[發明專利]一種大腸桿菌動態生長監測方法

有效

• 申請號: 202010087823.8
• 申請日: 2020-02-12
• 公開（公告）號: CN111368643B
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發明（設計）人: 徐瑩;陳揚孜;王旭
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G06V20/10
• 分類號: G06V20/10;G06V30/148;G06V10/48;G06V10/74;G06T7/136;G06T7/155;G06T7/33;G06T7/62;G06F17/18;C12Q1/689;C12Q1/10
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱亞冠

本發明公開一種大腸桿菌動態生長監測方法。本發明提供一種將大腸桿菌菌落圖像與前時刻圖像實現配準的方法，使兩幅圖像角度一致，得到各菌落的質心位置，進而快速得到培養皿中的菌落數目；可定位到每個菌落，統計各菌落在該生長時刻的大小，顏色信息，根據培養時間計算出生長速度，判斷菌落在各個時間節點處于哪一生長階段，進而得到生長曲線；提供一種使用回歸模型根據菌落延遲期時間，對數期內的生長速率兩個變量值預測菌液濃度，與傳統計數法得到的濃度做對比，篩選出實驗過程中的錯誤樣本；基于菌落生長的特征，建立回歸模型可較精確的預測大腸桿菌菌液濃度，相比于易受外界環境干擾的傳統計數法，本方法更精確，得到的數據可靠性更高。

技術領域

本發明涉及生物醫學圖像處理領域，主要涉及一種大腸桿菌菌落動態生長監測跟蹤預測菌液濃度方法。

背景技術

大腸桿菌菌落分析在食品，生物監測，醫療機構等領域有著基本且重要的作用。在食品衛生質量檢測領域，常用來分析樣品中所含對人體危害嚴重的大腸桿菌含量，根據細菌數目的多少可作為食品質量標準可反映出新鮮度和衛生狀況。在醫療領域，研究人員可提取病人排泄物樣本，根據中樣本中相關大腸桿菌數目協助醫生快速判斷病人的病因以及病人病情的嚴重程度。

隨著科技的發展，數字圖像處理技術日趨成熟，應用的領域也愈加廣泛，將圖像處理技術應用于菌落分析，是目前實現自動化智能化的大趨勢，這不僅減少人工操作，一定程度上還提高了處理速度和識別準確率。

常用的菌落分析技術是對培養皿上的菌落進行計數，由計數結果計算菌液濃度，計數結果的準確性取決于粘連菌落分割效果，國內外學者研究了很多粘連菌落分割的算法，比如早些年的周瑩莉使用迭代閾值法計算最佳閾值對圖像進行閾值分割；陸宗琪利用像素屬性找到粘連區域連接線上的像素點實現粘連菌落分割，但缺點是適用范圍較窄；以及近幾年張立新提出的使用一種改進的水平集算法和極坐標空間下凹點檢測結合的分割算法，且該算法還適用于多種菌種混合的樣本識別；隨著深度學習的廣泛應用，也有學者基于神經網絡，模糊算法等對圖像分割，但這種算法需要對龐大的數據庫進行訓練，采集樣本菌落圖像有很大難度。

目前的菌落圖像處理多是分析菌落生長過程中的某一靜態圖像，極少學者研究菌落生長過程中的動態變化，而本發明監測大腸桿菌菌落在生長過程中的生長速度，形態，顏色等特征變化，根據生長特征回歸預測菌液濃度，同時在圖像采集時同時拍攝菌落部分和標記菌落信息的培養皿蓋，在菌落分析的同時對標記信息進行識別，保證了分析結果和標記的關聯性。

發明內容

本發明提供一個監測大腸桿菌(DH5α)菌落動態生長，回歸預測原菌液濃度的方法，圖像采集主要基于一個可自動調節的拍攝裝置，同時對培養皿內的菌落和人工標記信息的培養皿蓋子進行拍攝，圖像傳輸到上位機系統，根據裝置上鍵入的培養時間對圖像進行相應處理。本發明基于大腸桿菌在固體培養基上的生長特征，采用大腸桿菌動態生長的跟蹤參數回歸與分析的方法，實時跟蹤大腸桿菌培養過程中各個生長時期下的菌落參數特征值，通過各狀態下的菌落直徑，數目變化，顏色矩等特征參數的提取對大腸桿菌的初始濃度進行回歸分析，通過減少硬件需求，盡可能降低成本，解決現有技術的操作繁瑣，技術難度大的問題，并且在菌落分析的同時對培養皿上人工標記的信息進行識別和檢查，確保得到的菌落信息與其對應標記的關聯性，多重方法進行計數校準，減少輸出結果混亂的問題。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案：一種監測菌落動態生長的方法，本方法基于以下裝置：

該裝置包括攝像機、置物臺、輸入面板；所述置物臺上下方均設有led燈,用以光照射置物臺；置物臺四周設有四個方向的可移動擋板，通過電機驅動可移動擋板移動，使得剛好放置培養皿及其蓋子；

所述攝像機位于置物臺的正上方，用于獲取置物臺上培養皿及其蓋子的圖像；攝像機將拍攝到的圖像傳輸到上位機系統；

所述輸入面板用于輸入培養皿規格與拍照指令，并傳送至控制模塊；輸入培養時間傳送至上位機系統用于標記拍攝的圖像；