CN101551346B - 荧光光谱仪及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及荧光光谱仪及其控制方法。本发明采用两套以上的图像采集装置，分别采集载物台和/或被测样品的图像，比较不同的图像采集装置所采集的图像的相似度，然后再比较载物台移动前和移动后相邻两次获得的相似度来判断前述移动的过程是更加靠近最佳工作位置还是远离最佳工作位置，从而调整载物台的移动方向，直至载物台达到最佳工作位置的允许误差范围内，即可将载物台准确移动至与X光发射***间隔最佳距离即最佳工作位置上。

Description

荧光光谱仪及其控制方法

技术领域

本发明涉及光谱仪，尤其涉及一种荧光光谱仪及其控制方法。

背景技术

用X射线照射试样时，试样可以被激发出各种波长的荧光X射线，需要把混合的X射线按波长或能量分开，分别测量不同波长或能量的X射线的强度，以进行定性和定量分析。而为此使用的仪器就是X射线荧光光谱仪。由于X光具有一定波长，同时又有一定能量，因此，X射线荧光光谱仪有两种基本类型，即波长色散型和能量色散型。

波长色散型X射线荧光光谱仪设有分光***，其主要部件是晶体分光器。晶体分光器的作用是通过晶体衍射现象把不同波长的X射线分开。一种特定的晶体具有一定的晶面间距，因而限制于特定的应用范围。所以目前的波长色散型X射线荧光光谱仪备有不同晶面间距的晶体，用来分析不同范围的元素。关于波长色散型X射线荧光光谱仪，可以在美国专利第US6934359号中找到更多信息。

能量色散型X射线荧光光谱仪是利用荧光X射线具有不同能量的特点，将其分开并检测，不必使用分光晶体。能量色散型X射线荧光光谱仪的最大优点是可以同时测定样品中几乎所有的元素，因此，分析速度快。另一方面，由于能量色散型X射线荧光光谱仪对X射线的总检测效率比波长色散型高，因此可以使用小功率的X光管来激发荧光X射线，因而仪器体积也小。另外，能量色散型X射线荧光光谱仪没有波长色散型那样复杂的机械机构，因而工作稳定。关于能量色散型X射线荧光光谱仪，可以在中国实用新型专利申请第200620013698.1号所公开的内容中找到更多。

为了在检测过程中获得测试样品的图像，进而选择被测试位置，现有技术中，在X光发射***的一侧安装有图像检测***。如图1所示，荧光光谱仪101包括X光发射***102和用于承载被测样品(图未示)的可移动的载物台103。在X光发射***102的一侧设置有图像检测***104。图像检测***104的采光面105正对载物台103，且图像检测***104的光轴与载物台103之间的夹角为非直角。

使用上述荧光光谱仪101进行样品检测时，载物台103与X光发射***之间有一最佳距离。通常需要移动载物台103至该最佳距离，从而可以达到较高的X射线效率，但又需要防止载物台103与X光发射***发生碰撞。然而，在现有技术中，缺乏检测载物台103是否准确到达该最佳距离的装置和方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：如何能将载物台准确移动至与X光发射***间隔最佳距离即最佳工作位置上。

为解决上述问题，本发明提供一种荧光光谱仪，包括X光发射***和载物台，还包括：两套以上的图像采集装置，所述图像采集装置的采光面朝向所述载物台，且所述图像采集装置的图像采集区相交；控制装置，用于比较图像采集装置输出的图像并控制所述载物台移动。

可选地，所述图像采集装置的主光轴相交。

可选地，所述图像采集装置的焦点重合。

可选地，所述控制装置包括比较装置和载物台控制装置，所述比较装置的输入端与所述图像采集装置的输出端连接，用于比较图像采集装置输出的图像；所述载物台控制装置的输入端与所述图像比较装置的输出端连接，用于控制所述载物台移动。

可选地，所述载物台的预定工作位置位于垂直于所述载物台且图像采集区相交区域内交集最大的平面上。

可选地，所述图像采集装置的主光轴与所述载物台之间的夹角为锐角或钝角。

可选地，所述图像采集装置对称分布于所述X光发射***两侧。

可选地，所述图像采集装置沿所述X光发射***成中心对称。

如前所述的荧光光谱仪的控制方法，包括步骤：用所述两套以上的图像采集装置分别采集所述载物台和/或被测样品的第一图像；将采集的第一图像进行比较，获得所述第一图像的第一相似度；控制所述载物台沿垂直于所述载物台的第一方向移动；用所述两套以上的图像采集装置分别采集所述载物台和/或被测样品的第二图像；将采集的第二图像进行比较，获得所述第二图像的第二相似度；比较所述第一相似度和所述第二相似度，如果第一相似度低于第二相似度，则控制所述载物台继续沿所述第一方向移动，如果第一相似度高于第二相似度，则控制所述载物台沿所述第一方向的相反方向移动；重复执行上述图像采集、图像比较、相邻两次获得的相似度比较和移动载物台的步骤，直至相邻的相似度之差小于预定值时，停止移动载物台。

可选地，还包括提取所述图像采集装置所采集图像的特征的步骤，所述特征包括图像中物品的形状和大小。

与现有技术相比，本发明采用两套以上的图像采集装置，分别采集载物台和/或被测样品的图像，比较不同的图像采集装置所采集的图像的相似度，然后再比较载物台移动前和移动后相邻两次获得的相似度来判断前述移动的过程是更加靠近最佳工作位置还是远离最佳工作位置，从而调整载物台的移动方向，直至载物台达到最佳工作位置的允许误差范围内。这样即可将载物台准确移动至与X光发射***间隔最佳距离即最佳工作位置上。

附图说明

图1为现有技术荧光光谱仪结构示意图；

图2为本发明一个实施例荧光光谱仪结构示意图；

图3为本发明一个实施例中两个图像采集装置及其图像采集区的正视图；

图4为本发明一个实施例中两个图像采集装置及其图像采集区的俯视图；

图5为本发明另一个实施例中两个图像采集装置及其图像采集区的正视图；

图6为本发明另一个实施例中两个图像采集装置及其图像采集区的俯视图；

图7为本发明一个实施例荧光光谱仪控制方法流程图；

图8为本发明一个实施例中相似度相对于载物台与X光发射***之间的距离的变化曲线示意图。

具体实施方式

在本发明的具体实施方式中，详细描述了可将载物台准确移动至与X光发射***间隔最佳距离即最佳工作位置上的荧光光谱仪的必要结构和该荧光光谱仪的控制方法。应当理解的是，以下描述为本发明的优选实施例，并不构成对权利要求范围的限制。

如图2所示，本发明一个实施例的荧光光谱仪201，包括X光发射***202和载物台203，除此之外，至少还包括第一图像采集装置204、第二图像采集装置206、比较装置208以及载物台控制装置209。

其中，X光发射***202的X光发射面210面向载物台203用于承载样品(图未示)的一面。在图2所示的实施例中，X光发射***202的主光轴垂直于载物台203。然而，这仅仅是一个非限制性的示例，本领域技术人员知道，X光发射***202的主光轴并非一定垂直于载物台203，也可以与载物台203成一定的夹角，这可以在说明书背景技术部分指出的现有技术文献中找到。此外，X光发射***202的具体结构属于现有技术，在此不再赘述。

在图2所示的实施例中，载物台203用于承载样品的一面是一个平整的平台。而本领域技术人员了解，载物台203用于承载样品的一面上还可以设置其他一些附属结构，例如用于固定样品的固定装置等。因此载物台203的具体结构可以根据实际需要进行设置。

第一图像采集装置204和第二图像采集装置206用于采集载物台203表面的图像或者采集载物台203上所承载的被测样品的图像或者包含前述两者结合的图像。所述的图像可以是可见光图像，也可以是红外、紫外或X光图像等其他非可见光图像，因此第一图像采集装置204和第二图像采集装置206可以根据需要选择相应的图像传感器。并且，第一图像采集装置204和第二图像采集装置206可以选用类型的图像传感器，也可以选用不同类型的图像传感器。根据本发明的一个优选的实施例，第一图像采集装置204和第二图像采集装置206选用相同的可见光图像传感器。

第一图像采集装置204的采光面205和第二图像采集装置206的采光面207分别朝向载物台203。在图2所示的实施例中，图像采集装置204、206的采光面205、207朝向载物台203用于承载被测样品的一面，但是本发明并不限于此，图像采集装置204、206的采光面205、207也可以朝向载物台203用于承载被测样品一面的相对面。这可以取决于整个荧光光谱仪201内部构件的位置配置。例如当载物台203用于承载被测样品的一侧空间足够或者另一侧排布有较多其他装置时，就可以采用如图2所示的图像采集装置204、206的装配方式，反之亦然。当然，采用图2所示的装配方式还有额外的好处，因为根据本发明的一个优选的实施例，第一图像采集装置204和第二图像采集装置206选用相同的可见光图像传感器，而载物台203用于承载被测样品的一面通常是朝向可见光光源，因此当所采集的图像是可见光图像时，可以获得更好的图像质量。

比较装置208用于比较第一图像采集装置204和第二图像采集装置206所输出的图像的相似度以及用于比较载物台203相邻两次移动后的相似度的差别，具体比较方法将在后续描述荧光光谱仪201的控制方法时进行详细解释。如图2所示，第一图像采集装置204和第二图像采集装置206的输出端分别连接至比较装置208的输入端。上述实施例是将比较第一图像采集装置204和第二图像采集装置206所输出的图像，以及比较相邻两次相似度的工作在一个比较装置208中进行，当然，本发明也并不限定于此，图像比较和相似度比较可以在两个不同的比较装置中进行。

载物台控制装置209用于根据比较装置208所输出的信号控制载物台203移动。如图2所示，载物台控制装置209的输入端与比较装置208的输出端连接。

根据本发明一个较佳实施例，图3为第一图像采集装置204及其图像采集区221和第二图像采集装置206及其图像采集区222的正视图，而图4为俯视图。如图3和图4所示，第一图像采集装置204的图像采集区221与第二图像采集装置206的图像采集区222有采集区交区223。而载物台203的预定工作位置或者最佳工作位置，即前述的与X光发射***202间隔最佳距离，则位于垂直于载物台203且采集区交区223内交集最大的平面230上。根据本发明一个更佳的实施例，第一图像采集装置204和第二图像采集装置206的焦点重合于平面230上，在这种更佳实施例的情况下，当载物台203移动到平面230上时，两个图像采集装置都可以获得最清晰的图像，有利于进行图像的比较。

图3和图4所示的实施例为本发明一个较佳的实施例，即第一图像采集装置204和第二图像采集装置206的主光轴相交的情况，该实施例使得采集区交区223最大化，有利于降低对所采集图像进行比较的难度。而图5和图6示出的第一图像采集装置204和第二图像采集装置206的主光轴不相交的情况下，同样也可以实现本发明的目的。

根据本发明一个较优的实施例，第一图像采集装置204和第二图像采集装置206的主光轴与载物台203之间的夹角为锐角或钝角而非直角，这样有利于生成较大的采集区交区223。

图2所示出的第一图像采集装置204和第二图像采集装置206对称分布于X光发射***202两侧的实施例是本发明的一个较佳实施例。本领域技术人员知道，图像采集装置204、206相对于X光发射***202可以不对称，例如图像采集装置204、206均位于X光发射***202同侧的实施例，也可以实现本发明的目的。

在上述实施例中，图像采集装置有两个，但是本发明并不限于此，两个以上的图像采集装置同样可以实现本发明的目的。当图像采集装置有三个或更多时，一个较佳的实施例是所有的图像采集装置沿X光发射***202成中心对称。

上述实施例中，比较装置208以及载物台控制装置209可以是两个独立的装置，也可以是在一个控制装置中实现这两个功能的模块。

另外，本发明还提供上述荧光光谱仪的控制方法，如图7所示，包括步骤：

S101，用图像采集装置分别采集载物台的第一图像；

S102，将采集的第一图像输出至比较装置进行比较，获得第一图像的第一相似度；

S103，载物台控制装置控制载物台沿垂直于载物台的第一方向移动；

S104，用图像采集装置分别采集载物台的第二图像；

S105，将采集的第二图像输出至比较装置进行比较，获得第二图像的第二相似度；

S106，比较第一相似度和第二相似度，如果第一相似度低于第二相似度，则载物台控制装置控制载物台继续沿第一方向移动，如果第一相似度高于第二相似度，则载物台控制装置控制载物台沿第一方向的相反方向移动；

S107，重复执行步骤S104至步骤S106，直至相邻的相似度之差小于预定值时，停止移动载物台。

以下将对上述方法进行详细说明。

首先执行步骤S101，分别使用第一图像采集装置204和第二图像采集装置206采集载物台203的第一图像。当载物台203为空载时，所采集的图像为载物台203的表面图像；而当载物台203上放置有被测样品时，所采集的图像为被测样品的图像或者包含有被测样品和载物台203的图像。根据图像采集装置204、206所采用的图像传感器的不同，这里采集的图像可以是可见光图像，也可以是红外、紫外或X光图像等其他非可见光图像。

然后执行步骤S102，将图像采集装置204、206所采集的两幅第一图像输出至比较装置208进行比较，获得两幅第一图像相比的第一相似度。由于第一图像采集装置204的图像采集区221与第二图像采集装置206的图像采集区222有采集区交区223。因此，第一图像采集装置204所采集的图像和第二图像采集装置206所采集的图像会有部分相似，也即两幅图像存在一定的相似度。这里所说的比较相似度，即提取两幅第一图像的特征进行比较，如图两幅第一图像的相同特征占全部特征的比例较高，则相似度较高，反之则相似度较低。所提取的特征主要包括图像中物品的形状和大小。在本发明的一个实施例中，这里提取的特征还包括图像中物品的色彩、亮度、纹理及这三种特征择二组合或三种特征全部的组合。

接着执行步骤S103，载物台控制装置209控制载物台203沿垂直于载物台203的第一方向移动。这里的第一方向，可以是朝向接近X光发射***202的方向，也可以是朝向远离X光发射***202的方向。对第一方向的选择可以是随机选择，但是如果能够根据荧光光谱仪201的自身情况预先确定第一方向，可以提高控制效率。

再执行步骤S104，再次分别使用第一图像采集装置204和第二图像采集装置206采集载物台203的第二图像。步骤S104的具体采集方法和采集对象与步骤S101相似，在此不再赘述。

然后执行步骤S105，将图像采集装置204、206所采集的两幅第二图像输出至比较装置208进行比较，获得两幅第二图像相比的第二相似度。步骤S105计算相似度的方法与步骤S102相似，在此也不再赘述。

接着执行步骤S106，比较第一相似度和所述第二相似度，如果第一相似度低于第二相似度，则载物台控制装置209控制载物台203继续沿第一方向移动，如果第一相似度高于第二相似度，则载物台控制装置209控制载物台203沿第一方向的相反方向移动。

步骤S106中，载物台203以变步长的方式进行移动。也就是说，在不同的相似度的情况下，载物台203所移动的步长是不同的。随着相似度的增大，载物台203所移动的步长越短。这样的移动步长选择方式使得载物台203可以最终停止在允许误差范围内。

最后执行步骤S107，重复执行步骤S104至步骤S106，直至相邻的相似度之差小于预定值时，即载物台203所处的位置在前述最佳位置的允许误差范围内时，停止移动载物台203。

图8为相似度Y相对于载物台203与X光发射***202之间的距离L的变化曲线示意图，其中L₀为前述的最佳距离。在上述步骤S106中，当相邻两次计算出的相似度中，最近一次计算出的相似度高于另一个相似度时，说明在两次计算相似度之间载物台203的移动方向是朝接近最佳距离L₀的方向移动，因此，下一次移动就应该继续上一次移动的方向；而当相邻两次计算出的相似度中，最近一次计算出的相似度低于另一个相似度时，说明在两次计算相似度之间载物台203的移动方向是朝远离最佳距离L₀的方向移动，因此，下一次移动就应该向相反的方向移动。因此，不断重复执行步骤S104至步骤S106，就可以将载物台203移动至最佳位置的允许误差范围内。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种荧光光谱仪，包括X光发射***和载物台，其特征在于，还包括：

两套以上的图像采集装置，所述图像采集装置的采光面朝向所述载物台，且所述图像采集装置的图像采集区相交；

控制装置，用于比较图像采集装置输出的图像并控制所述载物台移动。

2.如权利要求1所述的荧光光谱仪，其特征在于：所述图像采集装置的主光轴相交。

3.如权利要求2所述的荧光光谱仪，其特征在于：所述图像采集装置的焦点重合。

4.如权利要求1所述的荧光光谱仪，其特征在于：所述控制装置包括比较装置和载物台控制装置，所述比较装置的输入端与所述图像采集装置的输出端连接，用于比较图像采集装置输出的图像；所述载物台控制装置的输入端与所述图像比较装置的输出端连接，用于控制所述载物台移动。

5.如权利要求1所述的荧光光谱仪，其特征在于：所述载物台的预定工作位置位于垂直于所述载物台且图像采集区相交区域内交集最大的平面上。

6.如权利要求1所述的荧光光谱仪，其特征在于：所述图像采集装置的主光轴与所述载物台之间的夹角为锐角或钝角。

7.如权利要求1所述的荧光光谱仪，其特征在于：所述图像采集装置对称分布于所述X光发射***两侧。

8.如权利要求1所述的荧光光谱仪，其特征在于：所述图像采集装置沿所述X光发射***成中心对称。

9.如权利要求1-8中任一项所述的荧光光谱仪的控制方法，其特征在于，包括步骤：

用所述两套以上的图像采集装置分别采集所述载物台和/或被测样品的第一图像；

将采集的第一图像进行比较，获得所述第一图像的第一相似度；

控制所述载物台沿垂直于所述载物台的第一方向移动；

用所述两套以上的图像采集装置分别采集所述载物台和/或被测样品的第二图像；

将采集的第二图像进行比较，获得所述第二图像的第二相似度；

比较所述第一相似度和所述第二相似度，如果第一相似度低于第二相似度，则控制所述载物台继续沿所述第一方向移动，如果第一相似度高于第二相似度，则控制所述载物台沿所述第一方向的相反方向移动；

重复执行上述图像采集、图像比较、相邻两次获得的相似度比较和移动载物台的步骤，直至相邻的相似度之差小于预定值时，停止移动载物台。

10.如权利要求9所述的荧光光谱仪控制方法，其特征在于：还包括提取所述图像采集装置所采集图像的特征的步骤，所述特征包括图像中物品的形状和大小。

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