CN117781971A - 一种膜上纳米孔位置探测方法及系统 - Google Patents
一种膜上纳米孔位置探测方法及系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117781971A CN117781971A CN202311772194.2A CN202311772194A CN117781971A CN 117781971 A CN117781971 A CN 117781971A CN 202311772194 A CN202311772194 A CN 202311772194A CN 117781971 A CN117781971 A CN 117781971A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- film
- detected
- phased array
- ultrasonic probe
- image
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 61
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims abstract description 19
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 106
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 102
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims abstract description 25
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 13
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 10
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 9
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims description 3
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 3
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000013139 quantization Methods 0.000 claims description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 3
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims description 3
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims description 2
- 238000007689 inspection Methods 0.000 claims 1
- 238000007672 fourth generation sequencing Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000002773 nucleotide Substances 0.000 description 4
- 125000003729 nucleotide group Chemical group 0.000 description 4
- 108020004414 DNA Proteins 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 3
- 102000053602 DNA Human genes 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 2
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 2
- 230000006820 DNA synthesis Effects 0.000 description 1
- 108020004682 Single-Stranded DNA Proteins 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 1
- 230000001537 neural effect Effects 0.000 description 1
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 1
- 229920005597 polymer membrane Polymers 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000012163 sequencing technique Methods 0.000 description 1
- 238000007671 third-generation sequencing Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
本发明公开了一种膜上纳米孔位置探测方法及系统，方法包括：对待检膜及相控阵超声波探头进行三维扫描建模，控制相控阵超声波探头在待检膜的上表面进行移动，采集待检膜不同检测位置的坐标，得到待检膜全部检测位置的坐标值；相控阵超声波探头对待检膜进行波束扫描，得到待检膜在当前检测位置的扫描图像，通过CNN－NSST变换对扫描图像优化；将相控阵超声波探头移至波束扫描的下一检测位置，直到待检膜全部检测位置扫描完成；基于优化后的扫描图像，确定反映检测位置有纳米孔的扫描图像；根据所述扫描图像和相控阵超声波探头相对于待检膜的位置，确定待检膜上的纳米孔的位置，保证纳米孔的位置检测结果的准确性及可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及纳米孔测序技术领域，具体涉及一种膜上纳米孔位置探测方法及系统。
背景技术
纳米孔测序技术（nanopore sequencing）为近几年兴起的第三代测序技术。纳米孔测序技术与以往的测序方法不同，当长的单链DNA穿过稳定在电阻聚合物膜中的蛋白质纳米孔时，就可以直接检测核苷酸，无需进行主动的DNA合成。通过在电阻聚合物膜中设置电压，传感器可以实时检测到随着DNA分子穿过孔的离子电流变化，从而判定核苷酸的类别及修饰情况。利用纳米孔测序技术，人们可将DNA或RNA序列，通过纳米孔进行实时单分子测序。但是，纳米孔测序技术需要将纳米孔内的反应信号与周围大量的游离核苷酸单体的背景区别出来。因此，需要检测出膜上纳米孔的位置，再通过测序仪记录纳米孔内的有效的信号。
现有的解决方法是引入零模波导孔（ZMW）技术，ZMW的外径为100多纳米,比检测激光波长小(数百纳米)。当纳米孔的孔径小于检测激光的波长时，检测激光只会照亮纳米孔附近区域，正好覆盖需要检测的部分,使得信号仅来自这个小反应区域,孔外过多游离核苷酸单体依然留在黑暗中,从而实现将背景降到最低。然而，这种方法检测成本较高，且准确性及可靠性并不十分理想。
发明内容
鉴于以上现有技术的缺点，本发明提供一种膜上纳米孔位置探测方法，可以准确检测到纳米孔在待检膜上的位置，实现基于相控阵超声波探头发出的超声波束来探测待检膜，节省检测成本。
为实现上述效果，本发明的技术方案如下：
第一个方面，本发明提供一种膜上纳米孔位置探测方法，包括以下步骤：
步骤1：对待检膜及相控阵超声波探头进行三维扫描建模，得到待检膜及相控阵超声波探头三维模型，在待检膜的底面的设置四个特征点，并以待检膜的底面的四个预设特征点为原点构建平面直角坐标系；
步骤2：控制相控阵超声波探头在待检膜的上表面进行移动，采集待检膜不同检测位置的坐标，得到待检膜全部检测位置的坐标值；
将待检膜全部检测位置的坐标值融入到平面直角坐标系中，获取相控阵超声波探头在当前检测位置相对于待检膜的位置；
步骤3：相控阵超声波探头对待检膜进行波束扫描，得到待检膜在当前检测位置的扫描图像，扫描图像反映待检膜的检测位置有无纳米孔；通过CNN－NSST变换对扫描图像优化；将相控阵超声波探头移至波束扫描的下一检测位置，直到待检膜全部检测位置扫描完成；
步骤4：基于优化后的扫描图像，确定反映检测位置有纳米孔的扫描图像；根据所述扫描图像和相控阵超声波探头相对于待检膜的位置，确定待检膜上的纳米孔的位置。
进一步的，步骤1对待检膜及相控阵超声波探头进行三维扫描建模，包括：
按照预设建模方式同时对待检膜及相控阵超声波探头进行三维扫描建模，所述预设建模方式为深度相机建模、激光扫描建模中的任一种。
进一步的，步骤2所述采集待检膜不同检测位置的坐标，包括：
按照四点定位原则在相控阵超声波探头上设置四个坐标采集器，控制相控阵超声波探头在待检膜的上表面进行移动，通过坐标采集器采集待检膜不同检测位置的坐标。
进一步的，步骤2所述获取相控阵超声波探头在当前检测位置相对于待检膜的位置，包括：
获取相控阵超声波探头的四点坐标值，将四点坐标值融入到待检膜建立的平面直角坐标系中，并根据待检膜及相控阵超声波探头三维模型，以待检膜的中间位置为参考，获取相控阵超声波探头在当前检测位置相对于待检膜的位置。
进一步的，步骤3所述得到待检膜当前检测位置的扫描图像，包括：
控制相控阵超声波探头的发射阵元中的各个晶片依次按照预先设定的延迟时间激发，向待检膜发出超声波束；控制相控阵超声波探头中的接收阵元接收待检膜内部反射的回波信号；根据超声波束与回波信号，得到待检膜当前检测位置的扫描图像。
进一步的，所述根据超声波束与回波信号，得到待检膜当前位置的扫描图像，包括：
获取超声波束与回波信号之间信号幅值差异、时间延迟以及相位差异；基于信号幅值差异、时间延迟以及相位差异，生成待检膜当前位置的扫描图像。
进一步的，步骤3所述通过CNN－NSST变换对扫描图像优化，包括：
使用CNN对扫描图像进行平滑滤波、掩膜处理，补全扫描图像实心的区域；
使用NSST变换对扫描图像进行多尺度分解，得到高频子带和低频子带；对低频子带使用同态滤波增强细节信息，设定阈值滤除高频子带的噪声信息，将处理后的高频子带和低频子带进行逆NSST变换得到优化后的扫描图像。
进一步的，所述对低频子带使用同态滤波增强细节信息，设定阈值滤除高频子带的噪声信息，将处理后的高频子带和低频子带进行逆NSST得到优化后的扫描图像，包括：
通过NSST变换对扫描图像进行处理，得到不同尺度和不同方向子带的剪切波系数；基于剪切波系数/>,对每个尺度不同方向的高频子带计算噪声方差/>、标准差和阈值/>；利用渐进半软阈值函数对剪切波系数/>进行去噪处理，得到无噪信号图像的剪切波系数的估计/>；对去噪后的高频子带和低频子带重构，得到去噪后的扫描图像；其中，
所述扫描图像的噪声模型为：
式中，y为含噪图像，x为无噪声信号图像，n为高斯白噪声；
所述NSST变换如下：
式中，Ys,k、Xs,k、Vs,k分别为含噪图像y、无噪声信号图像x、高斯白噪声n对应的剪切波系数；s为尺度，k为与尺度有关的方向子带；
噪声方差计算公式如下：
式中，为噪声标准差，Ys,k为s尺度、k方向的高频子带系数；M为取中值；
标准差计算公式如下：
（5）
式中，为无噪声图像标准差；/>为含噪图像标准差；/>为相应子带的系数个数；Ws,k为子带窗口；
阈值计算公式如下：
式中，为阈值，随尺度s和方向k变化；
渐进半软阈值函数表达式如下：
式中，为阈值量化后的剪切波系数。
进一步的，步骤4所述确定待检膜上的纳米孔的位置，包括：
获取待检膜优化后的扫描图像，将扫描图像和无纳米孔的标准图像进行比较，确定扫描图像和无纳米孔的标准图像之间的差异信息，根据差异信息确认扫描图像对应的待检膜检测位置有无纳米孔，再根据反映检测位置有纳米孔的扫描图像和三维模型下当前位置相控阵超声波探头相对于待检膜的位置，结合平面直角坐标系确定待检膜上纳米孔的位置。
第二个方面，本发明提供一种膜上纳米孔位置探测系统，包括：
建模模块，用于对待检膜及相控阵超声波探头进行三维扫描建模，得到待检膜及相控阵超声波探头三维模型，在待检膜的底面的设置四个特征点，并以待检膜的底面的四个预设特征点为原点构建平面直角坐标系；
检测位置获取模块，用于控制相控阵超声波探头在待检膜的上表面进行移动，采集待检膜不同检测位置的坐标，得到待检膜全部检测位置的坐标值；
将待检膜全部检测位置的坐标值融入到平面直角坐标系中，获取相控阵超声波探头在当前检测位置相对于待检膜的位置；
波束扫描模块，用于相控阵超声波探头对待检膜进行波束扫描，得到待检膜在当前检测位置的扫描图像，扫描图像反映待检膜的检测位置有无纳米孔；通过CNN－NSST变换对扫描图像优化；将相控阵超声波探头移至波束扫描的下一检测位置，直到待检膜全部检测位置扫描完成；
纳米孔位置确定模块，用于基于优化后的扫描图像，确定反映检测位置有纳米孔的扫描图像；根据所述扫描图像和相控阵超声波探头相对于待检膜的位置，确定待检膜上的纳米孔的位置。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明通过对待检膜及相控阵超声波探头进行三维扫描建模，得到待检膜及相控阵超声波探头三维模型；通过CNN－NSST变换对扫描图像进行优化，根据相控阵超声波探头相对于待检膜的位置，确定待检膜上的纳米孔的位置，可有效探测待检膜上纳米孔的位置，节省检测成本，提高相控阵超声波探头检测灵敏度，降低纳米孔的位置相对误差，保证纳米孔的位置检测结果的准确性及可靠性。
附图说明
图1是本发明方法示意图；
图2是本发明三维模型示意图；
图3是本发明平面直角坐标系示意图；
图4是本发明带有多个超声晶片的相控阵超声探头示意图；
图5是本发明窗口大小为5*5的有效数字区域为十字型的卷积核示意图。
图示：1、待检膜；2、相控阵超声波探头；3、纳米孔。
具体实施方式
以下将参照附图和优选实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书中所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例
本实施例提出了一种膜上纳米孔位置探测方法。请参阅图1，包括以下步骤：
步骤1：对待检膜及相控阵超声波探头进行三维扫描建模，得到待检膜及相控阵超声波探头三维模型，在待检膜的底面的设置四个特征点，并以待检膜的底面的四个预设特征点为原点构建平面直角坐标系；
具体地，检测人员采用深度相机建模或激光扫描中的任一种，对待检膜和相控阵超声波探头进行统一的三维扫描建模，得到的三维模型如图2所示。以待检膜底面的四个特征点构建平面直角坐标系，使待检膜与相控阵超声波探头处于同一坐标系下。
步骤2：控制相控阵超声波探头在待检膜的上表面进行移动，采集待检膜不同检测位置的坐标，得到待检膜全部检测位置的坐标值；
将待检膜全部检测位置的坐标值融入到平面直角坐标系中，获取相控阵超声波探头在当前检测位置相对于待检膜的位置；
步骤3：相控阵超声波探头对待检膜进行波束扫描，得到待检膜在当前检测位置的扫描图像，扫描图像反映待检膜的检测位置有无纳米孔；通过CNN－NSST变换对扫描图像优化；将相控阵超声波探头移至波束扫描的下一检测位置，直到待检膜全部检测位置扫描完成；
步骤4：基于优化后的扫描图像，确定反映检测位置有纳米孔的扫描图像；根据所述扫描图像和相控阵超声波探头相对于待检膜的位置，确定待检膜上的纳米孔的位置。
综上，本实施例获取待检膜，基于预设建模方式对待检膜和相控阵超声波探头进行扫描，得到待检膜和相控阵超声波探头的三维图形。通过设置在相控阵超声波探头的坐标采集器进行不同检测位置的坐标采集，将所采集的坐标值融入到平面直角坐标系中，确定相控阵超声波探头的当前检测位置相对于待检膜的位置；基于预设的相控阵超声波探头对待检膜进行波束扫描，得到待检膜检测位置的扫描图像，通过CNN－NSST变换对扫描图像优化，分析优化后的扫描图像，确定纳米孔；根据相控阵超声波探头相对于待检膜的位置，结合三维模型和构建的平面直角坐标系确定待检膜上的纳米孔位置。
本发明基于相控阵超声波探头发出的超声波束来探测待检膜上的纳米孔，并确定纳米孔的位置。本发明通过构建相控阵超声波探头及待检膜的统一三维模型及统一的平面直角坐标系，并通过CNN－NSST变换对扫描图像优化，可有效检测膜上的纳米孔位置，降低位置相对误差，保证检测结果的准确性及可靠性。
其中，对待检膜及相控阵超声波探头进行三维扫描建模可以是同时进行。待检膜的底面的预设特征点可以设为四个或多个。
作为优选的技术方案，本实施例中，步骤1对待检膜及相控阵超声波探头进行三维扫描建模，包括：
按照预设建模方式同时对待检膜及相控阵超声波探头进行三维扫描建模，所述预设建模方式为深度相机建模、激光扫描建模中的任一种。
作为优选的技术方案，本实施例中，步骤2所述采集待检膜不同检测位置的坐标，包括：
按照四点定位原则在相控阵超声波探头上设置四个坐标采集器，控制相控阵超声波探头在待检膜的上表面进行移动，通过坐标采集器采集待检膜不同检测位置的坐标。
作为优选的技术方案，本实施例中，步骤2所述获取相控阵超声波探头在当前检测位置相对于待检膜的位置，包括：
获取相控阵超声波探头的四点坐标值，将四点坐标值融入到待检膜建立的平面直角坐标系中，并根据待检膜及相控阵超声波探头三维模型，以待检膜的中间位置为参考，获取相控阵超声波探头在当前检测位置相对于待检膜的位置，以此作为位置取向，例如相控阵超声波探头在待检膜表面中部靠左的位置。
作为优选的技术方案，本实施例中，步骤3所述得到待检膜当前检测位置的扫描图像，包括：
控制相控阵超声波探头的发射阵元中的各个晶片依次按照预先设定的延迟时间激发，向待检膜发出超声波束；控制相控阵超声波探头中的接收阵元接收待检膜内部反射的回波信号；根据超声波束与回波信号，得到待检膜当前检测位置的扫描图像。
作为优选的技术方案，本实施例中，所述根据超声波束与回波信号，得到待检膜当前位置的扫描图像，包括：
获取超声波束与回波信号之间信号幅值差异、时间延迟以及相位差异；基于信号幅值差异、时间延迟以及相位差异，生成待检膜当前位置的扫描图像。
作为优选的技术方案，本实施例中，步骤3所述通过CNN－NSST（卷积神经网络－非下采样剪切波变换）算法对扫描图像优化，包括：
使用NSST变换对扫描图像进行多尺度分解，得到高频子带和低频子带；对低频子带使用同态滤波增强细节信息，设定阈值滤除高频子带的噪声信息，将处理后的高频子带和低频子带进行逆NSST变换得到优化后的扫描图像。
可以理解的是，CNN是对数字图像进行平滑滤波，属于一种在空间域进行低频增强的空间技术；其中，根据图5，CNN采用窗口大小为5*5的有效数字区域为十字型的卷积核；使用CNN对扫描图像进行平滑滤波、掩膜处理，补全扫描图像实心的区域，使得扫描图像的特征区分明显。
作为优选的技术方案，本实施例中，所述对低频子带使用同态滤波增强细节信息，设定阈值滤除高频子带的噪声信息，将处理后的高频子带和低频子带进行逆NSST得到优化后的扫描图像，包括：
通过NSST变换对扫描图像进行处理，得到不同尺度和不同方向子带的剪切波系数；基于剪切波系数/>,对每个尺度不同方向的高频子带计算噪声方差/>、标准差和阈值/>；利用渐进半软阈值函数对剪切波系数/>进行去噪处理，得到无噪信号图像的剪切波系数的估计/>；对去噪后的高频子带和低频子带重构，得到去噪后的扫描图像；其中，
所述扫描图像的噪声模型为：
式中，y为含噪图像，x为无噪声信号图像，n为高斯白噪声；
所述NSST变换如下：
式中，Ys,k、Xs,k、Vs,k分别为含噪图像y、无噪声信号图像x、高斯白噪声n对应的剪切波系数；s为尺度，k为与尺度有关的方向子带；
噪声方差计算公式如下：
式中，为噪声标准差，Ys,k为s尺度、k方向的高频子带系数；M为取中值；
标准差计算公式如下：
（5）
式中，为无噪声图像标准差；/>为含噪图像标准差；/>为相应子带的系数个数；Ws,k为子带窗口；
阈值计算公式如下：
式中，为阈值，随尺度s和方向k变化；
渐进半软阈值函数表达式如下：
式中，为阈值量化后的剪切波系数。
作为优选的技术方案，本实施例中，
需要说明的是，步骤4所述确定待检膜上的纳米孔的位置，包括：
获取待检膜优化后的扫描图像，将扫描图像和无纳米孔的标准图像进行比较，确定扫描图像和无纳米孔的标准图像之间的差异信息，差异信息反映有无纳米孔之间的差异，因此当得到这些差异信息后，根据差异信息确认扫描图像对应的待检膜检测位置有无纳米孔，再根据反映检测位置有纳米孔的扫描图像和三维模型下当前位置相控阵超声波探头相对于待检膜的位置，结合平面直角坐标系确定待检膜上纳米孔的位置。
下面对本发明实施例提供的膜上纳米孔位置探测系统进行介绍，下文描述的膜上纳米孔位置探测系统与上文描述的膜上纳米孔位置探测方法可以相互参照。
本发明实施例提供的膜上纳米孔位置探测系统，包括：
一种膜上纳米孔位置探测系统，建模模块，用于对待检膜及相控阵超声波探头进行三维扫描建模，得到待检膜及相控阵超声波探头三维模型，在待检膜的底面的设置四个特征点，并以待检膜的底面的四个预设特征点为原点构建平面直角坐标系；
检测位置获取模块，用于控制相控阵超声波探头在待检膜的上表面进行移动，采集待检膜不同检测位置的坐标，得到待检膜全部检测位置的坐标值；
将待检膜全部检测位置的坐标值融入到平面直角坐标系中，获取相控阵超声波探头在当前检测位置相对于待检膜的位置；
波束扫描模块，用于相控阵超声波探头对待检膜进行波束扫描，得到待检膜在当前检测位置的扫描图像，扫描图像反映待检膜的检测位置有无纳米孔；通过CNN－NSST变换对扫描图像优化；将相控阵超声波探头移至波束扫描的下一检测位置，直到待检膜全部检测位置扫描完成；
纳米孔位置确定模块，用于基于优化后的扫描图像，确定反映检测位置有纳米孔的扫描图像；根据所述扫描图像和相控阵超声波探头相对于待检膜的位置，确定待检膜上的纳米孔的位置。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明通过构建相控阵超声波探头及待检膜的三维模型及平面直角坐标系，根据四点定位原则进行坐标采集，实现相控阵超声波探头在X和Y轴平移位置，保证平面直角坐标获取精度，从而保证超声检测的精确度。并通过CNN－NSST变换对扫描图像进行优化，可有效检测待检膜上的纳米孔位置，降低位置相对误差，保证检测结果的准确性及可靠性。
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)
1.一种膜上纳米孔位置探测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：对待检膜及相控阵超声波探头进行三维扫描建模，得到待检膜及相控阵超声波探头三维模型，在待检膜的底面的设置四个特征点，并以待检膜的底面的四个预设特征点为原点构建平面直角坐标系；
步骤2：控制相控阵超声波探头在待检膜的上表面进行移动，采集待检膜不同检测位置的坐标，得到待检膜全部检测位置的坐标值；
将待检膜全部检测位置的坐标值融入到平面直角坐标系中，获取相控阵超声波探头在当前检测位置相对于待检膜的位置；
步骤3：相控阵超声波探头对待检膜进行波束扫描，得到待检膜在当前检测位置的扫描图像，扫描图像反映待检膜的检测位置有无纳米孔；通过CNN－NSST变换对扫描图像优化；将相控阵超声波探头移至波束扫描的下一检测位置，直到待检膜全部检测位置扫描完成；
步骤4：基于优化后的扫描图像，确定反映检测位置有纳米孔的扫描图像；根据所述扫描图像和相控阵超声波探头相对于待检膜的位置，确定待检膜上的纳米孔的位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1对待检膜及相控阵超声波探头进行三维扫描建模，包括：
按照预设建模方式同时对待检膜及相控阵超声波探头进行三维扫描建模，所述预设建模方式为深度相机建模、激光扫描建模中的任一种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2所述采集待检膜不同检测位置的坐标，包括：
按照四点定位原则在相控阵超声波探头上设置四个坐标采集器，控制相控阵超声波探头在待检膜的上表面进行移动，通过坐标采集器采集待检膜不同检测位置的坐标。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2所述获取相控阵超声波探头在当前检测位置相对于待检膜的位置，包括：
获取相控阵超声波探头的四点坐标值，将四点坐标值融入到待检膜建立的平面直角坐标系中，并根据待检膜及相控阵超声波探头三维模型，以待检膜的中间位置为参考，获取相控阵超声波探头在当前检测位置相对于待检膜的位置。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3所述得到待检膜当前检测位置的扫描图像，包括：
控制相控阵超声波探头的发射阵元中的各个晶片依次按照预先设定的延迟时间激发，向待检膜发出超声波束；控制相控阵超声波探头中的接收阵元接收待检膜内部反射的回波信号；根据超声波束与回波信号，得到待检膜当前检测位置的扫描图像。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据超声波束与回波信号，得到待检膜当前位置的扫描图像，包括：
获取超声波束与回波信号之间信号幅值差异、时间延迟以及相位差异；基于信号幅值差异、时间延迟以及相位差异，生成待检膜当前位置的扫描图像。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3所述通过CNN－NSST变换对扫描图像优化，包括：
使用CNN对扫描图像进行平滑滤波、掩膜处理，补全扫描图像实心的区域；
使用NSST变换对扫描图像进行多尺度分解，得到高频子带和低频子带；对低频子带使用同态滤波增强细节信息，设定阈值滤除高频子带的噪声信息，将处理后的高频子带和低频子带进行逆NSST变换得到优化后的扫描图像。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对低频子带使用同态滤波增强细节信息，设定阈值滤除高频子带的噪声信息，将处理后的高频子带和低频子带进行逆NSST得到优化后的扫描图像，包括：
通过NSST变换对扫描图像进行处理，得到不同尺度和不同方向子带的剪切波系数；基于剪切波系数/>,对每个尺度不同方向的高频子带计算噪声方差/>、标准差/>和阈值/>；利用渐进半软阈值函数对剪切波系数/>进行去噪处理，得到无噪信号图像的剪切波系数的估计/>；对去噪后的高频子带和低频子带重构，得到去噪后的扫描图像；其中，
所述扫描图像的噪声模型为：
式中，y为含噪图像，x为无噪声信号图像，n为高斯白噪声；
所述NSST变换如下：
式中，Ys,k、Xs,k、Vs,k分别为含噪图像y、无噪声信号图像x、高斯白噪声n对应的剪切波系数；s为尺度，k为与尺度有关的方向子带；
噪声方差计算公式如下：
式中，为噪声标准差，Ys,k为s尺度、k方向的高频子带系数；M为取中值；
标准差计算公式如下：
（5）
式中，为无噪声图像标准差；/>为含噪图像标准差；/>为相应子带的系数个数；/>为子带窗口；
阈值计算公式如下：
式中，为阈值，随尺度s和方向k变化；
渐进半软阈值函数表达式如下：
式中，为阈值量化后的剪切波系数。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4所述确定待检膜上的纳米孔的位置，包括：
获取待检膜优化后的扫描图像，将扫描图像和无纳米孔的标准图像进行比较，确定扫描图像和无纳米孔的标准图像之间的差异信息，根据差异信息确认扫描图像对应的待检膜检测位置有无纳米孔，再根据反映检测位置有纳米孔的扫描图像和三维模型下当前位置相控阵超声波探头相对于待检膜的位置，结合平面直角坐标系确定待检膜上纳米孔的位置。
10.一种膜上纳米孔位置探测系统，使用上述权利要求1~9任一项膜上纳米孔位置探测方法，其特征在于，包括：
建模模块，用于对待检膜及相控阵超声波探头进行三维扫描建模，得到待检膜及相控阵超声波探头三维模型，在待检膜的底面的设置四个特征点，并以待检膜的底面的四个预设特征点为原点构建平面直角坐标系；
检测位置获取模块，用于控制相控阵超声波探头在待检膜的上表面进行移动，采集待检膜不同检测位置的坐标，得到待检膜全部检测位置的坐标值；
将待检膜全部检测位置的坐标值融入到平面直角坐标系中，获取相控阵超声波探头在当前检测位置相对于待检膜的位置；
波束扫描模块，用于相控阵超声波探头对待检膜进行波束扫描，得到待检膜在当前检测位置的扫描图像，扫描图像反映待检膜的检测位置有无纳米孔；通过CNN－NSST变换对扫描图像优化；将相控阵超声波探头移至波束扫描的下一检测位置，直到待检膜全部检测位置扫描完成；
纳米孔位置确定模块，用于基于优化后的扫描图像，确定反映检测位置有纳米孔的扫描图像；根据所述扫描图像和相控阵超声波探头相对于待检膜的位置，确定待检膜上的纳米孔的位置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311772194.2A CN117781971B (zh) | 2023-12-21 | 2023-12-21 | 一种膜上纳米孔位置探测方法及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311772194.2A CN117781971B (zh) | 2023-12-21 | 2023-12-21 | 一种膜上纳米孔位置探测方法及系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117781971A true CN117781971A (zh) | 2024-03-29 |
| CN117781971B CN117781971B (zh) | 2024-06-14 |
Family
ID=90384671
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311772194.2A Active CN117781971B (zh) | 2023-12-21 | 2023-12-21 | 一种膜上纳米孔位置探测方法及系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117781971B (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007041621A2 (en) * | 2005-10-03 | 2007-04-12 | Xingsheng Sean Ling | Hybridization assisted nanopore sequencing |
| CA2808576A1 (en) * | 2009-09-30 | 2011-04-07 | Quantapore, Inc. | Ultrafast sequencing of biological polymers using a labeled nanopore |
| CN117030856A (zh) * | 2023-08-10 | 2023-11-10 | 西安热工研究院有限公司 | 一种动态聚焦相控阵超声检测方法、装置、设备及介质 |
| WO2023233345A1 (en) * | 2022-06-01 | 2023-12-07 | Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) | Nanopore-based scanning system and method |
-
2023
- 2023-12-21 CN CN202311772194.2A patent/CN117781971B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007041621A2 (en) * | 2005-10-03 | 2007-04-12 | Xingsheng Sean Ling | Hybridization assisted nanopore sequencing |
| CA2808576A1 (en) * | 2009-09-30 | 2011-04-07 | Quantapore, Inc. | Ultrafast sequencing of biological polymers using a labeled nanopore |
| WO2023233345A1 (en) * | 2022-06-01 | 2023-12-07 | Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) | Nanopore-based scanning system and method |
| CN117030856A (zh) * | 2023-08-10 | 2023-11-10 | 西安热工研究院有限公司 | 一种动态聚焦相控阵超声检测方法、装置、设备及介质 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| "2009年《武汉理工大学学报》总目录", 武汉理工大学学报, no. 24, 30 December 2009 (2009-12-30), pages 1 * |
| 陆祖宏: "应用于纳米孔光学检测的石墨烯薄膜转移方法的研究", 《万方学术平台》, 2 July 2020 (2020-07-02), pages 1 - 57 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117781971B (zh) | 2024-06-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113888471B (zh) | 一种基于卷积神经网络的高效高分辨力缺陷无损检测方法 | |
| CN112232392A (zh) | 一种用于三维探地雷达的数据解译和识别方法 | |
| CN109283248B (zh) | 基于DBSCAN和k-means算法的板类结构多缺陷检测方法 | |
| CN113449683B (zh) | 基于k-svd训练局部字典的高频超声稀疏去噪方法及系统 | |
| CN112630784B (zh) | 基于凸优化和神经网络的平面阵列幅相误差校正方法 | |
| Bai et al. | Ultrasonic defect characterization using the scattering matrix: A performance comparison study of Bayesian inversion and machine learning schemas | |
| CN111968224A (zh) | 船舶3d扫描点云数据处理方法 | |
| CN117781971B (zh) | 一种膜上纳米孔位置探测方法及系统 | |
| CN101799916A (zh) | 基于贝叶斯估计的生物芯片图像小波去噪方法 | |
| CN114966560A (zh) | 一种探地雷达后向投影成像方法及系统 | |
| CN116626685B (zh) | 基于机器学习的河道底泥实时监测方法及系统 | |
| Osman | Automated evaluation of three dimensional ultrasonic datasets | |
| CN114002664A (zh) | 和差波束成像目标检测及精确测角方法 | |
| Lu et al. | EMDiffuse: a diffusion-based deep learning method augmenting ultrastructural imaging and volume electron microscopy | |
| CN112485336A (zh) | 一种基于差分技术的激光超声合成孔径成像方法 | |
| CN113607068B (zh) | 一种光声测量信号特征的识别模型建立方法及提取方法 | |
| Oliveira et al. | Probabilistic positioning of a mooring cable in sonar images for in-situ calibration of marine sensors | |
| Su et al. | Sparse reconstruction for microdefect detection of two-dimensional ultrasound image based on blind estimation | |
| Kidera et al. | Efficient three-dimensional imaging method based on enhanced range point migration for UWB radars | |
| CN115201821A (zh) | 基于强目标成像对消的小目标检测方法 | |
| Xiao et al. | Contrast enhancement and segmentation of ultrasound images: a statistical method | |
| JP5773935B2 (ja) | シーンにおけるオブジェクトを分類する方法 | |
| CN116228603B (zh) | 一种挂车周围障碍物的报警系统及装置 | |
| CN113702939B (zh) | 一种近场局部照射目标散射近远场转换方法 | |
| CN118154993B (zh) | 基于声光图像融合的双模态水下大坝裂缝检测方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |