专利名称：液体含菌量非染色自动计数方法
技术领域：
本发明涉及一种在液态样本中快速识别细菌或细胞的方法。在大视 场显微目标识别和低信噪比图像的目标提取等相关领域都有应用前景。
背景技术：
液体中细菌或细胞含量的检测是一项应用广泛的测试技术，它可以 对食品安全和人体健康状态给出定量的参考数据，有着重大意义。然而 传统的计数方法多采用流式细胞仪对染色后的液体样本中的特定细胞进 行计数。这种方法存在如下问题染色剂的污染。过去采用的放射性同位素对操作人员有害，现在荧 光原位杂交技术采用的荧光试剂依然可以对水体产生污染。染色处理时间长。在较长的处理时间期间，样本本身会发生变化， 影响检验结果，数据不具备实时性。成本高，成套设备的核心技术大多为外国企业掌握。由于上述种种原因，有些检验机构改用人工检测的方法。先对液态 样本进行离心，然后人工观察显微图像，数出细菌个数。然而此法主观 因素大，不利于大规模工业生产。如果直接换用计算识别又面临以下难 点因为没有染色，使得计算机难以提取图像中细菌的相关信息。如果显微图像视场大，则细菌目标小，有效信息少，噪声相对较大， 不易识别。如果显微图像视场小，则采样代表性不足，不宜用于总量统 计。人工计数时习惯于在载玻片上刻上一定大小的方格，以便于计算视 场面积。而在大视场计算机自动识别时这种方格又会对识别的准确度带 来极大干扰，但是在大视场计算机自动识别时除去方格则不利于操作人 员验证自动识别结果的正确性。发明内容本发明提供一种液体含菌量非染色自动计数方法，本发明的目的是 通过软件算法对大场景低信噪比的细菌显微图像之中的目标区域的特征 进行提取，实现了通过计算机完成自动计数的功能。液体含菌量非染色自动计数方法，是将待处理的细菌图像存入计算 机，利用软件对细菌图像进行自动处理和识别，并将识别结果存入数据 库。其特征是液体含菌量非染色自动计数方法的装置由一个显微镜，成 像系统和电子计算机及相应的软件组成。实现液体含菌量非染色自动计 数方法的步骤如下a、 使用离心机对液体样本离心后，取样制成玻片；b、 使用图像传感器对载玻片的显微图像进行拍摄；c、 对用显微镜和CCD取得的图像先进行中值滤波滤除噪声；d、 对图像使用分块求阈值的方法，对分块图像直方图的函数进行4 7次多项式拟合，并在所得曲线的基础上求得各个分块的阈值；e、 对取得二值图像的目标连逋区域进行分割，并确定每个连通区域的几何中心；f、对所得图像数据进行逐步排除不是细菌的区域，如果目标区域中心点 不为亮点，则首先排除，如果目标区域之面积不属于细菌常规大小的范 围则排除之，在步骤c的基础上利用两个梯度不等的高次导数模板对目 标连通区域的邻域分别进行操作，只要其中之一的结果可被排除，则排 除之，未被排除的目标区域即为细菌。
图l:液体含菌量非染色自动计数方法处理流程图。
具体实施方式
根据说明书附图1对液体含菌量非染色自动计数方法作详细说明如下-1. 待检测液体采样。使用离心机对液体样本离心5到10分钟后，取 样，制成玻片。2. 使用CCD相机对载玻片的显微图像进行拍照。 使用普通的模拟CCD摄像机即可，使用视频采集卡采集图像。3. 对采集来的图像进行中值滤波虑除噪声。使用如下公式<formula>formula see original document page 5</formula>
4. 对具体实施方法3中所得图像进行分块，对图像使用分块求阈值 的方法，对分块图像直方图的函数进行4 7次多项式拟合，并在所得曲 线的基础上求得各个分块的阈值；对于常见的模拟输入视频采集卡的分 辩率720X576 —般平均分成4块或16块即可。这样可以避免在同一副图上因为光照分布不均而造成的统一阈值失效的情况。且算法复杂度仅 为O(w)，而常见的二维阈值的方案的算法复杂度为0("2)。5. 然后对具体实施方法4的每个分块求得每个分块的直方图，并提取直方图最大值两侧若干点进行四次最小二乘法拟合，所得曲线的最小的大于最大值对应灰度的根即为该分块的阈值。口次多项式曲线少=/(力=%^+"/^^"+—+^^ + ^)，利用最小二乘法进行拟合，问题归结为P+1元函数的最小值问题2("。，",，…，"p卜t(ap《,,广'+"。 -:v,)2利用多元函数求极值的方法可以求得唯一的一组系数6. 根据上述阈值得到二值图像，并将各个分块合并。对所得的二值 图像进行区域分割。并确定每个连通区域的几何中心。7. 在各个步骤的基础上对所得图像数据进行逐步排除不是细菌的 区域。如果按照具体实施方法6中所得区域中心点不为亮点，则首先排 除。如果按照具体实施方法6中所得区域之面积不属于细菌常规大小范 围(0.4-1.4微米的白色单球状、白色双球状和直径0. 4-1. 4微米、长 1.2-3微米的白色单杆状、白色双杆状)则排除之。在具体实施方法3 的基础上利用两个梯度不等的5X5高次导数模板对目标连通区域的20 X20领域分别进行操作，只要其中之一的结果可被排除，则排除之。余 下的就是细菌。<formula>formula see original document page 6</formula>本发明是利用计算机图像处理算法对有大量噪声的低放大倍数的图 像中的细菌进行识别和计数。由于算法设计时就考虑到了优化，所以在主频800MHz和128M运行Windows XP的机器上就可以流畅运行，并 可以方便的移植到嵌入式系统之中。能实现对液体中含菌量的快速检测。 该方法无需使用任何形式的染色试剂，主要依靠模式识别的方法利用软 件处理样本数字图像中的小目标细菌。并发明了一种高效的算法，使得 该方法具有成本低，速度快和环保等突出特点。
权利要求
1. 一种对液体含菌量非染色自动计数方法，其特征是该方法的装置由一个显微镜，成像系统和电子计算机及软件组成；实现液体含菌量非染色自动计数方法的步骤如下a、使用离心机对液体样本离心后，取样制成玻片；b、使用图像传感器对载玻片的显微图像进行拍摄；c、对用显微镜和CCD取得的图像先进行中值滤波滤除噪声；d、对图像使用分块求阈值的方法，对分块图像直方图的函数进行4～7次多项式拟合，并在所得曲线的基础上求得各个分块的阈值；e、对取得二值图像的目标连通区域进行分割，并确定每个连通区域的几何中心；f、对所得图像数据进行逐步排除不是细菌的区域，如果目标区域中心点不为亮点，则首先排除，如果目标区域之面积不属于细菌常规大小的范围则排除之，在步骤c的基础上利用两个梯度不等的高次导数模板对目标连通区域的邻域分别进行操作，只要其中之一的结果可被排除，则排除之，未被排除的目标区域即为细菌。
全文摘要
一种对液体含菌量非染色自动计数方法，本发明涉及一种在液态样本中快速识别细菌或细胞的方法。能实现对液体中含菌量的快速检测。该方法无需使用任何形式的染色试剂，主要依靠模式识别的方法利用软件处理样本数字图像中的小目标细菌。并发明了一种高效的算法，使得该方法具有成本低，速度快和环保等突出特点。
文档编号G01N15/12GK101231229SQ200710051388
公开日2008年7月30日 申请日期2007年1月26日 优先权日2007年1月26日
发明者侃 刘, 刚 刘, 吴士宏, 李德华, 沈志伟, 石碧莹, 董莉萍, 赵化平, 赵秀忠, 静 鲁 申请人:华中科技大学;中国农业机械化科学研究院机电技术应用研究所