[發明專利]一種基于邊緣計算的便攜式細胞成像與智能分析系統

在審

• 申請號: 202110462074.7
• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN113192080A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 張晨;王仰真;王沖;蘇峰;唐藝嵐;魏夢萍
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G06T7/11
• 分類號: G06T7/11;G06K9/62;G06M11/02;G06T1/20;G06N3/04;G06N3/08;G06N5/04
• 代理公司: 北京知元同創知識產權代理事務所(普通合伙) 11535
• 代理人: 呂少楠;張炳楠

1.一種基于邊緣計算的便攜式細胞成像與智能分析系統，其特征在于，所述系統包括：照明裝置、載物裝置、透鏡組、相機、圖像顯示裝置、ARM微型電腦主板、邊緣推理計算加速裝置、以及智能分析模塊；

所述照明裝置設置在所述載物裝置的上方；所述透鏡組設置在所述載物裝置的下方，所述透鏡組具有放大和消色差的功能；所述相機設置在所述透鏡組的下方，用于將光信號轉換成電信號，獲取細胞圖像；所述圖像顯示裝置用于顯示實時細胞圖像和細胞分析結果，向用戶提供多種操作選項；

所述ARM微型電腦主板作為所述系統的控制、分析與數據存儲的核心；

所述邊緣推理計算加速裝置包括視覺處理單元(VPU)或張量處理器(TPU)，通過所述視覺處理單元或張量處理器對深度神經網絡運算進行加速，實現深度學習的邊緣計算；

所述智能分析模塊基于深度學習目標識別算法Faster R-CNN和細胞實例分割算法Mask R-CNN，對所述圖像顯示裝置中呈現的圖像中的細胞進行識別、計數、分割與分類。

2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述照明裝置包括照明光源組。優選地，所述照明光源組包括LED點光源、導光擴散柱及準直透鏡。

優選地，所述LED點光源、準直透鏡、載物裝置、透鏡組和相機的中心位于同一條直線上。

優選地，所述透鏡組為消色差雙膠合鏡。

優選地，所述相機為顯微鏡用的相機。

3.根據權利要求1或2所述的系統，其特征在于，所述ARM微型電腦主板搭載通用計算機操作系統，具有完整電腦功能。優選地，所述ARM微型電腦主板的芯片選自樹莓派、GoogleCoral Dev Board或nvidia jetson nano。

優選地，ARM微型電腦主板的控制包括：對相機的控制、加速深度神經網絡運算的視覺處理單元的控制、對智能分析模塊的控制。

優選地，ARM微型電腦主板的分析包括：圖像數據的輸入，圖像濾波降噪，圖像空間分辨率的變換，深度神經網絡模型的加載，深度神經網絡推理運算，圖像形態學分析，分析結果的輸出。

優選地，ARM微型電腦主板的數據存儲包括：圖像數據的存儲，深度神經網絡模型的存儲，圖像分析輸出的存儲。

4.根據權利要求1-3任一項所述的系統，其特征在于，所述邊緣推理計算加速裝置為深度學習模型邊緣推理計算加速裝置。

優選地，所述視覺處理單元包括基于視覺處理單元的神經計算棒。優選地，所述神經計算棒的芯片選自Intel Movidius Neural Compute Stick 2或Google Coral USBAccelerator。

優選地，所述邊緣推理計算加速裝置與ARM微型電腦主板連接，使復雜深度神經網絡模型能夠在ARM微型電腦主板中進行實時運算。

優選地，所述細胞實例分割Mask R-CNN算法基于特征金字塔網絡(feature pyramidnetworks)和主干架構(backbone)inception v2，能夠對圖像中的細胞進行識別、計數、分割和分類。

5.根據權利要求1-4任一項所述的系統，其特征在于，所述載物裝置為開放式載物裝置，例如為細胞計數板、載玻片或細胞培養皿。

優選地，所述系統還包括鏡筒，所述透鏡組放置在鏡筒內。

6.根據權利要求1-5任一項所述的系統，其特征在于，所述控制裝置包括第一控制裝置、第二控制裝置和/或第三控制裝置，所述第一控制裝置用于控制照明裝置的光源亮度，所述第二控制裝置用于控制載物裝置的高度，所述第三控制裝置用于控制載物裝置的水平位置移動。

優選地，第二控制裝置包括位移臺、以及支架，所述位移臺與所述載物裝置連接，所述支架與水平面垂直，所述位移臺設置在支架上且能夠沿著支架的表面上下移動。優選地，所述第二控制裝置還包括驅動器和高度限位器，所述驅動器用于帶動位移臺移動，所述高度限位器用于使位移臺停留在某一位置。