線蟲識別系統及線蟲識別方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于生物醫學領域，特別地，涉及一種線蟲識別系統及線蟲識別方法。
【背景技術】
[0002] 秀剛隱桿線蟲（Caenorhabditiselegans)是一種無毒無害、非寄生（可以獨立生 存的）的線蟲，其成蟲長度約為一毫米，通身透明，纖細身軀。作為第一個完成了全基因組 測序的多細胞生物，秀麗隱桿線蟲（以下簡稱線蟲）在生物學研究中被廣泛作為模式生物 使用。
[0003] 線蟲對于生物學研究的意義也意味著對于線蟲識別這一操作的需求，目前很多實 驗室還是依靠借助數碼顯微鏡來人工識別，人工識別線蟲一方面非常耗費精力，另一方面 效率也并不算高。
[0004] 進一步地，本領域技術人員已將數字圖像處理和模式識別技術應用于線蟲自動識 別領域。然而現有的線蟲圖像自動識別技術識別率不高，魯棒性差，多數難以推向實際應 用。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于提供一種線蟲識別系統及線蟲識別方法，以解決現有技術中線 蟲識別技術存在的識別方法繁瑣、費時費力及識別率較低等問題。
[0006] 本發明在一方面提供一種線蟲識別系統，包括：機架；設于所述機架內、用于配置 線蟲培養皿的載物臺；設于所述機架內且位于所述載物臺上方的數碼顯微鏡，用于觀察所 述線蟲培養皿中的線蟲并獲取能滿足圖像識別要求的線蟲圖像信息；以及控制終端，與所 述數碼顯微鏡通信連接，用于接收從所述數碼顯微鏡處傳送來的線蟲圖像信息并對所述線 蟲圖像信息進行圖像識別；所述控制終端包括：灰度處理單元，用于對所述線蟲圖像信息 進行灰度處理；平滑處理單元，與所述灰度處理單元連接，用于對所述灰度處理單元進行灰 度處理后的所述線蟲圖像信息進行平滑處理；自適應閾值化處理單元，與所述平滑處理單 元連接，用于對所述平滑處理單元進行平滑處理后的所述線蟲圖像信息進行自適應閾值化 處理；輪廓提取單元，與所述自適應閾值化處理單元連接，用于對所述自適應閾值化處理單 元進行自適應閾值化處理后的所述線蟲圖像信息進行輪廓提取，以識別出所述線蟲圖像信 息中的線蟲。
[0007] 于本發明的一實施方式中，所述線蟲識別系統還包括對應所述線蟲培養皿的觀測 光源，所述觀測光源為位于所述線蟲培養皿的底部以提供朝向所述線蟲培養皿的均勻平行 光源。
[0008] 于本發明的一實施方式中，所述均勻平行光源包括LED多點光源，所述LED多點光 源置放于所述載物臺上，所述LED多點光源上配置有一毛玻璃，所述線蟲培養皿置放于所 述毛玻璃上。
[0009] 于本發明的一實施方式中，所述線蟲識別系統還包括：設于所述機架內、用于調整 所述數碼顯微鏡和所述載物臺相對位置關系的三維運動機構；以及與所述三維運動機構和 所述控制終端連接的控制板，用于接收來自通信連接的移動終端的控制指令而控制所述三 維運動機構。
[0010] 于本發明的一實施方式中，所述三維運動機構包括：驅動所述數碼顯微鏡沿X軸 運動的X軸運動裝置；驅動所述數碼顯微鏡沿Y軸運動的Y軸運動裝置；以及驅動所述載物 臺沿Z軸運動的Z軸運動裝置。
[0011] 于本發明的一實施方式中，所述X軸運動裝置包括：x軸導向桿、X軸絲桿、X軸導 向塊、以及X軸電機，所述X軸導向桿和所述X軸絲桿沿著X軸并行設置，所述數碼顯微鏡 固定于所述X軸導向塊且所述X軸導向塊套設于所述X軸導向桿，所述X軸電機套設于所 述X軸絲桿且與所述X軸導向塊連接；所述Y軸運動裝置包括：Y軸導向桿、Y軸絲桿、Y軸 導向塊、以及Y軸電機；Y軸導向桿為兩個，沿著Y軸方向分列于所述機架的頂部的相對兩 偵h所述γ軸絲桿與一個所述γ軸導向桿并行設置；γ軸導向塊為兩個，分別套設于兩個所 述Y軸導向桿，且，所述X軸導向桿和所述X軸絲桿的相對兩端分別插設于兩個所述Y軸導 向塊；所述Y軸電機套設于一個所述Y軸絲桿且與一個所述Y軸導向塊連接；以及所述Z軸 運動裝置包括：z軸導向桿、Z軸絲桿、以及Z軸電機，所述Z軸導向桿和所述Z軸絲桿沿著 Z軸并行設置，所述載物臺套設于所述Z軸導向桿和所述Z軸絲桿，所述Z軸電機套設于所 述Z軸絲桿且與所述載物臺連接。
[0012] 于本發明的一實施方式中，所述X軸運動裝置包括：X軸導向桿、X軸同步傳送帶、 X軸導向塊、以及X軸電機，所述X軸導向桿和所述X軸同步傳送帶沿著X軸并行設置，所述 數碼顯微鏡固定于所述X軸導向塊且所述X軸導向塊套設于所述X軸導向桿，所述X軸電 機套設于所述X軸同步傳送帶且與所述X軸導向塊連接；所述Y軸運動裝置包括：Y軸導向 桿、Y軸同步傳送帶、Y軸導向塊、以及Y軸電機；Y軸導向桿為兩個，沿著Y軸方向分列于所 述機架的頂部的相對兩側；所述Y軸同步傳送帶與一個所述Y軸導向桿并行設置；Y軸導向 塊為兩個，分別套設于兩個所述Y軸導向桿，且，所述X軸導向桿的相對兩端分別插設于兩 個所述Y軸導向塊；所述Y軸電機套設于一個所述Y軸同步傳送帶且與一個所述Y軸導向 塊連接；以及所述Z軸運動裝置包括：Z軸導向桿、Z軸絲桿、以及Z軸電機，所述Z軸導向 桿和所述Z軸絲桿沿著Z軸并行設置，所述載物臺套設于所述Z軸導向桿和所述Z軸絲桿， 所述Z軸電機套設于所述Z軸絲桿且與所述載物臺連接。
[0013] 于本發明的一實施方式中，所述數碼顯微鏡是通過一顯微鏡安裝架而固定于所述 X軸導向塊。
[0014] 于本發明的一實施方式中，所述載物臺為矩形臺面或三角臺面，所述載物臺的一 個側邊作為與所述Z軸運動裝置連接的連接側邊；以及在所述Z軸運動裝置中，包括兩個所 述Z軸導向桿和一個所述Z軸絲桿，所述Z軸絲桿居中，兩個所述Z軸導向桿位于所述Z軸 絲桿的相對兩側。
[0015] 于本發明的一實施方式中，所述X軸電機、所述Y軸電機、以及所述Z軸電機均為 步進電機。
[0016] 本發明提供的線蟲識別系統，包括有機架、載物臺、數碼顯微鏡、以及控制終端，所 述控制終端從所述數碼顯微鏡處傳送來的線蟲圖像信息并對所述線蟲圖像信息進行圖像 識別，以識別出所述線蟲圖像信息中的線蟲。相較于現有技術，本發明線蟲識別系統具有識 別方式簡單且快速，線蟲識別率高且通用性好便于推廣應用，可以在有雜菌和光照不均勻 的環境中進行識別等優點。
[0017] 本發明在另一方面提供一種線蟲識別方法，包括：將培養有線蟲的線蟲培養皿配 置于載物臺；由數碼顯微鏡觀察所述線蟲培養皿中的線蟲并獲取能滿足圖像識別要求的線 蟲圖像信息；以及由控制終端接收所述線蟲圖像信息并對所述線蟲圖像信息進行圖像識 另IJ，包括：對所述線蟲圖像信息進行灰度處理；對灰度處理后的所述線蟲圖像信息進行平 滑處理；以及對平滑處理后的所述線蟲圖像信息進行自適應閾值化處理和輪廓提取，以識 另IJ出所述線蟲圖像信息中的線蟲。
[0018] 于本發明的一實施方式中，將培養有線蟲的線蟲培養皿配置于載物臺，包括：將培 養有線蟲的線蟲培養皿定位于載物臺上；以及為所述線蟲培養皿提供觀測光源。
[0019] 于本發明的一實施方式中，所述觀測光源為位于所述線蟲培養皿的底部，以提供 朝向所述線蟲培養皿的均勻平行光源。
[0020] 于本發明的一實施方式中，所述線蟲識別方法還包括對所述載物臺進行調平。
[0021] 于本發明的一實施方式中，由數碼顯微鏡觀察所述線蟲培養皿中的線蟲并獲取能 滿足圖像識別要求的線蟲圖像信息，包括：通過數碼顯微鏡獲取觀察到的關于所述載物臺 上所述線蟲培養皿中線蟲的圖像信息，將所述圖像信息傳送至與所述數碼顯微鏡通信連接 的控制終端；由所述控制終端根據所述圖像信息而輸出控制指令并通過控制板來控制三維 運動機構以調整所述數碼顯微鏡和所述載物臺的相對位置，從而實現自動對焦；以及通過 所述數碼顯微鏡獲取能滿足圖像識別要求的線蟲圖像信息。
[0022] 于本發明的一實施方式中，控制三維運動機構以調整所述數碼顯微鏡和所述載物 臺的相對位置，包括：調整所述數碼顯微鏡在X軸和Y軸所構成的平面內的運動；以及調整 所述載物臺在Z軸上的運動。
[0023] 于本發明的一實施方式中，控制三維運動機構以調整所述數碼顯微鏡和所述載物 臺的相對位置，包括：調整所述數碼顯微鏡在X軸、Y軸以及Z軸的三維運動機構。
[0024] 于本發明的一實施方式中，所述平滑處理采用中值濾波。
[0025] 于本發明的一實施方式中，對平滑處理后的所述線蟲圖像信息進行自適應閾值化 處理和輪廓提取，包括：
[0026] 以每個像素點為中心，對其周圍一劃定的正方形區域內的像素求平均值來確定這 一點處的自適應閾值；
[0027] 將高于該自適應閾值的像素設定為0,而將低于該自適應閾值的像素設定為255 ;
[0028] 在獲得自適應閾值的結果后，通過提取圖像中最外面的外輪廓來找到所有白色 區域的邊界的像素，計算每個外輪廓所包含的面積并找出那些面積超過預定大小的輪廓， 刪掉不是線蟲的不超過預定大小的白色區域，將面積超過預定大小的白色區域作為目標區 ±或，勾畫出這些目標區域的矩形邊界框和外接圓來在圖像中標出它們的位置。
[0029] 本發明提供的線蟲識別方法，通過數碼顯微鏡觀察所述線蟲培養皿中的線蟲并獲 取能滿足圖像識別要求的線蟲圖像信息，對所述線蟲圖像信息進行灰度處理、平滑處理、自 適應閾值化處理以及輪廓提取之后，識別出所述線蟲圖像信息中的線蟲。相較于現有技術， 本發明線蟲識別方法具有識別方式簡單且快速，線蟲識別率高且通用性好便于推廣應用， 可以在有雜菌和光照不均勻的環境中進行識別等優點。
【附圖說明】
[0030] 圖1為本發明線蟲識別系統的在一實施方式中整體結構示意圖。
[0031] 圖2為圖1中載物臺上置放線蟲培養皿的示意圖。
[0032] 圖3為圖1中用于將數碼顯微鏡固定于X軸導向塊上的顯微鏡安裝架的結構示意 圖。
[0033]圖4為本發明線蟲識別系統中控制終端的功能模塊框圖。
[0034] 圖5為采用自適應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為本發明線蟲識別方法在一實施方式中的流程示意圖。
[0037] 圖8為圖7中步驟S57的細化步驟的流程示意圖。
[0038] 元件標號說明
[0039] 101 機架
[0040] 102 載物架
[0041] 103 載物臺
[0042] 104 底座
[0043] 105 數碼顯微鏡
[0044] 106 觀察口
[0045] 107 顯微鏡安裝架
[0046]108 箍架
[0047] 111 X軸導向桿
[0048]113 X軸同步傳送帶
[0049]115 X軸導向塊
[0050]119 Y軸導向桿
[0051]121 Y軸導