CN1571983A - 定位物体的设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于定位有预定数目标记物体的方法和设备，该设备包括：光源，传感器和处理器，它借助于以下的步骤：利用光源照明物体；利用所述传感器接收物体图像并产生像素数据，像素数据包括多个像素位置和每个像素的像素强度；接收像素数据并存储它们到存储器中；比较所述像素强度与预定阈值；基于所述比较，确定物体的位置；利用与有所述标记的所述物体对应的数字匹配掩模；找到所述数字匹配标记与所述物体位置上所述物体之间的最佳匹配；根据所述最佳匹配，确定所述物体位置内的标记位置。

Description

定位物体的设备和方法

技术领域

本发明涉及定位物体的设备，包括：用于照明物体的光源，用于接收物体图像并产生像素数据的传感器，像素数据包括多个像素位置和每个像素位置的像素强度，用于接收像素数据并存储它们到存储器中的处理器。

背景技术

在现有技术中已知这种设备有广泛的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够高精度定位物体中预定标记的设备。

为此，本发明提供一种用于定位有预定数目标记物体的设备，包括：用于照明物体的光源，用于接收物体图像并产生像素数据的传感器，像素数据包括多个像素位置和每个像素位置的像素强度，用于接收像素数据并存储它们到存储器中的处理器，以及利用这些数据评估所述物体和/或预定数目标记的位置和/或光强和/或颜色，处理器可以完成以下的功能：

-比较所述像素强度与预定阈值；

-基于所述比较，确定物体的位置；

-使用与有所述标记的所述物体对应的数字匹配掩模；

-找到所述数字匹配掩模与所述物体位置上所述物体之间的最佳匹配；

-根据所述最佳匹配，确定所述物体位置内的标记位置。

利用这种匹配掩模并找到匹配掩模与物体位置上物体之间的最佳匹配，可以非常精确地确定标记位置。最好是，多个标记位置一起构成矩阵或至少两个标记位置的部分矩阵，最好是四个标记位置的部分矩阵。术语‘矩阵’在广义上应当理解为夹持样品阵列的任何合适框架，或直接方式(例如，微滴定板上的凹槽)或间接方式(例如，试管架上类似于试管的容器)。合适的矩阵也可以是借助于其他装置能够断开，切开或分割成较小矩阵的矩阵，它取决于所需容器或凹槽的数目。

最好是，物体是夹持器或有标记的夹持器，例如，夹持测试样品的容器。在一个实施例中，该设备是用于检测测试样品中可能存在残余物的部分装置，如在共同未决的欧洲专利申请号01203936.9中所描述和要求保护的，申请日期是与本申请的相同。在利用本发明设备精确地确定夹持测试样品的容器位置之后，通过测试样品位置的测量，例如，颜色变化测量，容易检测到可能的残余物，如以下要详细解释的。任选地，物体，即夹持器和/或夹持测试样品的容器，可以包含附加的标记，通过与预装入数据组比较，处理器能够识别附加标记。所述附加标记的合适例子是条形码，凸块，图形，数字，坑，环，文本，商标，等等。

本发明还涉及设备执行的方法，该设备用于定位有预定数目标记的物体，该设备包括：光源，传感器和处理器，该方法包括以下的功能：

-利用光源照明物体；

-利用所述传感器接收物体图像并产生像素数据，像素数据包括多个像素位置和每个像素位置的像素强度；

-接收像素数据并存储它们到存储器中；

-比较所述像素强度与预定阈值；

-基于所述比较，确定物体的位置；

-使用与有所述标记的所述物体对应的数字匹配掩模；

-找到所述数字匹配标记与所述物体位置上所述物体之间的最佳匹配；

-根据所述最佳匹配，确定所述物体位置内的标记位置。

在另一个实施例中，本发明涉及设备需要装入的计算机程序产品，用于定位有预定数目标记的物体，该设备包括：光源，传感器和处理器，该计算机程序产品在所述设备装入计算机程序产品之后，给所述设备提供以下的功能：

-利用光源照明物体；

-接收物体的图像并产生像素数据，像素数据包括多个像素位置和每个像素位置的像素强度；

-接收像素数据并存储它们到存储器中；

-比较所述像素强度与预定阈值；

-基于所述比较，确定物体的位置；

-使用与有所述标记的所述物体对应的数字匹配掩模；

-找到所述数字匹配标记与所述物体位置上所述物体之间的最佳匹配；

-根据所述最佳匹配，确定所述物体位置内的标记位置。

最后，本发明还涉及有上述计算机程序产品的数据载体。

附图说明

参照一些附图描述本发明。这些附图不是对本发明范围的限制，而仅仅是用于描述本发明。本发明仅受所附权利要求书的限制。

图1表示可用于实现本发明的设备方框图；

图2表示可用于本发明的扫描器具体细节；

图3a表示包含有待研究样品的多个容器的微滴定板；图3b表示包含多个待研究样品的试管架；

图4表示按照本发明用于确定物体位置的流程图。

具体实施方式

在图1中，给出可以实施本发明方法的设备方框图。该设备包括：用于执行算术运算的处理器1。

处理器1连接到一个存储器元件或多个存储器元件，例如，硬盘5，只读存储器(ROM)7，电可擦可编程只读存储器(EEPROM)9，和随机存取存储器(RAM)11。不必提供所有这些存储器类型。此外，这些存储器元件的位置不必是在处理器1的邻近，而是可以远离处理器1。

处理器1还连接到用户输入指令，数据等的装置，例如，键盘13，和鼠标15。还可以提供专业人员熟知的其他输入装置，例如，触摸屏，跟踪球和/或话音转换器。

提供连接到处理器1的阅读单元17。阅读单元17安排成从数据载体上读出数据，并且可能在数据载体上写入数据，例如，软盘19或CDROM 21。其他的数据载体可以是专业人员熟知的磁带，DVD等。

处理器1还可以连接到打印机23，用于打印输出数据到纸片上，以及连接到显示器3，例如，监视器或LCD(液晶显示器)屏幕，或专业人员熟知的任何其他类型显示器。

借助于I/O装置25，处理器1可以连接到通信网络27，例如，公用交换电话网(PSTN)，局域网(LAN)，广域网(WAN)，等等。处理器1可以通过网络27与其他的通信设备进行通信。

处理器1可以是单独的系统，或者是多个并行运行的处理器，每个处理器安排成执行较大计算机程序的子任务，或者是有几个子处理器的一个或多个主处理器。通过网络27与处理器1通信的远程处理器甚至可以执行本发明的部分功能。

所有的连接可以是物理连接，然而，无线连接也包括在本发明的范围内。

处理器1还连接到扫描器29，例如，HP 6300C Scanjet。在扫描器的顶部可以放置一个或多个物体。所述物体的照片图像也可以放置在扫描器的顶部。或者，能够完成与扫描器29相同功能的装置可以代替扫描器29。这种装置可以是数字照相机或摄像机，web CAM设备等。所述装置可以有这样的结构，能够方便地收集需要定位物体的图像。最好是，物体放置在所述装置的透镜之上位置，例如，利用透明材料的安装结构和/或支承面，如玻璃板。所述装置的透镜与需要定位的物体之间距离最好是小于1米，更好的是小于0.5米，甚至小于0.1米。

通过中央处理器经诸如互联网的WAN执行的某些功能，可以获得附加的优点。按照这种方式，不管他们是在什么位置，所有用户可以利用相同和最新的软件版本。因此，避免了在某些情况下使用过时软件的风险。利用过时软件的缺点是，例如，没有包含最新的法规要求，没有包含关于偏离扫描器29或物体的修正，以及不能统一解释不同用户所得到的结果。任何个人或组织，例如，测试系统制造商或管理机构，可以运行中央处理器。因此，附加的优点是，测试系统制造商或管理机构可以利用与生产批量相关的特殊代码配置测试系统，从而利用该代码可以访问中央处理器上的专用程序。最好是，利用本领域专业人员熟知的个人化存取码系统的互联网，实现访问所述中央处理器。或者，用户可以对物体扫描或拍照，然后，可以用各种方式，即，电子邮件，发送这种扫描或拍照得到的数字或模拟图像给测试系统制造商，管理机构或其他单位作进一步处理，例如，定标等处理。

按照本发明，物体有可与其他物体区别的标记。最好是，物体是包含测试样品的试管架或微滴定板31(或称之为“多盘”)。在本发明的一个优选实施例中，这些测试样品是部分的人体或动物身体，部分的植物或树木。测试样品还可以包括肉组织流体，牛奶，血液和蛋类。以下给出其他的例子。

图2表示一个实施例中扫描器29的详细视图。专业人员知道其他的扫描器。本发明不局限于一种类型的扫描器，还可以包括可以完成与扫描器相同功能的其他装置。

扫描器29包括：透明板35，例如，玻璃或塑料制成。在透明板35的顶部放置一个或多个物体。该图所示的物体是有容器33的微滴定板或试管架31，容器中包含待测试的样品。

在透明板35以下放置传感器37。传感器37可以由驱动器(未画出)驱动而沿平行于透明板35的方向运动，用于检测透明板35上的所有物体。为了使传感器37能够检测物体，光源43是由支承传感器37的支承构件45支承。因此，光源43与传感器37一起运动。光源43可以是白炽灯或气体放电灯。传感器37可以包括CCD(电荷耦合器件)单元。传感器37可以是专业人员熟知的其他类型传感器。光源43与传感器37一起运动不是严格必需的。

传感器37连接到处理器39。处理器39连接到存储器43。存储器43可以是与图1中5，7，9，11相同的存储器，即，它可以是单个存储器，或可以包括不同类型的几个存储器。

处理器39连接到I/O(输入/输出)装置41，而I/O装置41安排成与处理器1(图1)通信。

因此，图1和2所示的设备包括两个处理器1，39。这是因为扫描器29最好是商品化的标准扫描器。然而，本领域专业人员显然知道，可以设计专用设备，该设备是一个完成所有功能的处理器。

图3a表示一个例子中有96个容器33的微滴定板31的顶视图，容器中包含待测试的样品。图3b表示一个例子中有50个安瓿33的试管架31的底视图，安瓿中包含待测试的样品。微滴定板和试管架31可以由塑料或任何其他专业人员熟知的合适材料制成。

现在，参照图4描述图1，2和3中所示设备的运行。我们假设，物体是微滴定板31，但本领域专业人员明白，可以采用其他类型的样品夹持装置。合适的例子是包含试管的试管架，它是这样设计的，至少从扫描器的一侧上可以看到所包含的内容。

操作员查找透明板35上一个或多个微滴定板31。标准的微滴定板31可以包括96个容器(或“杯子”)33，它们排列成12行和8列。容器33中充满待测试的样品。如果需要，微滴定板31可以是这样的，它可以在第二行，第四行，第六行等各行之后断开，使较小的微滴定板31有较少的容器。因此，透明板35上的微滴定板不必有相同的尺寸。操作员需要告诉设备关于微滴定板31的尺寸数据，或者，该设备可以配置这样的软件，它能基于目前的矩阵自动检测被测试阵列的尺寸数据。该设备在步骤401起动之后，在步骤403，设备等待操作员输入这些尺寸数据。利用键盘13或鼠标15，或任何类型的输入装置，操作员可以输入这个尺寸数据，它取决于经监视器3给操作员提供的接口。如上所述，该设备还可以运行它的例行程序以确定这个尺寸数据。

在步骤405，光源43接通电源并与传感器37一起作平行于透明板35的运动，可以利用传感器37检测所有微滴定板31的图像。在步骤407，该图像被处理器39接收。图像可以以像素数据的形式存储到存储器43中，像素数据包括图像中每个像素的像素位置和像素强度。然后，在步骤409，发送图像到处理器1，处理器1存储这些相同的数据到存储器5，7，9和11中，并建立所有像素强度的累积直方图。

在步骤411，处理器1确定预期微滴定板31的表面之和。这是利用步骤403中从操作员接收到关于微滴定板31尺寸和步骤409中累积直方图的信息完成的。

在步骤413，确定阈值。在一个实施例中，微滴定板31的图像比这些微滴定板31的背景图像明亮。所以，由于背景有较低的像素强度值，可以识别具有较高像素强度值的微滴定板31。在步骤415，去掉对应于背景的阈值以下的强度值像素，不对它作进一步的处理。当然，若微滴定板31较暗，则可以利用较明亮的背景代替较暗的背景。然后，去掉阈值以上强度值的所有像素。

任选地，对其余的数据完成一个或多个以下的操作：

-扩散操作以关闭图像中的“空洞”(步骤417)；

-一次或多次的侵蚀操作以删除小的干扰/噪声物体，例如，5次(步骤419)；

-一次或多次的膨胀操作以修理较大物体的侵蚀，例如，5次(步骤421)；

这些操作是本领域专业人员熟知的。

在步骤423，确定微滴定板31的位置。这相当于找到像素位置的外部边界，这些像素的像素强度是在阈值之上。

可以检查步骤423的结果。在步骤425，处理器1计算落在这些外部边界以内所有像素的数目，并把这个数目与基于操作员在步骤403中接收的信息所预期的像素数目进行比较。若这些数目是在某个误差容限以内，则处理器1可以确信已正确找到微滴定板31。

利用已知的图像处理技术，在步骤427，转动每个微滴定板图像的区域，使这些图像的边界与预定的X-Y平面平行。

在步骤429，产生每个微滴定板31的匹配掩模。每个匹配掩模是微滴定板31的模拟图像，它包括与对应的实际微滴定板31中数目相同的容器33。关于每个微滴定板31中容器33数目的信息是从步骤403中接收的信息中导出的。于是，该设备也知道匹配掩模中容器33与其边界的相对位置。

在步骤431，对于每个匹配掩模及其对应的微滴定板31，通过虚拟位移X-Y平面中的所述匹配掩模，可以确定所述匹配掩模与转动图像之间的最佳匹配。最好是利用互相关运算。在找到这些最佳匹配之后，在步骤433，利用来自匹配掩模的容器位置数据，可以确定微滴定板31中容器33的位置。由于容器33与微滴定板31的边界总是有固定的距离，不需要从传感器37监测的图像中分别导出各个容器33的位置，这种方法是非常麻烦的且极易产生差错。

代替转动微滴定板31的图像，也可以对设备编程以转动和位移匹配掩模，用于找到匹配掩模与微滴定板31图像之间的最佳匹配。一般地说，利用什么类型坐标轴系统和完成什么类型操作以找到最佳匹配是不重要的。

在按照这种方法准确地确定容器33的位置之后，还可以测量容器中的内容，如相同申请者在共同未决的欧洲专利申请号01203936.8中所描述的，其标题为“Apparatus and Method for detectingundesired residues in a sample”。

本发明不局限于利用可见光谱的光。需要强调的是，利用红外或紫外光的设备也可以给出良好的结果。

Claims (12)

1.一种用于定位有预定数目标记物体的设备，包括：用于照明物体的光源，用于接收物体图像并产生像素数据的传感器，像素数据包括多个像素位置和每个像素位置的像素强度，用于接收像素数据并存储它们到存储器中的处理器，该处理器完成以下的功能：

-比较所述像素强度与预定阈值；

-基于所述比较，确定物体的位置；

-使用与有所述标记所述物体对应的数字匹配掩模；

-找到所述数字匹配标记与所述物体位置上所述物体的最佳匹配；

-根据所述最佳匹配，确定所述物体位置内的标记位置。

2.按照权利要求1的设备，其中物体是夹持器，而标记是用于夹持测试样品的容器。

3.按照权利要求2的设备，其中测试样品至少包括下列样品组中的一个：部分的动物身体，部分的人体，和部分的植物和树木。

4.按照权利要求1，2或3中任何一个的设备，其中传感器包括一系列CCD元件。

5.按照以上权利要求中任何一个的设备，其中处理器是用于确定多个物体中的标记位置。

6.按照以上权利要求中任何一个的设备，其中在比较所述像素强度与所述预定阈值之后，处理器完成扩散操作。

7.按照权利要求6的设备，其中在所述扩散操作之后，处理器至少完成一个侵蚀操作。

8.按照权利要求7的设备，其中在所述侵蚀操作之后，处理器至少完成一个膨胀操作。

9.按照以上权利要求中任何一个的设备，其中所述光源和所述传感器是扫描器的一部分。

10.一种由设备执行的方法，用于定位有预定数目标记的物体，该设备包括：光源，传感器和处理器，该方法包括以下的功能：

-利用光源照明物体；

-利用所述传感器接收物体图像并产生像素数据，像素数据包括多个像素位置和每个像素位置的像素强度；

-接收像素数据并存储它们到存储器中；

-比较所述像素数据与预定阈值；

-基于所述比较，确定物体的位置；

-使用与有所述标记的所述物体对应的数字匹配掩模；

-找到所述数字匹配掩模与所述物体位置上所述物体之间的最佳匹配；

-根据所述最佳匹配，确定所述物体位置内的标记位置。

11.一种由设备装入的计算机程序产品，用于定位有预定数目标记的物体，该设备包括：光源，传感器和处理器，在所述设备装入计算机程序产品之后，该计算机程序产品给所述设备提供以下的功能：

-利用光源照明物体；

-利用所述传感器接收物体图像并产生像素数据，像素数据包括多个像素位置和每个像素位置的像素强度；

-接收像素数据并存储它们到存储器中；

-比较所述像素数据与预定阈值；

-基于所述比较，确定物体的位置；

-使用与有所述标记的所述物体对应的数字匹配掩模；

-找到所述数字匹配掩模与所述物体位置上所述物体之间的最佳匹配；

-根据所述最佳匹配，确定所述物体位置内的标记位置。

12.一种装配了权利要求11所述的计算机程序产品的数据载体。