[發(fā)明專利]一種基于高光譜成像技術(shù)對(duì)培養(yǎng)基上的細(xì)菌菌落進(jìn)行快速分類的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610079372.7
• 申請(qǐng)日: 2016-02-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105651679A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮耀澤;余偉;陳偉;彭寬寬;穆渴心;李駿楊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N15/10
• 分類號(hào): G01N15/10
• 代理公司: 武漢開(kāi)元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42104
• 代理人: 徐紹新

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種針對(duì)培養(yǎng)基上的細(xì)菌菌落進(jìn)行快速分類的方法，尤其是指基于高光 譜成像技術(shù)對(duì)培養(yǎng)基上的大腸桿菌、李斯特菌和金黃色葡萄球菌菌落進(jìn)行快速分類的方 法。

背景技術(shù)

細(xì)菌在環(huán)境中的普遍存在性決定了其在人類生活中所起的重要作用。其中，有益菌 能夠促進(jìn)人類健康，而致病菌則會(huì)導(dǎo)致食源性疾病等不良影響的發(fā)生，特別的，致病菌 不僅會(huì)威脅人類自身健康，也會(huì)因?yàn)閷?duì)問(wèn)題食品的召回和銷毀導(dǎo)致社會(huì)資源的浪費(fèi)。若 致病菌被恐怖分子所利用，亦會(huì)誘發(fā)社會(huì)的不安因素。因此，對(duì)細(xì)菌的檢測(cè)和識(shí)別具有 極其重要的作用。

隨著科學(xué)的發(fā)展，基于聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)、酶聯(lián)免疫吸附、生物傳感器的細(xì)菌檢測(cè)方 法有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。何佳芮等人建立了以微珠為基礎(chǔ)的集成型微流控芯片對(duì)細(xì)菌病 原體的快速檢測(cè)平臺(tái)，該平臺(tái)對(duì)微珠的捕獲率達(dá)到了85.17～91.8％。黃愛(ài)華等人建立了 鏈酶親和素修飾的CdSe/ZnS量子點(diǎn)標(biāo)記的基因芯片檢測(cè)平臺(tái)對(duì)食源性致病細(xì)菌進(jìn)行鑒 定，其鑒定結(jié)果與常規(guī)方法鑒定的結(jié)果一致性達(dá)到了100％。然而，雖然上述幾種方法 細(xì)菌分類準(zhǔn)確率非常高，但其大多耗時(shí)、耗力且需要專業(yè)人員進(jìn)行復(fù)雜繁瑣的實(shí)驗(yàn)操作， 遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代細(xì)菌分類檢測(cè)的需求。

高光譜技術(shù)集光譜技術(shù)和圖像技術(shù)于一身，可以實(shí)現(xiàn)物料的快速、無(wú)損檢測(cè)，其在 細(xì)菌菌落快速識(shí)別和檢測(cè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。YoonS.C.等人運(yùn)用高光譜成像技術(shù) 對(duì)培養(yǎng)基上的彎曲桿菌和非彎曲桿菌進(jìn)行分類，利用波段比算法對(duì)細(xì)菌進(jìn)行分類，分類 準(zhǔn)確率達(dá)到了97～99％。此外，YoonS.C.等人還運(yùn)用高光譜技術(shù)對(duì)6種非O157型大腸 桿菌進(jìn)行分類，在像素水平上對(duì)細(xì)菌的分類準(zhǔn)確率達(dá)到了95％，在菌落水平上對(duì)細(xì)菌的 分類準(zhǔn)確率達(dá)到了97％。然而，將高光譜成像技術(shù)運(yùn)用于細(xì)菌菌落分類檢測(cè)在國(guó)內(nèi)鮮見(jiàn) 報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)背景技術(shù)中的問(wèn)題，本發(fā)明采用高光譜成像技術(shù)對(duì)培養(yǎng)基上細(xì)菌菌落進(jìn)行快 速分類，為細(xì)菌識(shí)別分類提供一種快捷的、簡(jiǎn)便的、高精度的檢測(cè)方法。此外，本發(fā)明 利用競(jìng)爭(zhēng)性自適應(yīng)重加權(quán)算法(CARS)、遺傳算法(GA)和最小角回歸算法(LARS-Lasso) 三種波長(zhǎng)選擇方法對(duì)波長(zhǎng)進(jìn)行優(yōu)選，以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化模型的客觀性、高效性和精確性。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于高光譜成像技術(shù)對(duì)培養(yǎng)基上的細(xì)菌菌 落進(jìn)行快速分類的方法，所述方法包括如下步驟：

S1.進(jìn)行細(xì)菌培養(yǎng)，獲得細(xì)菌菌落培養(yǎng)基；

S2.采集培養(yǎng)基上細(xì)菌菌落的高光譜圖像，并對(duì)原始圖像進(jìn)行黑白文件校正處理；

S3.利用圖像處理技術(shù)獲取校正圖像的掩膜圖像，并提取細(xì)菌菌落的光譜數(shù)據(jù)信息；

S4.建立基于細(xì)菌類別和細(xì)菌光譜數(shù)據(jù)信息的全波長(zhǎng)線性預(yù)測(cè)模型；

S5.運(yùn)用多種波長(zhǎng)選擇方法進(jìn)行特征波長(zhǎng)優(yōu)選并建立相應(yīng)簡(jiǎn)化模型；

S6.利用上述全波長(zhǎng)預(yù)測(cè)模型和簡(jiǎn)化模型分別對(duì)未知細(xì)菌樣本進(jìn)行預(yù)測(cè)。

優(yōu)選地，在步驟S1中,所述的細(xì)菌菌落培養(yǎng)基為大腸桿菌培養(yǎng)基、李斯特菌培養(yǎng)基 和金黃色葡萄球菌培養(yǎng)基。

優(yōu)選地，在步驟S2中，所述高光譜圖像為高光譜反射圖像。

優(yōu)選地，在步驟S2中，利用如下公式對(duì)原始圖像進(jìn)行黑白文件校正處理：

R0=R-DW-D]]>

其中，R₀為校正圖像，R為原始圖像，W為白板，D是黑板。

優(yōu)選地，在步驟S3中，利用大津閾值分割法對(duì)校正圖像進(jìn)行二值分割以得到掩膜 圖像，并利用掩膜圖像中細(xì)菌菌落所在的位置定位校正高光譜圖像中細(xì)菌菌落所在的位 置，從而提取出每個(gè)細(xì)菌菌落的光譜數(shù)據(jù)信息。

優(yōu)選地，在步驟S3中，提取光譜數(shù)據(jù)信息時(shí)對(duì)原始光譜圖像進(jìn)行了均值濾波。

優(yōu)選地，在步驟S4中，全波長(zhǎng)線性預(yù)測(cè)模型為偏最小二乘判別模型。