高通量多种类菌落计数方法

技术领域

本发明涉及生物试剂检测的技术领域，更具体地说，本发明涉及一种高通量多种类菌落计数方法。

背景技术

微生物菌落计数是一种常见的生物学检测方法，广泛应用于饮用水、食品/药品、洁净厂房、机舱物表面、病原微生物实验室等多种环境的微生物检测中。样本采样后直接或经过适当稀释后涂布于固体培养基表面，经过一定培养时间，待形成肉眼可见的菌落后判断原始样本中菌体的数量。传统培养法作为一种金标准方法，其结合肉眼计数，结果报告时间为2-5天，紧急情况下的计数需求无法满足。如若干个微生物在物理空间上十分接近时，其在生长的过程中常常发生菌落融合，结果判断为单一菌落，造成实际结果与计量结果偏离。

为了解决菌体生长过程菌落融合所导致的计数结果偏离问题，菌落生长过程进行实时监测是一个可行的解决方案。通过对微生物菌落形成过程的观察，能够更好解决上述问题，实现菌落计数结果更加接近实际值。近年来，基于高清晰度图像采集和处理方法的菌落自动计数仪器快速发展。这类方法依靠可见光或近红外图像计数，实时拍摄培养皿上菌群在生长过程中的图像，然后依靠图像处理方法判断菌落数量。但是，仍存在以下不足：一、通量低，现有仪器都是通过一个镜头对单一培养皿进行识别，面向高通量检测需求通过抓取机械装置实现培养皿的运送，限制了检测通量的提升；二、针对多种类菌落计数的准确度不足，相关仪器针对单一培养皿设计，在同时检测多种类菌落的培养皿时，由于光照环境、图像处理算法固定，难以保证对不同类培养皿中菌落计数结果的准确度。

发明内容

针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种高通量多种类菌落计数方法，用于解决高通量检测的准确度不高问题，提高同时检测培养皿的通量、计数准确度和效率。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，本发明通过以下技术方案实现：

本发明提供一种高通量多种类菌落计数方法，其包括以下步骤：

原位定时检测：打开背景光源，若干个摄像头对准一个待观测的培养皿、若干个所述待观测的培养皿同时进行原位定时检测，获取所有培养皿实时图像并保存；

菌落识别与计数：加载所有培养皿实时图像，通过图像预处理，自动识别菌落并进行计数。

优选的是，原位定时检测，包括以下步骤：

加载和初始化所述摄像头；

设置拍照时长和定时间隔；

判断所述定时间隔是否到达：若到达，打开背景光源，所述摄像头进行第一轮拍摄待观测的培养皿实时图像并保存，关闭背景光源，所述摄像头进行多轮拍摄直到所述拍照时长结束；否则，初始化所述摄像头。

优选的是，所述图像预处理，包括对加载的所有培养皿实时图像依次进行图像灰度化、图像平滑、边缘检测的处理。

优选的是，所述图像预处理，还包括对边缘检测的培养皿实时图像进行阈值分割。

优选的是，自动识别菌落并进行计数，还包括对预处理后的培养皿实时图像依次进行边缘剔除、形态学处理，获得菌落计数结果。

优选的是，所述形态学处理包括对菌落点依次进行膨胀、腐蚀、分割的处理。

优选的是，所述边缘剔除采用基于霍夫变换的方法，所述分割采用基于分水岭算法。

本发明至少包括以下有益效果：

本发明提供的高通量多种类菌落计数方法，通过背景光源配合若干个摄像头对准一个待观测的培养皿、若干个待观测的培养皿同时进行原位定时检测，获取所有培养皿实时图像后进行图像预处理，可实现自动识别菌落并进行计数，解决高通量检测的准确度不高问题，提高同时检测培养皿的通量、计数准确度和效率，不用人工干预的不间断菌落生长监测和分析。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为高通量多种类菌落计数方法的流程图；

图2为高通量多种类菌落计数的图像采集流程示意图；

图3为高通量多种类菌落计数的图像预处理与识别计数流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1-3所示，本实施方式提供一种高通量多种类菌落计数方法，包括以下步骤：

S10，原位定时检测：打开背景光源，若干个摄像头对准一个待观测的培养皿、若干个待观测的培养皿同时进行原位定时检测，获取所有培养皿实时图像并保存；

S20，菌落识别与计数：加载所有培养皿实时图像，通过图像预处理，自动识别菌落并进行计数。

上述实施方式中，微生物菌落在培养皿中形成的过程需要黑暗环境，而摄像头拍摄采集图像需要光照，因此，上述步骤S10中，背景光源的打开，满足摄像头拍照的照明需求。原位定时检测，是指对同一位置的培养皿通过若干个摄像头定时拍摄多次，取最优图像，以进一步提高识别的准确性；若干个摄像头同时对准一个待观测的培养皿、若干个待观测的培养皿同时进行原位定时检测，是为了避免由于位移误差可能导致的菌落识别错误，提高菌落识别准确性。步骤S20中主要通过计算机视觉的方法，通过对培养皿实时图像的图像处理，以对菌落的自动识别和计数。为了提高图像质量，摄像头优选为可以360度旋转的高清摄像头。至于培养皿的数量、菌落种类均不受限，因为摄像头拍摄图像后均可通过图像预处理来识别和计数，从而满足高通量、多种类菌落的自动识别与计数，计数准确度和效率高，不用人工干预的不间断菌落生长监测和分析。

需要说明的是，上述实施方式中的摄像头数量，视具体菌落培养皿数量而定，保证多个摄像头对应一个培养皿拍摄后可获取高清培养皿实时图像即可。例如，9个培养皿，可以优选设置27个摄像头，每3个摄像头对准一个培养皿，9个培养皿同时进行原位定时检测。

作为上述实施方式的优选，步骤S10中，原位定时检测，具体包括以下步骤：

S11，加载和初始化摄像头；

S12，设置拍照时长和定时间隔；

S13，判断定时间隔是否到达：若到达，打开背景光源，摄像头进行第一轮拍摄待观测的培养皿实时图像并保存，关闭背景光源，摄像头进行多轮拍摄直到所述拍照时长结束；否则，初始化所述摄像头。

该实施方式中，通过设置拍照时长，控制对培养皿拍摄的时间和获取的图像数量；设置定时间隔，即超过这个定时间隔，摄像头和背景光源均关闭，从而避免影响菌落正常生长；另外，定时间隔后的重复拍摄，是为实时动态监测菌落生长提供图像基础，从而实现可以动态回播每个培养皿中菌落增长过程的动画。至于具体的拍照时长和定时间隔，本发明不做具体限制，满足拍摄并获取高清培养皿实时图像保存且不影响菌落正常生长即可。

整个过程可以示例为：

加载接入系统的所有高清摄像头并完成初始化工作；用户设定拍照时长和定时间隔后，系统开始连续拍照，每轮拍照时先打开背景光源，高清摄像头自动对焦并拍摄培养皿实时图片，保存在对应路径后关闭背景光源，并进行下一轮拍照，直到达到预设的拍照时长，结束拍照。进入定时间隔，等到定时间隔结束后，摄像头将继续进行下一轮的拍摄。

作为上述实施方式的优选，步骤S20中，图像预处理，包括对加载的所有培养皿实时图像依次进行图像灰度化、图像平滑、边缘检测的处理。这里边缘检测优选采用Canny边缘检测方法。作为进一步优选，对边缘检测的培养皿实时图像进行阈值分割，这里优选采用最大类间方差法进行自适应的阈值分割，以得到效果更好的培养皿图像。

作为上述实施方式的优选，步骤S20中，自动识别菌落并进行计数，还包括对预处理后的培养皿实时图像依次进行边缘剔除、形态学处理，获得菌落计数结果。由于培养皿图像会包含培养皿边缘，而很多菌落可能分布在培养皿边缘，给菌落识别带来困难，因此本发明优选采用基于霍夫变换的边缘剔除方法进行边缘剔除。边缘剔除后，作为进一步的优选，形态学处理包括对菌落点依次进行膨胀、腐蚀、分割的处理。这里优选采用基于分水岭算法对距离较近的多个菌落进行分割，从而输出菌落计数结果。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。