本發(fā)明涉及一種具有權(quán)利要求1前序部分中記載的特征的用于確定液體中的顆粒、尤其是水中的細(xì)菌的方法。

背景技術(shù)：

用于光學(xué)檢測(cè)液體中的顆粒、尤其是用于確定或至少用于將顆粒分類的這類方法屬于現(xiàn)有技術(shù)。在這一點(diǎn)上參考ep2469264a1、wo2010/063293a1和wo2014/094790a1。在那里描述了借助于光學(xué)裝置來檢測(cè)液體中的顆粒的方法，該光學(xué)裝置具有：光源；光學(xué)傳感器，其具有感光像素的場(chǎng)，其中，在光源與傳感器之間布置待檢查的液體試樣，并且在這些方法中，為了確定顆粒而使用與圖像有關(guān)地被檢測(cè)的至少一個(gè)顆粒的特征與用于確定或至少用于分類被檢測(cè)的顆粒的特征集合(kennzeichensammlung)的特征、尤其是將它們進(jìn)行比較。在此優(yōu)選地，在近似穩(wěn)定的狀態(tài)下進(jìn)行液體試樣的光學(xué)檢測(cè)，也就是說當(dāng)顆粒在液體內(nèi)部以如下程度平靜下來，即這些顆粒要么在重力的條件下下降、上浮要么處于穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)中，也就是它們的位置在光源與傳感器之間基本上不改變時(shí)，進(jìn)行所述液體試樣的光學(xué)檢測(cè)。該方法良好地適用于確定較大的顆粒，例如懸浮微粒、最細(xì)的沙子或類似顆粒，就像它們偶爾在水中被夾帶的那樣。在對(duì)于飲用水的檢查中，重要的是確定細(xì)菌、例如大腸桿菌(大腸埃希氏菌)的類型和數(shù)量，然而尤其針對(duì)該對(duì)于飲用水的檢查，所述方法碰到了它的邊界，因?yàn)檫@些小顆粒時(shí)常很難或完全不能在圖像中被認(rèn)出。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的是如下地改善這種方法，即，尤其是小顆?？梢栽诩?xì)菌的數(shù)量級(jí)上以技術(shù)上盡可能小的耗費(fèi)可靠地被確定。在此，優(yōu)選的應(yīng)用應(yīng)當(dāng)是用于確定飲用水中的細(xì)菌。

根據(jù)本發(fā)明通過具有權(quán)利要求1中記載的特征的方法來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。本發(fā)明的有利的設(shè)計(jì)方案記載在從屬權(quán)利要求、后面的說明和附圖中。在此情況下，在從屬權(quán)利要求和說明書中記載的特征可以分別單獨(dú)，但也可以以適當(dāng)?shù)慕M合繼續(xù)設(shè)計(jì)根據(jù)本發(fā)明的根據(jù)權(quán)利要求1的解決方案。

根據(jù)本發(fā)明的方法用于確定顆?；蛑辽儆糜谠谝后w中進(jìn)行分類，尤其是水中的細(xì)菌的分類(例如鑒于病菌而定期檢查飲用水)，并且在使用成像光學(xué)裝置的條件下執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法，該成像光學(xué)裝置具有光源并具有帶感光像素的場(chǎng)的光學(xué)傳感器。在光源與傳感器之間布置待檢查的液體試樣。在所述方法中使用與圖像有關(guān)地利用光學(xué)裝置檢測(cè)的至少一個(gè)顆粒的特征與用于確定或分類被檢測(cè)的顆粒的特征集合的特征。尤其將這些特征進(jìn)行比較，以便確定被檢測(cè)的顆粒，尤其是以便確定在此情況下涉及的是細(xì)菌還是非細(xì)菌，或此外還確定所述細(xì)菌。為了尤其利用技術(shù)上簡(jiǎn)單的器件以足夠的準(zhǔn)確性檢測(cè)所述小顆粒，根據(jù)本發(fā)明設(shè)置為，一方面在暗場(chǎng)技術(shù)中、也就是在暗場(chǎng)照明下進(jìn)行圖像檢測(cè)并且另一方面所述傳感器的感光像素具有多個(gè)子像素，這些子像素被用于圖像檢測(cè)?？衫斫獾氖?，感光像素中的所有感光像素或至少一大部分感光像素有利地具有用于圖像檢測(cè)的子像素，以便一方面保證高分辨率并另一方面保證高表現(xiàn)力(dynamik)。這尤其在暗場(chǎng)技術(shù)中是有利的，其中進(jìn)行暗場(chǎng)照明，也就是說其中待檢查的液體試樣不處于光源與傳感器之間的、就像在亮場(chǎng)技術(shù)中常見那樣的直接光路中，而是由傳感器僅接收被液體試樣中的顆粒轉(zhuǎn)向的光線、即散射光。因此，根據(jù)本發(fā)明以就像例如由透光顯微術(shù)(durchlichtmikroskopie)中的暗場(chǎng)照明所已知那樣的方式進(jìn)行暗場(chǎng)技術(shù)中的圖像檢測(cè)。在此情況下，在傳感器圖像上，顆粒在暗背景前以亮色出現(xiàn)。這尤其對(duì)于在此待確定的非常小的顆粒是有利的，這是因?yàn)槊黠@更少地出現(xiàn)由亮場(chǎng)技術(shù)所已知的過亮并此外也沒有光源的直接光線加載到傳感器上，因此尤其結(jié)合使用子像素可以明顯更好地檢測(cè)小顆粒、例如細(xì)菌，而不必顯著地提高技術(shù)前提(例如傳感器的分辨率、所使用的光學(xué)構(gòu)件的品質(zhì)等)。

在此，根據(jù)本發(fā)明的方法的一改進(jìn)方案特別有利的是，根據(jù)液體試樣的不同平面中的二維黑白圖像進(jìn)行圖像檢測(cè)。因?yàn)椴蝗Q于顏色信息，所以傳感器的此外提供的子像素確切地說可以被用于提高傳感器的分辨率或提高該傳感器的表現(xiàn)力，就像這可以根據(jù)本發(fā)明的一改進(jìn)方案有利地設(shè)置的那樣。

因此，根據(jù)本發(fā)明的一改進(jìn)方案例如通過如下方式提高圖像檢測(cè)的表現(xiàn)力，即，傳感器的至少一個(gè)像素、然而優(yōu)選一大部分或所有像素具有這種子像素，并且在這些子像素中，分別至少一個(gè)子像素被高增益且至少另一個(gè)子像素被低增益。本發(fā)明意義下的低增益也可以被理解為減弱，視傳感器應(yīng)具有哪個(gè)靈敏范圍而定。在如今經(jīng)常使用的、其像素例如具有四個(gè)子像素的ccd傳感器中，根據(jù)本發(fā)明有利地將這些子像素中的兩個(gè)子像素進(jìn)行高增益(英文：highgained)并將另外兩個(gè)子像素進(jìn)行低增益(英文：lowgained)或減弱。然而，子像素的數(shù)目原則上可以自由選擇或取決于傳感器，并且相應(yīng)于該方法的要求來選出子像素的數(shù)目。

有利地通過數(shù)字圖像評(píng)價(jià)來進(jìn)行根據(jù)液體試樣的不同平面中的例如二維黑白圖像來確定至少一個(gè)顆粒。這類評(píng)價(jià)方法原則上屬于現(xiàn)有技術(shù)，然而針對(duì)本方法必須被相應(yīng)地進(jìn)行調(diào)整。在此有利的是，為了確定或分類一顆粒而使用至少三個(gè)、優(yōu)選至少四個(gè)不同的特征。在此，在本發(fā)明的意義上，顆粒的確定不必然地意味著該顆粒的具體標(biāo)識(shí)，也可以進(jìn)行如下的分類、例如確認(rèn)，顆粒涉及細(xì)菌還是非細(xì)菌，涉及活細(xì)菌還是死細(xì)菌，涉及哪種類型的細(xì)菌等等。

一顆粒的特別良好地待檢測(cè)的特征是它的與面積有關(guān)的延伸尺寸，該延伸尺寸根據(jù)本發(fā)明在一圖像中被確定并進(jìn)一步被使用，顆粒在該圖像中處于焦點(diǎn)中。在此，不僅與大小有關(guān)地檢測(cè)所述面積是一特征，而且該面積的形狀也可以形成一特征，或這些特征的組合。

為了檢測(cè)一顆粒的與面積有關(guān)的延伸尺寸，根據(jù)本發(fā)明的方法的一有利改進(jìn)方案設(shè)置為：在該顆粒的借助于傳感器被檢測(cè)的圖像中確定一像素邊界值，其中，其像素值大于或等于被確定的像素值的所有像素被設(shè)為1并且其像素值小于被確定的像素值的所有像素被設(shè)為0，據(jù)此來檢測(cè)該顆粒的與面積有關(guān)的延伸尺寸。因此，圖像被數(shù)碼化為黑像素和白像素，其中，例如白像素、即其像素值大于或等于被確定的像素邊界值的像素代表了圖像中的顆粒的面積，從而使得通過適當(dāng)評(píng)價(jià)所述黑白圖像可以不僅確定與面積有關(guān)的延伸尺寸，而且也確定了該面積的形狀。

在此，在該方法的實(shí)際檢驗(yàn)中已表明，有利的是在這里不確定絕對(duì)像素邊界值，而是有利地在依據(jù)多個(gè)不同的、被確定的像素邊界值的情況下確定該顆粒的與面積有關(guān)的延伸尺寸。僅由此，在一些顆粒的情況下可以確定這些顆粒的形狀并造成與其他顆粒的足夠區(qū)別。特別有利的是，自動(dòng)地、也就是說自適配地調(diào)整像素邊界值。

有利地，將一顆粒繞它自己的軸線的旋轉(zhuǎn)確定為該顆粒的特征。該特征尤其在確定細(xì)菌的情況下是適宜的。利用該特征經(jīng)常已經(jīng)可以區(qū)別細(xì)菌和非細(xì)菌或死細(xì)菌，這是因?yàn)橐活w粒繞自己的軸線的旋轉(zhuǎn)是活細(xì)菌的典型特質(zhì)，然而也是一些其他顆粒的典型特質(zhì)。此外，所述旋轉(zhuǎn)本身也可以被考慮作為在確定顆粒、尤其是細(xì)菌時(shí)的另外的特征。

根據(jù)本發(fā)明的方法，可以通過評(píng)價(jià)一顆粒在不同平面中的圖像系列來實(shí)現(xiàn)該顆粒的特征，這些不同平面被這樣地選擇，使得該顆粒在一些圖像中處于焦點(diǎn)中并且在一些圖像中處于所述焦點(diǎn)之外、即處于其之前和之后，其中，以圖像方式檢測(cè)代表該顆粒的像素值的數(shù)量并且檢測(cè)到的數(shù)量關(guān)于圖像數(shù)目的分布形成所述特征。這以如下方式檢測(cè)，即，顆粒、例如活細(xì)菌是否運(yùn)動(dòng)，或例如塵粒是否不發(fā)生改變地在液體中保持在它的位置中。在此，有利地不僅檢測(cè)所檢測(cè)到的數(shù)量關(guān)于圖像數(shù)目的分布，而且根據(jù)本發(fā)明的方法的一改進(jìn)方案確立所檢測(cè)到的數(shù)量相對(duì)被檢測(cè)的數(shù)量的平均值在比值上的標(biāo)準(zhǔn)差，以便因此形成一特征。

就像開頭所述那樣，有利地不僅檢測(cè)一顆粒在焦點(diǎn)中的與面積有關(guān)的延伸尺寸，而且此外也檢測(cè)其形狀，以便形成一特征。一顆粒的所述形狀可以通過它的矩(momente)來確定。這在圖像評(píng)價(jià)方法中屬于現(xiàn)有技術(shù)。這些分布的矩在圖像處理中是來自一圖像的各個(gè)像素的亮度值的確定的、被加權(quán)的平均值。這些矩被這樣地選擇，使得它們具有一定的幾何形狀的表述，就像這本身在數(shù)碼圖像評(píng)價(jià)中屬于現(xiàn)有技術(shù)的那樣，就此方面參考現(xiàn)有技術(shù)。

替換地或附加地，一顆粒的所述形狀可以通過它的逆矩來確定。根據(jù)本發(fā)明的方法的一改進(jìn)方案可以為了檢測(cè)一顆粒的逆矩而評(píng)價(jià)該顆粒在不同平面中的圖像系列，其中，該顆粒在至少一個(gè)圖像中處于焦點(diǎn)中并在一定數(shù)量的圖像中處于該焦點(diǎn)前面和后面。在此，對(duì)該圖像的像素值進(jìn)行傅里葉變換，據(jù)此去除或至少減少了dc部分、即信號(hào)的非頻率部分，消除了信號(hào)的噪聲部分并然后做出矩確定，就像該矩確定本身屬于現(xiàn)有技術(shù)的那樣。由此得到一特征，該特征在實(shí)踐中已證實(shí)為非常富有意義。

為了尤其在較長(zhǎng)時(shí)間段的檢查中(就像在監(jiān)控飲用水時(shí)例如是這種情況的那樣)確保也在長(zhǎng)時(shí)間段上獲得可比較的結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明的一改進(jìn)方案設(shè)置為：恒定地保持光源的照明強(qiáng)度并為此設(shè)置一調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器檢測(cè)實(shí)際照明強(qiáng)度、將其與額定照明強(qiáng)度進(jìn)行比較并必要時(shí)相應(yīng)地操控光源。這在根據(jù)本發(fā)明的方法中是特別有意義的，因?yàn)閳D像傳感器基于暗場(chǎng)照明永遠(yuǎn)不會(huì)檢測(cè)光源的直接光線以及由此例如背景亮度的減少?zèng)]有必然地歸因于光源的下降的照明強(qiáng)度上，而是也可以由于液體試樣的窗口中的沉積物的增長(zhǎng)而發(fā)生背景亮度的減少。因此，有利地設(shè)置特別的傳感器，利用該傳感器，光源的實(shí)際照明強(qiáng)度可以被檢測(cè)，從而使得在光線強(qiáng)度削減的情況下借助于所述調(diào)節(jié)器可以通過例如以較高的電壓操控來使光線強(qiáng)度削減被平衡。

典型地通過將顆粒的特征與特征集合的特征進(jìn)行比較來進(jìn)行借助于光學(xué)裝置被檢測(cè)的顆粒的分類和確定，根據(jù)該特征集合于是可以進(jìn)行該顆粒的歸類、分類或在理想情況下進(jìn)行該顆粒的具體確定。有利地利用非線性系統(tǒng)、優(yōu)選地借助于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行所述確定，由此，當(dāng)被確定的特征不允許直接推斷出顆粒類型時(shí)，一般也可以獲得結(jié)果。當(dāng)在實(shí)踐中已證明：不僅焦點(diǎn)中的圖像而且直接處于焦點(diǎn)前和后的圖像被評(píng)價(jià)時(shí)，那么使用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)尤其是有利的，這是因?yàn)橐虼朔诸惢虼_定的安全性可以被提高，即使因此被確定的特征具有一定的模糊性。

替換地，可以通過將檢測(cè)到的特征與所述特征集合的特征借助于線性系統(tǒng)來比較而進(jìn)行一顆粒的所述確定。兩種方法具有它們的優(yōu)缺點(diǎn)，其中，在個(gè)別情況下應(yīng)當(dāng)認(rèn)真權(quán)衡以哪種方式進(jìn)行評(píng)價(jià)。

為了可以成本低廉地執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法，一方面要求儉樸地保持裝置方面的耗費(fèi)，另一方面盡可能小地保持計(jì)算耗費(fèi)。當(dāng)然，根據(jù)本發(fā)明的方法應(yīng)當(dāng)具有所需的準(zhǔn)確性，以便以高的可靠性可以至少在細(xì)菌與非細(xì)菌之間進(jìn)行區(qū)分。為此，根據(jù)本發(fā)明的一改進(jìn)方案設(shè)置為：前置于傳感器的透鏡具有0.05與0.4之間的數(shù)字孔徑，需要該透鏡用以在傳感器的像素平面上產(chǎn)生圖像。這種數(shù)字孔徑一方面具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即，可以使用簡(jiǎn)單品質(zhì)的透鏡，它們成本低廉，另一方面待評(píng)價(jià)的圖像的數(shù)量不變得就像孔徑增加時(shí)的情況下那樣太大。

為了在檢測(cè)顆粒時(shí)給出另外的區(qū)分可能性，根據(jù)本發(fā)明設(shè)置為：在具有不同照明角度的照明條件下評(píng)價(jià)同一液體試樣的圖像。由此可以進(jìn)一步區(qū)分例如前述的特征。也可以必要時(shí)附加地或替換地在生成這些圖像時(shí)以具有不同波長(zhǎng)的光線的照明來工作。這表示了特征的進(jìn)一步區(qū)分可能性，其尤其是可以針對(duì)細(xì)菌大小的小顆粒是有優(yōu)點(diǎn)的。

利用根據(jù)本發(fā)明的方法不必當(dāng)然地進(jìn)行具體的顆粒確定，但是適宜地進(jìn)行顆粒的分類，確切地說分類成細(xì)菌、非細(xì)菌和其他顆粒。這種分類尤其在飲用水監(jiān)控時(shí)是適宜的。

在此，尤其在飲用水監(jiān)控的情況下可以需要的是，不僅檢測(cè)水中的細(xì)菌的數(shù)量，而且也檢測(cè)細(xì)菌的類型。因此，例如大腸桿菌是針對(duì)排泄物的指征，即排泄物指標(biāo)。為了其檢測(cè)例如可以在根據(jù)本發(fā)明的方法中首先進(jìn)行一次將被確定的顆粒分類成細(xì)菌和非細(xì)菌，據(jù)此在液體試樣中有目的地引入殺菌，例如通過uv光、熱等等。然后在一定的等待時(shí)間、例如半小時(shí)之后再一次執(zhí)行同一試樣的顆粒確定并在此例如通過確定顆粒的旋轉(zhuǎn)來執(zhí)行確定，就像在殺菌之后調(diào)整活細(xì)菌與死細(xì)菌之間的比例那樣。由此可以間接例如推斷出大腸桿菌的份額。

原則上在依據(jù)特征集合的情況下應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的方法。但是，這種特征集合不必完整地存在。該特征集合必要時(shí)可以隨著裝置的開工而自學(xué)式產(chǎn)生或補(bǔ)充。因此例如可以在第一天內(nèi)在檢查裝置開工之后首先僅檢查從中已知具有允許的顆粒負(fù)載的水。利用關(guān)于水中被檢測(cè)的顆粒的、在這些檢查中得到的特征可以編制一特征集合，該特征集合又是用于進(jìn)一步檢查的基礎(chǔ)，在這些進(jìn)一步檢查中，然而不是顆粒的所述確定處于前臺(tái)(vordergrund)中，而是顆粒結(jié)構(gòu)與預(yù)先確定的顆粒結(jié)構(gòu)相一致或不相一致處于前臺(tái)中，相一致或不相一致形成用于特征集合的基礎(chǔ)。

附圖說明

下面根據(jù)附圖詳細(xì)闡釋根據(jù)本發(fā)明的方法的多個(gè)部分，其中：

圖1在大大簡(jiǎn)化的示意圖中示出了用于以暗場(chǎng)技術(shù)檢查液體試樣的光學(xué)裝置；

圖2示出了按照現(xiàn)有技術(shù)使用亮場(chǎng)技術(shù)的光學(xué)裝置；

圖3示出了光學(xué)裝置的光學(xué)傳感器的結(jié)構(gòu)；

圖4分別在圖像視圖和信號(hào)視圖中示出了包含子像素情況下的傳感器信號(hào)的評(píng)價(jià)；

圖5示出了圖像系列，這些圖像在不同的平面中示出了相同的顆粒；

圖6示出了不同平面中的相同顆粒的十一個(gè)相繼的圖像；

圖7示出了在使用不同邊界值的情況下的相同顆粒的三個(gè)數(shù)字化顆粒視圖，其分別具有用以比較的一灰度值視圖；

圖8示出了兩個(gè)曲線，這兩個(gè)曲線包括和確定了由根據(jù)圖7b和圖7c的顆粒視圖所示出的面積；

圖9示出了一顆粒在焦點(diǎn)內(nèi)和外的相繼的平面中的二十五個(gè)圖像；

圖10示出了基于根據(jù)圖9的圖像的兩個(gè)頻率分布曲線的圖表；

圖11示出了具有偏差的由根據(jù)圖10的曲線所形成的平均值曲線，用以形成一特征；

圖12示出了與評(píng)價(jià)作為特征的慣性矩關(guān)聯(lián)的三個(gè)圖像；以及

圖13示出了傅里葉變換圖像的振幅-頻率圖，沒有dc部分。

具體實(shí)施方式

根據(jù)圖1和圖2示出了，暗場(chǎng)技術(shù)(就像在根據(jù)本發(fā)明按照?qǐng)D1的光學(xué)裝置中所應(yīng)用那樣的)與經(jīng)典的亮場(chǎng)技術(shù)(就像在圖2中所示出那樣的)的不同之處。在兩個(gè)圖中示出了光源1，該光源照射布置在窗口2中的液體試樣，為清楚起見該液體試樣僅具有一個(gè)處于其中的顆粒3。處于窗口2中的液體試樣布置在光學(xué)光源1與ccd傳感器4之間，聚焦透鏡5前置于該ccd傳感器，該聚焦透鏡在這里象征性表示為成像光學(xué)設(shè)備。光源1在圖1中例如借助于光圈這樣地取向，使得直接光束6照亮具有顆粒3的窗口2，但是沒有直接擊中透鏡5也沒有直接擊中處于透鏡后面的ccd傳感器4。僅散射光7從顆粒3到達(dá)聚焦透鏡5到達(dá)處于透鏡后面的ccd傳感器4。由此得到圖像8，其中，顆粒3在黑背景前面示出為白色。旁邊示出的圖像9明示了：在該照明情況下，兩個(gè)顆粒的圖像實(shí)際上看上去能是什么樣子。

與之相比，圖2中，光源1直接指向窗口2并指向處于液體中的顆粒3以及透鏡5和傳感器4。因此，借助于透鏡5，遮住直接光線6的顆粒3作為黑點(diǎn)被產(chǎn)生在圖像8中、也就是被產(chǎn)生在ccd傳感器4上。在相應(yīng)布置在旁邊的圖像9中可以看到三個(gè)顆粒，這些顆粒的黑色邊緣在灰色背景前顯露出來。

利用就像圖1中示例性示出那樣的暗場(chǎng)照明，尤其可以比就像根據(jù)圖2示出的那樣在亮場(chǎng)照明中明顯更好地在2d圖像8、9中示出小顆粒。在那里，顆粒3的邊緣在圖像8中被大大地過亮。因?yàn)橹苯庸馐?碰觸到ccd傳感器4上，所以在所示顆粒與背景之間的對(duì)比度非常高以及由此所投影的顆粒內(nèi)的分辨率是糟糕的。在圖1的圖像9中明顯能夠識(shí)別出，在黑色背景前用裸眼已經(jīng)能夠看到細(xì)微的漸變部。暗場(chǎng)照明(如圖1所示)僅示例性被理解。因此例如可以替代中央光源1而設(shè)置特別的光源，該特別的光源類似于圖1中示出的那樣傾斜地投射所述窗口2。但是重要的是，從顆粒3僅散射光到達(dá)透鏡5和處于透鏡后面的傳感器4并且沒有從光源到傳感器的直接照射。

圖3示出了就像如今在市場(chǎng)上常見那樣的ccd傳感器4的結(jié)構(gòu)。傳感器4的每個(gè)像素10由四個(gè)子像素11組成，確切地說由一個(gè)藍(lán)色子像素11a、一個(gè)紅色子像素11b和兩個(gè)綠色子像素11c和11d組成。這些顏色用以給予每個(gè)像素10除了亮度信息之外也給予顏色信息，需要該顏色信息用以產(chǎn)生彩色圖像。

在根據(jù)本發(fā)明的方法中，2d圖像被以黑白色、也就是說具有灰度值地產(chǎn)生，不需要顏色信息。子像素11因此被用于提高分辨率和表現(xiàn)力。

圖3中示出的ccd傳感器4涉及一種具有拜耳矩陣的拜耳傳感器。替代就像通常那樣為了獲得顏色信息而評(píng)價(jià)子像素，這些子像素在這里一方面被用于提高分辨率，就像圖4的相應(yīng)的左上圖像所示那樣。此外，子像素11或它們的信號(hào)被不同地處理。因此，子像素11a和11b被低增益(英文：lowgained)，與之相反，子像素11c和11d被高增益(英文：highgained)。由此獲得了較高的表現(xiàn)力區(qū)域，這點(diǎn)同樣根據(jù)圖4在左下圖像中是明顯的。就像根據(jù)前述方法所產(chǎn)生的左上圖像示出的那樣，利用前述方法所產(chǎn)生的圖像不僅具有較高分辨率，而且具有較高表現(xiàn)力，就像尤其是在該處能看到的灰度值明示的那樣。分辨率被以系數(shù)四來提高，表現(xiàn)力同樣是顯著的。就像不僅在左上圖像中，而且在處于其下的信號(hào)曲線中看到的那樣，通過使用子像素11作為像素來實(shí)現(xiàn)提高的分辨率，較高的表現(xiàn)力通過如下方式來實(shí)現(xiàn)，即，子像素11分別被成對(duì)地低增益或高增益。通過被低增益的子像素與被高增益的子像素的內(nèi)插于是產(chǎn)生圖4中右邊示出的圖像，該圖像具有比在傳統(tǒng)讀取ccd傳感器的情況下所生成的圖像更高的分辨率和更高的表現(xiàn)力。因此，即使在圖4中右邊的圖像視圖或信號(hào)視圖上的被改善的圖像信息不能容易地識(shí)別，那么可以考慮到在那里能看到的灰度值具有與如果這些圖像信息在通常評(píng)價(jià)ccd傳感器信號(hào)的情況下實(shí)現(xiàn)的品質(zhì)不同的品質(zhì)。

為了確定或至少將利用ccd傳感器4所檢測(cè)的顆粒分類，需要確定顆粒的各種特征并然后將這些特征與已有的特征集合進(jìn)行比較，以便確認(rèn)涉及哪些類型的顆?；蛟诶硐肭闆r下涉及哪些顆粒。在此，特征集合可以被個(gè)別地建立，例如用于飲用水、商用水、廢水、來自凈化設(shè)備的水或也用于具有處于其中的顆粒的另外的液體。在此，特征集合合乎使用者的要求。因此，例如針對(duì)引用水分析主要識(shí)別，涉及細(xì)菌或沒有細(xì)菌，此外涉及哪些細(xì)菌。例如目標(biāo)可以是，確定大腸桿菌，以便監(jiān)控水質(zhì)。如果以一定數(shù)量的預(yù)先檢查確定了顆粒，則這種特征集合可以必要時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)自學(xué)式地被建立，這些顆粒在它們的形狀和數(shù)量上已被確認(rèn)為允許且可接受。然后可以利用這種自主建立的特征集合來確認(rèn)之前被檢測(cè)的品質(zhì)的偏差?？衫斫獾氖?，特征集合例如針對(duì)監(jiān)控飲用水也可以取決于地點(diǎn)、也就是說在不同的地點(diǎn)上是不同的，因?yàn)榭梢允顾?fù)載的細(xì)菌類型取決于地點(diǎn)和氣候是變化的。經(jīng)圖像檢測(cè)的顆粒的特征與特征集合中的特征相符得越多，該確定就越準(zhǔn)確。被考慮用于該比較的特征可以少一些，或幾百個(gè)或更多。適宜地通過神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行該評(píng)價(jià)，但是也可以借助于線性比較系統(tǒng)來進(jìn)行該評(píng)價(jià)。但是已證實(shí)的是，針對(duì)涉及細(xì)菌還有沒有細(xì)菌的問題，比較至少三個(gè)特征、有利地至少四個(gè)特征是足夠的，以便以足夠的可靠性來確定這點(diǎn)。在特殊情況下，特征數(shù)量可以明顯更高。

通過平行的平面的多個(gè)圖像來進(jìn)行具有處于其中的近似穩(wěn)定的顆粒的液體試樣的檢測(cè)。因此，第一次對(duì)象檢查例如排除了超大對(duì)象、例如氣泡和類似對(duì)象以及進(jìn)一步評(píng)價(jià)明顯不能評(píng)價(jià)的區(qū)域(完整性檢查)，在第一次對(duì)象檢查之后的圖像評(píng)價(jià)中，針對(duì)每個(gè)經(jīng)圖像檢測(cè)的顆粒建立了相同顆粒的圖像組，這些組在不同平面中示出了所述顆粒。因?yàn)橐怨鈱W(xué)裝置的成像透鏡5的孔徑為前提輪廓清晰的顯示僅在焦點(diǎn)平面中是可行的，所以這些顆粒在圖像的這些組中典型地在多個(gè)(模糊的)前聚焦位置中顯現(xiàn)、在一個(gè)或多個(gè)聚焦位置中并在多個(gè)(模糊的)后聚焦位置中顯現(xiàn)。一個(gè)顆粒的這種圖像例如在圖5中示出，該圖示出了同一顆粒在焦點(diǎn)中和在該焦點(diǎn)外的39個(gè)圖像。對(duì)這些圖像以計(jì)算方式檢測(cè)出，處在焦點(diǎn)中的顆粒3在哪個(gè)圖像或在哪些圖像中示出。圖5中，具有處在焦點(diǎn)中的顆粒3的該圖像以12來表示。以本身已知的方式借助于索貝爾算子、即簡(jiǎn)單的邊沿探測(cè)濾波器進(jìn)行所述計(jì)算，該邊沿探測(cè)濾波器確定該計(jì)算。

原則上，在聚焦的圖像中進(jìn)行一顆粒的一特征的評(píng)價(jià)，然后該特征直接被設(shè)計(jì)為聚焦的圖像與未聚焦的圖像之間的特性。但是，就像試驗(yàn)已給出的那樣，如果不僅評(píng)價(jià)處于焦點(diǎn)中的圖像12，而且對(duì)應(yīng)也評(píng)價(jià)前聚焦區(qū)域13中以及后聚焦區(qū)域14中的處于焦點(diǎn)之外的圖像，則該評(píng)價(jià)變得明顯更穩(wěn)定，其中，于是使用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)是適宜的，以便也將這些“模糊的”特征進(jìn)行配屬(圖6)。

顆粒的主要特征總是它在焦點(diǎn)中的面積，在此，面積的尺寸是一特征，面積的形狀是另一特征。為了檢測(cè)這些尺寸，在圖像中確定該顆粒的限界。這典型地通過確定邊界值、即圖像的灰度值來進(jìn)行，該灰度值相應(yīng)于確定的像素值。借助于該邊界值來產(chǎn)生純黑白圖像，也就是說其像素值等于或小于該邊界值的所有像素被示出為黑色，所有另外的像素示出為白色。根據(jù)圖7a、圖7b和圖7c示出，該邊界值的改變?nèi)绾斡绊懙皆搱D像。在根據(jù)圖7的圖像中僅考慮了白色面積，在這里，灰色的、陰影狀的面積僅用于明示不同的邊界值并且通常會(huì)是黑色?；疑年幱盃蠲娣e示出了該顆粒的真實(shí)形狀。在圖7a中明顯可看到，在此已設(shè)置到最大像素值的47％的邊界值比較高，這是因?yàn)樵擃w粒的大部分掉到了灰色區(qū)域中并在這里估計(jì)丟掉了主要特性，這些主要特性是面積的一特征。圖7b中，將邊界值規(guī)定到30％。在這里已經(jīng)得到該顆粒與根據(jù)圖7a的視圖相比的明顯有偏差的形狀。但是，如果將邊界值降低到20％，那么獲得根據(jù)圖7c的圖像，在該圖像中可以看到該顆粒的明顯長(zhǎng)形的形狀，該形狀同時(shí)是該顆粒的主要特征。根據(jù)本發(fā)明的方法現(xiàn)在設(shè)置為：使邊界值變化，并確定在不同的邊界值下尤其是顆粒形狀是否發(fā)生顯著變化，以便然后顧及邊界值，所顧及的邊界值考慮了該突出的形狀。

在通過邊界值的變化來產(chǎn)生構(gòu)成用于進(jìn)一步評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)的黑白圖像之后，通過一以區(qū)段方式圍繞白色面積的雙曲線來確定圖像中的顆粒面積，該雙曲線限定了就像在圖8中示出那樣的面積。通過該曲線的積分可以確定被圍入的面積、即顆粒的二維尺寸。相應(yīng)的曲線以15表示。為了比較，在圖8中畫入曲線16，當(dāng)基于根據(jù)圖7b的圖像時(shí)，獲得該曲線。明顯的是，邊界值的變化正好導(dǎo)致，提供了在形狀方面的特性特征。

在考慮圖像堆的情況下經(jīng)常要觀察的是，被檢測(cè)的顆粒的面積和形狀在焦點(diǎn)內(nèi)部和外部發(fā)生改變，就像這在根據(jù)圖5和圖6的圖像中可以看到的那樣。在圖5中基本上是位置發(fā)生改變，其余的改變確切地說是由聚焦造成的，對(duì)于根據(jù)圖6中的圖像被檢測(cè)的顆粒而言顯然也改變了形狀。該改變是由于顆粒的運(yùn)動(dòng)而引起的，也就是說由顆粒從一圖像向下一圖像的運(yùn)動(dòng)而引起。當(dāng)非球形的顆粒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，取決于該顆粒轉(zhuǎn)動(dòng)得多快和繞哪個(gè)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)而影響光線。在用眼睛觀察時(shí)，這被感受為閃爍。這是一特性，該特性經(jīng)常在活細(xì)菌的情況下可以觀察到，但是在死細(xì)菌的情況下不能觀察到或在不是細(xì)菌的顆粒情況下很少能看到。因此，該特性是用于確定涉及細(xì)菌還是其他顆粒的重要特征。為了確定該特征，首先考慮評(píng)價(jià)例如圖9中示出那樣的圖像堆。示出了在這里待確定的顆粒在焦點(diǎn)內(nèi)部和外部的、當(dāng)前的25個(gè)圖像被如下地評(píng)價(jià)：

待確定的顆粒和為此可以考慮的圖像已被選擇出之后(就像這些在圖9中示出那樣的圖像)，首先建立一聚焦曲線。在橫軸上標(biāo)出圖像的數(shù)量，并在豎軸上標(biāo)出在每個(gè)圖像中被確定的四個(gè)至七個(gè)最亮像素的亮度、也就是具有最高像素值的像素的亮度，確切地說分別在形成這四個(gè)至七個(gè)像素的平均值的情況下，從而使得獲得從圖10中看到的曲線16，該曲線具有能明顯看到的尖端。該曲線16被濾波以及因此被弄平。所弄平的曲線在圖10中以17表示。最后，對(duì)曲線17確定平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。該標(biāo)準(zhǔn)差是用于被檢測(cè)的顆粒的特征。該值越高，被檢測(cè)的顆粒的所述“閃爍效果”就越大，這指示顆粒的運(yùn)動(dòng)、尤其是繞軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)。圖10中的這些曲線16和17彼此相減，從而使得獲得了圖11中示出的曲線，該曲線示出了由此得到的平均值和偏差。

用于確定或分類顆粒的另一特征是矩形成(momentenbildung)，該矩形成在圖像處理、尤其是評(píng)價(jià)和分類中屬于現(xiàn)有技術(shù)。一般根據(jù)黑白圖像、優(yōu)選在黑白圖像數(shù)字化為黑值和白值之后進(jìn)行該矩形成，就像這在開頭部分已經(jīng)描述的那樣。

另一特征是顆粒的慣性矩(也稱作逆矩)，也就是還有檢測(cè)顆粒空間延伸的特征。該特征的初始點(diǎn)例如是七個(gè)圖像，在這七個(gè)圖像中，一個(gè)圖像布置在焦點(diǎn)中并且在焦點(diǎn)的每個(gè)側(cè)面上布置三個(gè)圖像，因此就像這在圖6中通過中間圖像12以及前聚焦圖像13和兩個(gè)處于圖像12與圖像13之間的圖像、以及后聚焦圖像14和兩個(gè)處于聚焦圖像與后聚焦圖像之間的圖像給出的那樣。這七個(gè)圖像中的每個(gè)圖像(其中一個(gè)圖像例如在圖12a中示出)都被實(shí)施加傅里葉變換，從而使得獲得如圖12b中所示那樣的圖像。傅里葉變換分別給出在倒易(reziproken)空間(類似于結(jié)晶學(xué)中的倒易晶格)中的、在對(duì)應(yīng)圖像中所投影出的顆粒。然后去除或至少減少直流分量(dc分量)，從而使得獲得就像圖12c中示出那樣的圖像。通過適當(dāng)?shù)臑V波器也消除了噪聲，據(jù)此來計(jì)算七個(gè)圖像的對(duì)象中的每個(gè)對(duì)象的中心矩。在圖13中示出了一圖像的這種曲線，其中，橫軸表示頻率并且豎軸表示振幅。dc部分在圖13中示出的圖表中已經(jīng)被去除，噪聲部分19在那里還存在。該中心矩的最大值和最小值分別形成被檢查的顆粒的一特征。前面所描述的特征一般足夠用以確定被檢查的顆粒是細(xì)菌或不是細(xì)菌。

可以通過如下方式來獲得這些特征的另一變化，即，利用來自不同照明角度的照明來評(píng)價(jià)同一液體試樣的不同平面中的圖像系列和/或利用具有不同波長(zhǎng)的光線的照明來評(píng)價(jià)。哪些特征特別適用于哪些顆粒、尤其是細(xì)菌，以便將這些顆粒分類或完全確定這些顆粒，需要源自經(jīng)驗(yàn)的確定。但是，前面所描述的特征是特別適合用于區(qū)分細(xì)菌和非細(xì)菌的，確切地說這些特征中的三個(gè)或四個(gè)特征一般足夠用于以足夠高的安全性實(shí)現(xiàn)該分類。但是，這種分類尤其在飲用水檢查中有很大的意義，這是因?yàn)樵诔晒Ψ诸愔笥谑强梢赃M(jìn)行詳細(xì)的確定或進(jìn)行子分類，確切地說典型地來確定是細(xì)菌還是其余的顆粒。

附圖標(biāo)記列表

1光源

2窗口

3顆粒

4ccd傳感器(傳感器的平面)

5聚焦透鏡

6直接光束

7散射光

8傳感器圖像

9示例圖像

10像素

11子像素

11a藍(lán)色子像素

11b紅色子像素

11c綠色子像素

11d綠色子像素

12處于焦點(diǎn)中的中間圖像

13前聚焦圖像

14后聚焦圖像

16未弄平的曲線

17弄平的曲線

18平均值曲線

19噪聲部分