[發明專利]無透鏡成像細胞檢測裝置的系統表征參數自適應提取方法

有效

• 申請號: 202010620344.8
• 申請日: 2020-07-01
• 公開（公告）號: CN111982787B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 李建偉;李政鵬;余寧梅;戴力
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G01N15/10
• 分類號: G01N15/10;G01N21/84
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 羅笛

本發明公開了無透鏡成像細胞檢測裝置的系統表征參數自適應提取方法，該方法應用于無透鏡成像細胞檢測裝置，包括制作、固定待測基準樣本，開啟LED光源，CMOS圖像傳感器采集成像數據，處理成像數據得到細胞圖像，確定并修正衍射亮條紋和衍射暗條紋準確位置，計算各衍射條紋波峰和波谷的準確極大值點和準確極小值點對應的所有系統表征參數。本發明通過檢測細胞時提取系統表征參數，為不同環境條件下，基于無透鏡成像系統的細胞檢測裝置的應用提供了支持。

技術領域

本發明屬于醫學圖像分析技術領域，涉及無透鏡成像細胞檢測裝置的系統表征參數自適應提取方法。

背景技術

光學顯微鏡是人類探索微觀世界的重要工具之一。但是隨著新概念的提出和社會的發展，人類對于探索微觀世界有了更多的場景要求。在一些特定的場景中，一些新的方法表現出更好的匹配性。

在快速部署、大規模部署、即時檢測等對于工具的便攜性和成本有要求的一系列場景中，無透鏡成像技術有著很好的表現，這一技術由美國加州理工大學的Yangchanghuei研究小組在2006年提出。經過多年的發展，一些研究已經逐步進入到原型機測試階段。但是由于制作方法和實際使用環境的不同，測量結果仍會產生誤差，誤差的一部分來自于無透鏡成像系統的系統參數誤差。系統參數包括光源到衍射發生面的距離、衍射發生面到成像面的距離、光波長等，根據菲涅爾衍射模型，系統參數光源到衍射發生面的距離、衍射發生面到成像面的距離、光波長之間存在相關性。在實際應用中，這三個參數會存在一些誤差，例如，光源的光波長會根據制造批次有所波動，光源到樣本的距離，可能存在微小差距，如樣本玻片的厚度等。目前通過無透鏡成像系統的細胞檢測裝置進行細胞檢測，主要是通過細胞參數的計算減小檢測結果的誤差，未涉及無透鏡成像系統的參數誤差。

發明內容

本發明的目的是提供無透鏡成像細胞檢測裝置的系統表征參數自適應提取方法，通過提取能夠表征光源到衍射發生面的距離、衍射發生面到成像面的距離、光波長三個系統參數的系統表征參數，以保證無透鏡系統能夠實現精確檢測。

本發明無透鏡成像細胞檢測裝置的系統表征參數自適應提取方法，無透鏡成像細胞檢測裝置包括LED光源、凸透鏡、CMOS圖像傳感器和PCB電路板，該方法具體按照以下步驟實施：

步驟1、制作待測基準樣本，制作基準樣本的實驗材料可為但不限于半徑遠大于相鄰衍射條紋距離的圓形或具有銳且直邊緣的不透光區域等，需要能夠在無透鏡成像系統采集的圖片中觀察到清晰的衍射條紋；

步驟2、將待測基準樣本置于CMOS圖像傳感器上，并進行固定；

步驟3、開啟LED光源，使LED光源發出的光線經凸透鏡聚攏垂直射向待測基準樣本；

步驟4、打開CMOS圖像傳感器，使CMOS圖像傳感器記錄待測基準樣本的成像，將采集到的成像數據經PCB電路板導入計算機；

步驟5、對導出的成像數據通過亞像素插值法恢復圖像數據的連續性，得到細胞圖像；

步驟6、將細胞圖像的細胞圓心作為標記位置，通過霍夫變換檢測細胞圖像中的標記位置，以細胞圖像中的標記位置為中心，建立極坐標系；

步驟7、確定細胞衍射條紋最強光強點到標記位置的距離曲線，確定該距離曲線上波峰和波谷的極大值點和極小值點，其中極大值點表征衍射亮條紋的位置，極小值點表征衍射暗條紋的位置；

步驟8、通過超分辨率算法分別對衍射亮條紋的位置和衍射暗條紋的位置進行修正，得到衍射亮條紋準確位置和衍射暗條紋準確位置，即衍射條紋最強光強點到標記位置的距離曲線上波峰和波谷的準確極大值點和準確極小值點；

步驟9、以極坐標系參數θ從0度增加至360度，按照設置的步長遞增，依次重復步驟7～8，直到得到細胞360度的各衍射條紋波峰和波谷的準確極大值點和準確極小值點，根據360度的波峰和波谷的準確極大值點和準確極小值點計算對應的所有系統表征參數。