CN217180525U - 一种菌落图像采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种菌落图像采集装置，包括摄像头、菌落载片、载物台以及光源，以所述摄像头的视角为基准，并且以所述菌落载片为分界线，在所述菌落载片所处的空间内形成有明场反射光区、明场透射光区、暗场反射光区以及暗场透射光区；所述光源包括第一光源和/或第二光源，所述第一光源与摄像头位于所述菌落载片的同一侧，且所述第一光源位于所述暗场反射光区，和/或，所述第二光源与摄像头分别位于所述菌落载片的两侧，且所述第二光源位于所述暗场透射光区。该采集装置可以提高采集信号的完整性，使采集信号的数据量最小，从而提高采集图片的准确性和后续分析计数系统处理速度。

Description

一种菌落图像采集装置

技术领域

本实用新型涉及生物检测技术领域，尤其涉及菌落图像采集装置。

背景技术

细菌、病毒、分子细胞等计数和分类在很多方面都有巨大的潜在用途，例如：人类疾病诊断和食品中病原体检测。

微生物菌落计数是一种常见的生物学检测方法，广泛应用于饮用水、食品/药品、洁净厂房、机舱物表面、病原微生物实验室等多种环境的微生物检测中，其在样本采样后直接或经过适当稀释后涂布于固体培养基表面，经过一定培养时间，待形成肉眼可见的菌落后判断原始样本中菌体的数量。

传统培养法作为一种标准方法，其结合肉眼计数，结果报告时间为2-5天，无法满足紧急情况下的计数需求。如若干个微生物在物理空间上十分接近时，其在生长的过程中常常发生菌落融合，结果判断为单一菌落，造成实际结果与计量结果偏离。

为了解决菌体生长过程菌落计数以及菌落融合所导致的计数结果偏离问题，需要提供一种新型的菌落图像采集装置，提供菌落信息更加完善以保证计数结果的准确性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种菌落图像采集装置。该采集装置可以提高采集信号的完整性，根据需要选择性地切换光源，增强用于识别计数的局部特征，从而提高采集图片的准确性和后续分析计数系统处理速度。

为实现上述目的，本实用新型提供一种菌落图像采集装置，包括摄像头、菌落载片、载物台以及光源，以所述摄像头的视角为基准，并且以所述菌落载片为分界线，在所述菌落载片所处的空间内形成有明场反射光区、明场透射光区、暗场反射光区以及暗场透射光区；所述光源包括第一光源和/或第二光源，所述第一光源与摄像头位于所述菌落载片的同一侧，且所述第一光源位于所述暗场反射光区，和/或，所述第二光源与摄像头分别位于所述菌落载片的两侧，且所述第二光源位于所述暗场透射光区。

可选地，还包括第三光源；所述第三光源与摄像头分别位于所述菌落载片的两侧，且所述第三光源位于所述菌落载片的下方区域，所述菌落载片为透明或半透明材质，所述载物台为透明材质或具有用于放置所述菌落载片的镂空区域。

可选地，所述摄像头、菌落载片以及第三光源三者共轴。

可选地，所述第三光源为平面光源。

可选地，所述第三光源与载物台相接设置，或者，所述第三光源与菌落载片之间具有间隔的距离。

可选地，所述第二光源位于所述菌落载片与第三光源之间的暗场透射光区。

可选地，以所述摄像头的视角为基准，所述菌落载片位于所述摄像头的视角范围内。

可选地，所述菌落载片呈圆形，所述摄像头的视角与所述菌落载片相切；或者，所述菌落载片呈正方形或矩形，所述摄像头的视角与所述菌落载片外接。

可选地，相对设置的所述第一光源的照射中心线之间形成夹角，并且其照射区域在所述菌落载片的中心处部分重叠。

可选地，所述第一光源的高度低于所述摄像头的高度，或者，所述第一光源的高度高于所述摄像头的高度。

本实用新型所提供的菌落图像采集装置，将第一光源设于暗场反射光区和/或将第二光源设于暗场透射光区。这样，不仅可以避免摄像头拍摄到光源的影像，而且，若第一光源与摄像头在同侧时，光源照射到菌落团的表面，由于菌落团一般为凸起或凹下的曲面，照射到菌落团边缘的光线被直接反射到摄像头中，而照射到培养皿表面和及其他表面的光线并不会直接反射到摄像头中，只会有漫反射光被相机捕捉，光强相对直接反射较低，因此在影像中菌落团边缘呈现高亮边界，使的菌落团表面形成的边缘信息能够清晰采集，边缘特征对比度更强。若第二光源与摄像头位于菌落载片两侧时，光源从菌落载片背面射入，由于菌落团一般为凸起或凹下的曲面，照射到菌落团边缘的光线被直接折射出到摄像头中，而照射到培养皿中培养基和及其他位置的光线并不会直接折射到摄像头中，只会有漫射透射光被相机捕捉，光强相对直接折射较低，因此在影像中菌落团边缘呈现高亮边界，这样使的菌落团的边缘更加清晰，对比度更强。

附图说明

图1为本实用新型实施例所提供的第一种菌落图像采集装置的结构示意图；

图2为图1所示菌落图像采集装置的光区分布示意图；

图3为菌落边缘形成一圈亮环的实验图像；

图4为本实用新型实施例所提供的第二种菌落图像采集装置的结构示意图；

图5为本实用新型实施例所提供的第三种菌落图像采集装置的结构示意图；

图6为本实用新型实施例所提供的第四种菌落图像采集装置的结构示意图；

图7为本实用新型实施例所提供的第五种菌落图像采集装置的结构示意图；

图8为本实用新型实施例所提供的第六种菌落图像采集装置的结构示意图；

图9为本实用新型实施例所提供的第七种菌落图像采集装置的结构示意图；

图10为图1所示菌落图像采集装置采用第一对角线视角的结构示意图；

图11为图1所示菌落图像采集装置采用第二对角线视角的结构示意图。

图中：

1.摄像头 2.菌落载片 3.载物台 4.第一光源 5.菌落团 6.第二光源 7.第三光源 71.腔体 72.光线出口 73.发光器件

A.明场反射光区 B.明场透射光区 C.暗场反射光区 D.暗场透射光区 e.摄像头视野线 f.反射视野线。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

在本文中，“上、下、内、外”等用语是基于附图所示的位置关系而确立的，根据附图的不同，相应的位置关系也有可能随之发生变化，因此，并不能将其理解为对保护范围的绝对限定；而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

请参考图1、图2，图1为本实用新型实施例所提供的第一种菌落图像采集装置的结构示意图；图2为图1所示菌落图像采集装置的光区分布示意图。

在一种具体实施例中，本实用新型所提供的菌落图像采集装置，主要由摄像头1、菌落载片2（例如培养皿）、载物台3以及第一光源4等构成，其中，摄像头1位于载物台3的正上方，菌落载片2放置于载物台3，并位于摄像头1的视角范围内。

而且，以摄像头1的视角为基准，菌落载片2最大程度地位于摄像头1的视角范围。这样，可以保证摄像头1能够采集最大程度的有效信息，且最小程度的非必要信息。例如，当菌落载片2为圆形时，摄像头1的视角与菌落载片2相切，当菌落载片2为正方形或矩形时，摄像头1的视角最大程度上与菌落载片2外接。

以摄像头1视场的边缘线为入射光线，作该光线的反射线，并以菌落载片2为分界线，可将菌落载片2所处的空间分为明场反射光区A、明场透射光区B、暗场反射光区C以及暗场透射光区D（注：图2因为是截面图，所以视觉上是四个区域，其实上面区域是一个连通区域，下面区域同样是一个连通区域）。

更为具体地，以被照射的菌落载片2为焦平面，将空间分割为反射区（摄像头侧）和透射区，假设被照射的菌落载片2完全透明，则在透射区内，摄像头视野线e以内的区域为明场透射光区B，摄像头视野线e以外的区域为暗场透射光区D。假设被照射的菌落载片2完全镜面反射，在反射区内，以摄像头视野线e为基准，做摄像头视野线e的反射视野线f，则摄像头反射视野线f以内的区域为明场反射光区A，摄像头1反射视野线f以外的区域为暗场反射光区C。

当第一光源4设置在明场反射光区A时，摄像头1在采集菌落载片2图像时，会有第一光源4的影像，这样会影响采集图像的质量，同理，如果将第一光源4设置在明场透射光区B也会对采集的图像质量有所影响。

对此，本实施例将左右对称的两个第一光源4与摄像头1设置在菌落载片2的同侧，两者都位于载物台3的上方，且第一光源4位于暗场反射光区C。这样，摄像头1不会采集到第一光源4的影像。

具体地，摄像头1可以是像素不低于100万像素的摄像装置，第一光源4可以是环状光源、柔性光板，形状可以是圆形、多边形等形状，第一光源4的灯珠表面可设有柔光板，使发光照度均匀，不会因灯珠显示出颗粒感，从菌落载片2不同的方向照射灯光，使的菌落载片2上的菌落信息能够更好的被发现；菌落载片2可以是透明的，也可以是不透明的，载物台3也可以是透明或者不透明的。当然，其中优选载物台3为黑色或深灰色，材质优选为哑光漫射面，避免载物台3反射炫光，影响采集图像的效果。

实际培养菌落时，可以将细菌植入菌落载片2表面，在一定环境下，让细菌在菌落载片2上繁殖成长，到达一定时间后，将会在菌落载片2上生成很多细菌。这就是摄像头1需要采集的图片，以便后续对于菌落进行计数。

将第一光源4设于暗场反射光区C，不仅可以避免摄像头1拍摄到第一光源4的影像，而且，当第一光源4照射到菌落团5（大小为了示意进行了夸大）的表面时，由于菌落团5一般为凸起或凹下的曲面，照射到菌落团5边缘的光线被直接反射到摄像头1中，而照射到菌落载片2表面和及其他表面的光线并不会直接反射到摄像头1中，只会有漫反射光被摄像头1捕捉，光强相对直接反射较低，因此在影像中菌落团5边缘呈现高亮边界（见图3），也就是菌落边缘会形成一圈亮环，从而增加对比度，使菌落团5表面形成的边缘信息能够清晰采集，有利于提高菌落计数的识别准确度。

请参考图4，图4为本实用新型实施例所提供的第二种菌落图像采集装置的结构示意图。

在另一种具体实施例中，第二光源6与摄像头1位于菌落载片2的两侧，其中，摄像头1位于菌落载片2的上方，两个左右对称的第二光源6位于菌落载片2的下方，且第二光源6位于暗场透射光区D。

为了保证透光效果，菌落载片2为透明或半透明，若菌落载片2置于载物台3上，则载物台3也是透明的，或者在载物台3上设有对应于菌落载片2的镂空部分，菌落载片2置于载物台3的镂空区域。

这样，第二光源6从菌落载片2背面射入，由于菌落团5一般为凸起或凹下的曲面，照射到菌落团5边缘的光线被直接折射出到摄像头1中，而照射到菌落载片2中培养基和及其他位置的光线并不会直接折射到摄像头1中，只会有漫射透射光被摄像头1捕捉，光强相对直接折射较低，因此在影像中菌落团5边缘呈现高亮边界，使菌落团5的边缘更加清晰。

本实施例与第一种菌落图像采集装置相同的部分，给予相同的附图标记，并省略相同的文字说明。

请参考图5，图5为本实用新型实施例所提供的第三种菌落图像采集装置的结构示意图。

本实施例在第一种菌落图像采集装置的基础上，在菌落载片2的下方增设有第三光源7，为了保证透光效果，菌落载片2为透明或半透明，若菌落载片2置于载物台3上，则载物台3也是透明的，或者在载物台3上设有对应于菌落载片2的镂空部分，菌落载片2置于载物台3的镂空区域。

由于第三光源7从菌落载片2背面照射，因此，第三光源7可以是平面光、LED背光，或者带有侧入光的导光板模组；其中，优选第三光源7的照射区大于菌落载片2的面积大小，且菌落载片2置于第三光源7的照射区，摄像头1、第三光源7以及菌落载片2三者优选共轴，第三光源7可以与载物台3相接设置，也可以与菌落载片2或者载物台3之间留有一段距离。

如果已知摄像头1能包容菌落载片2（如培养皿）的最大视角为θ，则摄像头1距离菌落载片2的距离L为

公式中：L为摄像头1距离菌落载片2的距离

H为容菌落载片2的直径

θ为摄像头1的视角

通过将作为背景光的第三光源7与菌落载片正面的第一光源4相结合，能够使待采集样品的信息更加全面。

在本实施例中，菌落载片2的底部的透光材质优选为半透明，起到中性灰色滤片的效果，使透射光不发生色偏，作用是可以在关闭背光的情况下，从培养皿上方看上去背光呈现黑色或深灰色，无需将菌落载片2的背板更换为不透光，就可以实现背部黑色的效果。

具体地，半透明可以使用透明玻璃或者透明塑料镀半透膜，或半透明塑料或玻璃，或者透明玻璃、塑料上表面或下表面贴半透膜。

本实施例与第一种菌落图像采集装置相同的部分，给予相同的附图标记，并省略相同的文字说明。

请参考图6，图6为本实用新型实施例所提供的第四种菌落图像采集装置的结构示意图。

本实施例在第三种菌落图像采集装置的基础上，将第三光源7下移一段距离，使第三光源7与菌落载片2之间留有一段距离，并在这一距离之间在暗场透射光区D设有第二光源6，即在菌落载片2远离摄像头1的一侧同时设有第二光源6和第三光源7，其中，第三光源7是平面光源，第二光源6为一般的光源，两者均从背面照射菌落载片2。

这样，通过作为背景光的第三光源7、位于暗场透射光区D的第二光源6与菌落载片正面暗场反射光区的第一光源4的相结合，能够使待采集样品的信息更加全面。

在将光源设于暗场反射光区C和/或暗场透射光区D时，原则上只要将光源置于该区域，照射方向为菌落载片2即可，例如第一光源4与摄像头1位于菌落载片2同侧，第一光源4的高度可以低于摄像头1的高度，同样也可以高于摄像头1的高度（见图7），只要能够保持一定的亮度，就可以满足本申请的需求。

此外，如图8所示，相对设置的第一光源4（可以是环状，以截面为位于菌落载片直径两端的第一光源为例）以一定的角度照射到菌落载片2上，两者之间可以具有一定夹角，当两个第一光源4的光场存在相交时，也就是在菌落载片2中心处有重叠，则可以使边缘与中心的光源照度基本相同。这样，可以保证整个菌落载片2范围内的光场相对均匀。

请参考图9，图6为本实用新型实施例所提供的第七种菌落图像采集装置的结构示意图。

本实施例在第三种菌落图像采集装置的基础上，第三光源7采用了非直射形式的平面光源。该光源具有一个腔体71，腔体71有一个光线出口72，光线出口72可以完全敞开，或者设有透明板，或者设有均匀的半透柔光板，腔体71内与光线出口72直射位置没有发光器件，在腔体的非直射内壁，如底面、侧面，顶面设有发光器件73，如LED灯珠；照射给菌落载片2的光线通过腔体71内部反射从光线出口72射出。

这种平面光源的光线经过反射后照射给菌落载片2，光线照度更均匀，而且，在将其关闭，仅使用反射暗场光时，相机同侧的照射光穿过菌落载片2之后会被其腔体吸收，从菌落载片2上方看上去背光呈现黑色或深灰色，无需将菌落载片2的背板更换为不透光就可以实现背部黑色的效果。

请参考图10、图11，图10为图1所示菌落图像采集装置采用第一对角线视角的结构示意图；图11为图1所示菌落图像采集装置采用第二对角线视角的结构示意图。

摄像头1的对角线视角α优选于30°-90°之间，在此视角范围内，若采用60°-90°的视角作为第一对角线视角，可以使拍摄距离更近，结构更紧凑，但明场空间较大，暗场光源须放置在较低、距离中心较远的位置，容易导致侧向光照阴影，光照强度弱，且被摄物体中心和边缘到镜头距离差更大，影像畸变较大。

若采用30°-60°的视角作为第二对角线视角，可以使暗场光源放置在较高，距离中心较近的位置，光照强度大，对比度强，影像畸变较小。但由于视场较小，相同尺寸物体拍摄距离更远，结构尺寸更大。

例如，在一种实施例中，采用2000万像素的摄像头，1寸靶面，镜头为25或16mm焦距，对角线视角约为34°，可以获得较佳的观测效果。

上述实施例仅是本实用新型的优选方案，具体并不局限于此，在此基础上可根据实际需要作出具有针对性的调整，从而得到不同的实施方式。例如，第一光源4的数量可以是三个或四个，等等。由于可能实现的方式较多，这里就不再一一举例说明。

本申请通过限定摄像头1与待采集样品（例如培养皿）之间的位置关系，提高采集信号的完整性以及采集信号的数据量最小（减少采集到非必要特征信息），从而减少或避免摄像头1采集到光源的影像，影响采集图片的准确性，并且，通过在待采集样品远离摄像头1一侧设置光源，提高采集信息的准确性，或者可以对应不同样品信息的采集。

以上对本实用新型所提供的菌落图像采集装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (11)

1.一种菌落图像采集装置，包括摄像头、菌落载片、载物台以及光源，其特征在于，以所述摄像头的视角为基准，并且以所述菌落载片为分界线，在所述菌落载片所处的空间内形成有明场反射光区、明场透射光区、暗场反射光区以及暗场透射光区；所述光源包括第一光源和/或第二光源，所述第一光源与摄像头位于所述菌落载片的同一侧，且所述第一光源位于所述暗场反射光区，和/或，所述第二光源与摄像头分别位于所述菌落载片的两侧，且所述第二光源位于所述暗场透射光区。

2.根据权利要求1所述的菌落图像采集装置，其特征在于，还包括第三光源；所述第三光源与摄像头分别位于所述菌落载片的两侧，且所述第三光源位于所述菌落载片的下方区域，所述菌落载片为透明或半透明材质，所述载物台为透明材质或具有用于放置所述菌落载片的镂空区域。

3.根据权利要求2所述的菌落图像采集装置，其特征在于，所述摄像头、菌落载片以及第三光源三者共轴。

4.根据权利要求3所述的菌落图像采集装置，其特征在于，所述第三光源为平面光源。

5.根据权利要求4所述的菌落图像采集装置，其特征在于，所述平面光源包括设有光线出口的腔体，所述腔体的非直射内壁设有发光器件。

6.根据权利要求4所述的菌落图像采集装置，其特征在于，所述第三光源与载物台相接设置，或者，所述第三光源与菌落载片之间具有间隔的距离。

7.根据权利要求6所述的菌落图像采集装置，其特征在于，所述第二光源位于所述菌落载片与第三光源之间的暗场透射光区。

8.根据权利要求1所述的菌落图像采集装置，其特征在于，以所述摄像头的视角为基准，所述菌落载片位于所述摄像头的视角范围内。

9.根据权利要求8所述的菌落图像采集装置，其特征在于，所述菌落载片呈圆形，所述摄像头的视角与所述菌落载片相切；或者，所述菌落载片呈正方形或矩形，所述摄像头的视角与所述菌落载片外接。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的菌落图像采集装置，其特征在于，相对设置的所述第一光源的照射中心线之间形成夹角，并且其照射区域在所述菌落载片的中心处部分重叠。

11.根据权利要求10所述的菌落图像采集装置，其特征在于，所述第一光源的高度低于所述摄像头的高度，或者，所述第一光源的高度高于所述摄像头的高度。

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