一种基于图像处理的微生物生长记录装置及控制方法与流程

本发明涉及微生物培养领域，尤其涉及一种基于图像处理的微生物生长记录装置及控制方法。

背景技术：

1、微生物图像记录是一项重要的科学活动，可以帮助科研人员更好地了解微生物的形态和特征；通过记录和分析微生物的图像，科研人员可以研究微生物的生长规律、功能和相互作用，从而为治疗疾病、控制微生物污染和改善环境质量提供有价值的信息；在微生物图像记录过程中，科研人员需要准备样本并使用显微镜观察微生物；他们可以使用各种不同类型的显微镜，如光学显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜；这些显微镜可以放大微生物的图像，使其变得可见，并允许科研人员观察微生物的细节；为了记录微生物的图像，科研人员可以使用相机或者计算机软件；他们可以通过将相机连接到显微镜上，直接拍摄微生物的图像；同时，科研人员还可以使用计算机软件来处理和分析这些图像，以获取更多关于微生物性质和特征的信息；微生物图像记录对于科研人员来说是非常重要的；它可以帮助他们研究微生物的生态系统、食物链和生物多样性；此外，微生物图像记录还可以帮助科研人员发现新的微生物物种，了解它们的功能和潜在应用价值；这些信息对于解决人类面临的许多挑战至关重要，例如治疗感染性疾病、开发新的生物农药和改善环境健康；在记录培养基上菌落的状态时，需要花时间去找角度找光线和深色背景去拍照记录，拍照过程复杂且耗时长，拍出的图像也可能会因为各种原因导致不合格。

技术实现思路

1、为了克服在记录培养基上菌落的状态时，需要花时间去找角度找光线和深色背景去拍照记录，拍照过程复杂且耗时长，拍出的图像也可能会因为各种原因导致不合格的问题。

2、本发明的技术方案为：一种基于图像处理的微生物生长记录装置，包括有箱体、培养皿、定位组件、调节组件和记录组件，培养皿设置于箱体的内部，培养皿设置为多组，培养皿均匀分布，箱体的内部设置有背景板，背景板设置于培养皿的下方，背景板设置于箱体的内部底面上，背景板的顶面设置为黑色，定位组件设置于箱体的内部，调节组件设置于箱体的内部，记录组件设置于箱体的内部，记录组件与调节组件连接。

3、优选的，通过设置定位组件可以对培养皿的位置进行调节，通过设置调节组件可以对记录组件的位置进行调节，从而可以对记录组件与培养皿之间的相对位置进行改变，从而可以利用记录组件对培养皿的图像进行采集，实现对培养皿内微生物生长状态的记录，且通过设置黑色的背景板，可以消除复杂背景对图像采集的影响，增加图像采集的质量。

4、作为优选，背景板的内部设置有多组压力传感器，多组压力传感器在背景板内呈矩形阵列分布，多组压力传感器等距分布，培养皿的顶面上设置有定位片，定位片设置为多组，定位片为正方形结构，多组定位片的面积相等，在使用时，通过设置多组压力传感器可以对背景板上的压力进行检测，从而可以识别到培养皿放置在背景板上，且可以通过多组压力传感器可以对培养皿的位置进行模糊识别，方便对记录组件的位置进行调节，减少对培养皿进行识别的复杂性，从而增加图像采集的速度。

5、作为优选，定位组件包括有移动电机、移动丝杠、移动块、定位伸缩杆和定位吸盘，移动电机设置于箱体的一侧，移动丝杠设置于箱体的内部，移动丝杠的一端与移动电机的输出端固定连接，移动块与移动丝杠螺纹连接，定位伸缩杆的一端与移动块固定连接，定位伸缩杆的另一端与定位吸盘固定连接，在使用时，通过设置移动电机可以带动移动丝杠进行旋转，移动丝杠与移动块螺纹连接，从而可以利用移动丝杠带动移动块进行移动，从而可以带动定位伸缩杆进行移动，定位伸缩杆带动定位吸盘进行移动，定位吸盘与培养皿吸附，从而可以对培养皿的位置进行调节，从而可以使得培养皿与记录组件对齐，从而可以进行图像采集。

6、作为优选，调节组件包括有调节电机、调节丝杠、限位杆和安装座，调节电机设置于箱体的一侧，调节丝杠设置于箱体的内部，调节丝杠的一端与调节电机的输出端固定连接，限位杆设置于箱体的内部，安装座与调节丝杠螺纹连接，安装座与限位杆滑动连接，在使用时，通过设置调节电机可以带动调节丝杠进行旋转，调节丝杠与安装座螺纹连接，且限位杆对安装座进行限位，从而可以利用调节电机带动安装座进行移动，从而可以对记录组件的位置进行改变，从而可以在不使用时，将记录组件进行收纳，防止碰撞损坏，在使用时，可以对记录组件的位置进行移动，从而可以将记录组件与培养皿进行定位。

7、作为优选，记录组件包括有升降伸缩杆、高清摄像机和光照灯，升降伸缩杆的一端与安装座的底面固定连接，升降伸缩杆的另一端与高清摄像机固定连接，高清摄像机设置于培养皿的上方，光照灯设置为多组，光照灯均匀设置于箱体的内部顶面上，在使用时，通过设置升降伸缩杆可以带动高清摄像机进行升降，从而可以对高清摄像机进行定位，通过设置光照灯可以对箱体的内部进行补光，从而可以在黑暗环境中进行拍摄，且可以通过控制光照灯对箱体内部的光照强度进行控制，增加图像采集的质量。

8、一种基于图像处理的微生物生长记录装置的控制方法，包括以下步骤：

9、s1:在将培养皿放入培养箱内部后，培养皿放置在背景板的上方，背景板内部的压力传感器触发，识别到培养皿的模糊位置；

10、s2：启动调节电机，根据识别到的培养皿的模糊位置对高清摄像机的位置进行调节；

11、s3：光照灯启动，进行补光，启动高清摄像机进行摄像，获取培养皿的具体位置，并根据培养皿的具体位置对高清摄像机及培养皿的位置进行调节；

12、s4：高清摄像机和培养皿的位置调节完成之后，进行拍照，确定高清摄像机与培养皿的距离，根据高清摄像机的焦点对高清摄像机的高度进行调节；

13、s5：再次对培养皿进行拍照，根据获取的图像对光照灯的光照强度进行调节；

14、s6：调节完成后进行拍照记录。

15、优选的，通过多组压力传感器对培养皿的模糊位置进行确定，可以直接将高清摄像机移动到培养皿的上方，不需要多次采集图像，对培养皿进行定位，减少控制系统的复杂性，增加处理的速度，从而增加图像采集的速度，通过图像处理对高强摄像机和培养皿进行定位，定位更加精准，且省去人工对培养皿进行定位摆放，操作更加简单方便，通过对光照灯的光照强度进行调节，可以防止高清摄像机采集到的图像过暗或者曝光过强，导致采集到的图像质量较差。

16、作为优选，在对培养皿的模糊位置进行识别时，包括以下步骤：

17、s1：将培养皿放置在背景板上后，传感器识别到压力，将所有识别到压力的传感器进行记录；

18、s2：根据预定的位置信息将记录的压力传感器放入坐标系中；

19、s3：在x轴方向选择两组位置相距最远的，并根据压力传感器的数值对其在x轴上的位置进行加权，并计算两组压力传感器的加权平均值，即为培养皿模糊位置的x轴坐标；在y轴方向选择两组位置相距最远的，并根据压力传感器的数值对其在y轴上的位置进行加权，并计算两组压力传感器的加权平均值，即为培养皿模糊位置的y轴坐标；

20、s4：再根据压力传感器的位置对培养皿重心在背景板上的模糊位置进行确定。

21、优选的，通过对对压力传感器的加权平均值进行计算，可以对培养皿的重心位置进行大概的计算，从而可以对培养皿的整体位置进行模糊确定，且通过计算培养皿的重心，可以减少压力传感器分布间距过大导致检测不到培养皿的中心位置，从而导致计算出的位置偏差过大。

22、作为优选，在对培养皿和高清摄像机的位置进行调节时，包括以下步骤：

23、s1：将高清摄像机移动到培养皿的模糊位置后，启动光照灯进行补光，再启动高清摄像机进行摄像；

24、s2：将高清摄像机采集到的彩色图像转化为灰度图像，其中，彩色图像转化为灰度图像的数学表达式为：y＝0.299×r+0.587×g+0.144×b；其中y为转化后的灰度图像的亮度，即灰度值，r、g和b分别为转化前彩色图像红、绿和蓝三原色的值；

25、s3：采用灰度阈值法将灰度图像中培养皿的图像及黑色背景板的图像进行分割，其中，采用灰度阈值法时选取的阈值为120；

26、s4：根据分割的图像对培养皿图像的边界进行确定，并根据边界在分割前的图像的位置对高清摄像机和培养皿的位置进行调节，将高清摄像机的拍摄中心与培养皿的中心重叠。

27、作为优选，在对高清摄像机的高度进行调节时，包括以下步骤：

28、s1：将高清摄像机移动到培养皿的精确位置后，启动光照灯进行补光，再启动高清摄像机进行摄像；

29、s2：将高清摄像机采集到的彩色图像转化为灰度图像，其中，彩色图像转化为灰度图像的数学表达式为：y＝0.299×r+0.587×g+0.144×b；其中y为转化后的灰度图像的亮度，即灰度值，r、g和b分别为转化前彩色图像红、绿和蓝三原色的值；

30、s3：采用灰度阈值法将灰度图像中定位片的图像及培养皿和黑色背景板的图像进行分割，其中，采用灰度阈值法时选取的阈值为215；

31、s4：将定位片的图像分割出来之后，对定位片的面积s进行计算，根据定位片的面积s与预定的定位片面积s’进行计算；其中，计算公式为：d'，其中，d为高清摄像机应该下降的距离，且当d为负值时，高清摄像机上移，d'为高清摄像机的焦距。

32、作为优选，在对光照灯的光照强度进行调节时，包括以下步骤：

33、s1：将高清摄像机与培养皿之间的距离调节完成之后，启动光照灯进行补光，再启动高清摄像机进行摄像；

34、s2：将高清摄像机采集到的彩色图像转化为灰度图像，其中，彩色图像转化为灰度图像的数学表达式为：y＝0.299×r+0.587×g+0.144×b；其中y为转化后的灰度图像的亮度，即灰度值，r、g和b分别为转化前彩色图像红、绿和蓝三原色的值；

35、s3：采用双重阈值的灰度阈值法将灰度图像中定位片的图像及培养皿的图像进行分割，其中，采用双重阈值的灰度阈值法时选取的阈值为120-180；

36、s4：对培养皿的灰度图像进行分割，分割为16-24个扇形区域，对每个扇形区域内部每个像素点的灰度图像的亮度及灰度值进行求平均值，并对灰度值平均值大于155的图像区域进行标记，标记为削弱图像区域，对灰度值平均值小于145的图像区域进行标记，标记为加强图像区域；

37、s5：根据削弱图像区域和加强图像区域对不同方位的照明灯的光照强度进行调节，调节后保证所有扇形区域的内部灰度值平均值在145-155之内。

38、具体的，通过设置双重阈值的灰度阈值法对图像进行分割，可以将黑色背景的干扰进行去除，同时将培养皿内部微生物的图像进行去除，防止微生物图像颜色分布不均匀，对亮度计算造成影响，通过将灰度图像分割为16-24个扇形区域，可以更加精准的对图像的亮度分布状况进行统计和计算，从而可以在调节后使得亮度分布更加均匀，且整体亮度合适，采集的图像质量更高。

39、本发明的有益效果：

40、1、相对于现有技术在记录培养基上菌落的状态时，需要花时间去找角度找光线和深色背景去拍照记录，拍照过程复杂且耗时长，拍出的图像也可能会因为各种原因导致不合格，该记录装置通过自动调节位置和光照强度，可以实现自动化进行拍照，且采集到的图像质量好，合格率高；

41、2、通过多组压力传感器对培养皿的模糊位置进行确定，可以直接将高清摄像机移动到培养皿的上方，不需要多次采集图像，对培养皿进行定位，减少控制系统的复杂性，增加处理的速度，从而增加图像采集的速度，通过图像处理对高强摄像机和培养皿进行定位，定位更加精准，且省去人工对培养皿进行定位摆放，操作更加简单方便，通过对光照灯的光照强度进行调节，可以防止高清摄像机采集到的图像过暗或者曝光过强，导致采集到的图像质量较差；

42、3、通过设置双重阈值的灰度阈值法对图像进行分割，可以将黑色背景的干扰进行去除，同时将培养皿内部微生物的图像进行去除，防止微生物图像颜色分布不均匀，对亮度计算造成影响，通过将灰度图像分割为16-24个扇形区域，可以更加精准的对图像的亮度分布状况进行统计和计算，从而可以在调节后使得亮度分布更加均匀，且整体亮度合适，采集的图像质量更高。