[發明專利]一種從液滴流視頻中計算液滴運動頻率的方法

有效

• 申請號: 201710620334.2
• 申請日: 2017-07-26
• 公開（公告）號: CN109308712B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 朱修銳;郭永;蘇世圣;付明珠;荊高山;楊文軍
• 申請（專利權）人: 清華大學;北京新羿生物科技有限公司
• 主分類號: G06T7/246
• 分類號: G06T7/246;G06K9/62;G06F17/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種從液滴流視頻中計算液滴運動頻率的方法，所述方法包括以下步驟：載入液滴流視頻及其采集頻率；選取所述液滴流視頻中的一幀作為參考幀；依次計算所述參考幀與所述液滴流視頻中的每一幀之間的相似度，構造相似度向量；和根據所述相似度向量，計算所述液滴流視頻的液滴運動頻率。本發明的液滴運動頻率計算方法能廣泛地應用于液滴微流控技術中，特別是并行化、陣列化的液滴微流控技術中，液滴的通量和均一性的表征。

技術領域

本發明涉及液滴微流控技術領域，尤其涉及從一種從液滴流視頻中計算液滴運動頻率的方法。

背景技術

液滴微流控技術能夠高通量地制備尺寸高度均一的液滴序列，在高通量均一材料的制備和高通量生化分析等領域有廣泛的應用。為了進一步提高制備或分析通量，液滴微流控單元往往還會并行化、陣列化使用。這些液滴序列流過這些并行液滴微流控單元中每個通道的頻率，即“液滴運動頻率”，代表該器件在單位時間內的最高分析通量，通道間液滴運動頻率的變異系數也是表征液滴均一性的關鍵指標。

目前，能用于液滴運動頻率檢測的方法主要有：光學、電學和圖像處理等方法。光學方法主要包括光散射等方法。雖然在使用CCD等成像裝置的條件下，光散射方法能夠進行多通道并行的液滴運動頻率檢測，但是這種方法需要在液滴微流控技術平臺上定制額外的設備，且相對檢測誤差普遍在15％到25％的范圍內，不夠準確。電學方法主要包括電阻檢測和電容檢測等方法。電阻檢測方法需要在微流控芯片內增加與液滴接觸的電極，電容檢測方法可以在微流控芯片內增加與液滴不接觸的電極，雖然這兩種方法分別能將相對檢測誤差分別降低到約3.9％和約5.1％，但是這兩種方法都需要在液滴微流控芯片內增加電極，且對于每一個液滴流過的通道，都需要一套單獨的電路系統來進行檢測，不便于多通道并行的液滴運動頻率檢測。圖像處理法包括微粒子測速等方法。微粒子測速方法在計算頻率的過程中需要使用相鄰液滴的間距，當某幀圖像中只有1個液滴時，微粒子測速方法將無法計算液滴的運動頻率；當某幀圖像中有3個或更多個液滴時，微粒子測速方法可能會造成相鄰液滴間隔的誤判，計算會出現錯誤(計算出液滴運動頻率的一個分頻)；此外，微粒子測速法只能在液滴運動方向相同、液滴運動頻率一致的條件下進行多通道并行液滴運動頻率的計算。

總之，現有的各個方法難以同時做到以下三點：第一，使用常規液滴生成平臺，不在液滴微流控平臺或液滴微流控芯片上增加額外的定制裝備或定制結構；第二，準確檢測或計算液滴的運動頻率，目前液滴微流控技術制備的液滴，直徑的變異系數一般約為1％，在分散相流量不變的情況下(一般液滴微流控的應用場合都滿足該條件)，可以折合成液滴運動頻率的變異系數約為3％，液滴運動頻率的檢測或計算方法的相對誤差應小于該值，才能可靠地表征液滴序列在均一性上的差異；第三，隨著液滴微流控的使用趨于并行化、陣列化，液滴運動頻率的檢測方法應當適應這種趨勢，具備對多通道和液滴尺寸、多液滴運動頻率和多液滴運動方向的并行液滴運動進行頻率檢測或計算的能力。

發明內容

本發明的目的在于提供從液滴流視頻中計算液滴運動頻率的方法，旨在解決現有技術在液滴運動頻率計算中存在的應用不方便、結果不準確和難以進行多通道、多尺寸、多頻率的并行液滴運動頻率檢測等問題。

在一種實施方式中，本發明一種從液滴流視頻中計算液滴運動頻率的方法，所述方法包括以下步驟：步驟1，載入液滴流視頻及其采集頻率；步驟2，選取所述液滴流視頻中的一幀作為參考幀；步驟3，依次計算所述參考幀與所述液滴流視頻中的每一幀之間的相似度，構造相似度向量；和步驟4，根據所述相似度向量，計算所述液滴流視頻的液滴運動頻率。

在一種實施方式中，當所述相似度向量的周期性明顯，則從所述相似度向量中提取峰值，通過相鄰峰值間的平均時間差計算相似度向量的周期，計算所述液滴流視頻的液滴運動頻率。

在一種實施方式中，當所述相似度向量的周期性不明顯，則對所述相似度向量進行時域分析，消除所述相似度向量中的非周期分量，保留和放大周期分量，然后通過相鄰峰值間的平均時間差計算相似度向量的相關函數的周期，計算所述液滴流視頻的液滴運動頻率。