专利名称：用于探测液相中的固态物质的仪器和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于探测液相中的固态物质的仪器和方法，其中所述固态物质和液相作为混合物被包装在至少部分透明的容器中。
背景技术：
在许多工业领域中的重复任务，特别是在生产、研究和开发领域中，是检查液体中固态物质的存在，例如粉末、悬浮物等的微粒。另一任务是将处于糊剂、粉末或者颗粒形式的固态物质溶解在液相中。计量进入容器中的一种或多种固态物质，并且加入按重量或者按体积计算的液相，在大多数情况下为水或者例如乙醇的有机溶剂。由所述溶解过程所得到的溶液的浓度关键地取决于所有的固态物质的组分是否已经溶解。使用许多不同的方法和系统来检查液体中固态物质的存在并且监控溶解过程。最简单的方法限于在检查中目测检查液体。在溶液的制备中，可以搅拌容器中的固态物质和液相的混合物，直到定期的目测检查不再显示有任何可见的固体成分。另一方法是基于有关必须将特定的固态物质和特定的溶剂的混合物搅拌多久直到固态物质完全溶解的现有经验。这些方法是低效的，因为目测检查是费劲的，并且如果基于过去的经验来确定搅拌时间，则溶解过程可能花比所需更久。作为另外的难题，目测检查非常易受误差的影响，因为操作人员直接参与大部分处理步骤。作为使操作人员的影响最小化的途径，US5，152，180A中公开了一种用于监控液相中的固态物质的溶解过程的设备，其中将固态物质和液相放入到具有搅拌器的容器中。通过从发射器向液相中发送宽频带的超声波信号并且借助于探测器测量液相的共振频率来监控溶解过程。当固态物质溶解越来越多时，共振频率发生变化，并且当溶解过程完成时这显现了探测的可能性。当所有的固态物质溶解时，共振频率停止变化，并且该设备使用共振频率的该稳定状态作为信号来指示溶解过程的结束。上述说明的设备具有搅拌器可能干扰共振频率的测量的缺点。此外，物质颗粒可能粘附到液体表面上方的容器壁上并且从而未被溶解。此外，发射器和接收器嵌入到容器的外壳壁中，并且因此与溶液接触。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种仪器和方法，由此使得探测液相中的固态物质成为可能，或者由此可以因而在不污染仪器的情况下可以监控至少一种固态物质和液相的混合物的溶解过程。通过根据本发明的用于探测液相中的固态物质的仪器和方法来解决该任务。一种用于探测液相中的固态物质的仪器包括产生数字化图像的照相机和处理器单元。数字化图像被记录为像素阵列并且该像素具有它们相关联的像素值。固态物质和液
4相作为混合物被包装在至少部分透明的容器中。本发明的上下文中的术语“部分透明容器”是指形成容器的至少一部分壁是在没有明显吸收的情况下可透射电磁辐射。容器的其余部分不受设计限制的影响，或者其可以被设计成支持本发明目的。因此，用于所述仪器的部件需要与所使用的电磁辐射匹配。例如，如果使用日光，并且如果这足以满足混合物的照明，则不强制需要照明设备。然而，如以下所阐明的，建议使用照明设备以获得最好的效果。仪器还包括搅拌器设备以保持容器并将运动传递至容器，由此将动能传递至混合物。注入动能的主要目的是保持容器内部的混合物处于运动。通常，混合物或者溶液在已经关掉搅拌器设备之后依然运动一段时间。如本文稍后将描述的，混合物的这些运动用于探测液相内部的固体物质。注入动能可以实现两个进一步的目的。第一，由于混合和湍流运动，固态物质更迅速地溶入到液相中。因为容器是全封闭式的，所以其可以通过搅拌器设备沿所有方向翻滚和摇动，作为第二目的，所有的固体颗粒将与液相接触以便它们可以被溶解。在本文中的术语“处理器单元”是指任何具有处理和存储数据的能力的设备，例如，主处理器系统、可以连接到仪器的其他部分上的计算机或者便携式计算机，或者还为例如具有设置在搅拌器设备中的处理器的电路板、结合到照相机中的计算机单元或者具有存储器模块的现场可编程门阵列(FPGA)和连接的输入/输出单元的集成概念。容器的透明部分处的照相机旨在产生处于运动中的混合物的图像。在记录阶段，照相机捕捉到运动中的混合物的数字化图像并且将其传送至处理器单元。获取数字化图像的目的是允许在随后的评估程序中将图像的静态部分与动态部分分开。静态部分包括容器的所有部件和容器的附近区域，而动态图像部分涉及在容器内部运动的混合物。利用其中照相机安装在固定位置并且在静止阶段周期性地中断容器的运动的布置来实现产生适用于评估程序的数字化图像的最简单的方法。当然，照相机还可以被牢固地连接至容器，或者其可以在记录阶段与容器同步地运动，以便照相机在记录阶段跟踪容器的每个动作。利用该第二布置，记录阶段不但可以在容器处于静止时而且在其接收动能时进行。根据第三构思，照相机被触发以获取图像的时间可以与容器的特定位置相耦合，以便容器相对于其环境总是出现在相同位置处。作为第四种可能性，随机地获得运动容器的图像，但是这对于随后的评估程序需要相当大的更多计算能力并且因此是不推荐的。在记录阶段期间，生成了至少一系列的运动中的混合物的至少两个数字化图像。为了使这些数字化图像对随后的评估程序有用，优选将其保存在临时存储器中。利用最少两个数字化图像，可以生成运动中的混合物的解析表达(analytical representation)。在本发明的第一实施例中，处理器单元通过从第二图像的像素值中减去第一图像的像素值来从相同系列的两个数字化图像中生成解析表达。混合物的运动固态物质颗粒将出现在解析表达中作为对比区，即，作为通过具有不同像素值来区别的区域。在本发明的第二实施例中，计算出一系列以前的数字化图像的相交部(intersection)。其次，通过从数字化图像的像素值中减去相交部的像素值来生成解析表达。在该解析表达中，混合物的运动固体成分再次作为对比区出现，即，作为不同像素值的区域。在本发明的第三实施例中，借助于至少两个数字化图像的单独的像素值运动的估计来产生出解析表达，其中运动的估计显示出静态图像部分的特征，所有像素的运动矢量从一个图像到另一个的为零。这必须将单独的像素的位置及其像素值与相邻像素的位置及其像素值进行比较，其需要相当大的更多计算能力。在该解析表达中，混合物的运动固体部分再次作为对比区出现，即，作为不同像素值的区域。照相机可以具有透镜或者针孔光圈以将运动中的混合物的图像投影到像平面上。像平面被辐射传感器的二维阵列占据。该辐射传感器的二维阵列以下被称为传感器构件。用于电磁辐射的传感器构件是宽广的种类，例如，CCD(电荷耦合设备)传感器、有源像素传感器、焦平面阵列、X射线传感器构件等。通过照相机以图像元素(即，像素)的二维阵列形式捕获投影到像平面中的二维图像，并且为各像素产生的数据表示颜色和亮度。从运动中的混合物的不同点处反射的光的贡献通常是构成表示特定像素的颜色和强度的像素值。逻辑上，如果使用黑白照相机，则没有颜色数据。当优选将照相机设置成获取整个容器的图像时，则所包括的容器的部分有可能使得更难以获得有意义的评估。举例来说，容器可以是圆柱形横截面的瓶子，在该情况下，容器外围区域中的玻璃的曲率几乎不提供可受评估的运动混合物的图像。然而，原则上，如果容器具有至少一个透明部分，则可以使用任何可封闭的容器，而与其形状无关。可以仅用于分析目的的仪器和容器，意味着将探查未知液体中的固体的存在，或者已经发生了可能的溶解过程，并且将待检查的加工好的溶液注入到容器中，该容器被设置在根据本发明的仪器中。然而，合理的工序是在容器自身中制备溶液。可以根据作为混合物制备和分析容器的其目的来使容器的设计最佳，从而容器的内部轮廓最佳地支持作为注入动能的结果的固态物质在液相中的溶解过程。这例如这样的设计，其中容器的一部分制造成更窄并且还通过避开可能形成阻碍积聚在其中的固态物质的溶解过程的“盲区”的转角。对于光学分析方法，可以进一步优化容器的壁。例如，可以在壁中形成不畸变的区域，照相机对准该区域以用于获取数字化图像。还可以在壁中形成聚焦或者发散光的透镜。原则上，任何透明材料可以被用于所述透明部分，特别是玻璃和透明的合成材料。合适材料的选择基本上依据液相(即，溶剂)的选择和在其固态和/或溶解形式的固态物质的性能。容器可以还具有其他透明部分或者减小的不透明性的区域，以便使检查下的混合物的照明最佳。根据本发明的进一步的发展构思，可以通过在解析表达中选择出至少一个评估区位来从评估中排除不包含有用信息的图像部分。然后，探查评估区位以用于对比区。当然，还可以从第一图像和第二图像中分别选择出区段，并且从这些区段产生出用作评估区位的解析表达。可以将至少一个评估区位进一步再分成相等的或者不同尺寸的区段。这具有以下好处，可以分开地评估单独区段，以便顺序地处理小批量的数据。此外，通过在区段中处理，可以在随后的统计分析中进行局部极端条件的研究，这使得仪器在颗粒探测中更灵敏。探查包括在解析表达或者区段内评估像素值的频率分布的过程。为了消除与照相机有关的噪音，在连续评估中不考虑频率分布中预定带宽的像素值。例如可以通过不包含未溶物的清澈的参考溶液来建立像素值的预定带宽。该仪器可以进一步包括发射与照相机的传感器构件匹配的电磁辐射的源。因为市场上可得到在可见光范围内工作的照相机，并且因此表示出有成本效益的溶液，所以所述仪器优选装备有处于区域光源形式的至少一个照明设备。例如，由搅拌器设备保持运动的容器可以设置在区域光源和照相机之间。因此，混合物被区域光源背光(backlit)。当然，在该情况下，与透明部分相反的容器壁必须也是透明的，或者其应至少设计有对于光的一些透过性。显然，区域光源还可以按如此选择的任何空间布置来指向容器，即，仅被固态物质的颗粒所散射和/或偏转的光到达照相机。除了区域光源之外或者代替区域光源，仪器可以设有至少一个点光源。至少一个点光源的电磁波(具体地说为光波)指向被照相机图像覆盖的透明的容器壁部分。被混合物的颗粒反射、偏转或者部分吸收的光线被照相机的传感器构件捕获作为明、暗对比区域，并且结果形成了可与液相的像素值区分的像素值。如本文先前说明的，通过搅拌器设备来移动容器。运动可以沿任何方向定向。例如，搅拌器设备可以在纵向方向上产生振荡运动，回旋或者旋转容器，或者重复地颠倒转动它。唯一重要的方面是所有的物质颗粒应当处于运动中，从而它们相对于容器运动并且因而可以被探测到。如果没有颗粒粘附到容器的内壁上，则可以执行液相中存在固体物质的可靠检查。为了确保液相可以达到所有固态物质颗粒，并且例如不能保持粘附到未弄湿的容器壁部上，可以如此设计搅拌器设备，即，容器还可以围绕其纵向中心轴线转动。搅拌器设备还可以用于溶解过程。为了减小搅拌器设备上的磨损，在将容器设置到根据本发明的仪器中之前，溶解过程或者至少较大部分的溶解过程可能已经发生。以下方法可用于探测液相中的固态物质。根据本发明，固态物质和液相作为混合物必须被包装在至少部分透明的容器中。本发明的方法至少包括以下步骤-使容器经受运动，由此将动能注入到混合物中，-在记录阶段期间，借助于照相机来获取在容器内部运动的混合物的一系列的至少两个数字化图像作为具有它们相关联的像素值的像素陈列，-基于所述像素阵列及它们相关联的像素值，计算出解析表达，其中移动的固态物质颗粒呈现为对比区，即，通过具有不同像素值来区别的区域，以及-探求出现具有不同像素值的对比区或者区域的解析表达。可以作为另一步骤加入到方法中，从解析表达中选择出至少一个评估区位。当然，还可以从相同系列的两个数字化图像中的每个中选出区段并且由从这些区段产生用作评估区位的解析表达。在可以加入到根据本发明的方法中的另外步骤中，解析表达或者至少一个评估区位被再分成相等或者不同尺寸的区段，并且对于对比区的出现研究每个区段，该对比区通过具有不同的像素值而区别于相同区段的其余部分。可以通过评估其像素值的频率分布来检查解析表达或者区段。为了消除与照相机有关的噪音，在连续评估中不考虑频率分布中预定带宽的像素值。该方法可以包括进一步的步骤，确定其频率分布包括在像素值的预定带宽的外部的像素值的区段的数量，其中区段的该数量表示现有的固体物质的量和/或溶解过程的进度的横量。作为替代，还可以确定出超出带宽的外部的预定阈值的像素值的数量。具有偏离像素值的区段的数量越小，则溶液中存在的颗粒越少。如果仅检查一部分混合物，则优选获取几个系列的图像并且根据上述说明来处理和评估各个系列，以便能够得出关于受检查的混合物的状态的可靠结论。在所述系列之间，可以借助于搅拌器设备再次给混合物注入动能。
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可以通过另外的步骤获得更准确的结论，其中将权重分配给其频率分布包括在预定的像素值带宽的外部的像素值的区段，并且彼此相加区段的加权数，其中该数的总和同样表示固体物质的量和/或溶解过程进程的衡量(measure)。使用加权总和具有例如更强地计算出非常暗和非常亮的对比区的效果，因为它们是大颗粒的指示。众所周知，颗粒的尺寸强烈地影响溶解过程和溶解过程所需的时间量。
以下将参照附图来详细阐明根据本发明的仪器和方法，其中图1示意性地图解了一种用于探测液相中的固态物质的仪器，其中所述仪器包括用于容器的搅拌器设备、照相机、照明设备和处理器单元；图2示意性地图解了产生解析表达并将其细分成区段的基本步骤；图3显示了表示没有对比区的一区段的像素值的第一频率分布的柱状图；图4显示了表示具有对比区的一区段的像素值的第二频率分布的柱状图；图5表示根据本发明的方法的基本处理步骤的流程图；以及图6表示具有与评估有关的另外的处理步骤的流程图。
具体实施例方式图1示意性地图解了一种根据本发明的用于探测液相154中的固态物质153的仪器100。仪器100包括用于容器150的搅拌器设备110，并且还包括照相机140、至少一个照明设备113、118和处理器单元130。如果在没有照明设备的情况下可以通过照相机140来区分出固态物质153，则照明设备113、118不是绝对必需的。固态物质153和液相154作为混合物被放入到容器150中。如在图中所示出的，容器150未装满；还封闭有很小的气体体积155。容器150具有闭合设备152和由例如玻璃或塑料的透明材料制成的瓶状本体。因此，瓶状本体还起到了容器150的透明部分151的作用。在仪器100的操作状态中，容器150以其长度沿水平方向延伸来定向并且被可释放地连接至搅拌器设备110的保持座111。保持座111例如可以由三爪卡盘或箍圈组成，其中容器150的一部分可以利用坚固的夹具来保持。当然，还可以使用保持座111的其他设计。它们的结构和功能特点将随设计师的意思并且将与待使用的容器150匹配。保持座111经由保持轴112连接至驱动机构(图中未示出)，其中驱动机构可以在保持轴112中沿其纵向产生振荡运动171。驱动机构还可以将旋转运动172围绕其纵向中心轴线传递给保持轴112。结果，液相IM可以到达容器150的内部空间的所有区域，包括在气体体积155区域中粘附到容器150的壁上的固态物质153的颗粒。显然，容器150的布置和由搅拌器设备110产生的运动171、172仅作为实例表示出。当然，可以选择适合于将动能注入到混合物中的任何运动171、172。还可以相互独立地产生的运动171、172被从保持轴112传递至保持座111并且从后者传递至连接到保持座111的容器150。因为液相IM和固态物质153完全被容器150包围，所以运动171、172的动能被传递至液相154，从而固态物质153在液相154中旋流。甚至通过气体体积155的存在增强了该效果，因为由于气体和液体之间的很大密度差，所以液相1 显著比其没有封闭的气体体积155的情况下更容易搅动。作为该旋流的结果，固态物质153可以更快地溶解到液相154中。
当关掉搅拌器设备110的驱动机构并且容器以及照相机140因而处于记录阶段时，发现经过很快的跟随时间间隔，混合物的动能逐渐消失，如可以光学地从固态物质153的稳定地减慢的旋流探测到。如果在记录阶段期间运动混合物的一系列的至少两个图像被照相机140捕获，则光学地探测运动的可能性可用于探测存在于液相内的固体物质或者可用于监控溶解过程。图像的质量实质上依赖于为透明部分151提供正确的照明。在本实例中，容器150因此设置在区域光源113和照相机140之间，以便区域光源113的光波173、174透过容器150的透明部分151和装入到其中的混合物并且可以通过照相机140的透镜141来探测。光波173、174的一部分被固态物质153吸收、反射或者偏转，结果在图像中形成了显得比由穿过液相153的光波173、174所形成的图像的主要区域更亮或者更暗的对比区。为了更好地照亮透明部分151和运动的混合物，可以除区域光源13之外另外使用点光源118或者聚光灯，或者使用点光源118或者聚光灯来代替区域光源13。点光源118的光波175优选与照相机140的像平面成一定角度地定向，以便将更多的光照耀在固体颗粒153的侧面表面区域。用于探测固态物质153在液相154中的溶解过程的仪器和方法是受处理器单元130控制的，该处理器单元130经由通信线115、116、117、119连接至搅拌器设备110、区域光源和/或点光源113、118和照相机140。通信线115、116、117、119可以被配置成电缆和/或光缆115、116、117、119。当然，还可以通过仪器100的单独部分之间的无线联系来传递控制信号和图像数据，在该情况下，仪器100的每个部件需要自身的电源。由照相机140产生的数字图像被传输至处理器单元130，其在处理器单元被处理和评估。取决于评估的结果，处理器单元130可以重新致动搅拌器设备110的驱动机构，以便溶解固态物质153或者再为混合物或者溶液注入动能，并且然后启动另一系列的数字图像作为控制措施。此外，根据几个已经评估的系列，有可能估计出当前溶解过程可能需花多少时间。图2中示意性地图解了由照相机140产生的数字图像的处理过程。在上文已经描述的记录阶段中，借助于照相机140捕获了透明部分251的一系列的至少两个数字图像211、212，更具体地说，通过透明的壁部分可见的混合物258。在第一数字图像211中，可以看到固体物质253A和液相254的混合物258以及气体体积255、以瓶状本体形式配置的透明部分251和闭合设备252。在第二数字图像212也示出了与第一数字图像211中精确相同的构件，在第二数字图像212中仅具有以下差别，固态物质25 的颗粒的位置相对于图像211的固态物质253A的颗粒的位置发生了变化。两个图像211、212中的固态物质253A、253B的单个颗粒被认为是对比区，其像素值不同于液相254，该液相2M填满该图像的主要区域。在由块箭头230示意性地指示的处理器单元230中，从第一图像211的像素值中减去第二图像212的像素值，并且利用由减法得到的像素值来形成解析表达220。根据其表示像素值的差异的特性，解析表达220为对比区数量的两倍，除非在单独的对比区的位置之间存在重叠。第一图像211的固态物质253A的对比区域相对于液相254的主要区域显得暗些。此外，气体体积255和液相2M之间的液面257相交的轮廓区显得暗些。第二图像212的固态物质25 的对比区域相对于液相邪4显得为明亮区域。为了排除液面257的相交轮廓区域参与评估，可以使评估区位290从解析表达220中切去，以便仅评估评估区位四0内部的对比区。当然，还可以在计算出解析表达220之前选择评估区位四0，在该情况下，各个区位从数字化图像211、212中显露出，并且仅使用显露的图像区段的像素值来用于计算。如果使用计算能力和存储量受限的处理器单元130，则该程序是特别有利的。代替按上述方法来计算差值，还可以计算第一数字化图像211和相同系列200的另一数字化图像213、214的相交部。作为下一步骤，通过从第二数字化图像212中减去相交部的像素值来产生解析表达220。在该解析表达220中，混合物的运动颗粒253A、25!3B又呈现为通过不同像素值来辨别的对比区。在根据本发明的另一方法中，借助于至少两个数字化图像211、212的单独像素的运动评估来产生解析表达220。在所述运动评估中，其运动矢量从一个图像至另一个图像为零的所有图像的特征为静态图像部分。这必须将单独的像素的位置及其像素值与相邻像素的位置及其像素值进行比较，这需要相当强的计算能力。在该解析表达220中的动态图像部分又由混合物的运动固体颗粒253A、25!3B组成，这又呈现为对比区，S卩，作为不同像素值的区域。下面，评估区位四0被再分成尺寸相同的区段四1，即，相等的区域。当然，区段
还可以具有不同的尺寸，并且可以从进一步评估中除去一些区段。例如，如果容器的单独区域反射电磁辐射并且反射区域的图像位于评估区位四0(从而呈现为盲区位)中，则这可能是必需的。图3和4中图解了单独的节段区域291的进一步的评估。图3显示了表示一节段的像素值的第一频率分布311的第一柱状图310，其中以柱状图呈现的像素值指示没有对比区。横坐标值上的刻尺标记出像素值，其中零的中间值表示灰像素，正值表示亮像素并且负值表示暗像素。沿纵轴测得的每个柱的高度表示具有相同像素值的像素的数量。每个照相机，更准确地说，其传感器构件产生出为像素值的阵列形式的图像记录。甚至在均勻地照亮的单色区域的记录图像中，通常存在一些偏离所期待的均一相等值的像素值。所述偏差被称为与照相机有关的噪音，并且实质上依赖照相机的质量，并且在某种程度上也依赖于所记录的物体的照明度。逻辑上，由于表面不平度或者由于不充分的照明所产生的每个阴影在数字图像中呈现为模糊可见的对比区。如图3所示，为了消除评估中与照相机有关的噪音，从进一步的评估中排除掉第一频率分布311的带宽312的像素值。因此，具有宽度B的预定带宽312也是用于仪器的灵敏度和工作可靠性的衡量。当然，还可限定较窄的带宽312，并且同时为带宽312之外的像素量设置某一许用的极大值。在该情况下，推荐确定落在带宽312之外的像素值的数量相对于节段区域的总像素量的比值。图4显示了表示节段区域的像素值的第二频率分布411的柱状图410。与第一频率分布311相比，图4的第二频率分布411明显更宽并且还包括预定带宽412的外部的像素值。这显示了由柱状图表示的区段包括对比区。现在可以计算出包含对比区的区段的数量，并且计算结果表示所存在的固态物质的量和/或溶解过程的进度的测量结果。在监控溶解过程的情况下，这些结果和混合物的材料性质一起可以被用作估计摇动混合物直到固态物质完全溶解还需要多久的基础。通过按其时间顺序来比较几个解析表达，可以观察和评估容器内部混合物中的固态物质的减少的量和颗粒尺寸的缩小。如果可以的话，通过外推结果并且使用上述实验数据，可以预测出结束溶解过程所需的剩余时间。图5中示出了具有根据本发明的方法的基本步骤的流程图500。例如，利用如图1所示的仪器100来执行所述方法。在以下说明中，仪器的特征利用图1的附图标记来识别，数字化图像的处理参照图2的附图标记，并且方法的步骤利用图5的附图标记来识别。在开始510之后，在第一步骤511中，借助于搅拌器设备110使容器150运动，由此将动能注入到混合物258中。其次，在第二步骤512中，关掉搅拌器设备110的驱动机构，由此容器150准备好用于记录阶段，并且获取在目前的静止容器150中环绕运动的混合物258的至少一个系列200的至少两个数字化图像211、212。在第三步骤513中，通过从两个数字化图像211、212中的一个减去另一个，计算出解析表达220，其中固态物质153、253A、253B的运动部分呈现为对比区，即，通过具有不同像素值来区分的区域。作为从两个数字化图像211、212中的一个减去另一个的替代，还可以通过如上所述的方法之一利用一系列的数字化图像的相交部或者还利用单个像素的运动的估计来获得解析表达220。在第四步骤514中，检查解析表达220以查找具有不同像素值的对比区的存在。当完成该检查时，该方法的绝对必要步骤的序列已经到达其结束520。如果在解析表达220的检查中发现对比区，并且如果被监控的活动是溶解过程，则可以重复先前的步骤511、512、513,514直到不再探测到对比区。通过虚线来表示该重复的循环。如图6所示，解析表达220的检查可以被再分成另外的步骤。图6描绘了根据本发明的、具有另外的可能步骤的方法的细节流程图600。全部方法可以在计算机程序或者固件中实施，以便可以通过处理器单元来逐步地执行编程的方法。已经在图5的上下文中论述了带有相同附图标记的步骤和仪器特征，并且将不再解释。对所述方法的第一补充包括第五步骤515，其中在解析表达220内部选择至少一个评估区位四0，以使例如气体体积255或者液面257的不需要的边界区域不能对评估产生有害影响。在第六步骤516中，评估区位290被再分成相等大小的区段四1。其次，在第七步骤517中，检查每个区段291以查找对比区的存在，S卩，通过不同像素值来区分的区域。这通过评估节段区域的像素值的频率分布311、411来完成。为了消除与照相机有关的噪音，在进一步的评估中不考虑频率分布311、411的预定的像素值的带宽312、412。在第八步骤518中，现在可以确定其频率分布411包括处于预定像素值带宽412外部的像素值的区段的数量。区段的数量表示存在的固态物质的量和/或溶解过程的进度的衡量。如果根据预定方案来加权其频率分布411显示出像素值偏离预定带宽412的区段四1，则可以在第九步骤519中实现更精确的评估。加权可能需要每个像素值的出现数量乘以因子，其中所述因子取决于各个像素值和空引用值之间的差值。通过加权方案，例如，给于非常暗和非常亮的对比区更强的考虑，由于它们指示大颗粒。如通常已知的，颗粒的尺寸对溶解过程并且特别是对其所需的时间长度有很大的影响。区段291的加权数随后可以被合计，该数量的总和再次表示存在的固态物质的量和/或溶解过程的进度的衡量。当然，根据该更精确的评估，可以确定进一步发展的方向。例如，可以估算出需要继续摇动多久直到不再探测到对比区。因此，对于溶解完成的最后检查，重复前述方法的步骤511、512、513、514、515、516、517、518、519。该重复循环通过图6中的点划线来表示。
虽然已经通过具体实施例来描述了本发明，但是不言而喻，本发明的技术构思还可以用于其他应用中。例如，如果待混合的液体具有相互可区分的颜色和/或具有可区分的折光率，则本发明的仪器和方法还可以用于监控两种或更多种液体的混合过程，从而仍然未混合的区域在照相机图像中呈现为条纹状。因此，通过具有可与液相视觉地区分的特性的液体物质来置换例如在上文已经使用的固态物质在由独立权利要求提供的保护范围内。附图标记列表100 仪器110搅拌器设备111 保持座112 保持轴113区域光源/照明设备119，117，116，115 通信线118点光源/照明设备/聚光灯230,130 处理器单元140照相机141照相机镜头150 容器151 透明部分152 闭合设备153 固态物质/固体颗粒154 液才目155 气体体积171 沿纵向的振荡运动172 旋转运动175，174，173 光波、光线200 系列图像211第一数字图像212第二数字图像214，213另外的数字图像220 解析表达251透明部分的图像252闭合设备的图像253B,253A固态物质的图像/固态物质的颗粒的图像254 液相的图像255气体体积的图像257 液面的图像258 混合物的图像290 评估区位0103]291区段、节段区域0104]310第—-柱状图0105]311第—-频率分布0106]412,312预定带宽0107]410第二▲柱状图0108]411第二_频率分布0109]600,500方法的流程图0110]510开始0111]511第—-步骤注入动能0112]512第二-步骤记录阶段以及数字图像的序列0113]513第三步骤计算解析表达0114]514第四步骤检查解析表达0115]515第五步骤选择评估区位0116]516第六步骤将评估区位细分成区段0117]517第七步骤检查节段区域0118]518第八步骤确定具有对比区的区段的数量0119]519第九步骤给区段分配加权因子0120]520结束
权利要求
1.用于探测液相(154)中的固态物质(153)的仪器(100)，其中所述固态物质(153)和所述液相(154)作为混合物被包装在至少部分透明的容器(150)中，并且所述仪器(100)包括处理器单元(130、230)和照相机(140)以形成数字化图像011、212、213、214)，该数< 字化图像(211、212、213、214)成像素的阵列的形式并且该像素具有它们相关联的像素值，其特征在于，所述仪器(100)还包括搅拌器设备(110)，该搅拌器设备(110)设计成保持所述容器(150)并且用以将运动传递至所述容器(150)，因而将动能注入到所述混合物，所述照相机(140)对准所述容器(150)的透明部分(151)以捕捉运动中的混合物的图像，由所述照相机(140)在记录阶段期间获得的运动中的所述混合物的数字化图像(211、212、213、214)能够被传送至所述处理器单元(130、230)。
2.根据权利要求1所述的仪器(100)，其特征在于，存在运动中的所述混合物的至少一个系列(200)的至少两个数字化图像011、212、213、214)，并且基于至少两个数字化图像(211,212,213,214)产成运动中的所述混合物的解析表达Q20)的能力。
3.根据权利要求2所述的仪器(100)，其特征在于，可以通过从第二数字化图像(212)的像素值减去第一数字化图像Oil)的像素值来产生所述解析表达，从而在所述解析表达(220)中所述混合物的运动的固态物质颗粒(15 呈现为对比区，即，作为通过具有不同像素值来区分的区域。
4.根据权利要求2所述的仪器(100)，其特征在于，计算一系列前述的数字化图像(211,212,213,214)的相交部，通过从数字化图像Qll、212、213、214)的像素值减去所述相交部的像素值来产生所述解析表达020)，所述混合物的运动的固态物质(15 在所述解析表达O20)中呈现为对比区，即，作为通过具有不同像素值来区分的区域。
5.根据权利要求2所述的仪器(100)，其特征在于，可以借助于至少两个数字化图像(211,212,213,214)的单独像素的运动的估计来产生所述解析表达020)，其中所述运动的估计的特征为静态图像部分的所有像素从图像011、212、213、214)中的一个到另一个的其运动矢量为零，并且构成动态图像部分的所述混合物的运动固态物质部分(15 在所述解析表达O20)中呈现为对比区，即，作为通过具有不同像素值来区分的区域。
6.根据权利要求3到5之一所述的仪器(100)，其特征在于，从所述解析表达(220)中选择至少一个评估区位090)。
7.根据权利要求6所述的仪器(100)，其特征在于，所述至少一个评估区位(四0)被再分成相等的或者不同尺寸的区段091)。
8.根据权利要求1到7之一所述的仪器(100)，其特征在于，评估在解析表达(220)或者节段区域091)内的所述像素值的频率分布(311、411)，并且为了消除与照相机有关的噪音，在连续评估中不考虑所述频率分布(311、411)的预定带宽(312、412)的像素值。
9.根据权利要求1到8之一所述的仪器(100)，其特征在于，所述仪器(100)包括至少一个区域光源(113)和/或点光源(118)，其中所述至少一个光源(113、118)的电磁波，具体地说为光波(17 对准将由所述照相机(140)捕捉的所述容器(150)的透明部分(151)。
10.用于探测液相(154)中的固态物质(153)的方法(500、600)，其中所述固态物质(153)和所述液相(154)作为混合物被包装在至少部分透明的容器(150)中，其特征在于，包括以下步骤(511、512、513、514、515、516、517、518、519)-使所述容器(150)处于运动中，由此将动能注入到所述混合物中；-在记录阶段，利用照相机(140)，以获取在所述容器(150)内部运动的所述混合物(258)的至少一个系列(200)的至少两个数字化图像(211、212)，该数字化图像(211,212)成像素阵列的形式并且该像素具有相关联的像素值；-由具有其相关联的像素值的像素阵列计算解析表达020)，其中所述运动的固态物质(153)呈现为对比区，即，作为通过具有不同像素值来区分的区域；以及-检查所述解析表达O20)以查找对比区的存在，即，通过具有不同像素值来区分的区域。
11.根据权利要求10所述的方法(500、600)，其特征在于另一步骤(515)，从所述解析表达Q20)中选择至少一个评估区位(四0)。
12.根据权利要求10或11所述的方法(500、600)，其特征在于另一步骤(516)，将所述解析表达(220)或者所述至少一个评估区位(四0)再分成相等尺寸的区段091)，并且检查每个区段091)以查找对比区的存在，即，通过具有不同像素值来区分的区域。
13.根据权利要求12所述的方法(500、600)，其特征在于，在解析表达(220)或者节段区域091)内评估所述像素值的频率分布(311、411)，并且为了消除与照相机有关的噪音，在连续评估中不考虑所述频率分布(311、411)的预定带宽(312、412)的像素值。
14.根据权利要求13所述的方法(500、600)，其特征在于另外的步骤(517、518)，其中记录其频率分布包括落在预定带宽(312、41幻外部的像素值的节段区域091)的数量，所述节段区域091)的数量表示存在的固态物质(15 的量和/或溶解过程的进度的衡量。
15.根据权利要求13所述的方法(500、600)，其特征在于另外的步骤(517、519)，其中其频率分布(311、411)包括落在所述预定带宽(312、412)的外部的像素值的区段(四1)被根据预先方案来加权，其中彼此相加所述区段091)的加权数，并且所述数的总和表示存在的固态物质(15 的量和/或溶解过程的进度的衡量。
全文摘要
本发明涉及一种探测液相中的固态物质的仪器和方法，其中固态物质和液相作为混合物被包装在至少部分透明的容器中，并且其中所述仪器包括处理器单元和照相机以按具有其相应像素值的像素阵列的形式产生数字化图像。仪器还包括保持容器并将运动传递至容器的搅拌器设备，由此将动能传递至混合物。照相机对准容器的透明部分以捕捉运动中的混合物的图像。将在记录阶段期间由照相机捕捉的运动中的混合物的数字化图像传送至处理器单元。
文档编号G01N21/90GK102565087SQ201110399280
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月24日 优先权日2010年11月25日
发明者B·纽弗, G·舒斯特, M·恩格尔哈特, M·迈耶 申请人:梅特勒-托利多公开股份有限公司