×
20.06.2018
218.016.6514

Результат интеллектуальной деятельности: КОНФОКАЛЬНЫЙ СПЕКТРОАНАЛИЗАТОР ФЛУОРЕСЦЕНТНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к устройствам сканирования возбуждаемого лазерным источником излучения спектра флуоресценции поверхности объекта исследований и представления результата в виде изображений в видимом и ИК-диапазонах. В устройстве использован оптоволоконный световод, преобразующий линейные фрагменты двухмерного изображения спектра линии флуоресцентного излучения объекта в одномерное, передаваемое на монохромный линейный видеосенсор. Технический результат – увеличение скорости обработки данных. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к устройствам сканирования возбуждаемого лазерным источником излучения спектра флуоресценции поверхности объекта исследований и представления результата в виде изображений в видимом и ИК-диапазонах.

Изобретение может быть использовано в качестве флуоресцентной сканирующей видеокамеры фотосепаратора или экспресс-анализатора сельскохозяйственной продукции, а также в медицинских целях для флуоресцентной диагностики поверхностных областей различных биологических сред в качестве датчика экспертной системы постановки диагноза. В системах регистрации и машинного зрения фотосепараторов устройство предназначено, прежде всего, для работы в режиме реального времени в качестве быстродействующей сканирующей камеры, регистрирующей флуоресцентные изображения неоднородного потока элементов зерновых смесей или других объектов анализируемого продукта в заданных спектральных интервалах.

Известен сканирующий анализатор фирмы Dilor (Франция), ориентированный на проведение измерений с высоким спектральным разрешением, в котором флуоресцентные изображения объектов реконструируются на основе записанных спектров множества точечных областей (А.В. Феофанов «Спектральная лазерная сканирующая конфокальная микроскопия в биологических исследованиях». Успехи биологической химии - т. 47, 2007, с. 371-410, рис. на с. 381). Анализатор содержит лазерное устройство для возбуждения флуоресценции, освещающее исследуемый объект, объектив, передающий изображение линейной освещенной области объекта в сопряженную плоскость, содержащую конфокальную диафрагму, содержащий также коллимирующий объектив, в фокальной плоскости которого находится конфокальная диафрагма, дифракционную решетку, монохромный видеосенсор, процессор, управляющий формированием данных видеосенсора и синтезирующий ряд флуоресцентных изображений поверхности объекта. Недостатками данного устройства являются: во-первых, сложная система формирования линии освещения и регистрации изображения линии. Лазерная линия формируется поворотом зеркала и линия освещения создается движением сфокусированного луча по поверхности объекта. Соответственно, через точечную конфокальную диафрагму передается информация о нульмерном объекте из области точечного освещения, а одномерное изображение, развернутое в спектр по второй координате, регистрируется двухмерной CCD матрицей за счет синхронного поворота второго зеркала. Во-вторых, синтез изображения осуществляется из нульмерных регистрируемых объектов. Этим определяются дополнительные затраты времени на формирование двухмерного изображения в выбранном спектральном интервале.

Наиболее близким по совокупности признаков является «Конфокальный спектроанализатор изображений» (патент RU 2579640 от 14.10.2014, опубл. 10.04.2016, МПК G01J 3/02, G01N 21/01). Спектроанализатор содержит лазерное устройство для возбуждения флуоресценции, освещающее движущийся за предметным стеклом исследуемый объект, объектив, передающий изображение линейной освещенной области объекта в сопряженную плоскость, содержащую конфокальную щелевую диафрагму, содержащий также коллимирующий объектив, в фокальной плоскости которого находится щель диафрагмы, дифракционную решетку, камерный объектив, формирующий в фокальной плоскости двухмерное изображение спектра первого порядка флуоресценции освещенной линейной области объекта, монохромный видеосенсор, процессор, управляющий формированием данных видеосенсора и синтезирующий ряд флуоресцентных изображений поверхности объекта. Недостаток данного устройства состоит в том, что регистрация последовательности линейных участков предметной области в виде ряда двумерных изображений спектров позволяет зарегистрировать максимально возможный объем информации, а при реконструкции изображений в отдельных спектральных интервалах весь объем данных не используется. Затрачиваются большое время и дополнительные вычислительные ресурсы на регистрацию информации и ее обработку. Это ограничивает возможности работы устройства в режиме реального времени, в частности, в системах машинного зрения фотосепараторов.

Заявляемое изобретение предназначено, прежде всего, для применения в системах машинного зрения фотосепараторов в качестве быстродействующей сканирующей видеокамеры, формирующей изображение в спектральных интервалах автофлуоресценции движущегося потока сельскохозяйственной продукции. Флуоресцентная диагностика является эффективным инструментом оценки состава и качественных показателей биологических сред. Заявляемое изобретение также может быть использовано для решения задач флуоресцентной диагностики в медицине. Применяя заявленное изобретение, можно существенно увеличить скорость получения и обработки информации, увеличить производительность процесса сепарации сельскохозяйственной продукции по результатам флуоресцентного анализа.

Технический результат в заявленном изобретении достигается тем, что в известном конфокальном сканере, содержащем лазерное устройство для возбуждения флуоресценции, освещающее движущийся за предметным стеклом исследуемый объект, объектив, передающий изображение линейной освещенной области объекта в сопряженную плоскость, содержащую конфокальную щелевую диафрагму, содержащий также коллимирующий объектив, в фокальной плоскости которого находится щель диафрагмы, дифракционную решетку, камерный объектив, формирующий в фокальной плоскости двухмерное изображение спектра первого порядка флуоресценции освещенной линейной области объекта, монохромный видеосенсор, процессор, управляющий формированием данных видеосенсора и синтезирующий ряд флуоресцентных изображений поверхности объекта, согласно изобретению, содержится диодный лазер с коллимирующей цилиндрической линзой, формирующей плоский пучок освещения объекта лазерным излучением, причем оптическая ось объектива, ось цилиндрической линзы и линия освещения объекта лежат в одной плоскости, содержится, как минимум, один оптоволоконный световод, преобразующий линейные фрагменты двухмерного изображения спектра в одномерное, содержится монохромный линейный видеосенсор, причем входные торцы каждого оптического волокна световода расположены в фокальной плоскости камерного объектива на выбранном участке спектрального разложения линии флуоресцентного излучения объекта, а выходные торцы волокон расположены вдоль линии пикселей видеосенсора и ориентированы параллельно его поверхности.

Технический результат, достижимый при использовании данного изобретения, в сравнении с известным техническим решением, основан на оптической выборке необходимых данных двухмерного изображения и их преобразования в одномерный формат, что позволяет исключить неиспользуемую избыточную информацию и существенно увеличить скорость обработки данных.

В устройстве использован оптоволоконный световод, преобразующий линейные фрагменты двухмерного изображения спектра линии флуоресцентного излучения объекта в одномерное, передаваемое на монохромный линейный видеосенсор, обладающий высоким быстродействием в сравнении с матричным видеосенсором. Кроме того, применение микро-цилиндрической линзы - коллиматора быстрой оси диодного лазера, вследствие малой апертуры линзы, позволяет создать плоский пучок с большой глубиной резкости в области предметного стекла и большой плотности мощности по всей апертуре линии освещения. Конфокальная щелевая диафрагма выполняет роль пространственного фильтра, заграждающего внефокусные лучи. Это приводит к повышению контрастности изображения и исключает влияние внешнего освещения на работу устройства.

Расположение двух лазерных источников симметрично относительно оптической оси объективов в одной плоскости с этой осью позволяет повысить плотность мощности в линии освещения объекта. В результате расширяется динамический диапазон регистрируемого флуоресцентного сигнала, сокращается время экспозиции видеосенсора и, соответственно, увеличивается скорость работы системы машинного зрения. Освещение двумя плоскими пучками лазерного излучения, расположенными в одной плоскости под углом друг к другу, позволяет избежать теневых областей в изображении объекта.

Оптоволоконный световод, представляющий собой группу волокон, выполнен в виде плоского шлейфа. С целью минимизации потерь информации, полезное сечение световода должно быть максимальным. Поэтому световод состоит из многомодовых волокон с минимальной толщиной отражающей оболочки.

Количество и ширина спектральных интервалов, передаваемых световодом на линейный видеосенсор, определяется числом волокон в световоде и апертурой волокон по отношению к размерам двухмерного изображения спектра в фокальной плоскости камерного объектива. Оптическая выборка может быть представлена как разложение в спектр флуоресценции локального участка линии освещения, так и выделение выбранной спектральной области или нескольких областей всего объекта.

Для увеличения объема регистрируемой информации при сохранении скорости работы устройства может быть применен принцип распараллеливания данных. Для этого, согласно изобретению, выходные торцы регулярной последовательности волокон нескольких световодов смонтированы вдоль линии пикселей одного видеосенсора или нескольких линейных видеосенсоров, объединенных в единую систему формирования флуоресцентных изображений поверхности объекта.

На Фиг. 1 изображена схема конфокального спектроанализатора флуоресцентных изображений.

Устройство содержит диодный лазер 1, цилиндрическую линзу 2, формирующую плоский пучок 3, проходящий через предметное стекло 4 и сфокусированный в виде линии 5 на объекте. Объектив 6 изображение линии передает в сопряженную плоскость, содержащую щелевую диафрагму 7. Устройство также содержит коллимирующий объектив 8, дифракционную решетку 9, камерный объектив 10, формирующий изображение спектра в фокальной плоскости 11, оптическая ось которого расположена под «углом блеска» 12 к ортогонали решетки. Содержит один или несколько световодов 13 процессор 14, управляющий линейным видеосенсором 15.

Работа конфокального спектроанализатора флуоресцентных изображений осуществляется следующим образом. Излучение диодного лазера 1 в направлении «быстрой оси» - направлении максимальной дифракционной расходимости оптического пучка - сжимается коллимирующей цилиндрической линзой 2 с малой апертурой. Плоский пучок 3 лазера, возбуждающего флуоресценцию, проходит через предметное стекло 4 и фокусируется на контактирующем с противоположной стороной стекла объекте исследований в виде линии 5. Освещенная область объекта излучает широкополосный спектр флуоресцентного отклика и изображение рассеянного флуоресцентного излучения линейной области объективом 6 передается в сопряженную плоскость, в которой расположена конфокальная щелевая диафрагма 7, через которую проходит только угловой спектр освещенного участка предметной области. Фокальная плоскость объектива 8 расположена в плоскости диафрагмы 7 и этот объектив преобразует излучение щели в параллельный световой пучок, падающий ортогонально на пропускающую дифракционную решетку 9. Дифракция на решетке в направлении «угла блеска» 12 формирует первый порядок спектрального разложения с максимальной дифракционной эффективностью. Дифракция Фраунгофера в параллельных лучах преобразуется в изображение объективом 10. Это изображение формируется в фокальной плоскости 11 объектива 10, в которой располагаются входные торцы волокон световодов 13. В зависимости от решаемой задачи торцы волокон могут располагаться по направлению разложения в спектр локального участка или локальных участков движения сепарируемого продукта поперек линии зрения (показано на фиг. 1) или в ортогональном направлении (функция цветной камеры потока в целом). Выходные торцы волокон световодов располагаются по направлению линии пикселей линейного видеосенсора 15 и передают излучение соответствующим группам пикселей. Процессор 14 в режиме реального времени управляет работой видеосенсора и реализует обработку данных по соответствующей программе.


КОНФОКАЛЬНЫЙ СПЕКТРОАНАЛИЗАТОР ФЛУОРЕСЦЕНТНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ
КОНФОКАЛЬНЫЙ СПЕКТРОАНАЛИЗАТОР ФЛУОРЕСЦЕНТНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 31-40 из 86.
24.01.2019
№219.016.b2d3

Способ получения гетерогенного препарата на основе папаина

Изобретение относится к медицине и касается способа получения гетерогенного препарата на основе папаина, обладающего регенерационными свойствами, включающего обработку матрицы ионообменных волокон ВИОН АН-1 или ВИОН КН-1 раствором папаина, инкубирование. Для иммобилизации на ВИОН КН-1...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002677873
Дата охранного документа: 22.01.2019
24.01.2019
№219.016.b2d5

Применение 6-гидрокси-2,2,4-триметил-1,2-дигидрохинолина в качестве гепатопротектора

Изобретение относится к области медицины, а именно к противогепатитным средствам, и может быть использовано для лечения и профилактики заболеваний печени. Предложено применение в качестве гепатопротекторного средства 6-гидрокси-2,2,4-триметил-1,2-дигидрохинолина общей формулы I. Технический...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002677883
Дата охранного документа: 22.01.2019
24.01.2019
№219.016.b2eb

Лития бета-фенил-гамма-аминобутират как нормотимическое средство

Изобретение относится к области медицины и фармакологии, а именно к лития бета-фенил-гамма-аминобутирату указанной ниже формулы, который может найти применение в качестве нормотимического средства. Технический результат заключается в расширении ассортимента нормотимических средств за счет...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002677879
Дата охранного документа: 22.01.2019
24.01.2019
№219.016.b33e

Способ получения гетерогенного ферментного препарата на основе фицина, обладающего ранозаживляющими и регенерирующими свойствами

Изобретение относится к области медицины и химико-фармацевтической промышленности, а именно к способу получения средства на основе фицина, обладающего ранозаживляющим и регенерирующим действием, согласно которому осуществляют иммобилизацию фицина в буферном растворе на матрицу ионообменных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002677858
Дата охранного документа: 22.01.2019
25.01.2019
№219.016.b3d8

Способ стимуляции роста и урожайности томата обыкновенного с использованием соединений ряда пиримидин-карбоновых кислот

Изобретение относится к области сельского хозяйства, и в частности к регуляторам роста растений, и может быть использовано для стимуляции роста и урожайности для томата обыкновенного (Solarium lycopersicum L.) Способ стимуляции роста и урожайности включает предпосевную обработку семян в водном...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002678119
Дата охранного документа: 23.01.2019
25.01.2019
№219.016.b42e

Способ получения 2d кристаллов карбида кремния электроимпульсным методом

Изобретение относится к области нанотехнологии и может быть использовано для получения нанокомпозитных материалов для создания источников питания, работающих в экстремальных условиях. Способ получения 2D структур карбида кремния заключается в подаче на электрод из монокристаллического карбида...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002678033
Дата охранного документа: 22.01.2019
31.01.2019
№219.016.b53f

Способ получения гетерогенного препарата на основе коллагеназы и хитозана

Изобретение относится к области медицины и биотехнологии, а именно к способу получения средства на основе коллагеназы и хитозана, обладающего регенерирующим и ранозаживляющим действием, согласно которому осуществляют иммобилизацию коллагеназы в буферном растворе на матрицу кислоторастворимого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002678435
Дата охранного документа: 29.01.2019
07.02.2019
№219.016.b73a

Ингибитор коррозии меди и медьсодержащих сплавов в нейтральных растворах хлоридов (варианты)

Изобретение относится к области защиты металлов от коррозии с помощью ингибиторов и может быть использовано для защиты различного оборудования, изготовленного из меди и ее сплавов. В качестве ингибиторов коррозии меди и медьсодержащих сплавов в нейтральных растворах хлоридов применяют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002679022
Дата охранного документа: 05.02.2019
23.02.2019
№219.016.c6fb

Способ количественного определения производных бензимидазола (группы празолов)

Изобретение относится к фармацевтическому анализу, а именно к анализу материалов с помощью оптических средств, и может быть использовано для количественного определения производных бензимидазола (группы празолов) в субстанциях. Способ количественного определения производных бензимидазола...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002680521
Дата охранного документа: 22.02.2019
26.02.2019
№219.016.c7fd

Композиционный материал на основе угля активированного и тритерпенового сапонина

Изобретение относится к фармацевтической промышленности, а именно к композиционному материалу на основе угля обыкновенного и способу его получения. Композиционный материал на основе угля, активированного при температуре 900-1000°С, содержит иммобилизованный на угле тритерпеновый сапонин в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002680600
Дата охранного документа: 25.02.2019
Показаны записи 11-13 из 13.
18.05.2019
№219.017.5b74

Оптоволоконное устройство для регистрации флуоресценции

Изобретение относится к устройствам медицинской техники и может быть использовано для диагностики спектров флуоресценции локальных внутренних и поверхностных областей различных биологических сред. Устройство содержит призму для разделения пучка стимулирующего флуоресценцию излучения,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002464549
Дата охранного документа: 20.10.2012
04.02.2020
№220.017.fd1f

Оптоволоконный конфокальный сканирующий микроскоп

Изобретение относится к устройствам регистрации излучения, возбуждаемого в локальных областях среды при фокусировке лазерного излучения. Оптоволоконный конфокальный сканирующий микроскоп содержит лазерный источник излучения, Y-циркулятор, объектив, конфокальную диафрагму, фотоприемник и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002712789
Дата охранного документа: 31.01.2020
21.06.2020
№220.018.2957

Многоканальный конфокальный спектроанализатор изображений

Изобретение относится к области спектроскопических исследований и касается многоканального конфокального спектроанализатора изображений. Спектроанализатор включает в себя диодный лазер, цилиндрическую оптику, конфокальную диафрагму, объектив, видеокамеру, систему сканирования и систему...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002723890
Дата охранного документа: 18.06.2020
+ добавить свой РИД