線蟲識(shí)別系統(tǒng)及線蟲識(shí)別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，特別地，涉及一種線蟲識(shí)別系統(tǒng)及線蟲識(shí)別方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 秀剛隱桿線蟲（Caenorhabditiselegans)是一種無(wú)毒無(wú)害、非寄生（可以獨(dú)立生 存的）的線蟲，其成蟲長(zhǎng)度約為一毫米，通身透明，纖細(xì)身軀。作為第一個(gè)完成了全基因組 測(cè)序的多細(xì)胞生物，秀麗隱桿線蟲（以下簡(jiǎn)稱線蟲）在生物學(xué)研究中被廣泛作為模式生物 使用。
[0003] 線蟲對(duì)于生物學(xué)研究的意義也意味著對(duì)于線蟲識(shí)別這一操作的需求，目前很多實(shí) 驗(yàn)室還是依靠借助數(shù)碼顯微鏡來(lái)人工識(shí)別，人工識(shí)別線蟲一方面非常耗費(fèi)精力，另一方面 效率也并不算高。
[0004] 進(jìn)一步地，本領(lǐng)域技術(shù)人員已將數(shù)字圖像處理和模式識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于線蟲自動(dòng)識(shí) 別領(lǐng)域。然而現(xiàn)有的線蟲圖像自動(dòng)識(shí)別技術(shù)識(shí)別率不高，魯棒性差，多數(shù)難以推向?qū)嶋H應(yīng) 用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種線蟲識(shí)別系統(tǒng)及線蟲識(shí)別方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中線 蟲識(shí)別技術(shù)存在的識(shí)別方法繁瑣、費(fèi)時(shí)費(fèi)力及識(shí)別率較低等問(wèn)題。
[0006] 本發(fā)明在一方面提供一種線蟲識(shí)別系統(tǒng)，包括：機(jī)架；設(shè)于所述機(jī)架內(nèi)、用于配置 線蟲培養(yǎng)皿的載物臺(tái)；設(shè)于所述機(jī)架內(nèi)且位于所述載物臺(tái)上方的數(shù)碼顯微鏡，用于觀察所 述線蟲培養(yǎng)皿中的線蟲并獲取能滿足圖像識(shí)別要求的線蟲圖像信息；以及控制終端，與所 述數(shù)碼顯微鏡通信連接，用于接收從所述數(shù)碼顯微鏡處傳送來(lái)的線蟲圖像信息并對(duì)所述線 蟲圖像信息進(jìn)行圖像識(shí)別；所述控制終端包括：灰度處理單元，用于對(duì)所述線蟲圖像信息 進(jìn)行灰度處理；平滑處理單元，與所述灰度處理單元連接，用于對(duì)所述灰度處理單元進(jìn)行灰 度處理后的所述線蟲圖像信息進(jìn)行平滑處理；自適應(yīng)閾值化處理單元，與所述平滑處理單 元連接，用于對(duì)所述平滑處理單元進(jìn)行平滑處理后的所述線蟲圖像信息進(jìn)行自適應(yīng)閾值化 處理；輪廓提取單元，與所述自適應(yīng)閾值化處理單元連接，用于對(duì)所述自適應(yīng)閾值化處理單 元進(jìn)行自適應(yīng)閾值化處理后的所述線蟲圖像信息進(jìn)行輪廓提取，以識(shí)別出所述線蟲圖像信 息中的線蟲。
[0007] 于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述線蟲識(shí)別系統(tǒng)還包括對(duì)應(yīng)所述線蟲培養(yǎng)皿的觀測(cè) 光源，所述觀測(cè)光源為位于所述線蟲培養(yǎng)皿的底部以提供朝向所述線蟲培養(yǎng)皿的均勻平行 光源。
[0008] 于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述均勻平行光源包括LED多點(diǎn)光源，所述LED多點(diǎn)光 源置放于所述載物臺(tái)上，所述LED多點(diǎn)光源上配置有一毛玻璃，所述線蟲培養(yǎng)皿置放于所 述毛玻璃上。
[0009] 于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述線蟲識(shí)別系統(tǒng)還包括：設(shè)于所述機(jī)架內(nèi)、用于調(diào)整 所述數(shù)碼顯微鏡和所述載物臺(tái)相對(duì)位置關(guān)系的三維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)；以及與所述三維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和 所述控制終端連接的控制板，用于接收來(lái)自通信連接的移動(dòng)終端的控制指令而控制所述三 維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
[0010] 于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述三維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括：驅(qū)動(dòng)所述數(shù)碼顯微鏡沿X軸 運(yùn)動(dòng)的X軸運(yùn)動(dòng)裝置；驅(qū)動(dòng)所述數(shù)碼顯微鏡沿Y軸運(yùn)動(dòng)的Y軸運(yùn)動(dòng)裝置；以及驅(qū)動(dòng)所述載物 臺(tái)沿Z軸運(yùn)動(dòng)的Z軸運(yùn)動(dòng)裝置。
[0011] 于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述X軸運(yùn)動(dòng)裝置包括：x軸導(dǎo)向桿、X軸絲桿、X軸導(dǎo) 向塊、以及X軸電機(jī)，所述X軸導(dǎo)向桿和所述X軸絲桿沿著X軸并行設(shè)置，所述數(shù)碼顯微鏡 固定于所述X軸導(dǎo)向塊且所述X軸導(dǎo)向塊套設(shè)于所述X軸導(dǎo)向桿，所述X軸電機(jī)套設(shè)于所 述X軸絲桿且與所述X軸導(dǎo)向塊連接；所述Y軸運(yùn)動(dòng)裝置包括：Y軸導(dǎo)向桿、Y軸絲桿、Y軸 導(dǎo)向塊、以及Y軸電機(jī)；Y軸導(dǎo)向桿為兩個(gè)，沿著Y軸方向分列于所述機(jī)架的頂部的相對(duì)兩 偵h所述γ軸絲桿與一個(gè)所述γ軸導(dǎo)向桿并行設(shè)置；γ軸導(dǎo)向塊為兩個(gè)，分別套設(shè)于兩個(gè)所 述Y軸導(dǎo)向桿，且，所述X軸導(dǎo)向桿和所述X軸絲桿的相對(duì)兩端分別插設(shè)于兩個(gè)所述Y軸導(dǎo) 向塊；所述Y軸電機(jī)套設(shè)于一個(gè)所述Y軸絲桿且與一個(gè)所述Y軸導(dǎo)向塊連接；以及所述Z軸 運(yùn)動(dòng)裝置包括：z軸導(dǎo)向桿、Z軸絲桿、以及Z軸電機(jī)，所述Z軸導(dǎo)向桿和所述Z軸絲桿沿著 Z軸并行設(shè)置，所述載物臺(tái)套設(shè)于所述Z軸導(dǎo)向桿和所述Z軸絲桿，所述Z軸電機(jī)套設(shè)于所 述Z軸絲桿且與所述載物臺(tái)連接。
[0012] 于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述X軸運(yùn)動(dòng)裝置包括：X軸導(dǎo)向桿、X軸同步傳送帶、 X軸導(dǎo)向塊、以及X軸電機(jī)，所述X軸導(dǎo)向桿和所述X軸同步傳送帶沿著X軸并行設(shè)置，所述 數(shù)碼顯微鏡固定于所述X軸導(dǎo)向塊且所述X軸導(dǎo)向塊套設(shè)于所述X軸導(dǎo)向桿，所述X軸電 機(jī)套設(shè)于所述X軸同步傳送帶且與所述X軸導(dǎo)向塊連接；所述Y軸運(yùn)動(dòng)裝置包括：Y軸導(dǎo)向 桿、Y軸同步傳送帶、Y軸導(dǎo)向塊、以及Y軸電機(jī)；Y軸導(dǎo)向桿為兩個(gè)，沿著Y軸方向分列于所 述機(jī)架的頂部的相對(duì)兩側(cè)；所述Y軸同步傳送帶與一個(gè)所述Y軸導(dǎo)向桿并行設(shè)置；Y軸導(dǎo)向 塊為兩個(gè)，分別套設(shè)于兩個(gè)所述Y軸導(dǎo)向桿，且，所述X軸導(dǎo)向桿的相對(duì)兩端分別插設(shè)于兩 個(gè)所述Y軸導(dǎo)向塊；所述Y軸電機(jī)套設(shè)于一個(gè)所述Y軸同步傳送帶且與一個(gè)所述Y軸導(dǎo)向 塊連接；以及所述Z軸運(yùn)動(dòng)裝置包括：Z軸導(dǎo)向桿、Z軸絲桿、以及Z軸電機(jī)，所述Z軸導(dǎo)向 桿和所述Z軸絲桿沿著Z軸并行設(shè)置，所述載物臺(tái)套設(shè)于所述Z軸導(dǎo)向桿和所述Z軸絲桿， 所述Z軸電機(jī)套設(shè)于所述Z軸絲桿且與所述載物臺(tái)連接。
[0013] 于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述數(shù)碼顯微鏡是通過(guò)一顯微鏡安裝架而固定于所述 X軸導(dǎo)向塊。
[0014] 于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述載物臺(tái)為矩形臺(tái)面或三角臺(tái)面，所述載物臺(tái)的一 個(gè)側(cè)邊作為與所述Z軸運(yùn)動(dòng)裝置連接的連接側(cè)邊；以及在所述Z軸運(yùn)動(dòng)裝置中，包括兩個(gè)所 述Z軸導(dǎo)向桿和一個(gè)所述Z軸絲桿，所述Z軸絲桿居中，兩個(gè)所述Z軸導(dǎo)向桿位于所述Z軸 絲桿的相對(duì)兩側(cè)。
[0015] 于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述X軸電機(jī)、所述Y軸電機(jī)、以及所述Z軸電機(jī)均為 步進(jìn)電機(jī)。
[0016] 本發(fā)明提供的線蟲識(shí)別系統(tǒng)，包括有機(jī)架、載物臺(tái)、數(shù)碼顯微鏡、以及控制終端，所 述控制終端從所述數(shù)碼顯微鏡處傳送來(lái)的線蟲圖像信息并對(duì)所述線蟲圖像信息進(jìn)行圖像 識(shí)別，以識(shí)別出所述線蟲圖像信息中的線蟲。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明線蟲識(shí)別系統(tǒng)具有識(shí) 別方式簡(jiǎn)單且快速，線蟲識(shí)別率高且通用性好便于推廣應(yīng)用，可以在有雜菌和光照不均勻 的環(huán)境中進(jìn)行識(shí)別等優(yōu)點(diǎn)。
[0017] 本發(fā)明在另一方面提供一種線蟲識(shí)別方法，包括：將培養(yǎng)有線蟲的線蟲培養(yǎng)皿配 置于載物臺(tái)；由數(shù)碼顯微鏡觀察所述線蟲培養(yǎng)皿中的線蟲并獲取能滿足圖像識(shí)別要求的線 蟲圖像信息；以及由控制終端接收所述線蟲圖像信息并對(duì)所述線蟲圖像信息進(jìn)行圖像識(shí) 另IJ，包括：對(duì)所述線蟲圖像信息進(jìn)行灰度處理；對(duì)灰度處理后的所述線蟲圖像信息進(jìn)行平 滑處理；以及對(duì)平滑處理后的所述線蟲圖像信息進(jìn)行自適應(yīng)閾值化處理和輪廓提取，以識(shí) 另IJ出所述線蟲圖像信息中的線蟲。
[0018] 于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，將培養(yǎng)有線蟲的線蟲培養(yǎng)皿配置于載物臺(tái)，包括：將培 養(yǎng)有線蟲的線蟲培養(yǎng)皿定位于載物臺(tái)上；以及為所述線蟲培養(yǎng)皿提供觀測(cè)光源。
[0019] 于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述觀測(cè)光源為位于所述線蟲培養(yǎng)皿的底部，以提供 朝向所述線蟲培養(yǎng)皿的均勻平行光源。
[0020] 于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述線蟲識(shí)別方法還包括對(duì)所述載物臺(tái)進(jìn)行調(diào)平。
[0021] 于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，由數(shù)碼顯微鏡觀察所述線蟲培養(yǎng)皿中的線蟲并獲取能 滿足圖像識(shí)別要求的線蟲圖像信息，包括：通過(guò)數(shù)碼顯微鏡獲取觀察到的關(guān)于所述載物臺(tái) 上所述線蟲培養(yǎng)皿中線蟲的圖像信息，將所述圖像信息傳送至與所述數(shù)碼顯微鏡通信連接 的控制終端；由所述控制終端根據(jù)所述圖像信息而輸出控制指令并通過(guò)控制板來(lái)控制三維 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)以調(diào)整所述數(shù)碼顯微鏡和所述載物臺(tái)的相對(duì)位置，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)焦；以及通過(guò) 所述數(shù)碼顯微鏡獲取能滿足圖像識(shí)別要求的線蟲圖像信息。
[0022] 于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，控制三維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)以調(diào)整所述數(shù)碼顯微鏡和所述載物 臺(tái)的相對(duì)位置，包括：調(diào)整所述數(shù)碼顯微鏡在X軸和Y軸所構(gòu)成的平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)；以及調(diào)整 所述載物臺(tái)在Z軸上的運(yùn)動(dòng)。
[0023] 于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，控制三維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)以調(diào)整所述數(shù)碼顯微鏡和所述載物 臺(tái)的相對(duì)位置，包括：調(diào)整所述數(shù)碼顯微鏡在X軸、Y軸以及Z軸的三維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
[0024] 于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述平滑處理采用中值濾波。
[0025] 于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，對(duì)平滑處理后的所述線蟲圖像信息進(jìn)行自適應(yīng)閾值化 處理和輪廓提取，包括：
[0026] 以每個(gè)像素點(diǎn)為中心，對(duì)其周圍一劃定的正方形區(qū)域內(nèi)的像素求平均值來(lái)確定這 一點(diǎn)處的自適應(yīng)閾值；
[0027] 將高于該自適應(yīng)閾值的像素設(shè)定為0,而將低于該自適應(yīng)閾值的像素設(shè)定為255 ;
[0028] 在獲得自適應(yīng)閾值的結(jié)果后，通過(guò)提取圖像中最外面的外輪廓來(lái)找到所有白色 區(qū)域的邊界的像素，計(jì)算每個(gè)外輪廓所包含的面積并找出那些面積超過(guò)預(yù)定大小的輪廓， 刪掉不是線蟲的不超過(guò)預(yù)定大小的白色區(qū)域，將面積超過(guò)預(yù)定大小的白色區(qū)域作為目標(biāo)區(qū) ±或，勾畫出這些目標(biāo)區(qū)域的矩形邊界框和外接圓來(lái)在圖像中標(biāo)出它們的位置。
[0029] 本發(fā)明提供的線蟲識(shí)別方法，通過(guò)數(shù)碼顯微鏡觀察所述線蟲培養(yǎng)皿中的線蟲并獲 取能滿足圖像識(shí)別要求的線蟲圖像信息，對(duì)所述線蟲圖像信息進(jìn)行灰度處理、平滑處理、自 適應(yīng)閾值化處理以及輪廓提取之后，識(shí)別出所述線蟲圖像信息中的線蟲。相較于現(xiàn)有技術(shù)， 本發(fā)明線蟲識(shí)別方法具有識(shí)別方式簡(jiǎn)單且快速，線蟲識(shí)別率高且通用性好便于推廣應(yīng)用， 可以在有雜菌和光照不均勻的環(huán)境中進(jìn)行識(shí)別等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0030] 圖1為本發(fā)明線蟲識(shí)別系統(tǒng)的在一實(shí)施方式中整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031] 圖2為圖1中載物臺(tái)上置放線蟲培養(yǎng)皿的示意圖。
[0032] 圖3為圖1中用于將數(shù)碼顯微鏡固定于X軸導(dǎo)向塊上的顯微鏡安裝架的結(jié)構(gòu)示意 圖。
[0033]圖4為本發(fā)明線蟲識(shí)別系統(tǒng)中控制終端的功能模塊框圖。
[0034] 圖5為采用自適應(yīng)閾值化處理后的線蟲圖像示意圖。
[0035] 圖6為采用輪廓提取后的線蟲圖像示意圖。
[0036] 圖7為本發(fā)明線蟲識(shí)別方法在一實(shí)施方式中的流程示意圖。
[0037] 圖8為圖7中步驟S57的細(xì)化步驟的流程示意圖。
[0038] 元件標(biāo)號(hào)說(shuō)明
[0039] 101 機(jī)架
[0040] 102 載物架
[0041] 103 載物臺(tái)
[0042] 104 底座
[0043] 105 數(shù)碼顯微鏡
[0044] 106 觀察口
[0045] 107 顯微鏡安裝架
[0046]108 箍架
[0047] 111 X軸導(dǎo)向桿
[0048]113 X軸同步傳送帶
[0049]115 X軸導(dǎo)向塊
[0050]119 Y軸導(dǎo)向桿
[0051]121 Y軸導(dǎo)