菌斑周围透明带图像分析方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本发明涉及生物技术领域，具体涉及菌斑周围透明带图像分析方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

食品、医药、化学工业等工业，现今使用大量霉制剂，进行催化反应。因微生物分泌酶或代谢产物，使之分解、杀死或抑制，或由噬菌斑或者药物产生的抑制区域，在具有相关能力之微生物菌落周边，形成透明带。透明带面积大小反应出该微生物菌落分泌酶或代谢产物的能力强弱。对于具有抗生能力的代谢产物，对于透明带面积可用于分析是否需要拉长固态培养时间，更可以区辨出为杀死或抑制的机制。

现有技术为了计算透明带面积，在筛选过程中需要加入呈色剂，以增强透明带与培养基之背景对比度，增加区辨性。然而筛选过程里，由于培养皿上的菌落数极多，不同时间透明带亦有直径大小或透明带边际范围的定义。即使结合呈色剂使用，在肉眼或显微观察之下，在高通量筛菌过程里，仍会无法有效界定透明带范围。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出菌斑周围透明带图像分析方法、装置、设备及存储介质，能够快速、准确地计算菌株透明带的面积。

本发明实施例提供一种菌斑周围透明带图像分析方法，所述方法包括：

在预先配置固态培养基的培养皿中加入指示剂和菌种，并混合均匀，放至恒温培养箱中培养预设时间；

采用摄影设备对培养皿进行拍摄，获取含有菌斑透明带的培养皿图像；

采用图像处理算法得到培养皿图像的掩码图，提取掩码图中非0区域的图像，得到掩码图中透明带区域的最小边缘轮廓多边形；

计算最小边缘轮廓多边形的面积，得到菌斑透明带的面积。

优选地，所述固态培养基的配置过程包括：

将所有营养成分溶解并分散在琼脂的固态基底上；

将固态基底置于预设第一温度下灭菌预设的第一时长；

将灭菌后的固态基底放置在预设第二温度的恒温水浴锅中进行恒温培养，得到固态培养基。

作为一种优选方案，所述在预先配置固态培养基的培养皿中加入指示剂和菌种，并混合均匀，放至恒温培养箱中培养预设时间，具体包括：

将包含预设成分的指示剂加入所述固态培养基中，混合均匀，在超净台进行冷却；

将含菌种的液体均匀涂布在凝固后的固态培养基中，或将预设种类和预设浓度的抗生素的药敏测试片贴在凝固后的固态培养基中，完成菌种引入；

将引入菌种的固态培养基放入恒温培养箱中培养24小时～72小时。

进一步地，所述预设成分为大分子、小分子或对筛选标的敏感的菌株中的一个。

优选地，所述提取掩码图中非0区域的图像，得到掩码图中透明带区域的最小边缘轮廓多边形，具体包括：

提取所述掩码图中灰度值不为0的区域，得到透明带的分布范围；

确定分布范围的边界轮廓，作为最小边缘轮廓多边形。

优选地，所述计算最小边缘轮廓多边形的面积，得到菌斑透明带的面积，具体包括：

确定所述最小边缘轮廓多边形的最小内接圆，计算最小内接圆的计算面积；

根据计算面积进行图像比例换算确定菌斑透明带的面积。

本发明实施例提供一种菌斑周围透明带图像分析装置，所述装置包括：

菌种培养模块，用于在预先配置固态培养基的培养皿中加入指示剂和菌种，并混合均匀，放至恒温培养箱中培养预设时间；

图像获取模块，用于采用摄影设备对培养皿进行拍摄，获取含有菌斑透明带的培养皿图像；

图像处理模块，用于采用图像处理算法得到培养皿图像的掩码图，提取掩码图中非0区域的图像，得到掩码图中透明带区域的最小边缘轮廓多边形；

面积分析模块，用于计算最小边缘轮廓多边形的面积，得到菌斑透明带的面积。

作为一种优选方案，所述菌种培养模块具体用于：

将所有营养成分溶解并分散在琼脂的固态基底上；

将固态基底置于预设第一温度下灭菌预设的第一时长；

将灭菌后的固态基底放置在预设第二温度的恒温水浴锅中进行恒温培养，得到固态培养基。

所述菌种培养模块具体还用于：

将包含预设成分的指示剂加入所述固态培养基中，混合均匀，在超净台进行冷却；

将含菌种的液体均匀涂布在凝固后的固态培养基中，或将预设种类和预设浓度的抗生素的药敏测试片贴在凝固后的固态培养基中，完成菌种引入；

将引入菌种的固态培养基放入恒温培养箱中培养24小时～72小时。

进一步地，所述预设成分为大分子、小分子或对筛选标的敏感的菌株中的一个。

优选地，所述图像处理模块具体用于：

提取所述掩码图中灰度值不为0的区域，得到透明带的分布范围；

确定分布范围的边界轮廓，作为最小边缘轮廓多边形。

优选地，所述面积分析模块，具体用于：

确定所述最小边缘轮廓多边形的最小内接圆，计算最小内接圆的计算面积；

根据计算面积进行图像比例换算确定菌斑透明带的面积。

本发明实施例还提供一种终端设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述实施例中任意一项所述的菌斑周围透明带图像分析方法。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如上述实施例中任意一项所述的菌斑周围透明带图像分析方法。

本发明提供一种菌斑周围透明带图像分析方法、装置、设备及存储介质，通过在预先配置固态培养基的培养皿中加入指示剂和菌种，并混合均匀，放至恒温培养箱中培养预设时间；采用摄影设备对培养皿进行拍摄，获取含有菌斑透明带的培养皿图像；采用图像处理算法得到培养皿图像的掩码图，提取掩码图中非0区域的图像，得到掩码图中透明带区域的最小边缘轮廓多边形；计算最小边缘轮廓多边形的面积，得到菌斑透明带的面积。能够快速、准确地检测菌斑透明带的面积，减少人工测量菌斑周围透明带的边界定义产生的误差；通过计算的透明带面积结合高通量菌株挑选设备，能够进行高通量评估挑选，加速高产菌种的鉴定。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种菌斑周围透明带图像分析方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的掩码图的图像示意图；

图3是本发明实施例提供的一种菌斑周围透明带图像分析装置的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种终端设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，是本发明实施例提供的一种菌斑周围透明带图像分析方法的流程示意图，所述方法包括步骤S1～S4：

S1，在预先配置固态培养基的培养皿中加入指示剂和菌种，并混合均匀，放至恒温培养箱中培养预设时间；

S2，采用摄影设备对培养皿进行拍摄，获取含有菌斑透明带的培养皿图像；

S3，采用图像处理算法得到培养皿图像的掩码图，提取掩码图中非0区域的图像，得到掩码图中透明带区域的最小边缘轮廓多边形；

S4，计算最小边缘轮廓多边形的面积，得到菌斑透明带的面积。

在本实施例具体实施时，在预先配置的固态培养基的培养皿中加入菌种，经过后续恒温培养，生成透明带，为提高透明带在后续图像获取，以及图像处理过程中与菌斑的对比度，需要在培养菌种的同时添加指示剂，用于呈现透明带，便于后续透明带图像处理，获取准确透明带图像；

取出经过恒温培养箱恒温培养后的培养皿，经过恒温培养，此时培养皿上的菌落数极多，并且也形成了分布在菌落周围的透明带；

把含有菌斑透明带的培养皿放在平置的台面上，使用含有摄像功能的设备，对培养皿中的菌斑进行拍摄，得到含有菌斑透明带的培养皿图像；

使用图像处理算法，将培养皿图像转化为掩码图，掩码图转化过程具体为，使用图像处理算法将培养皿图像转化为灰度值图像，并在灰度值图像中将灰度值在第一范围内的像素点的灰度值确定为0，将灰度值在第二范围内的像素点的灰度值确定为1，此时得到的掩码图像具体为灰度值为1或1的像素点分布，通过掩码图能够将非0区域即透明带区域和背景区域明确区分，提取掩码图中非0区域的图像，得到掩码图中透明带区域，透明带区域不一定呈现规则的分布，因此会得到一个个像素点构成的最小边缘轮廓多边形。

通过对最小边缘轮廓多边形面积的计算得到菌斑透明带的面积。

通过图像处理方式，将计算的结果可视化，减少人工测量菌斑周围透明带的边界定义，减少了误差，实现快速、准确的透明带面积计算；通过计算的透明带面积结合高通量菌株挑选设备进行高通量评估挑选，加速高产菌种的鉴定。

在本发明提供的又一实施例中，所述固态培养基的配置过程包括：

将所有营养成分溶解并分散在琼脂的固态基底上；

将固态基底置于预设第一温度下灭菌预设的第一时长；

将灭菌后的固态基底放置在预设第二温度的恒温水浴锅中进行恒温培养，得到固态培养基。

在本实施例具体实施时，预先配制固态培养基的过程具体为：

将菌种培养的营养成分溶解并分散到作为固态基底的琼脂上，以121℃高温进行15～20分钟的灭菌处理，保证培养菌种的固态基底的洁净，避免其他菌种对于透明带的干扰。

待灭菌完成之后，于42℃～45℃水浴锅，恒温培养至所述固态基底的温度维持在42℃～45℃，培养之后得到固态培养基。

需要说明的是，采用当固态基底中采用了温度敏感的成份是，使用更低熔点琼脂作为基底，采用温度更低的水浴锅，水浴培养固态基底至30℃。

需要说明的是，在本实施例中，采用的灭菌温度、灭菌时间和水浴培养温度均为优选值，在其他实施例中，可针对具体采用的成分、菌种对设定的参数进行适应性调整。

在本发明提供的又一实施例中，所述步骤S1具体包括：

将包含预设成分的指示剂加入所述固态培养基中，混合均匀，在超净台进行冷却；

将含菌种的液体均匀涂布在凝固后的固态培养基中，或将预设种类和预设浓度的抗生素的药敏测试片贴在凝固后的固态培养基中，完成菌种引入；

将引入菌种的固态培养基放入恒温培养箱中培养24小时～72小时。

在本实施例具体实施时，以预设成分的指示剂，加入恒温后的固态培养基中，并混合均匀，以使指示剂平均地分配到培养皿中，保证后续透明带显现的准确性，并且于超净台冷却；

超净台冷却后，培养皿的固态基底将会凝固成固态，此时，进行菌种引入，引入的菌种可为菌种或抗生素的药敏测试片，引入过程具体为：

将含菌种的液体均匀涂布在凝固后的固态培养基中；或，

将预设种类和预设浓度的抗生素的药敏测试片贴在凝固后的固态培养基中。

引入菌种后将固态培养基放入恒温培养箱中培养24小时～72小时，培养菌种形成透明带。

在本发明提供的又一实施例中，所述预设成分为大分子、小分子或对筛选标的敏感的菌株中的一个。

在本实施例具体实施时，指示剂的预设成分具体可为大分子、小分子或对筛选标的敏感的菌株中的一个。

通过指示剂中的预设成分，提高菌种和透明带的对比度，便于在后续图像处理过程中更加准确的检测出透明带的面积。

在本发明提供的又一实施例中，所述提取掩码图中非0区域的图像，得到掩码图中透明带区域的最小边缘轮廓多边形，具体包括：

提取所述掩码图中灰度值不为0的区域，得到透明带的分布范围；

确定分布范围的边界轮廓，作为最小边缘轮廓多边形。

在本实施例具体实施时，提取最小边缘轮廓多边形的过程具体为：

确定预先提取的掩码图中灰度值不为0的区域作为透明带区域，即透明带的分布范围；

确定分布范围的便捷轮廓线，将便捷范围的边界轮廓线作为最小边缘轮廓多边形；

通过确定透明带的轮廓线作为最小边缘轮廓多边形，用于进行透明带面积计算，能够准确计算透明带面积。

需要说明的是，在本实施例中将掩码图中灰度值不为0的像素确定为透明带区域，在其他实施例中，根据掩码图的转换方法，可能得到负片的掩码图，因此需要确定灰度值为0的像素作为非0区域，及透明带区域。

在本发明提供的又一实施例中，所述步骤S4具体包括：

确定所述最小边缘轮廓多边形的最小内接圆，计算最小内接圆的计算面积；

根据计算面积进行图像比例换算确定菌斑透明带的面积。

在本实施例具体实施时，计算菌斑透明带面积的过程具体为：

参见图2，是本发明实施例提供的掩码图的图像示意图；在掩码图中存在两个最小边缘轮廓多边形，即存在两个透明带区域；

对于多个边缘轮廓多边形，分别求解每一最小边缘轮廓多边形面积，所有最小边缘轮廓多边形面积的总和即为总面积；

求解最小边缘轮廓多边形面积时，通过对最小边缘轮廓多边形进行几何运算，确定所述最小边缘轮廓多边形的最小内接圆，计算内接圆的面积；

根据计算面积进行图像比例换算确定菌斑透明带的面积；

由于菌种的分布特征，透明带呈现圆形，因此在进行透明带面积计算时，最优选择是以圆形计算，因此确定最小边缘轮廓多边形的最小内接圆，减少由于图像识别产生的误差，提高透明带面积的精确度。

需要说明的是，对于最小边缘轮廓多边形面积的计算还可通过统计其中像素点的数量，在整幅图像中的比例，根据比例和整幅图像的图像比例，换算得到最小边缘轮廓多边形的面积。

在本发明提供的又一实施例中，参见图3，是本发明实施例提供的一种菌斑周围透明带图像分析装置的结构示意图，所述装置包括：

菌种培养模块，用于在预先配置固态培养基的培养皿中加入指示剂和菌种，并混合均匀，放至恒温培养箱中培养预设时间；

图像获取模块，用于采用摄影设备对培养皿进行拍摄，获取含有菌斑透明带的培养皿图像；

图像处理模块，用于采用图像处理算法得到培养皿图像的掩码图，提取掩码图中非0区域的图像，得到掩码图中透明带区域的最小边缘轮廓多边形；

面积分析模块，用于计算最小边缘轮廓多边形的面积，得到菌斑透明带的面积。

本实施例提供的菌斑周围透明带图像分析装置，能够执行上述任一实施例提供的菌斑周围透明带图像分析方法的所有步骤与功能，在此对该装置的具体功能不作赘述。

参见图4，是本发明实施例提供的一种终端设备的结构示意图。所述终端设备包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，例如一种菌斑周围透明带图像分析程序。所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各个一种菌斑周围透明带图像分析方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤S1～S4。或者，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各装置实施例中各模块的功能。

示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块，所述一个或者多个模块被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个模块可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述一种菌斑周围透明带图像分析装置中的执行过程。例如，所述计算机程序可以被分割成各个模块，各模块具体功能在上述任一实施例提供的一种菌斑周围透明带图像分析方法中已作详细说明，在此对该装置的具体功能不作赘述。

所述一种菌斑周围透明带图像分析装置可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述一种菌斑周围透明带图像分析装置可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，所述示意图仅仅是一种菌斑周围透明带图像分析装置的示例，并不构成对一种菌斑周围透明带图像分析装置的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述一种菌斑周围透明带图像分析装置还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述一种菌斑周围透明带图像分析装置的控制中心，利用各种接口和线路连接整个一种菌斑周围透明带图像分析装置的各个部分。

所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述一种菌斑周围透明带图像分析装置的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(SecureDigital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

其中，所述一种菌斑周围透明带图像分析装置集成的模块如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。