Laser zur Erkennung von Bandenmustern

[jaegerr]

Hallo,

mein Name ist Robert Jäger, ich bin 50 Jahre und Wissenschaftler. Habe Medizin und Humanbiologie studiert. Ich bin auf der Suche nach Hilfe für ein Projekt, dass es bestimmt schon gibt.
In der Laserwissenschaft bin ich gar nicht zu Hause. Ich betreibe eine kleine Firma, die sich mit Bildverarbeitung beschäftigt. Alle haben bestimmt schon einmal einen Schwangerschaftstest gesehen. Auf diesem streifenähnlichen Stab entstehen farbige Linien. Zum Teil auch nur in Grauwerten. Diese Linien, die auch in größerer Zahl auftreten können, würde ich gerne mit einem Laser abtasten und in ein Histogramm (Graph mit Peaks) überführen. Im Prinzip werdet ihr denken, wie auf einem Barcode. Stimmt, sieht tatsächlich ähnlich aus. Ich würde gerne einen Laser haben mit der dazugehörigen Software, oder Libary, die ich einbinden kann. Mich würde es interessieren, ob es sowas gibt oder ob es gehen würde? Ich arbeite zur Zeit mit einer Kamera, würde aber einen Laser gerne mal über so ein Muster jagen.
Vielleicht hat jemand dazu eine Idee. Ich hoffe nicht dass ich einen Thread, bei dem sowas geschrieben wurde, übersehen habe. Ich habe zuvor alles durchsucht. Vielleicht auch nicht die richtigen Schlagwörter gefunden.

Vielen Dank

Robert Jäger

[VDX]

Hallo Robert,

ich denke, mit einer guten Kameraoptik und der richtigen Beleuchtung bist du besser bedient, als mit einem Laserscanner, dessen Reflexion du dann erst noch auswerten mußt

Ich habe Mikroskopkameras für die Mikromontage entwickelt und auch ein paar BV-Applikationen mit SW-Kameras und Farbfiltern aufgebaut.

Damit ist sowohl die Ortsauflösung als auch die Farbkalibration deutlich leichter zu realisieren, als mit einem Laser ...

Viktor

[floh]

Ich denke auch, dass die Kamera die bessere Wahl ist. Eventuell ist auch der Zeilensensor aus einem Flachbettscanner gut geeignet.
Ohnehin ist ein Scanner vielleicht nicht mal so verkehrt: Billig, gute Beleuchtung, löst hoch auf und lässt sich - zumindest unter Linux - relativ einfach ansteuern.

[jaegerr]

Hallo Viktor,

danke für deinen Kommentar. Sicherlich hast Du Recht wenn es um Auflösung und Farbe geht, da sind Kameras weit vorne. Nur genau die Beleuchtung ist das Problem. Diese gleich zu halten ist das Problem. Ausserdem kommt es bei den Banden (Strichen) nicht so sehr auf die Auflösung an. Ich denke ebenfalls, dass die Ausmasse eine solchen Systems kleiner sind als bei Kameras. Hier muss ich dem Objektiv schon eine gewisse Brennweite gönnen damit es verzerrungsfrei aufgenommen wird. Das bedeutet Spiegelsysteme inerhalb eines geschlossenen und immer gleich beleuchtender Raumes. Ich arbeite nicht unter dem Mikroskop, sondern direkt mit der Kamera auf dem Streifen.

Robert

[jaegerr]

Hallo Floh,

Scanner habe ich schon durch. CCD-Systeme sind gut brauchbar aber sind sehr sperrig. Die gibts nicht in DIN A6. Das System sollte schon kleiner und flexibler werden. Ausserdem haben Sie auch zum Teil große Schwankungen (Rauschen). Könnte ein Laser das liefern was ich suche? In einer einfachen Anwendung. Wie muss ich die von Viktor angesprochenen Reflexionen messen.

Robert

[Dr.Ulli]

Hallo Robert!
Ich würde meinen, eine Blue-Ray-Diode (natürlich mit Treiber und Optik), abgelenkt durch einen Scanner (nur x? ...oder wie beim Barcode)...oder ein Polygonspiegelrad...wäre vielleicht ideal - denn so werden eventuell gleich die Banden, falls entsprechende Farbstoffe enthalten, zur Fluoreszenz angeregt.
Wenn man Linien scannt, kann man ganz leicht zur Intensitätsaufnahme die Elektronik darauf triggern...
Für andere Wellenlängen als Lichtquelle täten es sonst auch die anderen verfügbaren Laser (rote 658nm Laserdiode, grüner 532nm DPSS, blaue 445nm Diode usw, usw..).
Wenn allerdings zur quantitativen Analyse eine gewisse Stabilität der Lichtquelle gefordert ist, könnten bessere Laser, als für Showkisten üblich, gefordert sein - oder Strategien, das zu kompensieren...
Das alles könnte man bei guter Planung miniaturisieren (wie beim CD-Player die Optik), die "Kiste" sollte wegen der Laserstrahlung sowiso nach aussen hin lichtdicht sein (Laser Klasse 1)...Man schiebt beim Endprodukt dann z.B durch einen Schlitz das Stäbchen mit den Banden in die Kiste und bekommt über USB oder Netzverbindung die Daten auf den Rechner...
Ich meine, das sollte im Volumen einer Zigarettenschachtel Platz finden.
Gruß vom Physiker an den Biologen!

[jaegerr]

Hallo Dr.Ulli,

vielen Dank für deinen Beitrag. Da ist ja schon eine Richtung für mich zu sehen. Anregung von Licht brauche ich in der jetzigen Phase noch nicht. Ich brauche eine gleichmässige Lichtquelle die einfach die hellen von dunklen Bereichen separiert. Auch die Quantifizierung ist das was ich benötige. Intergration der Fläche unter dem Peak oder Höhe des Peaks. Hier müssen die Daten geprüft werden. Wo sind die Schwankungen größer. Das menschliche Auge orientiert sich bei der subjektiven Stärke einer Bande immer nach der Intensität der Farbe, also die Höhe des Peaks. Sicherlich ist die Fläche der passendere Parameter. Ich dachte auch an ein System in der Größe einer Zigarettenschachtel oder geringfügig grösser. Wo kann ich Hilfe für ein solches Projekt bekommen?

Danke Robert

[gento]

Schon mal an Datalogic Barcodescanner gedacht ?
Die haben wenn fest montiert so ein größe in Industrieanwendungen.

z.B. http://www.ico.de/productlist.php/categ ... Automation
Notfalls könnte man nachfragen ob ein analoges Signal abgreifbar ist.

Gento

[murmeljoe]

Hallo Robert,

wenn ein Barcodescanner (eventuell in modifizierter Form) eine Alternative ist, wären sehr kleine Abmessungen möglich. Für eine Produktionsstraße habe ich vor Jahren eine Handfernbedienung mit integriertem Scanner und Funkanbindung entwickelt. Dieser Scanner hat den Auswerte-µC schon auf der Anschlussplatine und liefert automatisch den schon decodierten String. Das wäre in Deinem Fall ja unnötig ...
In dem 20x15x10 mm großen Gehäuse sitzt der Laser, die Ablenkeinheit, der Detektor und die Elektronik für die Auswertung. Sehr nettes Spielzeug in sehr robuster Industriequalität. Wie Gento schon vorgeschlagen hat, wäre das analoge Rohsignal vielleicht nutzbar. Ein Versuch wäre es alle mal wert.

scanner.jpg

Gruß
Joe

[Dr.Ulli]

Auch die Quantifizierung ist das was ich benötige. Intergration der Fläche unter dem Peak oder Höhe des Peaks.

Genau das ist der "Knackpunkt" bei der Auswahl der Wellenlänge des Lasers...violette und blaue Laser werden wie oben beschrieben Fluoreszenz anregen, rote wohl eher nicht, grüne kann sein...und auch deren Absorption/Reflektion von den Banden wird sich sicherlich sehr unterscheiden.
Bei den geringen Preisen der Laser würde ich auf jeden Fall mal verschiedene Wellenlängen durchtesten...auch IR könnte in Frage kommen...

[goamarty]

Aber gerade bei den Barcode Scannern verwendet man doch dann Laser, wenn man große und variable Scan-Entfernungen braucht. Bei so einer Proben-Auswertung würde ich mich dann für einen Laser entscheiden, wenn ich auf die exakte Wellenlänge und das sehr schmalbandige monochromatische Licht angewiesen bin. Auch dann würde ich nur gescannt arbeiten, wenn die Entfernung der Probe nicht konstant (fokussierbar) ist. Ansonsten würde ich den Strahl eher aufweiten als flächige Beleuchtung und das ganze ohne mechanischen Scan mit einem Zeilen oder Flächen CCD auswerten. Wir wissen allerdings noch nicht, wie groß das Probenfeld ist. Man kann ja eine regelmäßige automatische Kalbration vorsehen. Auf dem Streifen bleibt ein weißer Bereich, der niemals Banden zeigt und dieser Wert wird dann von der Software als Nullinie genommen. Das wäre mit einem Laser doch ebenso nötig, insbsondere wenn es ein DPSS mit geringerer Leistungsstabilität ist. Auch bei Dioden ist die Leistungsstabilität nur so gut wie die Strom- und Temperaturregelung.

[VDX]

... gerade wegen der Probleme mit unterschiedlicher Lumineszenz von 'optisch aufgehelltem' Papier oder Kunststoff bei Blau- und UV-Anteil der Beleuchtung haben wir bei Farbwert-Auswertung SW-Kameras und entweder Farbfilter vor einer Halogenlampe oder superhelle LED's als Kaltlichtquellen verwendet.

Zum Kalibrieren wurde vorher ein RAL-Farbraster eingelesen, danach waren die zu vermessenden Farbwerte eindeutig zuzuweisen.

Und mit umgedrehten Video-Makroobjektiven mit etwa 35mm Brennweite vor einer CCD-Finger-Kamera kannst du recht klein bauen - anbei die 'Überreste' der Video-Mikroskopkameras, die ich damals aufgebaut hatte ... hier ein paar Testbilder mit den Objektiven: http://mikroskopkamera.de/galerie.htm

Für spezielle Anwendungen habe ich auch schonmal den optischen Weg um 90° oder 180° 'gefaltet' ...

Viktor

[jaegerr]

Hallo liebe Schreiber,

vielen Dank, da scheint es ja ganz unterschiedliche Ansätze zu geben. Victor, das Thema Kamera ist auch noch nicht vom Tisch, möchte mich aber einmal in die Lasertechnik einfuchsen, zumindest in die Theorie.
Der Ansatz mit dem Barcodescanner hat mich überhaupt erst darauf gebracht. Ein Barcode ist ja ähnlich aufgebaut, wenn auch die Banden nicht ganz so scharf begrenzt sind wie beim BC. Damit Ihr Euch das etwas besser vorstellen könnt habe ich mal zwei typische Beispiele angehängt. Die Streifen können tatsächlich auch bis zu 10 cm lang sein. Überwiegend aber nur ein paar Zentimeter.
Auf den Streifen finden sich dunkle und helle Bereiche. Ja nach Nachweis bleiben bei dem einen Patienten Felder frei (keine Banden) und bei anderen Patienten färben sich Banden. je nach dem, nach was ich suche beim Patienten. Ich habe im Anhang auch ein Histogramm angehängt, wie ich die Ergebnisse erwarte.

Ihr sprecht von einem analogen Signal, wie kann ich das detektieren? Wie kann ich an eine solche Versuchanwendung kommen. Gibt es da Kontakte oder kleine Firmen mit denen man einmal so einen Prototypen aufsetzen kann ? Kann ich nicht mit einem normalen Barcodescanner ein Muster erzeugen, also mit einer Software jedes beliebige Bandenmuster als Werte auslesen. In Graustufen. 8 bit oder hoeher

Puh ich habe so viele Fragen, aber das Thema ist sehr spannend.

Grüße erstmal aus dem sonnigen Frankfurt

band.jpg

Ausschnitt.jpg

Schiffchen_Profil2.jpg

Robert

[tschosef]

hai hai....

Barcodescanner

ich glaub die tücke ist, dass ein Barcodescanner DIGITAL ausliest.. für jede Position ermittelt er nur ob Hell oder Dunkel (also 0 oder 1)... nicht wie hell !!!!! das is dem Barcodescanner wurst!

daher denke ich, der ist ungeeignet.

Mit laser abscannen heißt ja folgendes:

ein laserstrahl wandert über den Streifen, die Intensität der Reflexion muss für die einzelnen Positionen (pixel oder wie auch immer) analog ausgewertet werden.

ich glaub das währe schon aufwenig. eine CCD Zeile wie sie zB in einem Flachbett Scanner verbaut ist macht sowas auf einen Schlag (gleich die ganze Zeile) und in Farbe (was du vermutlich aber nicht bräuchtest?)

zum Thema Kamera... ein Kollege von mir hat sich mal ne Software geschrieben, die wertet aus einem Kamerabild (0815 Webcam, egal welcher Bauart, einfach Windowstreiber) die Intensität einer über eine Zeile aus. Man klickt ins Bild, wählt somit die Zeile und dann wird der Intensitätsverlauf über diese zeile ermittelt und wie in deinem Histogramm ausgegeben.

Das währe doch eigentlich ganz gut für euch?
Evtl müsste man das ganze noch "normalisieren" so dass das dunkelste Signal ==> 0 ergibt, und das Hellste Signal dann 255 (bei 8 Bit Auflösung).

eine Tücke von allgemeinen cameras ist leider, dass sie zwecks besserem Videobild bei Kontraständerungen diese noch zusätzlich verstärken, was wiederum die Signalhöhe verfälscht. Es gibt aber extra kameras die solche spielchen unterlassen und linear auswerten.

Viele Grüße
erich

[floh]

Es gibt aber extra kameras die solche spielchen unterlassen und linear auswerten.

Wobei wir wieder bei der LCD Zeile sind Takt rein, Daten raus, je nach Typ schon mit x-Bit digitalisiert oder als analoge Spannung. Oder zum Testen die RAW Daten einer Digitalkamera nutzen.

[murmeljoe]

Hallo Zusammen,

Ich glaub die tücke ist, dass ein Barcodescanner DIGITAL ausliest.. für jede Position ermittelt er nur ob Hell oder Dunkel (also 0 oder 1)... nicht wie hell !!!!! das is dem Barcodescanner wurst!
daher denke ich, der ist ungeeignet.

Ahmmm - ein klares Jein!
Der Scanner an sich, arbeitet genauso wie Du es dann beschreibst: Linie scannen und synchron die Intensität der Reflektion messen - und das natürlich analog!
Erst dann wird das ganze durch den µC gejagt, digitalisiert und eventuell (wie in meinem Beispiel) analysiert und über I2C als String ausgegeben.
So gesehen hast Du natürlich völlig recht - das Ergebnis ist nur digital.

Ihr sprecht von einem analogen Signal, wie kann ich das detektieren?

Die Idee war, an dem Scanner zwei Signale "abzugreifen":
1. Das Start- und Endeflag für den Scanbeginn (Es wird kontinuierlich gescannt, so das hier leicht die Periodendauer ermittelt werden kann)
2. Das Rohsignal des Empfängers (Analogsignal)

Aus den beiden Infos ein Histogram zu basteln sollte dann überhaupt kein Problem mehr sein.

Die Frage, ob Wellenlänge tauglich ist (i.d.R. rot) und ob die Auflösung in der Y-Achse (Kontrast) reicht, müsste einfach ausprobiert werden. Allerdings ist da meine Subminiatur-Version nicht so gut geeignet. Bei einem Handscanner kommt man bestimmt etwas besser an die Pins mit den Rohsignalen heran ...

Gruß
Joe

[junior]

Sowas gibts doch schon fertig zu kaufen, z.B. hier: http://www.genxpress.at/media/document/ ... oCAM48.pdf
Hier das Rad neu erfinden zu wollen bedeutet wahrscheinlich erst mal einen Termin beim Patentanwalt, sonst hat man schnell andere Anwälte am Hals.

Junior

[jaegerr]

Hallo Miteinander,

ich glaube die Idee mit der LCD-Zeile ist gut. So wie ich weiss fehlt der LCD-Zeile die Tiefenschärfe. Ohne optik kann ich da doch nur auf einer Ebene aufnehmen. Wie groß sind die LCD-Zeilen, ich möchte kein Gerät bauen in der Größe eines DIN A4 Scanners, sondern eher ein kleines handliches System haben.

wenn ich mal zwischendurch zusammenfassen darf:

- BCS also eher nicht, da die Daten digitaler struktur sind
- Laser eher bedingt, da Auflösung und Wellenlänge ein Problem darstellen könnten (hoher testaufwand)
- LCD Zeile /CCD Zeile = einfacher Aufbau, gleichmässige Beleutung, Tiefenschärfe?
- Kamera (meine Erfahrung) schwer eine gleichmässige Beleuchtung zu schaffen, Hohe Kosten

Noch etwas zu "junior", vielen Dank für die Recherche. Ich kenne das System, kenn auch den Hersteller gut. Ich möchte eben ein kleines System testen.

Danke

Robert

[floh]

CCD Zeilen werden ja in Flachbettscannern eingesetzt. Mit der dort eingebauten Optik bringen die oft Tiefenschärfen von mehreren Millimetern bis zu einigen Zentimetern hin. Das sollte also nicht das Problem sein. Im Prinzip benötigst du ja doch nur eine Ebene die entsprechend auf die Zeile abgebildet wird. Eventuell reicht ein Aufbau im Prinzip eines Episkop schon aus für deinen Zweck. Für den "proof of concept" würde ich mir einen noch funktionierenden Flachbettscanner vom Elektroschrott holen und den verbasteln.

Die Grösse von CCD Zeilen findest du in den Datenblättern, es gibt sie von einigen Millimetern bis einigen Zentimetern. Die in den Consumerscannern haben oft etwas um die 2,5cm (wahrscheinlich 1 Zoll).

[goamarty]

In dieser Seite: http://spritesmods.com/?art=lineccdts
hat sich jemand recht ausführlich mit dem optischen Element eines Scanners beschäftigt und es als Touch-Screen-Sensor verwendet. Vielleicht könnte man später auch nur einen Teil so eines CIS Elementes verwenden.

[jaegerr]

Hallo Leute,

ich bin begeistert von Euch. Nur habe ich jetzt soviel Informationen, dass ich jetzt ganz confused bin. Kann das alles nicht ganz sortieren. Laser, CCD, LED, Scanner, Kamera usw ...
Gibt es jemanden, der mit mir ein kleines Projekt starten könnte? Wir arbeiten zur Zeit mit Scannern. Allerdings sind diese nicht auseinander gebaut sondern wir nutzen sie wie sie sind.
Sind natürlich sehr sperrig. Vielleicht kennt einer eine kleine Firma mit der man so etwas gestalten könnte? Oder einer von Euch?

Danke Robert

[murmeljoe]

Robert, wo bist Du denn beheimatet?

Gruß
Joe

[jaegerr]

Hi Joe,

in Frankfurt/Main

Gruß

Robert

[VDX]

Hi Robert,

ich pendle täglich nach Frankfurt und könnte dir mit Mikroskopkameras und LED-Beleuchtung aushelfen - evtl. auch mit BV.

Hab' momentan allerdings noch einiges anderes dringendes zu tun und keine Zeit mehr über

Viktor