一种dna测序的互信息图像配准方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及DNA测序分析领域，尤其涉及一种DNA测序的互信息图像配准方法及装 置。
【背景技术】
[0002]在DNA测序技术领域，整体操作流程描述如下:DNA样品通过破碎后，应用建库试剂 进行加接头、单链捕获、结合至微球、微乳液PCR扩增、破乳液，获得建立在微球上的DNA文 库，应用加样板将文库和测序反应需要的酶等铺放至具有微反应池的测序芯片，测序芯片 和测序试剂安装至主机上，通过控制计算机根据模块数量和位置启动测序程序，自动化进 行测序反应，产生的数据传输至数据分析计算机，完成测序后应用计算分析软件进行图像 处理、序列读出、质量分析、序列拼接等工作，最终得到DNA样本的序列信息。微反应池测序 芯片是测序反应的载体，载有测序模板的DNA Beads及各种测序反应用酶均位于刻有微反 应池的测序芯片中。
[0003]在对反应芯片的图像采集、识别后，对图像配准的精确性严重影响对碱基类型的 判定。
[0004]鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本创作。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种DNA测序的互信息图像配准方法及装置，用以克服上 述技术缺陷。
[0006]为实现上述目的，本发明提供一种DNA测序的互信息图像配准方法，包括：
[0007]获取图谱信息，在对每个图谱的采样时间间隔内分别获取DNA图谱；
[0008]获取所述DNA图谱的第一像素和第二像素，其中，第一像素A为目标像素，第一像素 的灰度值大于或等于初始分割阈值To，像素总数为N;第二像素B为背景像素，第二像素的灰 度值小于初始分割阈值To，像素总数为Μ;图谱f(i，j)的最大值为Vmax，最小值为Vmin
[0009]其中，T〇=l/2(Vmin+Vmax)(1)；
[0010] 计算第一像素和第二像素的灰度均值的全局阈值T; 陶]
⑵；
[0012] 计算第一像素和第二像素的方差σ2
[0013] 〇2=(Pa+Pb)(T-T〇)2 (3)；
[0014] 其中，第一像素的概率为：
[0015]
(4)
[0016]第二像素的概率为：
[0017]
(5)
[0018] 若方差在预设范围内，则以T为全局阈值对所述图谱进行分割；
[0019] 获取CY3、CY5、FAM和TXR四种荧光图像；
[0020] 以所述图谱为基准图像，对所述四种荧光图像进行互信息配准，得到配准后的荧 光图像；
[0021] 在所述配准后的四种荧光图像中查找的磁珠中心点；
[0022]对所述中心点进行融合处理，以获得融合后的磁珠中心点。
[0023]进一步地，所述以所述图谱为基准图像，对所述四种荧光图像进行互信息配准，得 到配准后的荧光图像；
[0024] 具体包括：
[0025] 获取基准图像fKxj)和第一图像f2(x，y)，设置初始配准参数值(x，y，0)和初始搜 索方向，其中，第一图像为CY3、CY5、FAM和TXR四种荧光图像中的一种；
[0026] 对所述第一图像f2(x，y)进行空间几何变换，得到结果图像；
[0027]计算所述基准图像fKxj)和所述记过图像的互信息值；
[0028]根据最大互信息理论，判断此时的配准参数值是否为最优，若是则输出所述配准 参数值，使用所述配准参数值对所述第一图像进行几何变换和重采样，得到配准后的荧光 图像;若不是，则修改配准参数值(X，y，Θ)，直至所述配准参数值为最优。
[0029] 进一步地，在所述配准后的四种荧光图像中查找的磁珠中心点，具体包括：
[0030] 对所述配准后的四种荧光图像识别磁珠像素，如果f(i，j)最小值min(i，j)差值的 绝对值大于等于To，则识别为磁珠，否则，为背景像素。
[0031] 进一步地，在所述配准后的四种荧光图像中查找的磁珠中心点，还包括：
[0032] 遍历所述磁珠像素，获取磁珠中心像素，其中，磁珠中心像素为，当前点的灰度值 等于以当前点为中心的4*4像素区域内灰度的最大值，且当前点的四邻域都是目标像素。
[0033] 进一步地，获取图谱信息时，对信号波形，在每连续的K个周期内，每周期选择η个 预设时刻的采样点，每间隔时间To采样一次，连续取样Μ次;为了保证取样数据的可参考性 与准确性，在每一周期内选择的η个采样点的时间间隔△t按照下述公式计算， _4]
:(9)
[0035]式中，At表示采样点的时间间隔，a为修正系数，其大小由采样点数量决定，ω表 示拍照信号的角频率，由CCD相机的性能决定，β为初始相角，Τ表示信号周期的时间，λ表示 信号波形的峰值。
[0036]本发明还提供一种DNA测序的互信息图像配准装置，包括：
[0037]获取模块，用于获取图谱信息，在对每个图谱的采样时间间隔内分别获取DNA图 谱；
[0038]计算模块，用于获取所述DNA图谱的第一像素和第二像素，其中，第一像素Α为目标 像素，第一像素的灰度值大于或等于初始分割阈值To,像素总数为N;第二像素B为背景像 素，第二像素的灰度值小于初始分割阈值To，像素总数为Μ;图谱f(i，j)的最大值为Vmax，最 小值为Vmin
[0039] 其中，To=l/2(Vmin+Vmax) (1)；
[0040] 计算第一像素和第二像素的灰度均值的全局阈值T;
[0041 ]
(2)；
[0042] 方差计算模块，用于计算第一像素和第二像素的方差σ2
[0043] σ2=(ΡΑ+ΡΒ)(Τ-Το)2 (3)；
[0044] 其中，第一像素的概率为：
[0045]
(4); [0046]第二像素的概率为：
[0047]
(S)；
[0048] 分割模块，用于当方差在预设范围内，以T为全局阈值对所述图谱进行分割；
[0049]图像配准模块，所述图像配准模块包括：
[0050] 荧光获取模块，用于获取CY3、CY5、FAM和TXR四种荧光图像；
[0051] 对准模块，用于以所述图谱为基准图像，对所述四种荧光图像进行互信息配准，得 到配准后的荧光图像；
[0052]查找模块，用于在所述配准后的四种荧光图像中查找的磁珠中心点；
[0053]融合模块，用于对所述中心点进行融合处理，以获得融合后的磁珠中心点。
[0054]进一步地，所述对准模块具体包括：
[0055]互信息计算模块，用于获取基准图像fKxj)和第一图像f2(x，y)，设置初始配准参 数值(X，y，Θ)和初始搜索方向，其中，第一图像为CY3、CY5、FAM和TXR四种荧光图像中的一 种;对所述第一图像f2(x，y)进行空间几何变换，得到结果图像;计算所述基准图像fKxj) 和所述记过图像的互信息值；
[0056]互信息判断模块，用于根据最大互信息理论，判断此时的配准参数值是否为最优， 若是则输出所述配准参数值，使用所述配准参数值对所述第一图像进行几何变换和重采 样，得到配准后的荧光图像;若不是，则修改配准参数值(x，y，0)，直至所述配准参数值为最 优。
[0057]进一步地，所述查找模块具体用于：
[0058]磁珠识别模块，用于对图谱识别磁珠像素，如果f(i，j)最小值min(i，j)差值的绝 对值大于等于To，则识别为磁珠，否则，为背景像素。
[0059]进一步地，所述查找模块还用于：