阅读说明：本技术 用于实验进度实时监测的图像分析系统 (Image analysis system for real-time monitoring of experiment progress ) 是由 陆一骅 于 2019-04-24 设计创作，主要内容包括：本发明属于实验分析检测装置技术领域,具体涉及一种用于实验进度实时监测控制及结果分析的图像分析方法、设备系统。本系统由图像采集部分和数据分析部分组成,提出了一种结合计算机视觉分析技术来实时监控、采样分析实验图像数据,分析理解实验结果,捕捉实验过程中表象信息并达到调控实验进程目的。旨在克服现有纳米量子点合成过程中反应进程不可控,反应过程实时信息缺失的问题,利用图像分析反馈实验进程,降低成果产出成本,利于实验现象的发现。(The invention belongs to the technical field of experimental analysis and detection devices, and particularly relates to an image analysis method and an image analysis equipment system for real-time monitoring control and result analysis of experimental progress. The system consists of an image acquisition part and a data analysis part, and provides a method which combines a computer vision analysis technology to monitor, sample and analyze experimental image data in real time, analyze and understand experimental results, capture appearance information in the experimental process and achieve the purpose of regulating and controlling the experimental process. The method aims to solve the problems that the reaction process is uncontrollable and real-time information in the reaction process is lost in the existing nano quantum dot synthesis process, and the experimental process is fed back by utilizing image analysis, so that the achievement output cost is reduced, and the discovery of experimental phenomena is facilitated.)

用于实验进度实时监测的图像分析系统

技术领域

本发明属于实验分析检测装置技术领域，具体涉及一种用于实验进度实时监测控制及结果分析的图像分析方法、设备系统。

背景技术

纳米化学领域的产品因其荧光量子效应，表面功能化等许多优点，在光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显著的不同，在生物检测、传感、医疗应用、机械工业方面有很高的应用价值。其中其制备合成进程是相当关键且是关乎产物性质的重要因素。

现有实验常用的用于量子点检测测试手段包括扫描电子显微镜，透射电子显微镜，光致发光光谱等，在纳米化学领域主要应用于生成产物的形貌及理化性质方面的表征，该种合成测试方式因基于实验后检测结果推演实验条件控制引起的性质差异，其不具时效性的特点导致实验过程中的信息丢失，并且缺乏实时调控实验的可能性，无法从根本上关联物相表征与实验条件的相对关系，不利于定向实验的进行，缺失实验过程中关键的快速反应信息，造成实验资源的浪费，提高成果产出成本，不利于实验现象的发现。

OpenCV作为现有的常用且成熟的视频图像识别数据库，为实验进程中产生的实验现象进行识别，从而进行进一步图像分析反馈实验进程提供了可能。

发明内容

本发明旨在克服现有纳米量子点合成过程中反应进程不可控，反应过程实时信息缺失的问题，提出了一种结合计算机视觉分析技术来实时监控、采样分析实验图像数据，进而分析理解实验结果，捕捉实验过程中表象信息并达到调控实验进程目的的图像分析系统。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

本系统由图像采集部分和数据分析部分组成：

图像采集部分包括一个封闭不透光的实验空间、一个实验平台、内置可调全波段光源(包括红外光源、紫外光源、可见光源)、一个全彩摄像镜头。光源强度可通过外接变压模块进行调节，并与外接分析主机相连。摄像头通过有线串口方式与实验空间外分析主机——例如电脑相连。

数据分析部分包括一台带有图形化操作界面的分析主机，通过串口与图像采集部分的摄像头连接，同时连接调控光源强度的变压模块。主机上装载有图像视频抓取分析软件。分析主机与使用者的移动客户端通过无线通讯协议连接。

所述分析主机需具备可视化功能，利用图像识别数据库进行数据分析及数据反馈。

本发明的有益效果是，

本发明旨在克服现有纳米量子点合成过程中反应进程不可控，反应过程实时信息缺失的问题，提出了一种结合计算机视觉分析技术来实时监控、采样分析实验图像数据，进而分析理解实验结果，捕捉实验过程中表象信息并达到调控实验进程目的的图像分析系统。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明结构示意图；图1中用虚线框框选出系统的两个部分，分别为左侧虚线框内的图像采集部分和右侧虚线框内的数据分析部分。其中各编号部分组件为1.不透光实验空间，2.实验平台，适用实验容器包括但不限于实验用玻璃器皿、坩埚、反应釜，3.图像记录设备，包括并不限于摄像头、红外探测装置、感光装置，4.可调全波段光源，包括红外光源、紫外光源、可见光源，5.变压模块，6.分析主机，7.用户移动端。其中3.图像记录设备通过串口直接与6.分析主机相连，4.可调全波段光源通过5.变压模块与6.分析主机，2.实验平台依具体情况将通讯口与6.分析主机相连。6.分析主机可与7.用户移动端通过无线网络通信协议进行信息传输。

图2为实例4中由图像记录设备(3)获取经分析主机(6)处理所得实验数据。

具体实施方式

根据本发明所述技术方案选取具体实例进行说明如下：

【实施例1】

用于实验条件变化导致的产物变化的颜色记录及分析。以金量子点制备过程作为范例，将0.1克的氯金酸(HAuCl₄)粉末均匀分散在15毫升去离子水中，同时将0.25克柠檬酸钠粉末均匀分散在15毫升去离子水中。取配制的氯金酸溶液0.2毫升加入到10毫升的去离子水中，加热至80摄氏度，搅拌均匀，然后加入0.8毫升配制的柠檬酸钠溶液，一定速度搅拌加热至100摄氏度后保持15分钟后停止加热和搅拌，得到金纳米颗粒，以上步骤均在实验平台(2)中完成。进行5组实验，其间对于搅拌速度进行控制，分别使用0转每分钟，100转每分钟，200转每分钟，400转每分钟，800转每分钟。利用图像记录设备(3)记录每组反应进程及颜色变化。金纳米颗粒颜色与颗粒粒径大小相关，通过将颗粒大小与识别颜色数值指标进行标定对应，可以通过记录分析实验过程中金纳米颗粒尺寸收外界条件影响的变化。

【实施例2】

用于实验进程的控制。以三氧化钼(MoO₃)量子点制备过程作为范例，将20毫克的二硫化钼(MoS₂)粉末均匀分散在18.5毫升去离子水和1.5毫升30％浓度的双氧水混合液中，配置成20毫升的混合液并室温搅拌一晚得到前驱液A。混合液的颜色在此过程中逐渐从黑色转为浅黄色，其间利用图像记录设备(3)记录混合过程中的颜色变化，当溶液颜色到达指定数值在此实例中即浅黄色时，分析主机(6)得到反应进行完全的提示，同时通过网络给与用户移动端(7)相应信号，使用户在第一时间了解实验进程并给与进行下一步操作的指示反馈至实验平台(2)。

【实施例3】

用于记录实验进程中的反应结点。以三氧化钼(MoO_3-x)量子点制备过程作为范例，将实例2中完全反应的三氧化钼(MoO₃)量子点溶液在60-70℃的条件下加热直至图像记录设备(3)持续分析检测无气泡产生为止。向配制的三氧化钼量子点溶液中缓慢滴入NaBH₄溶液并搅拌，反应物颜色逐渐从浅黄色转为绿色然后转变为蓝色。利用图像记录设备(3)记录下反应过程中的颜色变化并进行下一次实验。利用分析主机(7)将反应过程分割为几个重要颜色结点，在每次图像记录设备识别到关键颜色结点数据时停止反应进行，取出少量反应生成溶液以备后续测试所用，同时继续进行实验并重复以上过程。将反应物检测性质数据指标与反应过程中外观颜色表征数据逐一对应，建立相应反应数据库记录在分析主机(7)中，用以指导之后的实验。

【实施例4】

用于实验过程中的外场控制。以CsPbI₃量子点制备过程作为范例进行两组实验，第一组将0.4mmol溴化铯(CsBr)和0.4mmol溴化铅(PbBr₂)溶解在10毫升极性溶剂二甲基甲酰胺(DMF)中，室温下搅拌配制反应前驱液A，前驱液中Cs⁺，Pb²⁺，Br^-以离子的形态分散在溶液中。准备10毫升的甲苯置于不透光实验空间(1)的实验平台(2)内，此处实验平台具体内容为放置有烧杯的磁力搅拌仪，实验过程为将配制成的前驱液A缓慢滴入甲苯溶液中，搅拌中缓慢析出CsPbBr₃量子点，形成黄绿色量子点溶液。第二组控制试剂用量与第一组实验相同，在前驱液滴入甲苯的过程中，分析主机(6)通过调节变压模块(5)输出信号控制可调全波段光源(4)的波长为285纳米，输入电压为5伏特，即在实验过程中用紫外光为光源，保持其他反应条件不变，搅拌过程中瞬间析出大量晶体并形成乳白色悬浊液，不形成黄绿色量子点溶液。保持其他实验条件不变，通过调节变压模块(5)输出信号控制可调全波段光源(4)输入电压为持续变化至3伏特，重复实验过程，从新利用图像记录设备(3)记录反应过程用以细节分析。