专利名称：通过光源发射的计算机控制来使光测量数字化的方法和装置的制作方法
背景技术：
发明领域本发明涉及测量技术领域。更具体地说，本发明涉及通过光源发射的计算机控制使光测量数字化的方法和装置。
有关技术的描述在具有内置光源的光测量仪器中，光电平通常保持在恒定电平并按照仪器所执行的过程接通或断开。仪器中的光敏器件通常要调节到它能准确地检测出测试或参考物体发出的光量。未配有光源的其它成像系统则要调节到环境光电平。一个实例就是(胶片)照相机。为了正确曝光胶片，通常在用光度计测量了测试物体发出的光之后，对快门速度和镜头孔径进行调节。
数码相机也构造成能够测量和使用环境光。对于这些相机，光度计通常就是光敏图像芯片本身。数码相机一般都有电子快门，用来调节所记录到的光量。
本发明拟解决的问题价格低廉的数码相机，像那些网络相机(web-camera)，通常是不用在精密的光测量仪器中的。它们往往具有有限的输出分辨率范围。此外，信号输出往往是所接收光强度的非线性函数。但这种相机的测量范围和测量精度通过控制光源的光输出就可以改善。为了快速改变光发射，应使用电子控制系统，而不用机械控制系统。
解决问题的装置本发明解决了上述问题，方法是利用光敏器件(LSD)，例如含有CMOS或CCD图像芯片的相机，用数字方式控制光源的输出来进行精确的测量(CMOS-互补金属-氧化物半导体；CCD-电荷耦合器件)。从LSD获得恒定的输出值，从而防止发生LSD输出的任何非线性和范围限制。所述测量方法和系统可用于诊断目的的化学测试和分析物。所述方法可用来测量反射、透射、荧光和浊度。
所述方法和系统的优点包括(但不限于)以下方面·所述方法可用来扩展LSD的测量范围。如果光控制数模转换器(DAC)具有16位的分辨率，即使LSD的1位数字输出也能产生16位的测量分辨率。
·通过校准DAC控制的光源的光输出，从非线性LSD能够得到线性响应，因为通常在CCD或CMOS相机的光响应函数中的非线性对于所述方法来说无关紧要。
·可以建立DAC光控制值和分析物浓度之间单一的转换函数。
发明概述本发明的这些和其它目的是借助通过对光源进行数字控制使光数字化的方法以及利用所述方法的系统来实现的，并提出了快速获得测量结果的搜索方法。
本发明包括通过以数字方式控制光源的输出使来自受照测试物体的所记录的光数字化的方法。测试物体发出的光由光敏器件(LSD)记录，且改变物体的照明，直到从LSD获得所要求的目标输出。如果测试物体改变，物体发出的光量通常也会改变。此时改变照明，直到LSD的输出再次等于或几乎等于目标值。光控制器的设定用来计算每个测试物体发出的光量。这样就可防止发生LSD的有限范围和非线性效应。
通过逐次逼近使光电平数字化来测量光量值的方法包括
·识别接收由测试物体改变后的光信号的光敏器件的输出目标值；·定义连接到光敏器件的模数转换器(ADC)的初始步长值；·设定所述初始步长值为控制提供光信号的光源的数模转换器(DAC)的输出值，其中所述DAC具有N位分辨率；·根据ADC值和输出目标值的关系重复进行一次或多次DAC输出值的调节，进行多达N-1次迭代，直到调节完成时ADC值等于输出目标值；·识别最终的DAC输出值，作为光信号测量值的结果。
本发明还公开一种使光测量数字化的方法，即，控制对包括测试物体的照明区进行照明的光源的发射，以从光敏器件获得恒定或近于恒定的信号，所述方法包括·利用多个光信号以可控方式对照明区域进行照明；·改变所述多个光信号；·记录所述多个改变后的光信号·发送对应于所述多个改变后的光信号的输出信号；以及·根据输出信号控制光源的工作，从而可以以可调方式控制照明光信号，使得所述输出信号恒定不变。
本发明还包括一种使光测量数字化的系统，它通过控制对包括测试物体的照明区进行照明的光源的发射，从所述光敏器件获得恒定或近于恒定的信号。所述系统包括·光源，配置成用多个光信号可控制地对具有测试物体的照明区域进行照明；·光敏器件，配置成记录一般由所述照明区域中测试物体改变后的多个光信号，并发送对应于所述改变后的多个光信号的输出信号；·数据处理系统，配置成接收输出信号并产生控制信号；
·光源控制器，通过控制信号可接收地连接到数据处理系统，光源控制器控制光源的工作，从而可以以可调的方式控制所述发射光信号，使得所述输出信号恒定不变。
在另一实施例中，所述系统包括·数据处理系统，配置成产生控制信号；·光源控制器，对控制信号作出响应；·光源，对光源控制器作出响应；·照明区，它包括测试物体，由光源照明；以及·光敏器件，配置成使由测试物体改变后的光成像，并将代表改变后的光的输出信号发送到数据处理系统，从而可以以可调的方式控制所述改变后的光的信号，使得输出信号恒定不变。
数模转换器(DAC)的输出被微处理系统用来控制光源的输出。可使用任何可控光源，例如发光二极管(LED)。光源发出的光(例如，可见光，红外光，紫外光等)照明测试物体。测试物体发出的光由LSD(例如数码相机)接收。相机的模数输出转换器(ADC)连接到微处理系统。计算机系统此时可调节光强度，直到从LSD获得指定的目标值输出。此过程可以利用测试物体的相机成像中单一的图像元素(像素)或一组像素进行。测试物体的反射率、透射率、再透射率(如对荧光)和/或散射光都可用此方法测量。
为获得目标值的DAC调节是用逐次逼近搜索方法完成的。在此方法中DAC的调节步骤数目定义了结果中的分辨率(位数)。位数也等于DAC设定的数目和ADC值的随后读数。但搜索可以加速最初先校准系统配置(用参考测试物体)，在校准表中作快速搜索，结合必要的图像捕捉次数，就可实现较快的搜索。
附图简要说明
图1示出利用本发明的方法的本发明实施例的系统配置。所述系统使用微处理系统来控制光源的输出。光源照明测试物体。测试物体发出的光由光敏器件接收。器件的输出由处理系统接收。
图2示出光敏器件的模拟输出如何被数字化的实例。
图3示出从DAC输出端到ADC输出的来自数字LSD的转换功能实例。白色和非白色物体在类似于图1所示配置中进行测量。DAC的分辨率为16位，而ADC(相机)的分辨率为10位。
图4示出快速搜索实例。ADC的最小值(或偏移)大约为200。ADC的最大值(或饱和)大约为1023。对于DAC值Nc，得到位于ADC的最大值和最小值之间的第一ADC值M。所述数值用来求出Tc，以下将详细说明。
图5示出DAC设定和ADC输出之间的非线性关系。在此处提出的测量结果中，非白色物体的响应曲线在ADC值超过350直到750时接近于线性。750以上直到在1023饱和时偏离直线，向右倾斜，如图所示。对许多相机来说这种偏离非线性是典型的，类似于我们使用的IBIS相机的数据表中提出的曲线。而且，DAC设定和ADC输出之间的任何非线性会影响响应曲线的形状。见图6。
图6a示出红色发光二极管(LED)的光强作为通过LED的电流的函数的测量结果。所述响应可以近似为直线，如图所示。
图6b示出蓝色发光二极管(LED)的光强作为通过所述光源的电流的函数的测量结果。所述响应比红色LED的线性较差一些，但对于大于2mA的电流仍可以近似为直线。
图7(示意地)示出测量含有C反应蛋白(CRP)的圆形膜片的配置。在使用CRP之前，测量白色膜片。处理后膜片中心部分变成有色的，如图8b所示图8a为白色膜片的图像，由在实例中使用的IBIS相机记录。
图8b为有色膜片的图像，由在实例中使用的IBIS相机记录。着色有些不均。
图9a示出图8a中白色、非有色表面上的像素值分布。目标值(650)稍稍偏离了像素的平均输出值。照明DAC值此处设定在4082。
图9b示出图8b中含有CRP的有色表面上的像素分布。像素分布大于白色表面的像素分布。照明DAC值此处设定在14505。
图10-12是说明用于光电平数字化的逐次逼近法(SAM)的流程图。图10说明单像素SAM，图11说明元像素SAM，图12说明快速元像素SAM。
发明的详细说明现参阅图1-12，按照本发明实施例的系统包括·光源10(例如不同颜色的LED)；·光源控制器20(例如，数模转换器，或DAC)；·光敏器件(LSD)30，(例如数码或模拟相机)；·输出级检测器40(例如ADC比较器)；·数据处理系统50；以及·照明区60(此处放置测试物体)。
本发明的光测量方法可用于图1所示的本发明的系统中。所述系统包括以下功能单元的闭合链1.处理器(计算机)50，它控制光源电源20的输出(见图1中的粗箭头)。
2.电源的输出控制光源10的强度。
3.光源照明设置在照明区60中的测试物体。
4.从测试物体发出的改变后的光(例如，反射的，透射的，散射的等)由光敏器件(LSD)30接收。
5.如果输出是模拟信号，则使LSD的输出数字化。以及6.由处理系统50读出数字化的LSD输出(见图1中的粗箭头)。
利用所述系统，可以将光源输出调节到获得LSD的恒定目标值。对于不同的测试物体，光源输出的设定也不同，用作LSD从测试物体所接收到的光的量度。
测试物体发出的光的光谱信息可以通过利用有不同发光光谱的光源或在光到达(宽带)LSD之前对宽带光源滤光等方法获得。LED的颜色可包括可见光谱以及近红外或近紫外光谱。
现更详细地说明按照本发明的系统实施例的具体单元1.处理器50能够用多种方法控制光源20的功率。
a)可对光源的电流进行控制，例如借助具有电流输出的数模转换器。
b)可对光源的电压进行控制，例如用具有电压输出的数模转换器。
c)可用处理器将输出功率变为脉冲式。脉冲长度和脉冲频率可以改变，脉冲幅度亦可改变。
2.光源10可以是以下任一种a)发光二极管；b)白炽灯；c)气体放电灯；或d)激光器等。
必要时可对光源发出的光进行光谱滤光。
3.通常设置在照明区60中的测试物体接收光源10发出的光。从测试物体发出的改变后的光(例如，反射的、透射的、再透射的或散射的光)由光敏器件(LSD)30接收。
4.LSD30通常包括光检测器和必要的支持电路以及光学部件。可能的光检测器包括a)光电二极管或雪崩光电二极管；
b)光电晶体管c)CCD相机芯片d)CMOS相机芯片e)光电倍增管5.处理系统50能够读出LSD30的输出。如果输出是模拟信号，将其转换为数字信号。这可以用以下数种方法之一完成a)可以利用比较器，如图2所示。
b)可将电压或电流转换成脉冲，当电压或电流增加时，脉冲频率提高(或减小)。利用电压(或电流)-频率转换器即可。然后处理器测量脉冲之间的时间(利用其内部时钟)，使LSD的输出信号数字化。
c)可以使用模数转换器(ADC)。
6.处理器50接收来自LSD30的输出信号。
a)如果使用图2所示的数字化方法，可以采用以下步骤将Vref调节到LSD输出范围内适当的输出目标值处理器50按照下述逐次逼近法(SAM)调节光源的输出。
b)如果使用具有数字输出的相机30，可以采用以下步骤-在LSD输出范围内的适当数值处选择数字目标输出值T-处理器50按照下述逐次逼近法(SAM)调节光源的输出。
搜索未规定的测试物体的光电平的最快的方法是利用二进制逐次逼近法(SAM)。在以下情况使用SAMa)输入和输出的关系未知，或b)输入和输出的关系为线性，或c)输入和输出的关系为非线性，但是单纯的增加或减少。
SAM步骤说明如下(参阅图10-12的流程图)1.定义LSD的输出目标值。如果使用数码相机，T可以是用于所述系统的输出范围内的任一输出值，但最好是在其范围中部的数值。可以用单一的像素输出或一组像素输出的平均值作为目标值。详见下述。如果使用有模拟输出的LSD，其连接如图2所示，则将Vref调节到适当的数值(最好在LSD响应范围的中部)。
2.将DAC的初始步长值(SV)定义为DAC的(最大值+1)除以2。如果DAC具有10位分辨率，其最大值为1023，初始SV为512。
3.将DAC的初始输出设定为等于SV。
4.重复以下步骤N-1次，N为DAC的二进制数。(如果DAC具有10位分辨率，则N等于10)。
执行以下循环5.将当前DAC数值转送到DAC，并测量从ADC的输出。
6.如果ADC数值高于T，则-将SV除以2-从当前DAC输出值中减去新的SV值-继续此循环(N-1次)如果ADC数值低于T，则-将SV除以2-将新的SV值加到当前DAC输出值上-继续此循环(N-1次)如果ADC数值等于T，则(如果ADC具有1位输出范围，则不用)-终止循环。
循环在此结束。
7.循环终止后，记录DAC的电流(最终)设定，用作光量值的量度。
每重复一次步骤5和6，精确度就改进1个二进制数(位)。要在所存储的亮度值中得到1/1024的精确度，需作最多10次照明调节和图像记录。多数数码相机电路每秒可记录10个或更多的图像，所以我们能在大约1秒或更短的时间里获得精确的亮度测量。
基于多于一个像素的目标输出值可以使用不止一个像素来定义相机的目标输出值。使一组像素的总和输出值或平均输出值代表”元像素”，就可像对单一像素一样对所述”元像素”进行同样的目标搜索步骤。如果测试物体是比较均匀的表面，比如光滑的白色或有色区，则从所述区输出的ADC相机的像素值仅在有限的范围内变化。见图9a。如果像素范围狭窄，即在响应函数的近线性部分(见图5)，则可用上述搜索步骤所记录的图像来调节每个像素值，来计算产生目标值的DAC值。这可以用线性近似完成。如果像素值范围较大，如图9b所示，则应将它们分成子组，每子组位于响应函数的近线性部分。主要子组的平均值用来定义在上述搜索步骤中所述的目标值。要增加精确度，可以对每组记录更多的具有目标值的图像。
(注即使测试物体表面绝对均匀，但由于相机像素大小，照明均一性，相机光学特性等不可避免的参差不齐，测试物体特性的像素输出会有所不同。)由于”元像素”是许多像素的平均值，其数值分辨率优于对单一像素ADC输出的分辨率。或者相反如果ADC输出为10位或更高，我们只能存储8个最有效位，还是能得到”元像素”值的高的精确度。
校准相机的ADC输出和光强度的DAC设定之间的关系可按以下方式获得使用参考测试物体，如果测量反射率，最好用白色表面，如果测量透射率或光散射，最好使用透明物体。对于每个ADC值，将其对应的DAC值记录在校准表中。(如果转换函数是条平滑曲线，则只需作有效次数的测量就可建立校准表)。
根据相机控制参数的设定，所述关系可能类似于图3所示的白色物体发出的光的函数。
如果DAC值和光强度之间的关系接近线性(或是线性)，则所述校准曲线以后可用来对所有测试物体计算其反射率(在测量范围之内)。见图4和以下说明。
加速逐次逼近法(参阅图12)(注所述方法不可用于1位ADC类型，如图2所示的类型)对照明的参考物体(通常为白色物体)校准了DAC输入和ADC输出之间的关系后，处理系统就可用所述校准表很快获得结果。从处理器存储器的表中读出通常比调节光源输出、随后记录LSD的输出要快得多。
步骤实例假定DAC和ADC值间的关系已如上述校准并将其制成表。此外还假定DAC值和光强度之间为近线性关系。在图6我们示出可以对红和蓝发光二极管作此假定。最后假定DAC和ADC间的关系类似于图3所示的函数。图4中，图3的近线性曲线已由直线代替(最佳符合)。白色和非白色物体的响应线都从点(Nz，Mz)开始，在ADC最大值(1023)达到饱和。对于白色和非白色物体。直线的方程分别为M＝aW·N+bW和M＝a·N+b。在这些方程中aW、bW、a和b为已知常数。将光源断开并记录所述暗图像，可得到相机的偏离值Mz。图4中Mz等于185。对所有低于或等于Nz的所有DAC设定，都假定Mz值为常数。将点(Nz，Mz)代入白色物体的线性响应方程，求出Nz值Nz＝(Mz-bW)aW。
1.利用上述逐次逼近法，开始所述步骤，直到DAC值Nc得出位于最小值Mz和饱和值1023之间的ADC值M。
2.使用记录的ADC值将对白色物体校准的制表比例转换成非白色物体的制表比例。使用给出Nc的ADC值从校准表中找到Nw。所述表还给出了作为目标ADC值的ADC值TW。给出非白色物体目标值之后，现在可以求出所述的DAC值Tc。由图可知
(Tc-Nc)/(Nc-Nz)＝(目标-Mz)/(M-Mz)或Tc＝Nz+((目标-Mz)*(Nc-Nz))/(M-Mz)3.然后将Tc值传送到DAC并读出结果ADC值。
4.接收到的ADC值ADCV可能与T(目标)值有偏差，例如，如果在光源可知值和光源输出值之间有(轻微)的非线性，如果相机的响应为非线性，或如果温度发生改变等。对非白色物体测量的非线性实例示于图5。如果T和ADCV之间的偏差大于可接受(小)的限度ΔT，则必需调节Tc值。这种调节可以有许多方式进行。以下给出一个实例。
我们可假定，在上述线方程中由常数a定义的线的斜度几乎不改变。所述斜度由以下方程给出a＝(T-ADCV)/(Tc[corr.]-Tc)式中Tc[corr.]为校正的Tc值。由此方程可得Tc[corr.]＝(T-ADCV)/a+Tc5.用Tc[corr.]代替Tc(步骤3中)步骤3-5可以重复进行，直到ADC值和T之间的偏差很�。钊寺馕埂�
测量反射率和透射率首先用所述设备和方法测量参考物体(白色或透明)。在用测试物体代替参考物体时，再次调节DAC输出，直到获得目标输出值。于是，可用DAC(参考)/DAC(测试)的比作为测量值。
使用光源控制和物质浓度之间的单一转换函数当表面上复有不同数量的所述种物质时，物质浓度可以从反射率的变化计算出来。这种关系几乎总是非线性的。但在每个元件之间的所有(非线性或线性)函数，以及反射率和物质数量之间的函数，都可以集成为一个共用的转换函数。由于我们需要校准系统，以求高精度的求出物质浓度，可以利用DAC电流设定作为输入进行校准。这样就可得到DAC设定和物质浓度之间单一的(非线性)转换函数。
实例在膜片上测量的CRP测试原理CRP测试是一种固相，夹层格式的免疫测试。盒子里的试管上装有白色的膜片，膜片上复有不动的，CRP特有的，单克隆抗体。稀释和溶解的血液试样通过膜片，试样中的C-反应蛋白由抗体捕获。
然后加入的共轭conjugate溶液含有与超小金粒子(紫色)共轭的CRP特定抗体。在膜片上捕获的CRP在夹层式反应中与抗体金共轭体结合。
未结合的共轭体在最后的步骤中被清洗溶液去除。
在血样中有病态CRP存在时，膜片呈紫色。紫色量随试样中CRP的浓度的增加而增加。
测量平台图7为测量装置的示意图。所述装置使用PC、比利时mechelen，Fillfactory生产的IBIS数码相机，并用LED作为光源(可由PC控控制)。测试物体为膜片，装在相机前方。
测量过程说明·插入白色膜片·产生光强度图像LW。用算法1。
·进行CRP测试·插入彩色膜片·产生光强度图像LC。用算法1。
·计算光反射率图像LR＝LW/LC·从图像LR计算平均彩色反射率·从平均彩色反射率值和CRP校准曲线计算CRP定量值算法1和定义的详细说明产生光强度图像(LW和LC)定义T 目标相机值(650)I 捕获的图像IL捕获的图像列表L LED值LL使用的LED控制值列表MaxL 最大LED控制值(60000)MinL 最小LED控制值(300)C 一个像素的相机记录值CL所有捕获的图像中一个像素的相机记录值列表LI一个像素的光强度MaxC 最大接受的相机值(900)MinC 最小接受的相机值(400)NI数字内插迭代(10)ND计算光强度值时所用的最大数项(4)R 计算调整平均值时所用的半径M 在半径R的圆内计算的调整平均值ML计算的调整平均值列表SL计算调整平均值时略去的低项百分比
SH计算调整平均值时略去的高项百分比DT距接近T的所需数值的相对距离计算调整平均值M根据半径为R的彩色圆中的像素建立直方图。
在直方图中略去最低SL和最高SH项。
计算平均值。
算法1设定L＝MinL，捕获I，计算M，将I存储在IL，L存储在LL，M存储在ML设定L＝MaxL，捕获I，计算M，将I存储在IL，L存储在LL，M存储在ML设定L＝(MinL+MaxL)/2设定步长L＝(MaxL+MinL)/4重复NI次捕获I，计算M，将I存储在IL，L存储在LL，M存储在ML如果M＞＝T，则设定L＝L-步长L如果M＜T，则设定L＝L+步长L设定步长L＝步长L/2结束重复在ML中找到最接近T的3项。
利用LL中相应的项计算最佳最小平方线L＝A*M+B设定Dist＝(MaxC-MinC)/DT设定M0＝T-Dist，M1＝T，M2＝T+Dist利用最小平方线L＝A*M+B计算相应的L0、L1、L2设定L0＝max(L0，MinL)，L0＝min(L0，MaxL)
设定L1＝max(L1，MinL)，L1＝min(L0，MaxL)设定L2＝max(L2，MinL)，L2＝min(L0，MaxL)设定L＝L0，捕获I，计算M，将I存储在IL，L存储在LL，M存储在ML设定L＝L1，捕获I，计算M，将I存储在IL，L存储在LL，M存储在ML设定L＝L2，捕获I，计算M，将I存储在IL，L存储在LL，M存储在ML对于每个像素执行以下操作建立CL如果max(CL)＜＝MinC，则设定LI＝maxL，继续下一个像素如果min(CL)＞＝MaxC，则设定LI＝minL，继续下一个像素在CL中找到最接近T的ND项利用LL中相应的项计算最佳最小平方线A*M+B设定LI＝A*M+B设定LI＝max(L1，MinL)，L1＝min(L0，MaxL)对每个像素的计算结束算法1结束本发明的上述说明和实施例仅是作为对应用本发明原理的说明。例如本发明的系统和方法可适用于任何类型的光(例如，红外光、可见光、紫外光)。
因此，上述内容不限制权利要求书的范围，本发明的真正精神和范围由权利要求书限定。
权利要求
1.一种用于通过控制光源的发射来使光测量数字化的系统，所述光源对照明区进行照明以便从光敏器件获得恒定或近于恒定的信号，所述系统包括·光源，配置成利用多个光信号以可控方式对具有测试物体的照明区域进行照明；·光敏器件，配置成记录通常被所述测试物体改变的多个光信号，并发送对应于所述改变后的多个光信号的输出信号；·数据处理系统，配置成接收所述输出信号并产生控制信号；以及·光源控制器，通过所述控制信号可接收地连接到数据处理系统，所述光源控制器控制所述光源的工作，从而可以以可调方式控制所述发光信号，使得所述输出信号恒定不变。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述光敏器件是数码相机。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述光敏器件是数码摄像机。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述光敏器件是模拟相机。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于还包括可接收地连接到所述光敏器件并配置成提供代表所述光敏器件的所述输出信号的数字信号的输出电平检测器。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述改变的光信号是因被所述照明区内的所述测试物体反射、和/或透射、和/或散射而改变的。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述输出信号是模拟信号并且所述模拟输出信号被发送到输出电平检测器；所述输出电平检测器利用可调参考电压Vref产生1位数字输出信号。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述输出信号是数字信号。
9.如权利要求1所述的系统，其特征在于对所述光源电流进行控制。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于利用具有电流输出的数模转换器对所述光源电流进行控制。
11.如权利要求1所述的系统，其特征在于对所述光源电压进行控制。
12.如权利要求11所述的系统，其特征在于利用具有电压输出的数模转换器对所述光源电压进行控制。
13.如权利要求1所述的系统，其特征在于利用处理器以脉冲方式产生所述输出功率。
14.如权利要求13所述的系统，其特征在于改变所述脉冲的长度和/或频率和/或幅度。
15.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述光源包括任何数量的发光二极管。
16.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述光源包括任何数量的白炽灯。
17.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述光源包括任何数量的气体放电灯。
18.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述光源包括任何数量的激光器。
19.如权利要求1所述的系统，其特征在于对从所述光源发出的光进行光谱滤光。
20.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述光敏器件包括光检测器。
21.如权利要求20所述的系统，其特征在于所述光检测器包括光电二极管或雪崩光电二极管。
22.如权利要求20所述的系统，其特征在于所述光检测器包括光电晶体管。
23.如权利要求20所述的系统，其特征在于所述光检测器包括电荷耦合器件相机芯片或等效物体。
24.如权利要求20所述的系统，其特征在于所述光检测器包括互补金属氧化物半导体相机芯片或等效物体。
25.如权利要求20所述的系统，其特征在于所述光检测器包括光电倍增器。
26.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述处理系统读出所述光敏器件的输出。
27.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述光敏器件的输出是模拟信号(电压或电流)。
28.如权利要求27所述的系统，其特征在于利用比较器将所述模拟信号转换成数字信号。
29.如权利要求27所述的系统，其特征在于将所述模拟信号转换成脉冲，其中，当电压或电流增加时所述脉冲频率提高或下降；利用电压(或电流)-频率转换器来实现所述脉冲的提高或下降；所述处理器然后测量脉冲之间的时间(例如利用其内部时钟)，从而使所述光敏器件的输出信号数字化。
30.如权利要求27所述的系统，其特征在于利用模数转换器将所述模拟信号转换成数字信号。
31.一种用于通过控制光源的发射来使光测量数字化的系统，所述光源对照明区中至少一个测试物体进行照明以便从光敏器件获得恒定或近于恒定的信号，所述系统包括·配置成产生控制信号的数据处理系统；·对所述控制信号作出响应的光源控制器；·对所述光源控制器出响应的光源；·照明区，它包括测试物体并且由所述光源照明；以及·光敏器件，它配置成将由所述测试物体改变的光成像，并将代表所述改变后的光的输出信号发送到所述数据处理系统，从而可以以可调的方式控制所述改变后的光信号，使得所述输出信号恒定不变。
32.如权利要求31所述的系统，其特征在于所述光源利用多个光信号可控制地照明所述测试物体。
33.如权利要求31所述的系统，其特征在于所述光敏器件将通常被所述测试物体改变的多个光信号成像。
34.如权利要求31所述的系统，其特征在于所述改变后的光信号是因被所述照明区内的所述测试物体反射、和/或透射、和/或散射而改变的。
35.如权利要求31所述的系统，其特征在于所述输出信号是模拟信号并且所述模拟输出信号被发送到输出电平检测器；所述输出电平检测器利用可调参考电压Vref产生1位数字输出信号。
36.如权利要求31所述的系统，其特征在于所述输出信号是数字信号。
37.如权利要求31所述的系统，其特征在于所述电流可由具有电流输出的数模转换器控制。
38.如权利要求31所述的系统，其特征在于所述电压可由具有电压输出的数模转换器控制。
39.如权利要求31所述的系统，其特征在于所述光源包括任何数量的发光二极管。
40.如权利要求31所述的系统，其特征在于所述光源包括任何数量的白炽灯。
41.如权利要求31所述的系统，其特征在于所述光源包括任何数量的气体放电灯。
42.如权利要求31所述的系统，其特征在于所述光源包括任何数量的激光器。
43.如权利要求31所述的系统，其特征在于对所述光源发出的光进行光谱滤光。
44.如权利要求31所述的系统，其特征在于所述光敏器件包括光检测器。
45.如权利要求44所述的系统，其特征在于所述光检测器包括光电二极管或雪崩二极管。
46.如权利要求44所述的系统，其特征在于所述光检测器包括光电晶体管。
47.如权利要求44所述的系统，其特征在于所述光检测器包括电荷耦合器件相机芯片或等效物。
48.如权利要求44所述的系统，其特征在于所述光检测器包括互补金属氧化物半导体相机芯片或等效物。
49.如权利要求44所述的系统，其特征在于所述光检测器包括光电倍增管。
50.如权利要求31所述的系统，其特征在于所述光敏器件输出是模拟信号(电压或电流)。
51.如权利要求48所述的系统，其特征在于利用比较器将所述模拟信号转换成数字信号。
52.如权利要求48所述的系统，其特征在于将所述模拟信号转换成脉冲，其中，当电压或电流增加时所述脉冲频率提高或降低；所述脉冲频率的提高或降低是利用电压(或电流)-频率转换器来实现的；所述处理器然后测量脉冲之间的时间(例如利用其内部时钟)，从而使所述光敏器件的输出信号数字化。
53.如权利要求48所述的系统，其特征在于利用模数转换器将所述模拟信号转换成数字信号。
54.一种利用逐次逼近法使光电平数字化以测量光量值的方法，所述方法包括·识别接收被测试物体改变的光信号的光敏器件的输出目标值；·定义连接到所述光敏器件的模数转换器的初始步长值；·设定所述初始步长值为控制提供光信号的光源的数模转换器的输出值；其中所述数模转换器具有N位分辨率；·根据模数转换值与输出目标值的关系对数模转换器输出值重复进行一次或多次调节，进行多达N-1次迭代，直到调节完成时所述模数转换值等于所述输出目标值；以及·识别所述最终数模转换输出值，作为所述光信号量值的量度。
55.如权利要求54所述的方法，其特征在于对所述数模转换器输出值的所述调节包括·如果所述模数转换值大于所述输出目标值，则用2除步长值并且从所述当前数模转换输出值中减去所述新的步长值，以及·如果所述模数转换值小于所述输出目标值，则用2除步长值并且将所述新的步长值加到所述当前数模转换输出值上。
56.如权利要求54所述的方法，其特征在于所述输出目标值选择在所述光敏器件响应范围的中部。
57.一种通过控制光源的发射使光测量数字化的方法，所述光源对包括测试物体的照明区进行照明以便从光敏器件获得恒定或近于恒定的信号，所述方法包括·利用多个光信号可控制地照明所述照明区域；·改变所述多个光信号；·记录所述多个改变后的光信号·发送对应于所述多个改变后的光信号的输出信号；以及·根据所述输出信号控制光源的工作，从而可以以可调方式控制所述照明光信号，使得所述输出信号恒定不变。
58.如权利要求57所述的方法，其特征在于所述输出信号是数字信号。
59.如权利要求57所述的方法，其特征在于所述输出信号是模拟信号并且所述方法还包括将所述模拟信号转换成数字信号。
60.如权利要求57所述的方法，其特征在于还包括根据所述输出信号产生控制信号，以便控制所述光源的工作。
61.如权利要求57所述的方法，其特征在于所述处理系统接收来自所述光敏器件的所述输出信号并且数字化方法包括·将Vref调节到所述光敏器件输出范围内的适当输出目标值；以及·利用所述处理器按照逐次逼近法(SAM)调节所述光源的输出。
全文摘要
本发明涉及通过计算机控制光源发射来使光测量数字化的方法和装置。本发明使用光敏器件(LSD)(例如包括CMOS或CCD图像芯片的相机系统)，通过以数字化方式控制光源输出以进行精密测量。从LSD获得恒定的输出值，从而防止发生LSD输出的任何非线性和范围限制。所述测量方法和系统可用于诊断目的的化学测试和分析物。所述方法可用来测量反射、透射、荧光和浊度。
文档编号G01J1/42GK1582390SQ02822145
公开日2005年2月16日 申请日期2002年9月10日 优先权日2001年9月11日
发明者T·塞姆 申请人:轴－屏蔽Poc公司
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