对最小颗粒进行实时高速图像分析

这就是动态图像分析（DIA）的作用所在。这项创新技术可以记录大量参数，实时确定颗粒的大小和形状。"动态图像分析已被证明是各行各业可行的研发和质量控制方法。Anton Paar 公司研发部的 Dr Christian Moitzi 博士解释说："当颗粒流经测量池时，使用高速相机或其他成像传感器进行记录，然后使用软件进行分析。这家奥地利公司专门从事颗粒表征业务。该公司为此开发的设备旨在捕捉移动粒子的高速图像。除了样品室和照明系统外，IDS Imaging Development Systems GmbH 公司的 uEye Warp10 高速相机也是其成功的动态图像分析仪的重要组成部分之一。

"有了 Litesizer DIA 系列，通过直接分析颗粒图像，就能轻松可靠地确定颗粒的大小和形状。该系列中功能最强大的设备 Litesizer DIA 700 可以测量 0.5 微米到 16 毫米的颗粒尺寸，" Dr Moitzi 博士强调说。在测量过程中，几千甚至几百万个粒子都可以在几秒钟内可视化。由于帧频高、数据传输快，因此可以在很短的测量时间内对大量颗粒进行成像，并对其进行实时分析。

误差小于 1% 的颗粒达 100 万个

"首先要准备一个有代表性的样本。样品可以由各种材料组成，如粉末、颗粒、悬浮液甚至细胞等生物制剂。通常情况下，要使最大误差小于 1%，需要 100 多万个粒子。Dr Moitzi 博士说："样品通过三个可互换的分散装置中的一个送入，这样就能同时测量干粉和分散体。

样品被放置在一个腔室中，并在其中不断移动或分散。振动、气流或流体循环等各种机制可用于保持颗粒运动。粒子以高达 30 米/秒的速度在像场中移动，像频闪镜一样被照亮。为避免出现运动模糊，照明脉冲要短于 100 纳秒。可通过自动更换三个镜头来调节放大倍数。

高速处理的挑战

Christian Moitzi 说：“必须实时处理大量数据”，并列举了该系统的一个重要要求。在 IDS peak SDK 的帮助下集成的 10GigE Vision 高速相机能以所需的高帧速率记录图像序列，从而实现对粒子快速运动的观测。

除了速度之外，接口和传感器也是选择相机型号的决定性因素。内置索尼 IMX537 全局快门 CMOS 传感器的 uEye Warp10 能满足苛刻任务的所有要求：高分辨率、高帧率和无噪图像再现。在整个传感器市场，该款传感器具有最低的读出躁点和暗电流。该相机的分辨率为 510 万像素（2472 x 2064 px），速度为 247 fps，特别适用于需要高速度的应用场合。高分辨率可确保捕捉到最微小的细节。

"与 1GigE 像机相比，uEye Warp10 的传输带宽最多可提高 10 倍。GV-79F0WP 结合了高分辨率和高动态范围，是一款超快速、功能强大的全能型摄像机，"IDS 的 2D 像机产品负责人 Marcus Rembold 在描述所使用的像机型号时说。坚固耐用、符合 GenICam 标准的 uEye Warp10 像机可在基于千兆位以太网的网络中转发图像信息，几乎没有延迟。因此，它的优势恰恰体现在像这样的检测任务中，在这种任务中，需要记录和分析物体的全部细节，并且没有运动模糊。

先进的图像分析算法

"Christian Moitzi 解释图像处理的下一步时说："相机图像被传输到电脑上，在电脑上进行分割，并计算每个颗粒的各种尺寸和形状参数。"DIA 的核心在于分析拍摄到的图像。先进的图像分析算法和软件用于处理图像并提取颗粒的相关信息。用户可以实时收到平均粒度分布函数。不过，它还可以分析单个颗粒，并从整体中筛选出具有特殊性质的颗粒图像"。

建材工业实例

通过分析参数，可以详细了解材料样品的特性和行为。这些特性可以是密度、流动性、弹道等散装材料特性。为建材行业等部门提供有用信息。Christian Moitzi 说：“水泥的质量在很大程度上取决于其颗粒的大小和形状，它们会影响水泥的表面、抗压强度和固化时间”。颗粒太细会导致最终产品放热凝固，而颗粒太大则无法完全水合。水泥的流动性和需水量在规则（球形）和不规则颗粒之间会有很大差异。这些因素会导致开裂、收缩或气孔，从而严重影响水泥的质量、耐久性和机械性能。

应用前景

投资一台动态图像分析仪，如 Litesizer DIA 700，它配备了超快、超高分辨率的 10 GigE 工业相机，从长远来看是值得的。通过快速图像处理和实时精确分析，可以在更好的数据基础上优化工艺流程并做出生产决策。更精确的颗粒表征可实现更好的工艺控制和优化材料使用，例如通过更精确的配料和减少错误批次。这种高速摄像技术和快速图像处理技术的出现，使动态图像分析成为一种特别有吸引力的、面向未来的方法，可替代激光衍射等传统方法。