基于菌落单位计数的生物气溶胶监测方法与流程

本发明涉及图像分析领域，具体涉及一种基于菌落单位计数的生物气溶胶监测方法。

背景技术：

1、生物气溶胶是指由细菌、真菌和病毒等微生物产生的微小颗粒物，悬浮在空气中的气溶胶。通过监测生物气溶胶中菌落的数量或类型，可以评估空气质量和卫生状况，同时还有助于了解疾病的传播途径，因此生物气溶胶中微生物的监测在空气质量评估、疾病传播研究和食品安全等方面具有重要作用。对生物气溶胶中微生物的监测通常需要将气溶胶中的微生物放入培养皿中进行培养，并利用机器视觉技术对培养皿中生成的菌落进行分析。

2、相关技术中通常利用图像处理和机器视觉技术，对培养皿的图像进行图像分割或边缘检测，从而提取出图像中的菌落区域，并统计菌落区域的数量对生物气溶胶中的微生物进行评估分析，但是培养皿中生成的菌落会影响到周围的培养基，使得菌落周围的培养基的颜色发生变化，通过现有技术无法精确地提取出培养皿中真实的菌落区域，从而降低对生物气溶胶监测的准确性。

技术实现思路

1、为了解决通过现有技术无法精确地分割出培养皿中真实的菌落区域，从而降低对生物气溶胶监测的准确性的技术问题，本发明的目的在于提供一种基于菌落单位计数的生物气溶胶监测方法，所采用的技术方案具体如下：

2、本发明提出了一种基于菌落单位计数的生物气溶胶监测方法，所述方法包括：

3、获取培养皿的灰度图像；

4、对所述灰度图像进行分块处理，获得图像中的子块；根据所述子块内像素点灰度值的分布获得每个子块的菌落存在度；对所述子块内每个像素点进行梯度分析获得像素点的梯度幅值和梯度方向；根据子块的所述菌落存在度，以及对应子块内像素点的梯度幅值的分布和梯度方向的分布，获得子块内每个像素点的菌落可能性；

5、根据灰度图像中所有像素点的所述菌落可能性，以及以每个像素点为中心的预设邻域范围内所有像素点的所述菌落可能性的分布，获得每个像素点的菌落真实度；根据所述菌落真实度对灰度图像中每个像素点的灰度值进行调整，获得调整图像；

6、对所述调整图像进行阈值分割，获得调整图像中的菌落区域；根据所述菌落区域对生物气溶胶进行监测。

7、进一步地，所述根据所述子块内像素点灰度值的分布获得每个子块的菌落存在度包括：

8、将每个所述子块内所有像素点灰度值的平均值，作为子块的整体灰度值；

9、将每个所述子块内所有像素点灰度值的方差，作为子块的灰度混乱度；

10、将所述整体灰度值和所述灰度混乱度的乘积值，作为每个子块的菌落存在度。

11、进一步地，所述对所述子块内每个像素点进行梯度分析获得像素点的梯度幅值和梯度方向包括：

12、基于sobel梯度算子，对所述子块内每个像素点进行梯度计算，获得子块内像素点的梯度幅值和梯度方向。

13、进一步地，所述根据子块的所述菌落存在度，以及对应子块内像素点的梯度幅值的分布和梯度方向的分布，获得子块内每个像素点的菌落可能性包括：

14、获取所述子块内每个像素点的像素点向量，其中所述像素点向量的方向为对应像素点的所述梯度方向，所述像素点向量的模长为对应像素点的所述梯度幅值；

15、获取每个子块的子块向量，其中所述子块向量的方向为对应子块内所有所述像素点向量的合向量的方向，所述子块向量的模长为对应子块内所有所述像素点向量的模长的平均值；

16、对每个所述像素点向量与所述子块向量之间夹角的余弦值进行负相关映射，获得子块内每个像素点的第一差异；将每个所述像素点向量与所述子块向量之间差向量的模长与所述子块向量的模长的比值，作为子块内每个像素点的第二差异；

17、对子块内所有像素点的所述第一差异和所述第二差异的乘积值进行累加，获得子块的整体差异；

18、将子块内所有像素点的梯度方向的方差，作为子块的方向混乱度；将所述方向混乱度和所述整体差异的乘积值作为每个子块的梯度混乱参数；

19、根据所述梯度混乱参数和所述菌落存在度获取每个子块的可能性参数；

20、将每个子块的可能性参数作为对应子块内每个像素点的菌落可能性。

21、进一步地，所述可能性参数与所述梯度混乱参数呈负相关，所述可能性参数与所述菌落存在度呈正相关。

22、进一步地，所述根据灰度图像中所有像素点的所述菌落可能性，以及以每个像素点为中心的预设邻域范围内所有像素点的所述菌落可能性的分布，获得每个像素点的菌落真实度包括：

23、将灰度图像中所有像素点的所述菌落可能性的平均值，作为可能性均值；

24、将每个像素点的所述菌落可能性与所述可能性均值的差值的绝对值，作为每个像素点的可能性差异；

25、将以每个像素点为中心的所述预设邻域范围内所有像素点的菌落可能性的方差，作为中心像素点的可能性混乱度；

26、将所述可能性差异和所述可能性混乱度的乘积值进行归一化处理，获得每个像素点的菌落真实度。

27、进一步地，所述根据所述菌落真实度对灰度图像中每个像素点的灰度值进行调整，获得调整图像包括：

28、将每个像素点的所述菌落真实度与对应像素点的灰度值的乘积值，作为每个像素点的灰度调整值；

29、将所述灰度调整值作为每个像素点的灰度值，获得调整图像。

30、进一步地，所述对所述调整图像进行阈值分割，获得调整图像中的菌落区域包括：

31、基于迭代阈值分割算法，对所述调整图像进行分割处理，获得二值图像；

32、对所述二值图像进行连通域分析，获取二值图像中的连通区域；

33、将每个所述连通区域作为菌落区域。

34、进一步地，所述根据所述菌落区域对生物气溶胶进行监测包括：

35、统计所述菌落区域的数量；

36、根据所述菌落区域的数量对生物气溶胶中存在的微生物的种类数量进行监测。

37、进一步地，所述子块的尺寸为3×3。

38、本发明具有如下有益效果：

39、本发明考虑到当生物气溶胶放置在培养皿中进行培养的过程中，生成的菌落会影响到培养皿中的培养基，使得菌落区域周围的培养基的颜色发生变化，从而降低对真实菌落区域的识别，因此首先对灰度图像进行分块处理，有利于对灰度图像各个位置的细节进行分析；考虑到菌落区域的像素点灰度值较高，并且灰度值变化较明显，因此通过获取的菌落存在度反映每个子块存在菌落的可能性，考虑到菌落区域中像素点的梯度较为统一，因此可结合菌落存在度以及像素点的梯度幅值和梯度方向的分布，获取像素点的菌落可能性，通过菌落可能性初步反映每个像素点在菌落区域的可能性，进一步通过获取的菌落真实度对像素点的灰度值进行调整，获得调整图像，调整图像中菌落区域表现出更加明显的特征，从而在对调整图像进行阈值分割时可精确地提取出菌落区域，提高对生物气溶胶监测的准确性。

技术特征：

1.一种基于菌落单位计数的生物气溶胶监测方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于菌落单位计数的生物气溶胶监测方法，其特征在于，所述根据所述子块内像素点灰度值的分布获得每个子块的菌落存在度包括：

3.根据权利要求1所述的一种基于菌落单位计数的生物气溶胶监测方法，其特征在于，所述对所述子块内每个像素点进行梯度分析获得像素点的梯度幅值和梯度方向包括：

4.根据权利要求1所述的一种基于菌落单位计数的生物气溶胶监测方法，其特征在于，所述根据子块的所述菌落存在度，以及对应子块内像素点的梯度幅值的分布和梯度方向的分布，获得子块内每个像素点的菌落可能性包括：

5.根据权利要求4所述的一种基于菌落单位计数的生物气溶胶监测方法，其特征在于，所述可能性参数与所述梯度混乱参数呈负相关，所述可能性参数与所述菌落存在度呈正相关。

6.根据权利要求1所述的一种基于菌落单位计数的生物气溶胶监测方法，其特征在于，所述根据灰度图像中所有像素点的所述菌落可能性，以及以每个像素点为中心的预设邻域范围内所有像素点的所述菌落可能性的分布，获得每个像素点的菌落真实度包括：

7.根据权利要求1所述的一种基于菌落单位计数的生物气溶胶监测方法，其特征在于，所述根据所述菌落真实度对灰度图像中每个像素点的灰度值进行调整，获得调整图像包括：

8.根据权利要求1所述的一种基于菌落单位计数的生物气溶胶监测方法，其特征在于，所述对所述调整图像进行阈值分割，获得调整图像中的菌落区域包括：

9.根据权利要求1所述的一种基于菌落单位计数的生物气溶胶监测方法，其特征在于，所述根据所述菌落区域对生物气溶胶进行监测包括：

10.根据权利要求1所述的一种基于菌落单位计数的生物气溶胶监测方法，其特征在于，所述子块的尺寸为3×3。

技术总结
本发明涉及图像分析领域，具体涉及一种基于菌落单位计数的生物气溶胶监测方法。该方法包括：获取培养皿的灰度图像，对灰度图像进行分块处理，根据每个子块中所有像素点灰度值的分布特征和所有像素点的梯度的分布特征，获得子块内每个像素点的菌落可能性；根据灰度图像中所有像素点的菌落可能性，以及以像素点为中心的预设邻域范围内所有像素点的菌落可能性的分布，获得每个像素点的菌落真实度；基于菌落真实度对灰度图像中每个像素点的灰度值进行调整，获得调整图像；对调整图像进行阈值分割提取出菌落区域，统计菌落区域的数量对生物气溶胶进行监测。本发明能够精确地提取出培养皿中真实的菌落区域，从而提高对生物气溶胶监测的准确性。

技术研发人员：周蕾,刘旭,胡秋实,田胜男,王昕桐,许铭成,陈婷婷,程方圆,许新潮,赵凯璐,郭志浩,董大千,孙宇峰
受保护的技术使用者：张家港长三角生物安全研究中心
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15