[發明專利]基于多模態成像技術的菌落生長狀態檢測裝置及方法

有效

• 申請號: 201811047968.4
• 申請日: 2018-09-07
• 公開（公告）號: CN109342378B
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發明（設計）人: 李晨曦;蔣景英;陳文亮;余輝;杜培培;徐可欣
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64;G01N21/47;G01N21/41
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 鄢功軍

1.一種基于多模態成像技術的菌落生長狀態檢測裝置，其特征在于，包括：

一白光光源、一相干激光光源與一熒光激發光源，作為三類光源在菌落樣品斜上方分別進行照射供樣品圖像采集；

一彩色相機、一高速相機與一冷卻相機，作為三類相機，在菌落樣品上方分別對所述三類光源各自照射下的菌落樣品圖像進行采集；

一成像系統，包括成像鏡頭、分光片、濾光片與中繼目鏡，設置在所述菌落樣品與所述相機之間，實現所述三類光源分別照射下的菌落樣品圖像與所述三類相機對應成像，且成像參數一致；

外加一計算機，接收三類成像信號，完成圖像融合處理；

其中，所述菌落生長狀態檢測裝置用于采集并記錄不同種類的工業菌落培養過程中的白光圖像、動態散斑圖像與熒光圖像，以及實現所述三類圖像經過圖像采集裝置編程數字信號進入計算機進行圖像融合處理的過程，以便于實現將所述圖像融合處理后的圖像信號與專業人士判斷結果進行比對，保存為訓練集合，建立測量參數與菌落生長狀態之間的拓撲關系，以及對在線測量結果帶入所述訓練集合，實現對菌落生長狀態的判定。

2.根據權利要求1所述的基于多模態成像技術的菌落生長狀態檢測裝置，其特征在于，所述白光光源、成像鏡頭與彩色相機構成數字圖像采集裝置，用來實時采集菌落生長過程中的白光圖像。

3.根據權利要求1所述的基于多模態成像技術的菌落生長狀態檢測裝置，其特征在于，所述相干激光光源、成像鏡頭與高速相機構成激光相干散斑成像裝置，用來采集激光散斑圖像。

4.根據權利要求1所述的基于多模態成像技術的菌落生長狀態檢測裝置，其特征在于，所述熒光激發光源、成像鏡頭、濾光片與冷卻相機構成熒光強度成像裝置，用來采集熒光圖像。

5.一種基于多模態成像技術的菌落生長狀態檢測方法，其特征在于，包括：

步驟一：選擇不同種類的常見工業菌落進行培養；

步驟二：利用權利要求1至4所述的菌落生長狀態檢測裝置，采集并記錄菌落培養過程中的白光圖像、動態散斑圖像與熒光圖像；

步驟三：所述三類圖像經過圖像采集裝置編程數字信號進入計算機進行圖像融合處理；

步驟四：將所述圖像融合處理后的圖像信號與專業人士判斷結果進行比對，保存為訓練集合，建立測量參數與菌落生長狀態之間的拓撲關系；

步驟五：對在線測量結果帶入所述訓練集合，實現對菌落生長狀態的判定。

6.根據權利要求5所述的基于多模態成像技術的菌落生長狀態檢測方法，其特征在于，所述白光圖像的采集與處理包括：

對圖片進行去噪聲處理，利用高斯模板處理原始圖像，提高圖像信噪比；

采用膨脹腐蝕算法進行菌落特征提取，對不同生長時期得到單菌落中菌絲生長走向及長度，計算菌絲像素點數與總面積之比，得到菌落密度；

基于得到的菌絲生長特征圖像，逐個像素點進行分析，得到鏈接像素點數量與總像素點數量之間比值，得到菌絲生長連接度；

比較不同時間下的菌落白光圖像特征，所述圖像特征包括形狀特征和顏色特征，根據逐個像素強度，計算菌落特征變異性。

7.根據權利要求5所述的基于多模態成像技術的菌落生長狀態檢測方法，其特征在于，所述動態散斑圖像處理包括：

在獲取菌落散射特性的基礎上，采用基于模型參數譜估計方法計算測量到的散斑圖像的動態散斑功率譜，獲得菌落生長活性參數，其中，所述菌落散射特性包括菌落形態、折射率、散射結構、散射強度及角度分布。

8.根據權利要求5所述的基于多模態成像技術的菌落生長狀態檢測方法，其特征在于，所述熒光圖像處理包括：

菌落生長過程中代謝產生不同蛋白質，采用單色光激發，產生熒光信號，根據熒光信號波長判斷菌落種類，根據熒光強度測量得到菌落生長活性，對熒光信號強度進行相關分析得到菌落代謝活性最大時間點，判斷菌落生長狀態。

9.根據權利要求5至8中任一所述的基于多模態成像技術的菌落生長狀態檢測方法，其特征在于，對所述白光圖像、動態散斑圖像以及熒光圖像反應的菌落生長過程中不同狀態參數，進一步采用多模態信息融合方法，將所述三種圖像進行融合，綜合定量評價菌落生長狀態。