗(补偿)图像。

(2)预备好贴在纸板上的物品，使ND9.5(反射率实测值为87.00％)和ND6.5(反射率实测值36.21％)各进入视场角一半，将其拍摄10次。

(3)对各像素进行亮度不匀修正后，如图10所示，将1张图像分割成11×11的区域(1个区域拥有10×10＝100个像素)，求出各区域的光量平均值。将该光量平均值的ND9.5和ND6.5的比值作为反射率，求出各区域的反射率。

表3列出10次测量中1次的测量结果。表3中，上栏左侧是ND9.5的各区域的光量平均值，上栏右侧是ND6.5的各区域的光量平均值。下栏左侧是将图像内ND9.5和ND6.5相交的部分作为中心线，将由此求出的线对称的比值作为反射率的结果(称作“对称反射率”)。下栏的右侧则是在该中心线上，将区域分割成ND9.5和ND6.5的区域，将各自相同的区域(例如：横轴10的区域和50的区域，横轴50的区域和110的区域)的比值作为反射率的结果(称作“单向反射率”)。

(表3)

表4列出对10次测量数据进行表3下栏那样的运算后得出的平均值(上栏)和离散(下栏)。

与同时再现性1的结果相比，同时再现性2的结果是C、V、(％)(变化率：标准偏差/平均值)约两倍。其原因被认为是：在同时再现性1的测量中，每次测量都必须用手更换拍照的物品，而在同时再现性2的测量中，却完全不需要用手去触摸。就是说，同时再现性2的结果，可以认为是与纯粹的CMOS区传感器的摄像再现性十分接近的数据。

(反射率直线性)

使用现有的精度受到校验的分光色测计(MINOLTA CM-503C：不是使用区传感器的东西)，测量多种反射率互不相同的ND纸，验证了与本发明实施例的反射率测量装置的相互关系。

预先用分光色测计测量作为对象的多种ND纸的反射率。反射率是ND纸上任意位置的5个点，取其平均值。

(1)将LED4的电流值调整成0mA，拍摄暗(补偿)图像。

(2)拍摄预先用分光色测计测量过的ND纸。

(表4)

(3)如图6所示，对各图像中同样分布的5个点(像素)进行亮度修正。

图11的曲线图中，横轴表示用分光色测计测量出来的值，纵轴表示采用本发明，对图6所示的各图像的5个点(像素)进行亮度不匀修正后的结果。

图11的曲线图的结果，不是区域的平均值，而是以像素为单位的结果。靠近光轴的像素点3(96，32)等的直线性可以说很好。点1(32，32)是在5个像素中表示最暗的值(在原始数据中)的像素，其直线性在5个像素中最差。从该试验中也可以知道：离光轴较远的部位，其亮度不匀的修正困难。

(温度特性)

为了把握实施例中反射率测量装置的温度特性，进行了测量。

将系统(电源为ON状态)充分饱和后，在10℃、20℃、30℃的各种环境中，进行以下操作。将贴在纸板上的可以使ND9.5(反射率实测值87.00％)和ND6.5(反射率实测值36.21％各进入视场角一半的物品作为被测定物。

(1)将LED4的电流调成0mA，拍摄暗(补偿)图像。

(2)在各种环境温度中，将LED4的电流值设定成[10℃：16.52(mV)，20℃：17.20(mA)，30℃：17.95(mA)]，等待光检测器10检测到的LED光量超过[10℃：0.788(V)，20℃：0.786(V)，30℃：0.783(V)]的时刻。

(3)满足了(2)的条件后立即拍摄。将以上的操作反复进行10次。

表5列出在各种温度中全区域平均反射率的试验结果。该结果是在各种温度中分别进行10次测量后得到的。表中，S、D，表示标准偏差。

(表5)       平均反射率(％)温度特性

这个结果表明：几乎不受环境温度的影响，大体上只有0.28(％/10℃)左右的温度倾向。

(漂移特性)

为了把握在使用状态(包括时间、温度)中实施例的反射率测量装置的漂移倾向，进行了测量。

(1)在实施例的反射率测量装置的主要部件(驱动电路20内，LED4附近，区传感器8附近)安装了热电偶，以便能监控温度。

(2)使反射率测量装置在电源OFF状态中充分适应环境。

(3)将LED4的电流值调成0(mV)，拍摄暗(补偿)图像。

(4)将LED4的电流值调成17.3(mV)，等待光检测器10检测到的LED光量超过0.789(V)的时刻。

(5)满足了(2)的条件后，立即拍摄3次。

(6)每隔10分钟，进行一次(3)～(5)的处理，直到监控到的部件温度全部一样为止。

图12的曲线图示出了实施例的反射率测量装置的主要部件(驱动电路20附近，LED4附近，区传感器8附近)的时间(每隔10分钟)与温度的关系。

图13的曲线图是将每隔10分钟各测量3次获得的反射率的结果绘制而成的。

从图12、图13的结果中看不到在使用环境(包括温度、时间)中的漂移现象，即使存在也微乎其微，可以包含在每次测量的测量误差中。

以上的验证结果表明，实施例的反射率测量装置，同时再现性(n＝10)为C、V＝0.23％(在反射率45％附近)，其温度特性在反射率45％附近大约为0.28(％/10℃)，在使用状态(包括时间、温度)中，几乎看不到漂移的倾向。

以上结果表明，在实施例中使用的CMOS区传感器足以适用于尿样试纸的测量和半定量水平的测量。

[实施例2]

作为第2个实施例，图14示出采用本发明的第2种形式的输出修正方法的二维反射率测量装置的概要。该装置使用的传感器是区传感器。

与图1所示的反射率测量装置相比，不同的地方是，没有配置监控光量的光检测器10，其它的结构都基本相同。被测定物2的反射光，通过反射板5和透镜6在区传感器8a上成像。区传感器8a带有图1所示的放大器22。区传感器8a的检测信号，经过A/D变换器24，输送到运算部28a中。运算部28a相当于图1中的RAM26和微机28。显示器30，主键盘盘32，打印机34与运算部28a相连。36是保存输送来的图像数据的图像保存部，可以由硬盘装置构成。为了将运算部计算出来的反射率变换成浓度，检查线数据40被硬盘装置及软盘装置保存着。

运算部28a的数据处理结果，作为外部输出38，可以被所需的外部装置调出。

在本实施例中，为了作为线性化数据，取得区传感器8a的输出与被测定物的反射率之间的关系，作为被测定物2，测量反射率已知的标准板。作为标准板，使用ND纸预备从反射率大到最小的11个等级的物品。

将这些标准板作为被测定物2进行测量的结果以及区传感器8a的输出情况，在图15中表示出来。在该图中，纵轴表示输出，横轴则表示将各标准板按反射率从大到小的顺序排列后的状况。由于没有进行亮度不均匀修正处理，所以各标准板的输出数据呈弯曲状。

图16示出区传感器8a的一个像素的反射率与输出的关系。图中，纵轴表示区传感器8a的输出，横轴表示标准板已知的反射率。对受光量而言，区传感器的输出是非线性的，所以该曲线呈“S”型，表明它与图3所示的传感器相同。

对区传感器8a的各像素，将图16所示的那种数据，作为每个像素的线性化数据加以保持。

测量反射率未知的试件时，对各像素使用各自的线性化数据，如图16中箭头所示的那样，根据其输出，求出反射率。反射率可以通过插补该线性化数据的实测点之间的方法获得。

这样得出的未知试件的反射率，成为包括光源造成的照射不匀以及透镜、区传感器8a的非线性在内均得到修正的反射率数据，成为具有直线性的反射率数据。

下面通过图17和图18，再一次叙述这个动作。

图17示出为了获得线性化数据而要实施的步骤，作为基准物，预备反射率互不相同的N种物品。反射率从100％到0％，以10％为单位变化，共11种。将一个基准板放置到被测定物2的位置上，通过区传感器8a摄像。记住这时的该基准板的已知的反射率Y和摄像数据。认所有的基准板都反复进行这个动作。

这样，每个像素都能得到图16的直线化数据。该数据表示摄像数据中各像素的输出与反射率的关系。

在图18所示的操作中，将反射率未知的试件放在被测定物的位置上，用区传感器8a摄像。根据摄像结果，确定表示像素位置的座标(X、Y)，再如图16箭头所示的那样，根据输出数据求出反射率。所有的像素，都要进行这些动作。

[实施例3]

作为第3个实施例，使用区传感器，叙述采用本发明的第3种形式进行输出修正的方法。

使用的反射率测量与图14所示的装置一样。

在本实施例中，作为区传感器8a，使用的是受光的曝光时间可以用程序控制的元件。作为这种区传感器，使用例如在图1的实施例中使用的三菱制造的CMOS图像传感器。(H64283FP)。可是，使用的区传感器8a，不限于CMOS图像传感器，即使是CCD图像传感器，只要是曝光时间可以用程序控制，就能使用。

区传感器8a的输出虽然与受光量是非线性关系，但受光量与曝光时间却成正比。而且，由于受光量与反射率成正比，所以使用1个基准板，使曝光时间互不相同，就可以得到和使用反射率互不相同的基准板进行测量等效的结果。

在图14所示的被测定物2的位置上，放上作为基准板的白板。首先用基准的曝光时间进行测量。然后继续使用那块白板，将曝光时间下降到基准曝光时间的90％后进行同样的测量。再以同样的方法，使曝光时间按照80％、70％……这样变化下去。

图19示出如此减少曝光时间的区传感器8a的输出(纵轴)和曝光时间(横轴，越靠右，曝光时间越短)的关系。这时，由于没有对区传感器8a内的亮度不匀进行修正，所以在像素间的输出是变动的。

如果要用图形表示出各像素的输出与曝光时间的关系，就成为图20那样，其结果与图16及图3一样。对各像素，都将图20的数据作为线性化数据存储着。

图21汇总了取得这个直线化数据的步骤。将基准白板作为被测定物2放上去，设定基准曝光时间t。在该曝光时间中照射，进行摄像(由区传感器8a执行)，存储曝光时间t和摄像数据。

然后，将曝光时间减少10％，反复进行同样的测量，这样，曝光时间依次逐渐减少，并反复测量下去，各像素的传感器输出与曝光时间的关系就明确了。图20表示出它们的关系。图中，横轴的曝光时间相当于反射率。

图22汇纳了测量反射率未知的试料时的步骤，与图18所示的步骤一样。在该实施例中，各像素都得出相当于反射率的曝光时间。

在该实施例中，确认了修正后的数据的精确度。测量了反射率已知的多个被测定物。如图23所示，送出区传感器8a在中央部位及周边部位的各位置的像素，确认各像素中被修正过的输出与反射率的关系(见图24)。各位置上的像素的输出，即可以是一个像素的输出，也可以是在该位置周边的若干个像素输出的平均值，直线是全部像素的平均值。在图24中，横轴是已知的反射率，纵轴是修正后的输出。

由图24可知，与区传感器8a的像素位置无关，包括照射不匀及透镜、区传感器的非线性在内都可修正成线性的反射率的值。

产业上应用的可能性

本发明的修正方法，作为包括干化学分析仪(该分析仪使用将试药装置设置在支承体上的试验片)在内的各种分析仪器中的传感器的输出的修正方法，可以在临床检查、食品分析、化学分析等众多领域得到应用。

Claims (9)

1、一种传感器输出的修正方法，当使用输出与接受到的光量是非线性关系的传感器，使光照射到被测定物上并用所述传感器接受来自被测定物的被检出部的光，进行测量时，具有线性化处理工序：对所述传感器的输出进行校正从而使所述传感器的输出在所述传感器的受光量发生变化时与受光量成正比，

其特征在于：所述线性化处理工序包括下述工序A和工序B，

工序A：另行设置输出与受光量具有线性关系的光检测器，使入射到所述传感器上的光也同时入射到该光检测器上，并且在使该照射发生变化时，将所述传感器的输出与所述光检测器的输出之间的关系作为线性化数据加以保持；

工序B：根据所述线性化数据，对测量被测定物时的所述传感器的输出进行修正，使其与所述光检测器的输出成正比。

2、如权利要求1所述的传感器输出的修正方法，其特征在于：所述传感器是区传感器，以像素为单位进行所述线性化处理工序。

3、如权利要求1所述的传感器输出的修正方法，其特征在于：所述传感器是区传感器，选择图像内最明亮的像素附近的若干个像素，使用那些像素输出的平均值，进行所述线性化处理工序。

4、如权利要求2或3所述的传感器输出的修正方法，其特征在于：作为所述区传感器，使用CCD型或CMOS型传感器。

5、如权利要求1所述的传感器输出的修正方法，其特征在于：所述传感器的输出是减去了作为暗数据的受光量为零时的输出的补偿处理后的值。

6、如权利要求2或3所述传感器输出的修正方法，其特征在于：还包括对各象素的输出进行修正，使通过所述线性化处理对当测量作为被测定物的基准物时的所述区传感器各像素的输出进行修正后的结果均匀一致的亮度不均匀修正处理。

7、如权利要求6所述的传感器输出的修正方法，其特征在于：测量作为被测定物的基准物，对在接近当象素达到饱和光量时的受光量所对应的饱和光量的一定比例的受光量的图像数据进行所述亮度不均匀修正处理。

8、如权利要求6所述的传感器输出的修正方法，其特征在于：所述基准物是面内浓淡均匀的反射板或空白。

9、如权利要求1所述的传感器输出的修正方法，其特征在于：使用光电二极管，作为输出与受光量为线性关系的所述光检测器。

Images