JPH11258144A - 粒子画像解析装置 - Google Patents

粒子画像解析装置

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JPH11258144A
JPH11258144A JP10106871A JP10687198A JPH11258144A JP H11258144 A JPH11258144 A JP H11258144A JP 10106871 A JP10106871 A JP 10106871A JP 10687198 A JP10687198 A JP 10687198A JP H11258144 A JPH11258144 A JP H11258144A
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particle
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JP10106871A
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Inventor
Fumio Kubota
文雄 久保田
Tamotsu Hirashima
保 平島
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Sysmex Corp
Original Assignee
Sysmex Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 粒子撮像画像から粒子の体積情報を算出す
る。 【解決手段】 同一粒子に対して直交する2つの方向か
ら粒子を撮像し、各画像中の粒子領域に適合する幾何学
形状を見つけ出し、その適合幾何学形状に基いて粒子ご
とに体積情報を算出し、体積情報の分布パターンを表示
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、細胞、パウダー、
粉体等の粒子を撮像し、解析し、粒子の大きさに関する
情報を提供する粒子画像解析装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ファインセラミックス粒子、顔料、化粧
品用パウダーやトナー粒子等各種粉体の品質を管理する
上で、その粒子の形状やサイズを分析、測定することは
重要なことである。測定装置として、粒子をフローセル
に流しその粒子像を撮像し解析する粒子画像解析装置
(イメージフローサイトメータ)が知られている。しか
しながら、従来、この種の装置では、撮像粒子の粒子形
状と投影面積の情報は得られるが、粒子の体積情報は得
られないという問題があった。
【0003】その問題を解決するため、(a)特開平9
−178644号公報では、電気的検知帯法を組み合わ
せることにより粒子像の奥行寸法情報を得ようとしてい
る。(b)特開平1−296136号公報では、直交す
る方向から粒子を撮像し各粒子形状が共に円形であれ
ば、撮像粒子が球形であると判断している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記(a)では、粒子
ごとに画像情報と電気的検知情報との対応がとれていな
いため、推定される奥行寸法情報としてはかなり幅のあ
るものとなっていた。そこで粒子体積についてもっと確
かな情報を提供できる装置が求められていた。上記
(b)は、粒子が球形か否かを判定するものであり、こ
れも満足のいくものではなかった。ところで、(c)特
開昭60−52741号公報では、粒子画像にマッチン
グした仮想円の情報から粒子径を求めることが開示され
ているが、粒子が円形ではないものについては無力であ
り、また粒子体積を算出することは開示されていない。
本発明は、より確かな粒子体積情報を提供することがで
きる粒子画像解析装置を提供することを課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、粒子撮像画像
から粒子の体積に関する情報を得るために、同一粒子を
交差する2つの方向から撮像し、各画像中の粒子領域に
適合する幾何学形状を求め、その適合幾何学形状から得
た情報に基いて粒子ごとに体積情報を算出するように構
成した。
【0006】本発明の粒子画像解析装置は、粒子含有試
料液をシース液で囲んで流すフローセルと、その流れ粒
子を撮像する粒子撮像系と、撮像された粒子画像を処理
し解析する解析手段と、解析結果等を表示する表示手段
とを備えている。粒子撮像系は2系列の粒子撮像系を含
んでおり、第1の粒子撮像系は粒子をある面側から見た
第1の画像を得、第2の粒子撮像系は同一粒子を上記あ
る面と交差する面側から見た第2の画像を得る。解析手
段は、撮像粒子ごとに、第1、第2の画像中の各粒子領
域の形状に適合する幾何学形状を決定し、それら適合幾
何学形状の寸法に基いて撮像粒子の体積情報パラメータ
の値を算出し、さらに、粒子ごとに算出された上記体積
情報パラメータの値を集計しその分布パターンを生成す
る。表示装置は、上記解析結果を表示する。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明が分析対象とする粒子とし
ては、ファインセラミックス、顔料、化粧品パウダーや
トナーのような無機物の粉体、エマルジョン、食品添加
物のような有機物の粉体、血球や細胞のような生体粒子
などのあらゆる粒子がその対象となる。粒子は染色処理
が施されていてよい。
【0008】粒子撮像をより確実にかつ効率的に行うた
めに、フローセルの粒子撮像領域の上流側に粒子の到来
を検出する粒子検出系を設け、粒子検出に基づき粒子撮
像系で粒子撮像するよう構成するのが好ましい。粒子検
出系としては光学的、電気的にいろいろな実現形態が考
えられるが、一例として粒子の流れ領域に連続光を光照
射する光源と光照射領域に到達した粒子からの散乱光や
蛍光などの光を受光する光検出器との組合せを用いて実
現することができる。
【0009】粒子検出系で生成された粒子検出信号に基
づき、第1、第2の粒子撮像系の光源をそれぞれ発光す
るよう制御することにより、粒子の各静止画像を確実に
かつ効率よく得ることができる。第2の粒子撮像系は第
1の粒子撮像系のわずか下流側に配置することが配置の
容易性の点で好ましく、また、パルス光発光のタイミン
グをずらすことができることから相互光干渉の低減の点
で好ましい。
【0010】第1、第2の粒子画像は同一粒子を異なる
面側から撮像した画像であり、その方向は90度に近い
程好ましい。
【0011】撮像画像を解析する際に使用する幾何学形
状としては、長方形(正方形を含む)、楕円(円を含
む)などの比較的単純な形状である方が演算処理をする
上で好ましい。
【0012】粒子の体積は、決定された2つの幾何学形
状を投影形状とする幾何学立体の体積を算出することに
よって得られる。例えば、幾何学形状をいずれも長方形
する場合に算出されるのは直方体の体積であり、幾何学
形状をいずれも楕円とする場合は楕円球体の体積であ
り、幾何学形状が長方形と楕円の場合は楕円柱体の体積
である。幾何学形状としては、対象とする粒子の形状に
よく適合すると予想されるものを選べばよいが、予期で
きない場合や不定形の場合には楕円とするのが無難であ
る。また、複数の幾何学形状の中から最もよく粒子画像
に適合するものを選択するようにすれば、体積情報をよ
り精度良く算出することができる。
【0013】幾何学形状を粒子領域の形状に適合させる
ことについて説明する。適合幾何学形状は、各撮像画像
の各粒子領域について具体的に得られた長さや面積など
の実測値を用いて決定することができる。
【0014】図5、6を参照して具体的に説明する。適
合幾何学形状が楕円の場合、粒子領域の粒子の流れ方向
の長さを一方の径長Lとし、第1の画像の粒子領域の面
積S1と同じ面積の楕円を第1の適合楕円とすることが
できる。同様に、粒子領域の粒子の流れ方向の長さを一
方の径長Lとし、第2の画像の粒子領域の面積S2と同
じ面積の楕円を第2の適合楕円とすることができる。第
1、第2の適合楕円の径長から楕円球体の3つの径長
L,X1,X2が判明すれば、楕円球体の体積VをV=
π・L・X1・X2/6で算出することができる。
【0015】長方形の場合には、同様に、粒子領域の粒
子の流れ方向の長さを一方の辺長Lとし、第1、第2の
粒子領域の面積S1,S2とそれぞれ同じ面積の長方形
を第1、第2の適合長方形とすることができる。第1、
第2の適合長方形の辺長から直方体の3つの辺長L,Y
1,Y2が判明すれば、直方体の体積VをV=L・Y1
・Y2で算出することができる。
【0016】撮像粒子の体積情報パラメータとしては、
上記算出された立体の体積Vそのものでもよいし、体積
の値Vを変換することによって得られるパラメータf
(V)であってもよい。例えば、体積球相当径dvで表
わしてよい。これは対象粒子の体積Vと同体積の球の直
径であり、(6・V/π)の3乗根で表わされる。
【0017】解析手段は、このようにして撮像粒子の体
積情報パラメータの値を算出し、集計しその体積情報パ
ラメータの分布パターンを生成する。表示手段はその分
布パターンを表示する。分布パターンとはそのパラメー
タの値の分布の状態がわかるように表現したものであっ
て、横軸をパラメータ、縦軸をそのパラメータの各値に
おける頻度として表わしたヒストグラム(1パラメータ
分布図)を用いることができる。
【0018】さらに、解析手段で、粒子ごとに上記パラ
メータを第1パラメータとしその第1パラメータ以外の
第2パラメータの値を算出してもよい。そのとき、表示
手段は、第1パラメータ、第2パラメータの各分布パタ
ーンを表示してよい。あるいは、第1パラメータと第2
パラメータとで規定される2次元パラメータ空間の各点
における頻度を表現したスキャッタグラム(2パラメー
タ分布図)を分布パターンとして表示してもよい。
【0019】第2パラメータは、粒子の何らかの特性を
表わすものであって、目的や必要に応じて適宜定義し算
出すればよい。一例として、粒子がどれだけ球に近いか
を表わす球形度を反映するパラメータが考えられる。球
形度は各幾何学形状の径長比あるいは円形度をそれぞれ
乗じたものとして算出することができる。あるいは第2
パラメータは粒子の投影面積を反映するパラメータであ
ってよい。そのパラメータとしては粒子領域の面積Sそ
のものでもよいし、面積Sを変換することによって得ら
れるパラメータg(S)であってもよい。例えば、面積
円相当径dsで表わしてよい。これは対象粒子の投影面
積と同面積の円の直径であり、(4・S/π)の2乗根
で表わされる。
【0020】
【実施例】第1図は本発明の一実施例のブロック図であ
る。3は粒子含有試料液をシース液で囲んで流すフロー
セルである。そのフローセル3に、粒子をある方向から
見た第1の画像を得るための第1の粒子撮像系31と、
同じ粒子を上記ある方向とは実質的に90度異なる方向
から見た第2の画像を得るための第2の粒子撮像系32
が配置されている。本実施例においてはさらに粒子検出
系34も配置されている。
【0021】図2はフローセル3と関係づけられる光学
系部分、すなわち粒子検出系34、第1、第2の粒子撮
像系31、32部分の平面図である(粒子は紙面表裏方
向に流れる)。第3図はフローセル付近の概略斜視図で
ある(ノズル40から吐出された粒子42は、シース液
に包まれながら紙面下から上へ流れる)。
【0022】粒子検出系34は、連続発光光源(波長5
32nmのグリーン半導体レーザ)1、粒子から前方方
向に発せられた光(前方散乱光)を検出するための第1
の光検出器(フォトダイオード)7及び粒子から側方方
向に発せられた光(側方蛍光)を検出するための第2の
光検出器(光電子増倍管)11とを含む。
【0023】第1の粒子撮像系31は、第1のパルス光
源(波長780nmの近赤外半導体レーザ)18と第1
のビデオカメラ23とを含む。第2の粒子撮像系32
は、第2のパルス光源(波長780nmの近赤外半導体
レーザ)2と第2のビデオカメラ23とを含む。各光源
1、18、2からの光27、28、29はそれぞれ粒子
の流れ方向に対して直交する方向から流れ粒子に照射さ
れる。光源1、18からの光27、28の方向と光源2
からの光29の方向とは90゜異なる。
【0024】本実施例では図3に示すように、第1のパ
ルス光源18からの光L2は連続発光光源1からの光w
7の照射位置より例えば0.02mm程度下流側に位置
するよう、また、第2のパルス光源2からの光29はさ
らに例えば0.02mm程度下流側に位置するように各
光学要素が配置される。
【0025】連続発光光源1は、コリメートレンズ22
で平行光に変換された後、ダイクロイックミラー21で
反射され、コンデンサレンズ4によって細く絞られフロ
ーセル3のセンターを流れる試料流に向けて照射され
る。この光照射領域に該当する位置A1に粒子が流れて
くると、その粒子からの前方散乱光、側方蛍光がそれぞ
れ集光レンズ5,8によって集光され、それぞれコンデ
ンサレンズ6,10を経て第1光検出器7、第2光検出
器11にて受光される。
【0026】光検出器7、11にて粒子個々に検出され
た信号は信号処理部36にて特徴パラメータが抽出され
る(特徴パラメータは信号のピーク値やパルス幅などで
あるが、ここでは後者とした)。信号処理部36で得ら
れた特徴パラメータは撮像制御部37へ送られる。特徴
パラメータが条件に合致するものであった場合、撮像ト
リガ信号を発生させ第1、第2の粒子撮像系を駆動し、
位置A1で検出された粒子が位置B1、B2に到来した
際にそれぞれ粒子撮像する。すなわち、予め撮像対象と
して指定された粒子だけを選別して撮像できるように制
御する。そのため、ある粒子の特徴パラメータが、撮像
対象としている種類の粒子の特徴パラメータに合致して
いるかどうかを実時間で比較し、その結果、撮像対象と
している粒子であると判定されれば、粒子撮像のための
撮像トリガ信号を生成しパルス光源18、2に供給す
る。トリガ信号Ts1は位置A1で検出された粒子が位
置B1に到達したときにちょうど第1パルス光がパルス
発光するよう発せられる。トリガ信号Ts2は位置A1
で検出された粒子が位置B2に到達したときにちょうど
第2パルス光がパルス発光するよう発せられる。
【0027】パルス光源18、2は、それぞれ撮像制御
部37からのトリガ信号Ts1、Ts2によって、一瞬
だけ(数十ナノ秒程度)発光するタイプの光源であり、
試料流の流速が数m/秒と高速であっても、位置B1,
B2の粒子をブレ無く撮像することができる。また、位
置B1、B2間の距離は非常に短いのでその間に粒子が
回転して方向を変えるということもない。
【0028】第2のビデオカメラ17のビデオ同期信号
を第1のビデオカメラ23のビデオ同期信号に対し粒子
が位置B1からB2に移動するのに要する時間(例えば
4μsec)だけ位相をずらせておく。このことによ
り、第1、第2のビデオカメラで同一粒子をそれぞれ同
一のビデオタイミングで撮像することができ、同一粒子
であるとの対応づけが容易になる。
【0029】パルス光源18、2のパルス光は、それぞ
れ光ファイバー18a,2a、コリメートレンズ19、
12、コールドミラー20、13、コンデンサレンズ
4、14によって細く絞られて試料流に照射される。光
ファイバーを使用することにより、パルスレーザ光のコ
ヒーレンス性が落ち、回折縞の少ない粒子画像を撮像す
ることができる。
【0030】試料流を通過したパルス光28,29は、
集光レンズ5、8、ダイクロイックミラー26、9、バ
ンドパスフィルター25、16、投影レンズ24,15
によってそれぞれ第1ビデオカメラ23、第2ビデオカ
メラ17の受光面に結像され、同一粒子の透過光像が撮
像される。バンドパスフィルター25、16は、例え
ば、連続発光光源1から発せられる可視光領域の光を遮
り、各パルス光源からの光のみを検出する目的で使用さ
れる。ビデオカメラ23、17からのビデオ信号は、解
析手段としての機能を果たす画像処理部38に送られ、
ディジタル画像としてそれぞれ記憶され、画像処理され
る。
【0031】図4、5、6、7を参照しながら画像処理
について説明する。 〔1〕.第1、第2の画像の獲得 粒子42を粒子の流れ方向と直交するある面側から撮像
し粒子42が写っている第1の画像を得、同一粒子を上
記ある面側と直交する面側から撮像して粒子42が写っ
ている第2の画像を得、それぞれ画像処理部38の画像
メモリに格納する。 〔2〕.粒子領域の抽出 1セットの粒子画像、すなわち同一粒子に対して得られ
た第1、第2の画像中の各粒子領域のエッジを抽出し二
値化し、それぞれ第1の画像中の粒子領域44、第2の
画像中の粒子領域46を抽出する。 〔3〕.粒子領域における各種パラメータの算出 抽出された第1、第2の粒子領域44、46の各画素数
を実測し各領域についてそれぞれ円形度E1、E2、面
積S1、S2、長さ(流れ方向の径)L1、L2、幅
(流れと直交する方向の径)W1、W2を算出する。 〔4〕.幾何学形状の決定 適合幾何学形状を楕円とする場合は次の通りである。長
さL(=(L1+L2)/2)で幅X1(=4・S1/
π・L)の楕円45を第1の粒子領域44に対する適合
幾何学形状とする。長さL(=(L1+L2)/2)で
幅X2(=4・S2/π・a)の楕円47を第2の粒子
領域46に対する適合幾何学形状とする。 〔5〕.粒子体積情報パラメータ(体積球相当径)の算
出 第1、第2の適合幾何学形状の寸法L,X1,X2を用
いて粒子の体積V(=π・L・X1・X2/6)および
体積球相当径dv((6・V/π)の3乗根)算出す
る。 〔6〕.他のパラメータ(球形度)の算出 上記算出された第1の粒子領域44の円形度E1と第2
の粒子領域46の円形度E2とを乗じて球形度kとする
(k=E1・E2)。 〔7〕.パラメータの集計 他の粒子について、上記処理を繰り返し、上記粒子体積
情報パラメータおよび他のパラメータを記憶し、分布パ
ターンを生成する。 〔8〕.解析結果の表示 生成された分布パターンをCRTに表示する。図7〜1
0はその一例である。
【0032】図7、8は球形に近いポリスチレン粒子を
測定したときのスキャッタグラム(2パラメータ分布
図)、ヒストグラム(1パラメータ分布図)である。体
積球相当径dvが揃っており、球径度kも1.0に近い
ことがわかる。
【0033】図9、10はトナー粒子をを測定したとき
のスキャッタグラム、ヒストグラムである。体積球相当
径dvがばらつき、球径度kも1.0からばらついてい
ることがわかる。
【0034】このように体積情報パラメータ以外に第2
のパラメータも算出し分布図を作成すればより詳細な粒
子特性を知ることができる。
【0035】ところで、上記〔4〕幾何学形状の決定工
程において、体積情報をより精度高く算出するために、
楕円と長方形の中からより粒子領域に適合する形状を選
択するようにすることができる。その場合には、下記の
ように各幾何学形状に対して何らかの評価値を算出する
ようにしその値に基いて定k号幾何学形状として楕円か
長方形かを選ぶようにする。 〔4−1〕.評価値の算出 適合幾何学形状の評価値Qを、その適合幾何学形状の幅
と実際の粒子領域の幅との偏差とする。第1の粒子領域
において楕円を適合幾何学形状をした場合の評価値Q1
をその楕円45の幅X1(=4・S1/π・L)と実際
の第1の粒子領域44の幅W1との偏差とする。すなわ
ちQ1=|X1−W1|。第1の粒子領域において長方
形を適合幾何学形状をした場合の評価値R1をその長方
形48の幅Y1 (=S1/π・L)と実際の第1の粒
子領域44の幅W1との偏差とする。すなわちR1=|
Y1−W1|。第2の粒子領域において楕円を適合幾何
学形状をした場合の評価値Q2をその楕円47の幅X2
(=4・S2/π・L)と実際の第1の粒子領域46の
幅W2との偏差とする。すなわちQ2=|X2−W2
|。第2の粒子領域において長方形を適合幾何学形状を
した場合の評価値R2をその長方形49の幅Y2(=S
2/π・L)と実際の第1の粒子領域46の幅W2との
偏差とする。すなわちR2=|Y2−W2|。 〔4−2〕.適合幾何学形状の選択 評価値Q1とR1、Q2とR2をそれぞれ比べ評価値が
小さい方を適合幾何学形状とする。すなわち、第1の粒
子領域44に対しQ1<R1なら適合幾何学形状として
楕円、Q1≧R1なら長方形とし、第2の粒子領域46
に対しQ2<R2なら楕円、Q2≧R2なら長方形とす
る。
【0036】適合幾何学形状が楕円と楕円の場合は楕円
球体の体積情報を算出し、長方形と長方形の場合は直方
体の体積情報を算出し、楕円と長方形の場合には楕円柱
体の体積情報を算出する。
【0037】
【発明の効果】本発明は、同一粒子に対して異なる2つ
の方向から粒子を撮像し、各画像中の粒子領域に適合す
る幾何学形状を求めているので、その適合幾何学形状に
基いて粒子ごとに体積情報を算出することができる。
【0038】粒子画像に手寄贈させる幾何学形状とし
て、長方形(正方形を含む)、楕円(円を含む)などの
比較的単純な形状とする場合には演算処理が容易とな
る。体積情報パラメータ以外に第2のパラメータも算出
し分布図を作成することによりより詳細な粒子特性を知
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の粒子画像解析装置の一実施例のブロッ
ク図である。
【図2】本発明の実施例の光学系部分の平面図である。
【図3】本発明の実施例のフローセル部分の概略斜視図
である。
【図4】粒子モデルの図である。
【図5】粒子画像中の第1の粒子領域に幾何学形状を適
合させることを説明するための図である。
【図6】粒子画像中の第2の粒子領域に幾何学形状を適
合させることを説明するための図である。
【図7】ポリエステル粒子の測定結果の例である(スキ
ャッタグラム)。
【図8】ポリエステル粒子の測定結果の例である(ヒス
トグラム)。
【図9】トナー粒子の測定結果の例である(スキャッタ
グラム)。
【図10】トナー粒子の測定結果の例である(ヒストグ
ラム)。
【符号の説明】
1 連続発光光源 2 第2パルス光源 3 フローセル 7 第1光検出器 11 第2光検出器 17 第2ビデオカメラ 18 第1パルス光源 23 第1ビデオカメラ 31 第1の粒子撮像系 32 第2の粒子撮像系 34 粒子検出系 36 信号処理部 37 撮像制御部 38 画像処理部 39 表示部 42 粒子 44 第1の粒子領域 46 第2の粒子領域 45、47、48、49 適合幾何学形状

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 粒子含有試料液をシース液で囲んで流す
    フローセルと、その流れ粒子を順次撮像する粒子撮像系
    と、撮像された粒子画像を処理し解析する解析手段と、
    解析結果等を表示する表示手段と、を備える粒子画像解
    析装置において、 粒子撮像系は、粒子をある面側から見た第1の画像を得
    る第1の粒子撮像系と、上記同一粒子を上記ある面と交
    差する面側から見た第2の画像を得る第2の粒子撮像系
    とを含むものであって、 解析手段は、撮像粒子ごとに、第1、第2の画像中の各
    粒子領域の形状に適合する幾何学形状を決定し、それら
    適合幾何学形状の寸法情報に基いて粒子の体積情報パラ
    メータの値を算出し、さらに、粒子ごとに算出された上
    記体積情報パラメータの値を集計しその分布パターンを
    生成するものであって、 表示手段は、上記解析結果を表示するものであることを
    特徴とする粒子画像解析装置。
  2. 【請求項2】 各適合幾何学形状は楕円および長方形の
    いずれかから選ばれたものであり、体積情報パラメータ
    として直方体、楕円球体および円柱体のいずれかの体積
    情報を算出することを特徴とする請求項1記載の粒子画
    像解析装置。
  3. 【請求項3】 体積情報パラメータが体積球相当径であ
    ることを特徴とする請求項1記載の粒子画像解析装置。
  4. 【請求項4】 解析手段は、さらに、撮像粒子ごとに粒
    子の体積情報パラメータ以外の第2のパラメータの値も
    算出し、表示手段はそれら粒子の体積情報パラメータを
    含む複数のパラメータで規定される複数次元パラメータ
    空間における分布パターンを解析結果として表示するこ
    とを特徴とする請求項1記載の粒子画像解析装置。
  5. 【請求項5】 第2のパラメータは粒子の球形度情報パ
    ラメータであることを特徴とする請求項4記載の粒子画
    像解析装置。
JP10106871A 1998-03-13 1998-03-13 粒子画像解析装置 Pending JPH11258144A (ja)

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