CN111041076B - 气泡检测方法及系统、基因测序仪、计算机可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种气泡检测方法，包括：获取图像A、图像G、图像C，以及图像T，所述图像A和图像G由同一台相机拍摄获得，所述图像C和图像T由同一台相机拍摄获得；对图像A和图像G做帧差处理以及对图像C和图像T做帧差处理，获得两张侦差图像；对每张帧差图像进行二值化处理；对二值化后的两张图像取并集获得并集图像；提取并集图像的连通区及连通区的参数信息；及根据连通区的参数信息来确定连通区是否为气泡区域。本发明还提供一种气泡检测系统、实现所述气泡检测方法的基因测序仪、及存储介质。本发明可以准确地对荧光图像是否存在气泡进行检测，使得基于该荧光图像的测序结果更加准确。
Description
技术领域
本发明涉及基因测序荧光图像分析领域，具体涉及一种气泡检测方法及系统、基因测序仪、及计算机可读存储介质。
背景技术
本部分旨在为权利要求书及具体实施方式中陈述的本发明实施例的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
基因测序是指分析特定DNA片段的碱基序列，即腺嘌呤(A),胸腺嘧啶(T)，胞嘧啶(C)与鸟嘌呤(G)的排列方式。二代测序技术又称为大规模平行测序或者深度测序，以其高通量，低成本，较高的测序准确性的特点，在临床和科研应用中最为广泛。二代测序技术采用高分辨显微成像，通过光学系统和相机采集到测序芯片上DNA纳米球(即DNB，DNANanoballs)的荧光分子图像，将荧光分子图像送入碱基识别软件解码图像信号得到碱基序列。
对于某些以浸泡方式测序的设备，在装载测序芯片的初期需要在测序芯片表面覆盖一层拍照试剂(image reagent)，而后用镜头去抹平，在抹平的过程中，如果镜头前的盖玻片因工艺的原因存在凹点，则容易形成气泡，且此气泡在很多FOV(Field of View，也称为视野)中都会存在，极大的影响了测序质量。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提出一种气泡检测方法及系统、基因测序仪、及计算机可读存储介质，用以检测测序图像是否存在气泡区域。
本发明的第一方面提供一种所述方法包括：
获取四张图像，所述四张图像包括所述图像A、图像G、图像C，以及图像T，其中，所述图像A和图像G由同一台相机拍摄获得，所述图像C和图像T由同一台相机拍摄获得；
对所述图像A和图像G作帧差处理，获得第一帧差图像，以及对所述图像C和图像T作帧差处理，获得第二帧差图像；
利用预设的图像二值化算法对所述第一帧差图像作二值化处理，获得第一图像bw_AG，利用所述预设的图像二值化算法对所述第二帧差图像作二值化处理，获得第二图像bw_CT；
计算所述第一图像bw_AG和第二图像bw_CT的并集，获得并集图像，利用膨胀和腐蚀算法对所述并集图像进行处理，获得膨胀腐蚀处理后的图像bw；
在所述图像bw找出连通区；
提取每个连通区的参数信息；及
将所提取的每个连通区的参数信息分别与预设值进行比较，来确定每个连通区是否为气泡区域。
优选地，在对所述图像A和图像G作帧差处理之前还包括步骤：
将所述图像A、图像G作亮度归一化处理；
在对所述图像C和图像T作帧差处理之前还包括步骤：
将所述图像C和图像T作亮度归一化处理。
优选地，该方法还包括步骤：
当确定某个连通区为气泡区域时，按照预设的第一方式发出提示；及
当没有任何连通区确定为气泡区域时，按照预设的第二方式发出提示。
优选地，所述图像A为生物芯片上的A碱基的荧光基团被激发时，对生物芯片拍照所得到的荧光图像；所述图像T为生物芯片上的T碱基的荧光基团被激发时，对生物芯片拍照所得到的荧光图像；所述图像C为生物芯片上的C碱基的荧光基团被激发时，对生物芯片拍照所得到的荧光图像；所述图像G为生物芯片上的G碱基的荧光基团被激发时，对生物芯片拍照所得到的荧光图像。
优选地，每个连通区的参数信息包括：连通区的面积S、圆度C、凸度V、半径R；
其中，通过计算每个连通区的像素点个数之和来获得每个连通区的面积S；
其中，π表示圆周率，S表示该连通区的面积，P表示该连通区的外周的轮廓的周长；
其中，通过计算每个连通区的外周的轮廓的像素点个数之和来获得每个连通区的周长；
其中，凸度V＝S/H，S表示该连通区的面积，H表示该连通区的凸壳面积，其中，连通区的凸壳面积是指当该连通区的任意两点之间的连线都位于该连通区之内时的面积大小；
其中，每个连通区的半径R是指该连通区的最小外接圆的半径，或者是指该连通区的最大内切圆的半径。
优选地，所述将所提取的每个连通区的参数信息分别与预设值进行比较，来确定每个连通区是否为气泡区域包括：
当某个连通区的每种参数信息都大于对应的预设值时，确定该某个连通区为气泡区域；及
当所述某个连通区的其中某种参数信息小于或等于对应的预设值时，确定该某个连通区不是气泡区域。
优选地，每种参数信息对应一个预设值，其中，计算每种参数信息所对应的预设值的步骤包括：
收集多张含有气泡的图片；
计算每张图片的气泡区域所对应的参数信息，从而获得每种参数信息所对应的多个值；及
根据每种参数信息所对应的多个值计算每种参数信息所对应的预设值。
本发明第二方面提供一种基因测序仪，所述基因测序仪包括处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现所述气泡检测方法。
本发明第三方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现所述气泡检测方法。
本发明第四方面一种气泡检测系统，所述系统包括：
获取模块，用于获取四张图像，所述四张图像包括所述图像A、图像G、图像C，以及图像T，其中，所述图像A和图像G由同一台相机拍摄获得，所述图像C和图像T由同一台相机拍摄获得；
执行模块，用于对所述图像A和图像G作帧差处理，获得第一帧差图像，以及对所述图像C和图像T作帧差处理，获得第二帧差图像；
所述执行模块，还用于利用预设的图像二值化算法对所述第一帧差图像作二值化处理，获得第一图像bw_AG，利用所述预设的图像二值化算法对所述第二帧差图像作二值化处理，获得第二图像bw_CT；
所述执行模块，还用于计算所述第一图像bw_AG和第二图像bw_CT的并集，获得并集图像，利用膨胀和腐蚀算法对所述并集图像进行处理，获得膨胀腐蚀处理后的图像bw；
所述执行模块，还用于在所述图像bw找出连通区；
所述执行模块，还用于提取每个连通区的参数信息；及
所述执行模块，还用于将所提取的每个连通区的参数信息分别与预设值进行比较，来确定每个连通区是否为气泡区域。
本发明实施例中所述的气泡检测方法及系统、基因测序仪、及计算机可读存储介质，通过对生物芯片的一个FOV拍摄分别携带A、G、C、T碱基信号的四张荧光图像，对由同一台相机拍摄的两张荧光图像做帧差处理获得两张侦差图像，对每张帧差图像进行二值化处理，对二值化后的两张图像取并集获得并集图像，然后再提取并集图像的连通区及连通区的参数信息，根据连通区的参数信息来确定连通区是否为气泡区域。由此来确定显微成像光学系统拍摄的荧光图像是否包括气泡区域。本发明提供的气泡检测方法的漏检率和误判率较低，满足了基因测序需求。此外，由于可以利用本发明于执行基因测序之前先对荧光图像进行气泡检测，即当发现气泡区域存在时发出警示，有效解决了要等到基因测序过程中才发现气泡导致测序效率低下的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1是本发明较佳实施例提供的基因测序仪的示意图。
图2是本发明较佳实施例提供的基因测序仪的显微成像光学系统的示意图。
图3是本发明较佳实施例提供的气泡检测系统的功能模块图。
图4是本发明较佳实施例提供的气泡检测方法的流程图。
图5A-5C举例说明对显微成像光学系统所拍摄的图像进行处理后所获得的图像。
图6A-6B举例说明对连通区进行像素增补。
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施例仅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。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
图1是本发明实施例提供的基因测序仪的示意图。
在本发明较佳实施例中，基因测序仪3包括，但不限于，存储器31、至少一个处理器32、至少一条通信总线33、显微成像光学系统4。
本领域技术人员应该了解，图1示出的基因测序仪的结构并不构成本发明实施例的限定，既可以是总线型结构，也可以是星形结构，所述基因测序仪3还可以包括比图示更多或更少的其他硬件或者软件，或者不同的部件布置。尽管未示出，所述基因测序仪3还可以包括给各个元件供电的电源(比如电池)，优选的，电源可以通过电源管理装置与所述至少一个处理器32逻辑相连，从而通过电源管理装置实现管理充电、放电、以及功耗管理等功能。电源还可以包括一个或一个以上的直流或交流电源、再充电装置、电源故障检测电路、电源转换器或者逆变器、电源状态指示器等任意元件。所述基因测序仪3还可以包括其他元件，例如传感器、Wi-Fi模块等，在此不再赘述。
应该了解，所述实施例仅为说明之用，在专利申请范围上并不受此结构的限制。
以下先对基因测序仪3的显微成像光学系统4进行说明。
请参阅图2所示，在一些实施例中，所述显微成像光学系统4包括芯片平台41。所述芯片平台41用于承载生物芯片42。所述生物芯片42可以是基因测序芯片。该生物芯片42上设置有多个DNA纳米球(即DNB，DNA Nanoballs)。所述DNA纳米球(DNB)可以是包括DNA片段的扩增产物。所述DNA纳米球(DNB)在合成碱基时携带有荧光基团，荧光基团受激发时可以发出荧光信号。
请再参阅图2所示，所述显微成像光学系统4还包括物镜43、激光器44、激光耦合透镜45、第一分色片461、第二分色片462、第一相机471、第二相机472、第一筒镜481、第二筒镜482、第一滤光片491、第二滤光片492，以及反射镜50。
所述激光器44可以发射两种不同波长的激发光。该两种不同波长的激发光包括绿激光441(波长位于520nm～535nm波段范围)和红激光442(波长位于635nm～645nm波段范围)。所述绿激光441和红激光442分别用于激发生物芯片42的荧光基团发出荧光信号。所述激光耦合透镜45用于合并、准直所述激光器44所发出的激发光。所述第一分色片461用于将经过准直的所述激发光反射到物镜43上。
所述物镜43用于将所述第一分色片461所反射的激发光汇聚照射到生物芯片42上，激发该生物芯片42上的荧光基团发出荧光信号。所述物镜43将所发出的荧光信号汇聚到所述第一分色片461。该第一分色片461容许所汇聚的荧光信号射入第二分色片462。
在一个实施例中，当所述激光器44发射的是绿激光441时，绿激光441经由所述激光耦合透镜45准直后，由所述第一分色片461反射到所述物镜43上，所述物镜43将所反射的绿激光441汇聚照射到生物芯片42上，激发该生物芯片42上的A碱基(腺嘌呤)的荧光基团发出第一荧光信号以及激发该生物芯片42上的T碱基(胸腺嘧啶)的荧光基团发出第二荧光信号。需要说明的是，所述第一荧光信号的波长与所述第二荧光信号的波长不相同。所述物镜43汇聚所述第一荧光信号和第二荧光信号，使得所述第一荧光信号和第二荧光信号射入所述第一分色片461。所述第一分色片461容许所述第一荧光信号和第二荧光信号射入第二分色片462。所述第二分色片462根据所述第一荧光信号的波长与所述第二荧光信号的波长不相同的特点，将所述第一荧光信号和第二荧光信号分离。即容许所述第一荧光信号射入反射镜50，同时将所述第二荧光信号反射到第二滤光片492。
所述反射镜50将所述第一荧光信号反射到第一滤光片491。所述第一滤光片491对所述第一荧光信号进行过滤处理以过滤杂信号。即所述第一滤光片491仅允许所述第一荧光信号射入所述第一筒镜481。所述第一筒镜481将所述第一荧光信号汇聚到第一相机471。所述第一相机471进行曝光从而拍摄获得所述第一荧光信号所对应的荧光图像。换句话来讲，该拍摄获得的荧光图像也即是生物芯片42上的A碱基的荧光基团被激发时，显微成像光学系统4对生物芯片42执行一次拍摄所得的一个视野/视场(FOV，field of view)的图像，以下称为图像A。
所述第二滤光片492对所述第二荧光信号进行过滤处理以过滤杂信号。即所述第二滤光片492仅允许所述第二荧光信号射入所述第二筒镜482。所述第二筒镜482将所述第二荧光信号汇聚到第二相机472。所述第二相机472进行曝光从而拍摄获得所述第二荧光信号所对应的荧光图像。换句话来讲，该拍摄获得的荧光图像也即是生物芯片42上的T碱基的荧光基团被激发时，显微成像光学系统4对生物芯片42执行一次拍摄所得的一个视野/视场(FOV，field of view)的图像，以下称为图像T。
在一个实施例中，当所述激光器44发射的是红激光442时，红激光442经由所述激光耦合透镜45准直后，由所述第一分色片461反射到所述物镜43上，所述物镜43将所反射的红激光442汇聚照射到生物芯片42上，激发该生物芯片42上的G碱基(鸟嘌呤)的荧光基团发出第三荧光信号以及激发该生物芯片42上的C碱基(胞嘧啶)的荧光基团发出第四荧光信号。需要说明的是，所述第三荧光信号的波长与所述第四荧光信号的波长不相同。所述物镜43汇聚所述第三荧光信号和第四荧光信号，使得所述第三荧光信号和第四荧光信号射入所述第一分色片461。所述第一分色片461容许所述第三荧光信号和第四荧光信号射入第二分色片462。所述第二分色片462根据所述第三荧光信号的波长与所述第四荧光信号的波长不相同的特点，将所述第三荧光信号和第四荧光信号分离。即容许所述第三荧光信号射入反射镜50，同时将所述第四荧光信号反射到第二滤光片492。
所述反射镜50将所述第三荧光信号反射到所述第一滤光片491。所述第一滤光片491对所述第三荧光信号进行过滤处理以过滤杂信号。即所述第一滤光片491仅允许所述第三荧光信号射入所述第一筒镜481。所述第一筒镜481将所述第三荧光信号汇聚到第一相机471。所述第一相机471进行曝光从而拍摄获得所述第三荧光信号所对应的荧光图像。换句话来讲，该拍摄获得的荧光图像也即是生物芯片42上的G碱基的荧光基团被激发时，显微成像光学系统4对生物芯片42执行一次拍摄所得的一个视野/视场(FOV，field of view)的图像，以下称为图像G。
所述第二滤光片492对所述第四荧光信号进行过滤处理以过滤杂信号。即所述第二滤光片492仅允许所述第四荧光信号射入所述第二筒镜482。所述第二筒镜482将所述第四荧光信号汇聚到第二相机472。所述第二相机472进行曝光从而拍摄获得所述第四荧光信号所对应的荧光图像。换句话来讲，该拍摄获得的荧光图像也即是生物芯片42上的C碱基的荧光基团被激发时，显微成像光学系统4对生物芯片42执行一次拍摄所得的一个视野/视场(FOV，field of view)的图像，以下称为图像C。
根据上述对显微成像光学系统4的介绍可知，图像A为生物芯片42上的A碱基的荧光基团被激发时，显微成像光学系统4对生物芯片42拍照所得到的荧光图像。图像T为生物芯片42上的T碱基的荧光基团被激发时，显微成像光学系统4对生物芯片42拍照所得到的荧光图像。图像C为生物芯片42上的C碱基的荧光基团被激发时，显微成像光学系统4对生物芯片42拍照所得到的荧光图像。图像G为生物芯片42上的G碱基的荧光基团被激发时，显微成像光学系统4对生物芯片42拍照所得到的荧光图像。
此外，还可得知，所述图像A和图像G由同一台相机(即第一相机471)拍摄获得。所述图像C和图像T由同一台相机(即第二相机472)拍摄获得。
本实施例中，所述显微成像光学系统4在拍摄述图像A和图像T与拍摄图像C和图像T的过程中，芯片平台41和所述第一相机471及第二相机472是保持相对静止的。因此，芯片平台41在两次成像之间的相对位移可以忽略不计。由于所述图像A和图像G由同一台相机(即第一相机471)拍摄获得，所述图像C和图像T由同一台相机(即第二相机472)拍摄获得，那么图像A和图像G在成像时的相对位移可以忽略不计，图像C和图像T在成像时的相对位移也可以忽略不计。
以下对所述基因测序仪3的其他元件进行介绍。
在一些实施例中，所述存储器31用于存储程序代码和各种数据，例如安装在所述基因测序仪3中的气泡检测系统5，并在基因测序仪3的运行过程中实现高速、自动地完成程序或数据的存取。所述存储器31包括只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存储器(Random Access Memory，RAM)、可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)、一次可编程只读存储器(One-time Programmable Read-Only Memory，OTPROM)、电子擦除式可复写只读存储器(Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)、只读光盘(Compact Disc Read-Only Memory，CD-ROM)或其他光盘存储器、磁盘存储器、磁带存储器、或者能够用于携带或存储数据的计算机可读的任何其他存储介质。
在一些实施例中，所述至少一个处理器32可以由集成电路组成，例如可以由单个封装的集成电路所组成，也可以是由多个相同功能或不同功能封装的集成电路所组成，包括一个或者多个中央处理器(Central Processing unit，CPU)、微处理器、数字处理芯片、图形处理器及各种控制芯片的组合等。所述至少一个处理器32是所述基因测序仪3的控制核心(Control Unit)，利用各种接口和线路连接整个基因测序仪3的各个部件，通过运行或执行存储在所述存储器31内的程序或者模块，以及调用存储在所述存储器31内的数据，以执行基因测序仪3的各种功能和处理数据，例如图4所示的对显微成像光学系统4所拍摄的图像进行气泡检测的功能。
在一些实施例中，所述至少一条通信总线33被设置为实现所述存储器31、所述至少一个处理器32、所述显微成像光学系统4，以及所述气泡检测系统5等之间的连接通信。
在一些实施例中，所述气泡检测系统5存储于基因测序仪3的存储器31中，并由所述至少一个处理器32所执行，以实现对显微成像光学系统4所拍摄的图像进行气泡检测。
参照图3所示，所述气泡检测系统5可以包括一个或多个程序形式的计算机指令，该一个或多个程序形式的计算机指令存储于所述存储器31中，并由所述至少一个处理器32执行。在一个实施例中，所述气泡检测系统5可以集成于所述至少一个处理器32中。在其他实施例中，所述气泡检测系统5也可以独立于该处理器32之外。参阅图3所示，所述气泡检测系统5可以包括一个或多个模块，例如图3所示的获取模块51、执行模块52，以及提示模块53。关于各模块的功能将结合图4详述。
本说明书中所提及的“模块”是指以硬件或固件形式呈现的，或者是指利用程序语言例如JAVA、C语言编写的软件指令集。模块中的一个或多个软件指令可嵌入固件中，如嵌入在一个可擦写可编程存储器中。本实施例中所描述的模块可被实现为软件和/或硬件模块，并且可以被存储在任何类型的非临时性计算机可读介质或其它存储设备例如存储器31中。
图4是本发明实施例提供的气泡检测方法的流程图。
所述气泡检测方法具体包括以下步骤，根据不同的需求，该流程图中步骤的顺序可以改变，某些步骤可以省略。
步骤S11、所述获取模块51获取四张荧光图像，所述四张荧光图像包括所述图像A、图像G、图像C，以及图像T。
如前面所述，所述显微成像光学系统4可以拍摄获得所述图像A、图像G、图像C，以及图像T。所述获取模块51则可以控制所述显微成像光学系统4来拍摄获得所述图像A、图像G、图像C，以及图像T。
如前面所述，所述四张荧光图像分别是生物芯片42上的A碱基、G碱基、C碱基、T碱基的荧光基团受激发时，显微成像光学系统4对生物芯片42拍照所得到的荧光图像。即图像A为生物芯片42上的A碱基的荧光基团被激发时，显微成像光学系统4对生物芯片42拍照所得到的荧光图像。图像T为生物芯片42上的T碱基的荧光基团被激发时，显微成像光学系统4对生物芯片42拍照所得到的荧光图像。图像C为生物芯片42上的C碱基的荧光基团被激发时，显微成像光学系统4对生物芯片42拍照所得到的荧光图像。图像G为生物芯片42上的G碱基的荧光基团被激发时，显微成像光学系统4对生物芯片42拍照所得到的荧光图像。
步骤S12、所述执行模块52将所述图像A、图像G、图像C、图像T分别作亮度归一化处理。
本实施例中，对所述图像A、图像G、图像C、图像T作亮度归一化处理是为了使得所述图像A、图像G、图像C、图像T的亮度更加均衡，避免部分图像过亮或过暗。
步骤S13、所述执行模块52利用帧间差分法对经过亮度归一化处理的所述图像A和图像G作帧差处理，获得所述图像A和图像G之间的帧差图像(为便于描述，以下简称“第一帧差图像”)。所述执行模块52对经过亮度归一化处理的所述图像C和图像T作帧差处理，获得所述图像C和图像T之间的帧差图像(为便于描述，以下简称“第二帧差图像”)。
本实施例中，所述执行模块52对两张图像(例如图像A和图像G，图像C和图像T)作帧差处理是指将该两张图像的像素点的灰度值相减获得一个差值，然后取该差值的绝对值。例如，将图像G的像素点的灰度值减去图像A的对应像素点的灰度值获得一个差值，然后取该差值的绝对值。
举例而言，参阅图5A所示，为所述执行模块52对经过亮度归一化处理的所述图像A和图像G作帧差处理后所获得的第一帧差图像。
如前面所述，所述图像A和图像G由显微成像光学系统4的同一台相机(即第一相机471)拍摄获得，所述图像C和图像T由显微成像光学系统4的同一台相机(即第二相机472)拍摄获得。即本步骤中，所述执行模块52是对由同一台相机拍摄获得的两张图像作帧差处理。
另外需要说明的是，在其他实施例中，也可以对所述成像光学系统4的元件配置进行整改，使得图像A和图像C由同一台相机拍摄，图像G和图像T由同一台相机拍摄。那么，在本步骤中，所述执行模块52则对由同一台相机拍摄的图像A和图像C作帧差处理，由同一台相机拍摄的图像G和图像T作帧差处理。
步骤S14、所述执行模块52利用预设的图像二值化算法对所述第一帧差图像作二值化处理，获得二值化后的第一帧差图像(为便于描述，以下称为“第一图像bw_AG”。所述执行模块52利用所述预设的图像二值化算法对所述第二帧差图像作二值化处理，获得二值化后的第二帧差图像(为便于描述，以下称为“第二图像bw_CT”)。
在一个实施例中，所述预设的图像二值化算法可以为OTSU大律法，或其他二值化算法例如灰度平局值值法、百分比阈值(P-Tile法)。
举例而言，参阅图5B所示，为所述执行模块52利用OTSU大律法对所述第一帧差图像作二值化处理后所获得的第一图像bw_AG。从图5B可知，所述执行模块52通过对由同一相机拍摄获得的图像做帧差处理之后再进行二值化处理可以很好的将疑是气泡区域61和其他区域62分开来。
步骤S15、所述执行模块52计算所述第一图像bw_AG和第二图像bw_CT的并集，获得并集图像。由此，该并集图像即是包括了A、G、C、T碱基的荧光信号的图像。
在一个实施中，所述执行模块52还利用膨胀算法对所述并集图像进行处理，以及利用腐蚀算法对膨胀处理后的所述并集图像进行处理，由此获得膨胀腐蚀处理后的图像(为便于描述，以下称为“图像bw”)。
本实施例中，所述执行模块52可以对所述并集图像作两次膨胀腐蚀处理。即在利用膨胀算法对所述并集图像进行处理，以及利用腐蚀算法对膨胀处理后的所述并集图像进行处理获得膨胀腐蚀处理后的图像bw后，再次利用膨胀算法对图像bw进行处理，以及再次利用腐蚀算法对再次膨胀处理后的图像bw进行处理。
举例而言，参阅图5C所示，为所述执行模块52对所述第一图像bw_AG和第二图像bw_CT的并集图像作膨胀腐蚀处理后所得的图像bw。由此可以看出，图像bw更加清楚地将疑是气泡区域61和图像bw的其他区域区分开来了。
步骤S16、所述执行模块52在所述图像bw找出连通区。
在一个实施例中，所述执行模块52可以调用OpenCV的findContour函数在所述图像bw找出连通区。
在一个实施例中，所述执行模块52还对所找出的连通区的外周的轮廓进行标记。在一个实施例中，所述执行模块52可以调用OpenCV的drawContours函数来给连通区的外周的轮廓进行标记。在一个实施例中，所述执行模块52利用预设的颜色(例如绿色)对所述连通区的外周的轮廓进行标记。
步骤S17、所述执行模块52提取每个连通区的参数信息。
在一个实施例中，每个连通区的参数信息包括，但不限于，连通区的面积S、圆度C、凸度V、半径R。
在一个实施例中，所述执行模块52可以计算每个连通区的像素点个数之和(即利用像素点的累积)来获得每个连通区的面积S。
在一个实施例中，所述执行模块52可以通过计算每个连通区的外周的轮廓的像素点个数之和(即利用像素点的累积)来获得每个连通区的周长P。
本实施例中，所述执行模块52可以利用如下公式一来计算每个连通区的圆度C：
其中，π表示圆周率，S表示该连通区的面积，P表示该连通区的外周的轮廓的周长。当C为1时，表示该连通区是一个完美的圆，而当C趋于0时，表示该连通区是一个逐渐拉长的多边形。
在一个实施例中，如前面所述，所述执行模块52可以利用像素点的累积计算得到每个连通区的面积S及每个连通区的外周的轮廓的周长P。由此，所述执行模块52根据所述公式1即可得出每个连通区的圆度C。
本实施例中，所述执行模块52可以利用如下公式二来计算每个连通区的凸度V：
V＝S/H 公式二
其中，S表示该连通区的面积，H表示该连通区的凸壳面积。
本实施例中，一个连通区的凸壳面积是指当该连通区的任意两点之间的连线都位于该连通区之内时的面积大小。本实施例中，当某个连通区存在两点之间的连线位于该连通区之外时，所述执行模块52先对该某个连通区的像素进行增补，使得该某个连通区的任意两点之间的连线都位于增补后的该连通区之内。所述执行模块52将该增补后的连通区的面积作为所述凸壳面积。本实施例中，所述执行模块52使用最少像素对该某个连通区的像素进行增补。所述最少像素是指使得该某个连通区的任意两点之间的连线均位于增补后的连通区之内时所需的最少像素个数。
举例而言，请参阅图6A所示，连通区71的其中两个点a和b之间的连线位于连通区71之外。所述执行模块52则先对连通区71的像素进行增补，使得使得该连通区71的任意两点之间的连线都位于增补后的连通区72之内(例如参阅图6B所示)。所述执行模块52将该增补后的连通区72的面积作为所述凸壳面积。
本实施例中，一个连通区的半径R可以是指该连通区的最小外接圆的半径。所述执行模块52可以调用Opencv的minEnclosingCircle函数来获取连通区的最小外接圆的半径。在其他实施例中，一个连通区的半径R也可以是指该连通区的最大内切圆的半径。
步骤S18、所述执行模块52将所提取的每个连通区的参数信息分别与预设值进行比较，来确定每个连通区是否为气泡区域。
在一个实施例中，当某个连通区的每种参数信息都大于对应的预设值时，所述执行模块52可以确定该某个连通区为气泡区域。当某个连通区的其中某种参数信息小于或等于对应的预设值时，所述执行模块52可以确定该某个连通区不是气泡区域。
本实施例中，每种参数信息对应一个预设值。举例而言，假设每个连通区包括两种参数信息，分别是连通区的面积S和圆度C。则其中参数信息面积对应一个预设值，参数信息圆度对应一个预设值。
本实施例中，所述执行模块52可以按照如下方法来计算每种参数信息所对应的预设值。
具体地：
(1)收集多张含有气泡的图片。
(2)计算每张图片的气泡区域所对应的参数信息(如面积S、圆度C、凸度V、半径R)，从而获得每种参数信息所对应的多个值。
(3)根据每种参数信息所对应的多个值计算每种参数信息所对应的预设值。
在一个实施例中，每种参数信息对应的预设值可以为所计算得出的该每种参数信息所对应的多个值的平均值。
举例而言，以计算参数信息面积所对应的预设值为例说明。假设上述步骤(1)中收集了n张含有气泡的图片，每张图片包括一个气泡区域，则在上述步骤(2)中可计算获得n个面积值，分别是S1、S2......Sn，则所述执行模块52将该多个面积值S1、S2......Sn的平均值作为参数信息面积所对应的预设值。
步骤S19、提示模块53根据上述确定结果按照预设的提示方式发出提示。
在一个实施例中，当确定某个连通区为气泡区域时，提示模块53按照预设的第一方式发出提示。当没有任何连通区确定为气泡区域时，提示模块53按照预设的第二方式发出提示或者不发出提示直接进行基因测序。
在一个实施例中，所述第一方式或第二方式可以为在基因测序仪的显示屏上显示文本信息的方式提示确定结果。例如“所拍摄的荧光图像含有气泡”、“所拍摄的荧光图像符合要求”。在其他实施例中，所述第一方式可以为播放警示音效，并以文本信息的方式展示确定结果。
综上所述，本发明实施例中所述的气泡检测方法，通过对生物芯片42的一个FOV拍摄分别携带A、G、C、T碱基信号的四张荧光图像，对由同一台相机拍摄的两张荧光图像做帧差处理获得两张侦差图像，对每张帧差图像进行二值化处理，对二值化后的两张图像取并集获得并集图像，然后再提取并集图像的连通区及连通区的参数信息，根据连通区的参数信息来确定连通区是否为气泡区域。由此来确定显微成像光学系统拍摄的荧光图像是否包括气泡区域。本发明提供的气泡检测方法的漏检率和误判率较低，满足了基因测序需求。此外，由于可以利用本发明于执行基因测序之前先对荧光图像进行气泡检测，当发现气泡区域存在时发出警示，有效避免了要等到基因测序过程中才发现气泡导致测序效率低下的技术问题。
需要说明的是，本实施例中，所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能模块的形式实现。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种气泡检测方法，其特征在于，所述方法包括：
获取四张图像，所述四张图像包括图像A、图像G、图像C，以及图像T，分别是生物芯片上的A碱基、G碱基、C碱基、T碱基的荧光基团受激发时，显微成像光学系统对生物芯片拍照所得到的荧光图像，其中，所述图像A和图像G由第一相机拍摄获得，所述图像C和图像T由第二相机拍摄获得，绿激光激发该生物芯片上的A碱基的荧光基团发出第一荧光信号以及激发该生物芯片上的T碱基的荧光基团发出第二荧光信号，所述第一荧光信号的波长与所述第二荧光信号的波长不相同；红激光激发该生物芯片上的G碱基的荧光基团发出第三荧光信号以及激发该生物芯片上的C碱基的荧光基团发出第四荧光信号，所述第三荧光信号的波长与所述第四荧光信号的波长不相同；
将所述图像A、图像G作亮度归一化处理，以及将所述图像C和图像T作亮度归一化处理；
利用帧间差分法对经过亮度归一化处理的所述图像A和图像G作帧差处理，获得第一帧差图像，以及对经过亮度归一化处理的所述图像C和图像T作帧差处理，获得第二帧差图像；
利用预设的图像二值化算法对所述第一帧差图像作二值化处理，获得第一图像bw_AG，利用所述预设的图像二值化算法对所述第二帧差图像作二值化处理，获得第二图像bw_CT；
计算所述第一图像bw_AG和第二图像bw_CT的并集，获得并集图像，所述并集图像是指包括了A碱基、G碱基、C碱基、T碱基的荧光信号的图像，利用膨胀和腐蚀算法对所述并集图像进行处理，获得膨胀腐蚀处理后的图像bw；
在所述图像bw找出连通区；
提取每个连通区的参数信息，包括：连通区的面积S、圆度C、凸度V、半径R；其中，通过计算每个连通区的像素点个数之和来获得每个连通区的面积S；其中，，π表示圆周率，S表示该连通区的面积，P表示该连通区的外周的轮廓的周长；其中，通过计算每个连通区的外周的轮廓的像素点个数之和来获得每个连通区的周长；其中，凸度V=S/H ，S表示该连通区的面积，H表示该连通区的凸壳面积，其中，连通区的凸壳面积是指当该连通区的任意两点之间的连线都位于该连通区之内时的面积大小；其中，每个连通区的半径R是指该连通区的最小外接圆的半径，或者是指该连通区的最大内切圆的半径；及
将所提取的每个连通区的参数信息分别与预设值进行比较，来确定每个连通区是否为气泡区域，包括：当某个连通区的每种参数信息都大于对应的预设值时，确定该某个连通区为气泡区域；及当所述某个连通区的其中某种参数信息小于或等于对应的预设值时，确定该某个连通区不是气泡区域。
2. 如权利要求1所述的气泡检测方法，其特征在于，该方法还包括步骤：
当确定所述某个连通区为气泡区域时，按照预设的第一方式发出提示；及
当没有任何连通区确定为气泡区域时，按照预设的第二方式发出提示。
3.如权利要求1所述的气泡检测方法，其特征在于，每种参数信息对应一个预设值，其中，计算每种参数信息所对应的预设值的步骤包括：
收集多张含有气泡的图片；
计算每张图片的气泡区域所对应的参数信息，从而获得每种参数信息所对应的多个值；及
根据每种参数信息所对应的多个值计算每种参数信息所对应的预设值。
4.一种基因测序仪，其特征在于，所述基因测序仪包括处理器和存储器，所述处理器用于执行所述存储器中存储的计算机程序实现如权利要求1至3中任意一项所述气泡检测方法。
5.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行实现如权利要求1至3中任意一项所述气泡检测方法。
6.一种气泡检测系统，其特征在于，所述系统包括：
获取模块，用于获取四张图像，所述四张图像包括图像A、图像G、图像C，以及图像T，分别是生物芯片上的A碱基、G碱基、C碱基、T碱基的荧光基团受激发时，显微成像光学系统对生物芯片拍照所得到的荧光图像，其中，所述图像A和图像G由第一相机拍摄获得，所述图像C和图像T由第二相机拍摄获得，绿激光激发该生物芯片上的A碱基的荧光基团发出第一荧光信号以及激发该生物芯片上的T碱基的荧光基团发出第二荧光信号，所述第一荧光信号的波长与所述第二荧光信号的波长不相同；红激光激发该生物芯片上的G碱基的荧光基团发出第三荧光信号以及激发该生物芯片上的C碱基的荧光基团发出第四荧光信号，所述第三荧光信号的波长与所述第四荧光信号的波长不相同；
执行模块，用于将所述图像A、图像G作亮度归一化处理，以及将所述图像C和图像T作亮度归一化处理；
所述执行模块，还用于利用帧间差分法对经过亮度归一化处理的所述图像A和图像G作帧差处理，获得第一帧差图像，以及对经过亮度归一化处理的所述图像C和图像T作帧差处理，获得第二帧差图像；
所述执行模块，还用于利用预设的图像二值化算法对所述第一帧差图像作二值化处理，获得第一图像bw_AG，利用所述预设的图像二值化算法对所述第二帧差图像作二值化处理，获得第二图像bw_CT；
所述执行模块，还用于计算所述第一图像bw_AG和第二图像bw_CT的并集，获得并集图像，所述并集图像是指包括了A碱基、G碱基、C碱基、T碱基的荧光信号的图像，利用膨胀和腐蚀算法对所述并集图像进行处理，获得膨胀腐蚀处理后的图像bw；
所述执行模块，还用于在所述图像bw找出连通区；
所述执行模块，还用于提取每个连通区的参数信息，包括：连通区的面积S、圆度C、凸度V、半径R；其中，通过计算每个连通区的像素点个数之和来获得每个连通区的面积S；其中，，π表示圆周率，S表示该连通区的面积，P表示该连通区的外周的轮廓的周长；其中，通过计算每个连通区的外周的轮廓的像素点个数之和来获得每个连通区的周长；其中，凸度V=S/H ，S表示该连通区的面积，H表示该连通区的凸壳面积，其中，连通区的凸壳面积是指当该连通区的任意两点之间的连线都位于该连通区之内时的面积大小；其中，每个连通区的半径R是指该连通区的最小外接圆的半径，或者是指该连通区的最大内切圆的半径；及
所述执行模块，还用于将所提取的每个连通区的参数信息分别与预设值进行比较，来确定每个连通区是否为气泡区域，包括：当某个连通区的每种参数信息都大于对应的预设值时，确定该某个连通区为气泡区域；及当所述某个连通区的其中某种参数信息小于或等于对应的预设值时，确定该某个连通区不是气泡区域。
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