CN108285866A - 一种具有图像分析功能的培养箱 - Google Patents

一种具有图像分析功能的培养箱 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有图像分析功能的培养箱，包括培养箱主体、微处理芯片、图像采集模块、程序模块，图像采集模块固定设置于培养箱主体的内侧，所述的图像采集模块与培养箱主体固定连接；图像采集模块得输出端与微处理芯片的第一输入端电连接；微处理芯片存储有程序模块。本发明通过边界算法首先识别出微生物群落边界，通过微生物群落边界得到微生物群落突变点，结合微生物知识得到微生物群落的迁徙路径。本发明有以下优点：1．通过算法得到微生物群落的突变点和迁徙路径，相比于人工观察和绘制，效率和准确性都得到提高；通过湿度传感器和温湿度调控单元可以自动调节培养箱的温湿度参数；通过紫外线消毒可以有效防止培养箱内的微生物残留。

Description

一种具有图像分析功能的培养箱
技术领域
本发明涉及生物培养箱领域，更具体地，涉及一种具有图像分析功能的培养箱。
背景技术
目前，现有的微生物培养箱主要用于培养微生物，对微生物的培养情况主要通过科研人员的观察进行。关于微生物群落的突变点，主要是科研人员主观上的判断，存在标准不一，结论准确性不高的问题。同时，对于和微生物群落的迁徙路径，同样通过科研人员手动进行绘制，工作效率低。
其次，微生物的培养对培养环境温湿度的要求非常严格，不同的微生物培养时需要的温湿度环境也是不同的。同时，现有的培养箱还存在清洁残留问题，若培养箱存在残留微生物，会影响下一次的使用，严重地甚至会导致实验失败。
发明内容
本发明克服了现有培养箱的技术缺陷，提供了一种新的具有图像分析功能的培养箱。发明通过边界算法首先识别出微生物群落边界，通过微生物群落边界得到微生物群落突变点，结合微生物知识得到微生物群落的迁徙路径。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种具有图像分析功能的培养箱，包括培养箱主体、微处理芯片、图像采集模块、程序模块，其中，
所述的图像采集模块固定设置于培养箱主体的内侧，所述的图像采集模块与培养箱主体固定连接；
所述的图像采集模块得输出端与微处理芯片的第一输入端电连接；
所述的微处理芯片存储有程序模块，所述的程序模块被微处理芯片执行时包括以下步骤：
S1：通过图像采集模块采集关于微生物的图像信息；
S2：通过边界算法对微生物培养的图像信息进行分析，得到微生物群落的边界信息；
S3：通过微生物群落的边界信息，得到微生物群落的突变点；
S4：将S1~S3重复执行N次，所述的N是大于2的正数；
S5：通过记录N次微生物群落的突变点，得到微生物群落的迁徙路径。
在一种优选的方案中，所述的S3包括以下流程：
S3.1：计算关于微生物群落的边界与培养基的基准面的距离，所述的距离设为D；
S3.2：将微生物群落中D的数值的最大值定义为本次微生物群落的暂变点；
S3.3：若暂变点的D值小于人为设定的阈值时，不保存本次暂变点的信息，重新执行S1；若暂变点的D值不小于人为设定的阈值时，将本次暂变点定义为突变点，并将突变点的坐标信息进行保存。
本优选方案，针对不用的微生物需要设定不同的阈值，有更高的适应性。其次，通过边界算法进行突变点的识别，比科研人员通过人工观察的精度更高，更准确。
在一种优选的方案中，所述的S5包括以下流程：
S5.1：将培养基中接种微生物的若干个节点设为第一代节点；
S5.2：每一个第一代节点分裂形成的群落的边界上的突变点设定为第二代节点，所述的第二代节点与形成第二代节点的第一代节点存在父子关系；
S5.3：设正整数M，初始化M=2，每一个第M代节点分裂形成的群落的边界上的突变点设定为第M+1代节点，所述的第M代节点与形成第M+1代节点的第M代节点存在父子关系；
S5.4：若存在突变点没有完成设定，则M=M+1，执行S5.3；若突变点完成设定，则执行S5.5；
S5.5：将第一代节点与其有父亲关系的第二代节点用直线连接，将第二代节点与其有父亲关系的第三代节点用直线连接，直至将有节点用直线连接完成。
在一种优选的方案中，所述的培养箱还包括显示模块，所述的显示模块的输入端与微处理芯片的第一输出端电连接。
在一种优选的方案中，所述的程序模块还包括S6，S6包括以下内容：
将S1的微生物的图像信息、S3的突变点位置信息和S5的微生物群落的迁徙路径传输至显示模块，并通过显示模块进行叠加，最后合并显示。
本优选方案中，通过将S1的微生物的图像信息、S3的突变点位置信息和S5的微生物群落的迁徙路径合并显示，能够给予科研人员更具体，更详细的微生物群落信息。
在一种优选的方案中，所述的培养箱主体的载物板设置有刻度，所述的刻度与S3.3的突变点的位置信息相对应。
本优选方案中，由于载物板的刻度与S3.3的突变点的位置信息相对应，因此当科研人员对图像中的那个突变点有疑问时，可以通过图像中的突变点直接找到对应在载物板上面的群落，提高了效率和准确性。
在一种优选的方案中，所述的图像采集模块包括摄像头和光源，其中，
所述的摄像头设置在培养箱主体的内侧，摄像头与培养箱主体固定连接，且摄像头正对培养箱内的载物板，摄像头的输出端作为图像采集模块的输出端，摄像头的输出端与微处理芯片的第一输入端电连接；
所述的光源设置在培养箱主体的内侧，光源与培养箱主体固定连接。
在一种优选的方案中，所述的培养箱还包括温湿度传感器和温湿度控制模块，其中，
所述的温湿度传感器设置在培养箱主体的内侧，温湿度传感器与培养箱主体固定连接，温湿度传感器的输出端与微处理芯片的第二输入端电连接；
所述的温湿度控制模块设置在培养箱主体的内侧，温湿度控制模块与培养箱主体固定连接，温湿度控制模块的输入端与微处理芯片的第二输出端电连接。
本优选方案通过温湿度传感器测量培养箱的温湿度参数，然后通过温湿度调控单元调节培养箱的温湿度参数。
在一种优选的方案中，所述的培养箱还包括气体传感器和风机，其中，
所述的气体传感器设置在培养箱主体的内侧，气体传感器与培养箱主体固定连接，气体传感器的输出端与微处理芯片的第三输入端电连接；
所述的风机设置在培养箱的通气孔，且风机不启动时，培养箱内部与培养箱外部不会发生气体交换，风机的输入端与微处理芯片的第三输出端电连接。
在一种优选的方案中，所述的培养箱还包括紫外线模块，所述的紫外线模块设置在培养箱主体的内侧，紫外线模块与培养箱主体固定连接，紫外线模块的输出端与微处理芯片的第四输出端电连接。
本优选方案中，可以通过紫外线模块对培养箱进行消毒。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
1．通过算法得到微生物群落的突变点和迁徙路径，相比于人工观察和绘制，效率和准确性都得到提高；
2．通过湿度传感器和温湿度调控单元可以自动调节培养箱的温湿度参数；
3．通过气体传感器和风机可以自动对培养箱进行气体交换；
4．通过紫外线消毒可以有效防止培养箱内的微生物残留。
附图说明
图1为实施例的模块图。
图2为实施例的突变点识别图。
图3为实施例的微生物群落的迁徙路径图。
图4为实施例的程序模块流程图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1为本发明应用在电线杆其中一根导线上。
如图1所示，一种具有图像分析功能的培养箱，包括培养箱主体、微处理芯片、摄像头、光源、程序模块、 温湿度传感器、温湿度控制模块、气体传感器、风机、显示模块、紫外线模块，其中，
微处理芯片设置在培养箱主体的内侧；
摄像头设置在培养箱主体的内侧，摄像头与培养箱主体固定连接，且摄像头正对培养箱内的载物板，摄像头的输出端作为图像采集模块的输出端，摄像头的输出端与微处理芯片的第一输入端电连接；
光源设置在培养箱主体的内侧，光源与培养箱主体固定连接；
温湿度传感器设置在培养箱主体的内侧，温湿度传感器与培养箱主体固定连接，温湿度传感器的输出端与微处理芯片的第二输入端电连接；
温湿度控制模块设置在培养箱主体的内侧，温湿度控制模块与培养箱主体固定连接，温湿度控制模块的输入端与微处理芯片的第二输出端电连接；
气体传感器设置在培养箱主体的内侧，气体传感器与培养箱主体固定连接，气体传感器的输出端与微处理芯片的第三输入端电连接；
风机设置在培养箱的通气孔，且风机不启动时，培养箱内部与培养箱外部不会发生气体交换，风机的输入端与微处理芯片的第三输出端电连接；
显示模块的输入端与微处理芯片的第一输出端电连接；
紫外线模块设置在培养箱主体的内侧，紫外线模块与培养箱主体固定连接，紫外线模块的输出端与微处理芯片的第四输出端电连接；
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
如图4所示，微处理芯片存储有程序模块，所程序模块被微处理芯片执行时包括以下步骤：
S1：通过摄像头采集关于微生物的图像信息。
S2：通过边界算法对微生物培养的图像信息进行分析，得到微生物群落的边界信息。
S3：通过微生物群落的边界信息，得到微生物群落的突变点：
S3.1：计算关于微生物群落的边界与培养基的基准面的距离，所述的距离设为D；
S3.2：将微生物群落中D的数值的最大值定义为本次微生物群落的暂变点；
S3.3：若暂变点的D值小于人为设定的阈值时，不保存本次暂变点的信息，重新执行S1；若暂变点的D值不小于设定的阈值时，将本次暂变点定义为突变点，并将突变点的坐标信息进行保存。
S4：将S1~S3重复执行N次，所述的N是大于2的正数。
S5：通过记录N次微生物群落的突变点，得到微生物群落的迁徙路径：
S5.1：将培养基中接种微生物的若干个节点设为第一代节点；
S5.2：每一个第一代节点分裂形成的群落的边界上的突变点设定为第二代节点，所述的第二代节点与形成第二代节点的第一代节点存在父子关系；
S5.3：设正整数M，初始化M=2，每一个第M代节点分裂形成的群落的边界上的突变点设定为第M+1代节点，所述的第M代节点与形成第M+1代节点的第M代节点存在父子关系；
S5.4：若存在突变点没有完成设定，则M=M+1，执行S5.3；若突变点完成设定，则执行S5.5；
S5.5：将第一代节点与其有父亲关系的第二代节点用直线连接，将第二代节点与其有父亲关系的第三代节点用直线连接，直至将有节点用直线连接完成。
S6：将微生物的图像信息、突变点位置信息和微生物群落的迁徙路径传输至显示模块叠加显示。
另外，培养箱主体的载物板设置有刻度，载物板的刻度与S3.3的突变点的位置信息相对应，且载物板覆盖有梯度浓度抗生素的。
本实施例中，S3.3的设定的阈值在培养不同的微生物是不同的，可参照表1进行设定。
本实施例用于筛选抗耐药性的细菌，通过将细菌种植在梯度浓度抗生素的载物板上，通过摄像头进行图像采集，得到突变点（如图2所示），再根据突变点
得到的细菌的迁徙路径（如图4所示）。若通过图像信息需要挑选某个群落，可以根据图像上的群落坐标，在载物板的刻度上寻找相对应的群落。
附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有图像分析功能的培养箱，包括培养箱主体，其特征在于，还包括微处理芯片、图像采集模块、程序模块，其中，
所述的图像采集模块固定设置于培养箱主体的内侧，所述的图像采集模块与培养箱主体固定连接；
所述的图像采集模块得输出端与微处理芯片的第一输入端电连接；
所述的微处理芯片存储有程序模块，所述的程序模块被微处理芯片执行时包括以下步骤：
S1：通过图像采集模块采集关于微生物的图像信息；
S2：通过边界算法对微生物培养的图像信息进行分析，得到微生物群落的边界信息；
S3：通过微生物群落的边界信息，得到微生物群落的突变点；
S4：将S1~S3重复执行N次，所述的N是大于2的正数；
S5：通过记录N次微生物群落的突变点，得到微生物群落的迁徙路径。
2.根据权利要求1所述的培养箱，其特征在于，所述的S3包括以下流程：
S3.1：计算关于微生物群落的边界与培养基的基准面的距离，所述的距离设为D；
S3.2：将微生物群落中D的数值的最大值定义为本次微生物群落的暂变点；
S3.3：若暂变点的D值小于人为设定的阈值时，不保存本次暂变点的信息，重新执行S1；若暂变点的D值不小于人为设定的阈值时，将本次暂变点定义为突变点，并将突变点的坐标信息进行保存。
3.根据权利要求2所述的培养箱，其特征在于，所述的S5包括以下流程：
S5.1：将培养基中接种微生物的若干个节点设为第一代节点；
S5.2：每一个第一代节点分裂形成的群落的边界上的突变点设定为第二代节点，所述的第二代节点与形成第二代节点的第一代节点存在父子关系；
S5.3：设正整数M，初始化M=2，每一个第M代节点分裂形成的群落的边界上的突变点设定为第M+1代节点，所述的第M代节点与形成第M+1代节点的第M代节点存在父子关系；
S5.4：若存在突变点没有完成设定，则M=M+1，执行S5.3；若突变点完成设定，则执行S5.5；
S5.5：将第一代节点与其有父亲关系的第二代节点用直线连接，将第二代节点与其有父亲关系的第三代节点用直线连接，直至将有节点用直线连接完成。
4.根据权利要求3所述的培养箱，其特征在于，所述的培养箱还包括显示模块，所述的显示模块的输入端与微处理芯片的第一输出端电连接。
5.根据权利要求4所述的培养箱，其特征在于，所述的程序模块还包括S6，S6包括以下内容：
将S1的微生物的图像信息、S3的突变点位置信息和S5的微生物群落的迁徙路径传输至显示模块，并通过显示模块进行叠加，最后合并显示。
6.根据权利要求2至5中任一权利要求所述的培养箱，其特征在于，所述的培养箱主体的载物板设置有刻度，所述的刻度与S3.3的突变点的位置信息相对应。
7.根据权利要求6所述的培养箱，其特征在于，所述的图像采集模块包括摄像头和光源，其中，
所述的摄像头设置在培养箱主体的内侧，摄像头与培养箱主体固定连接，且摄像头正对培养箱内的载物板，摄像头的输出端作为图像采集模块的输出端，摄像头的输出端与微处理芯片的第一输入端电连接；
所述的光源设置在培养箱主体的内侧，光源与培养箱主体固定连接。
8.根据权利要求1、2、3、4、5或7所述的培养箱，其特征在于，所述的培养箱还包括温湿度传感器和温湿度控制模块，其中，
所述的温湿度传感器设置在培养箱主体的内侧，温湿度传感器与培养箱主体固定连接，温湿度传感器的输出端与微处理芯片的第二输入端电连接；
所述的温湿度控制模块设置在培养箱主体的内侧，温湿度控制模块与培养箱主体固定连接，温湿度控制模块的输入端与微处理芯片的第二输出端电连接。
9.根据权利要求8所述的培养箱，其特征在于，所述的培养箱还包括气体传感器和风机，其中，
所述的气体传感器设置在培养箱主体的内侧，气体传感器与培养箱主体固定连接，气体传感器的输出端与微处理芯片的第三输入端电连接；
所述的风机设置在培养箱的通气孔，且风机不启动时，培养箱内部与培养箱外部不会发生气体交换，风机的输入端与微处理芯片的第三输出端电连接。
10.根据权利要求1、2、3、4、5、7或9所述的培养箱，其特征在于，所述的培养箱还包括紫外线模块，所述的紫外线模块设置在培养箱主体的内侧，紫外线模块与培养箱主体固定连接，紫外线模块的输出端与微处理芯片的第四输出端电连接。
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