EP1671103A1 - Methods for automatically identifying microorganisms collected on a carrier - Google Patents

Methods for automatically identifying microorganisms collected on a carrier

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Publication number
EP1671103A1
EP1671103A1 EP04789938A EP04789938A EP1671103A1 EP 1671103 A1 EP1671103 A1 EP 1671103A1 EP 04789938 A EP04789938 A EP 04789938A EP 04789938 A EP04789938 A EP 04789938A EP 1671103 A1 EP1671103 A1 EP 1671103A1
Authority
EP
European Patent Office
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image
objects
particles
carrier surface
color image
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04789938A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Petra Perner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
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Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP1671103A1 publication Critical patent/EP1671103A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G01N15/1433—
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers
    • G01N15/1468—Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers with spatial resolution of the texture or inner structure of the particle
    • G01N2015/1472—Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers with spatial resolution of the texture or inner structure of the particle with colour

Definitions

  • the invention relates to methods for the automatic determination of microorganisms collected on a carrier as airborne or water-borne particles in the form of fungal spores and bacteria.
  • this carrier is advantageously located in a channel or at the end of a channel for supply air or water.
  • the carrier is a filter or a body with a layer of an adhesive. After collection, the particles are incubated on nutrient media in microbiological laboratories. After several days, the colonies obtained can be evaluated. The colonies, which can all be traced back to only one collected germ, are roughly manually examined for color, shape and structure. A more precise determination of the types of germs is only possible after their separation, as well as growth and metabolism tests. This usually takes several weeks. These colonies are also determined manually.
  • the methods for the automatic determination of microorganisms collected on a carrier as airborne or water-borne particles in the form of fungal spores and bacteria are distinguished in particular by the fact that certain fungal spores and bacteria are automatically recognized and displayed and / or stored as a respective species.
  • the method is therefore advantageously suitable for monitoring the atmosphere in and outside of buildings, the carrier being arranged in the supply air or the atmosphere.
  • the method is also suitable for the monitoring of flowing or standing water, whereby the carrier is moved in the water or placed in the flowing water.
  • the number is also advantageous of the undetermined objects are counted, so that when these particles are determined manually, their number is immediately displayed and / or stored. Repeated implementation with the extended classifier is avoided. Reactions to dangerous situations can be made more quickly.
  • advantageous features for the determination of the objects are the shape, the texture or the structuring of the objects in the color image and / or in the gray value image.
  • optically distinguishable features inside the objects are also included in the determination.
  • a gray-scale image is created with the resulting full-area labeled objects of one gray-scale value and a background with a different gray-scale value.
  • the objects are determined in the gray value image and / or in the silhouette image using a model-based comparison method.
  • the model in the model-based comparison process consists of a set of points that describe the contour of the object and the associated direction vector. So far, models such as circles of different sizes, ellipses of different sizes and orientations and rectangles with rounded corners of different sizes and orientations have been designed.
  • the transformed model is compared with the image at any point and a similarity measure is formed between the model and the pixels.
  • the detection of the objects in the grayscale image and / or silhouette image means that the contours of determined objects can be marked in the color image and / or in the grayscale image.
  • the shape, the texture and the structure of objects determined as features in the color image and / or grayscale image are determined via this marking. From this, sizes of determined can advantageously also continue Objects. Such sizes include areas, dimensions in different directions and the circumference, so that further comparison possibilities are given.
  • the characteristics form the basis for a subsequent case-based classification of the identified objects.
  • the objects classified and determined thereby are displayed and / or saved as type, name and / or code.
  • Detected and unclassified objects are also displayed and / or saved as a color image and / or grayscale image and / or silhouette image. This means that these objects can either be subsequently discarded or inserted as a new case with a specific class in the classifier.
  • the stored knowledge in the classifier is expanded and refined, and on the other hand, the unclassified objects are documented, so that later processing can also take place.
  • the objects are additionally counted. This can be done with the classified and certain objects as well as with the unclassified objects.
  • the display and / or storage is supplemented by the respective number.
  • the images are freed from interference and standardized in an image preprocessing after the recording and digitization.
  • the carrier surface can be colored to improve the determination of the particles.
  • the coloring can take place both before and after an exposure.

Abstract

The invention relates to methods for automatically identifying microorganisms that are collected on a carrier as airborne particles or particles occurring in water in the form of fungal spores and bacteria, identified fungal spores or bacteria being automatically recognized and indicated and/or stored as a respective species. The inventive method is thus advantageously suitable for monitoring both the atmosphere inside and outside buildings and stagnant or running water. It is possible to react quickly in case harmful substances are present due to the fact that the particles are automatically detected on the carrier surface. Advantageously, the inventive method allows the particles to be automatically identified. The objects are classified on a case-by-case basis by determining at least one property. The identified objects are advantageously indicated and/or stored as a species, allowing the results to be documented. Said results are available anytime as a current result and then as a history.

Description

Beschreibungdescription
Verfahren zur automatischen Bestimmung auf einem Träger gesammelter MikroorganismenMethod for the automatic determination of microorganisms collected on a carrier
Die Erfindung betrifft Verfahren zur automatischen Bestimmung auf einem Träger gesammelter Mikroorganismen als luftgetragene oder im Wasser vorkommende Partikel in Form von Pilzsporen und Bakterien.The invention relates to methods for the automatic determination of microorganisms collected on a carrier as airborne or water-borne particles in the form of fungal spores and bacteria.
Die Bestimmung von luftgetragenen oder im Wasser vorkommenden Partikeln erfolgt bekannterweise über eine Sammlung dieser Partikel auf einem Träger. Dieser Träger befindet sich dazu vorteilhafterweise in einem Kanal oder am Ende eines Kanals für Zuluft oder Wasser. Der Träger ist dabei ein Filter oder ein Körper mit einer Schicht eines Klebers. Nach der Sammlung werden die Partikel auf Nährböden in mikrobiologischen Labors bebrütet. Nach mehreren Tagen kann eine Auswertung der damit erhaltenen Kolonien erfolgen. Die Kolonien, die alle auf nur jeweils einem aufgefangenen Keim zurückzufuhren sind, werden auf Farbe, Form und Struktur grob manuell voruntersucht. Eine genauere Bestimmung der Keimarten ist nur nach deren Vereinzelung, sowie Wachstums- und Stoffwechseltests möglich. Das dauert in der Regel mehrere Wochen. Auch die Bestimmung dieser Kolonien erfolgt manuell.It is known that airborne or water-borne particles are determined by collecting these particles on a support. For this purpose, this carrier is advantageously located in a channel or at the end of a channel for supply air or water. The carrier is a filter or a body with a layer of an adhesive. After collection, the particles are incubated on nutrient media in microbiological laboratories. After several days, the colonies obtained can be evaluated. The colonies, which can all be traced back to only one collected germ, are roughly manually examined for color, shape and structure. A more precise determination of the types of germs is only possible after their separation, as well as growth and metabolism tests. This usually takes several weeks. These colonies are also determined manually.
Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf einem Träger gesammelte Mikroorganismen in Form von Pilzsporen und Bakterien als luftgetragene oder im Wasser vorkommende Partikel automatisch zu bestimmen.The object of the invention specified in claim 1 is to automatically determine microorganisms collected on a carrier in the form of fungal spores and bacteria as airborne or water-borne particles.
Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst. Die Verfahren zur automatischen Bestimmung auf einem Träger gesammelter Mikroorganismen als luftgetragene oder im Wasser vorkommende Partikel in Form von Pilzsporen und Bakterien zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass bestimmte Pilzsporen und Bakterien als jeweilige Art automatisch erkannt und angezeigt und/oder gespeichert werden. Damit eignet sich das Verfahren vorteilhafterweise zur Überwachung der Atmosphäre in und außerhalb von Gebäuden, wobei in der Zuluft oder der Atmosphäre der Träger angeordnet ist. Das Verfahren eignet sich aber auch für die Überwachung von fließendem oder stehendem Wasser, wobei der Träger im Wasser bewegt oder im fließenden Wasser platziert wird. Durch die automatische Feststellung der Partikel in Form von Pilzsporen und/oder Bakterien auf der Trägeroberfläche kann schnell bei Vorhandensein schädlicher Mikroorganismen als Partikel in Form von Pilzsporen und Bakterien reagiert werden. Bei bekannten Verfahren werden erst Kulturen gezüchtet und diese Kulturen manuell bestimmt. Das dauert mehrere Tage, so dass erst nach einer relativ langen Zeit zuverlässige Ergebnisse vorhanden sind. Eine schnelle Reaktion ist dadurch nicht möglich. Vorteilhafterweise werden die Partikel bei dem erfindungsgemäßen Verfahren automatisch erkannt. Der besondere Vorteil liegt dabei bei der sehr schnellen Feststellung vom Vorhandensein von Pilzsporen und/oder Bakterien und der Bestimmung der Art bestimmter Pilzsporen oder Bakterien entsprechend des Inhalts des Klassifikators. Dazu wird die Trägeroberfläche mit den gesammelten Partikeln einschließlich der Partikel aufgenommen und das Bild derThis object is achieved with the features listed in claim 1. The methods for the automatic determination of microorganisms collected on a carrier as airborne or water-borne particles in the form of fungal spores and bacteria are distinguished in particular by the fact that certain fungal spores and bacteria are automatically recognized and displayed and / or stored as a respective species. The method is therefore advantageously suitable for monitoring the atmosphere in and outside of buildings, the carrier being arranged in the supply air or the atmosphere. The method is also suitable for the monitoring of flowing or standing water, whereby the carrier is moved in the water or placed in the flowing water. By automatically detecting the particles in the form of fungal spores and / or bacteria on the carrier surface, it is possible to react quickly as particles in the form of fungal spores and bacteria in the presence of harmful microorganisms. In known methods, cultures are first grown and these cultures are determined manually. This takes several days, so that reliable results are only available after a relatively long time. A quick reaction is therefore not possible. The particles are advantageously automatically recognized in the method according to the invention. The particular advantage lies in the very quick determination of the presence of fungal spores and / or bacteria and the determination of the type of certain fungal spores or bacteria according to the content of the classifier. For this purpose, the carrier surface with the collected particles including the particles is recorded and the image of the
Trägeroberfläche digitalisiert. Dieses Farbbild, ein daraus gewandeltes Grauwertbild und/oder ein daraus transformiertes Silhouettenbild dient der Feststellung von Objekten im Bild. Durch ein modellbasiertes Vergleichsverfahren werden dazu vorteilhafterweise bei Vorhandensein die einzelnen Objekte ermittelt. Über wenigstens eine Merkmals- bestimmung erfolgt eine fallbasierte Klassifikation der Objekte. Die bestimmten Objelcte werden vorteilhafterweise als Art angezeigt und/oder gespeichert. Ergebnis ist eine Dokumentation der Ergebnisse, die jederzeit als aktuelles Ergebnis und nachfolgend als Geschichte zur Verfügung stehen. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Verfahren besteht darin, dass bei Vorhandensein unbestimmter und damit nichtklassifizierter Objekte als Farbbild und/oder Grauwertbild und/oder Silhouettenbild angezeigt und/oder gespeichert werden. Damit besteht die Möglichkeit diese Objekte manuell zu bestimmen oder zu verwerfen. Im ersten Fall werden diese manuell bestimmten Objekte als neuer Fall mit bestimmter Klasse im Klassifikator eingefugt. Der Klassifikator wird dadurch ständig erweitert, so dass die Ergebnisse der Verfahren verfeinert werden. Damit ist ein Verfahren zur automatischen Bestimmung auf einem Träger gesammelter Mikroorganismen als luftgetragene oder im Wasser vorkommende Partikel in Form von Pilzsporen und Bakterien vorhanden, das ständig erweiterbar ist. Das basiert auf den nach oben offenen fallbasierten Klassifikator. Dadurch können auch die verschiedenen Erscheinungsformen der Sporen oder Bakterien in ihrem Leben mit in deren auto- matischen Bestimmung einbezogen werden. Während ihrer Lebensdauer ändern diese ihr Aussehen und ihre Größe entsprechend auch der herrschenden Umgebungsbedingungen. Damit existieren verschiedene Variationen von Sporen oder Bakterien jeweils einer Art, die durch die Anwendung des Verfahrens automatisch ermittelt werden können. Die Partikel lagern sich auch in verschiedenen Positionen auf der Trägeroberfläche an, so dass unterschiedliche Geometrien jeweils einer Art aufgenommen werden. Das Verfahren zeichnet sich vorteilhafterweise auch dadurch aus, dass diese nach ihrer Lage unterschiedlichen Geometrien in die Bestimmung der Sporen oder Bakterien mit einbezogen werden.Carrier surface digitized. This color image, a grayscale image converted from it and / or a silhouette image transformed therefrom is used to identify objects in the image. For this purpose, the individual objects are advantageously determined using a model-based comparison method. A case-based classification of the objects takes place via at least one feature determination. The specific objects are advantageously displayed and / or stored as a type. The result is a documentation of the results, which are available at any time as the current result and subsequently as a story. Another important advantage of the method according to the invention is that, in the presence of undefined and thus unclassified objects, they are displayed and / or stored as a color image and / or gray-scale image and / or silhouette image become. This enables you to manually determine or discard these objects. In the first case, these manually determined objects are inserted as a new case with a certain class in the classifier. As a result, the classifier is continuously expanded so that the results of the procedures are refined. This provides a method for the automatic determination of microorganisms collected on a carrier as airborne or water-borne particles in the form of fungal spores and bacteria, which is constantly expandable. This is based on the open-ended case-based classifier. As a result, the different forms of spores or bacteria in their lives can also be included in their automatic determination. During their lifespan, they change their appearance and size according to the prevailing environmental conditions. There are thus different variations of spores or bacteria of one type, which can be determined automatically by using the method. The particles also accumulate in different positions on the carrier surface, so that different geometries of one type are recorded. The method is advantageously also distinguished by the fact that, depending on their position, these different geometries are included in the determination of the spores or bacteria.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 9 angegeben.Advantageous embodiments of the invention are specified in claims 2 to 9.
Vorteilhafterweise werden neben der Art nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 2 auch die Anzahl der bestimmten Objekte in dieser Art angezeigt und/oder gespeichert. Damit können auch Schwellwerte eingeführt werden, wobei zum Beispiel eine Alarmierung nicht nur bei Vorhandensein sondern auch bei Überschreitung einer bestimmten Anzahl bestimmter Partikel erfolgt.In addition to the type according to the development of claim 2, the number of specific objects is advantageously displayed and / or stored in this way. Threshold values can also be introduced in this way, for example an alarm not only being given when a certain number of specific particles is present but also when it is exceeded.
Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 3 wird vorteilhafterweise auch die Anzahl der nicht bestimmten Objekte gezählt, so dass bei einer manuellen Bestimmung dieser Partikel sofort auch deren Anzahl angezeigt und/oder gespeichert ist. Eine nochmalige Durchführung mit dem erweiterten Klassifikator wird vermieden. Auf Gefahrensituationen kann schneller reagiert werden.After the further development of claim 3, the number is also advantageous of the undetermined objects are counted, so that when these particles are determined manually, their number is immediately displayed and / or stored. Repeated implementation with the extended classifier is avoided. Reactions to dangerous situations can be made more quickly.
Vorteilhafterweise wird das Bild der Trägeroberfläche mit den luftgetragenen Partikeln nach der Digitalisierung nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 4 in einer Bildvorverarbeitung von Störungen befreit und normiert. Bei der Normierung werden vorteilhafterweise Farben und Unterschiede der Aufnahmen ausgeglichen.Advantageously, the image of the carrier surface with the air-borne particles is freed from faults and standardized in an image preprocessing after digitization according to the development of claim 4. The normalization advantageously compensates for colors and differences in the images.
Vorteilhafte Merkmale für die Bestimmung der Objekte sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 5 die Form, die Textur oder die Strukturierung der Objekte im Farbbild und/oder im Grauwertbild. Neben der äußeren Form werden auch optisch unterscheidbare Merkmale im Inneren der Objekte in die Bestimmung einbezogen.According to the development of claim 5, advantageous features for the determination of the objects are the shape, the texture or the structuring of the objects in the color image and / or in the gray value image. In addition to the external shape, optically distinguishable features inside the objects are also included in the determination.
Die Weiterbildung des Patentanspruchs 6 führt vorteilhafterweise dazu, dass auch sich überlappende Objekte in den Bildern mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erkannt werden können. Derartige Objekte liegen wenigstens zum Teil übereinander. Bei einer großen Anzahl von Partikeln auf dem Träger sind derartige Anordnungen von Partikeln sehr wahrscheinlich. Dazu werden die nur teilweise optisch unterscheidbaren Objekte vereinzelt und mit Objekten des Klassifikators verglichen. Die nur teilweise optisch unterscheidbaren Objekte werden angezeigt und/oder gespeichert. Weiterhin werden dazu die zugeordneten ähnlichsten Objekte des Klassifikators angezeigt und/oder gespeichert. Gleichzeitig wird vorteilhafterweise der Grad der Übereinstimmung mit angezeigt und/oder gespeichert, so dass über einen manuellen Vergleich die Bestimmung bestätigt oder verworfen werden kann. Die Anzahl der bestimmten Objekte steigt, so dass das Ergebnis der automatischen Bestimmung wesentlich erhöht wird.The development of claim 6 advantageously leads to the fact that overlapping objects can also be recognized in the images with the method according to the invention. Such objects are at least partially superimposed. With a large number of particles on the carrier, such arrangements of particles are very likely. For this purpose, the only partially optically distinguishable objects are separated and compared with objects of the classifier. The only partially optically distinguishable objects are displayed and / or saved. Furthermore, the associated most similar objects of the classifier are displayed and / or saved. At the same time, the degree of agreement is advantageously also displayed and / or stored, so that the determination can be confirmed or rejected by means of a manual comparison. The number of determined objects increases, so that the result of the automatic determination is significantly increased.
Das Bild der Trägeroberfläche mit den gesammelten Partikeln wird nach der Weiter- bildung des Patentanspruchs 7 als Farbbild wenigstens einmal zweidimensional, räumlich und/oder dreidimensional aufgenommen. Durch eine mehrmalige zweidimensionale Aufnahme der Trägeroberfläche mit unterschiedlicher Schärfentiefe können vorteilhafterweise auch dreidimensionale Merkmale der Objekte über die zweidimensionalen Aufnahmen bestimmt werden. Die Schärfentiefe ist abhängig von der eingestellten Objektweite, der Brennweite und dem Blendendurchmesser. Grundlage ist, dass bei einer Einstellung des Objektives der Kamera auf eine bestimmte Bildweite nur Objektpunkte in einer bestimmten Objektweite als Punkte auf der Aufnahmeebene abgebildet werden. Die Bilder von Objektpunkten mit geringerer Objektweite entstehen hinter der Aufnahmeebene, diejenigen von Punkten mit größerer Objektweite vor der Aufnahmeebene. Eine räumliche Aufnahme ist die Nutzung der Holographie. Das Hologramm kann dabei vorteilhafterweise auch mit verschiedenen Abbildungsmaßstäben mit einer Kamera zum Beispiel als Digitalkamera aufgenommen werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Hologramm mit einer ebenen Welle mit größerer oder kleinerer Wellenlänge wiedergegeben werden kann, so dass auch die Bilder größer oder kleiner sind.The image of the carrier surface with the collected particles is recorded at least once two-dimensionally, spatially and / or three-dimensionally as a color image after the further development of patent claim 7. Through a repeated two-dimensional Recording the carrier surface with different depths of field can advantageously also determine three-dimensional features of the objects via the two-dimensional recordings. The depth of field depends on the set object width, the focal length and the aperture diameter. The basis is that when the camera lens is set to a certain image width, only object points in a certain object width are imaged as points on the recording plane. The images of object points with a smaller object width are created behind the image plane, those of points with a larger object width in front of the image plane. A spatial recording is the use of holography. The hologram can advantageously also be recorded using different imaging scales with a camera, for example as a digital camera. Another advantage is that the hologram can be reproduced with a plane wave with a larger or smaller wavelength, so that the images are also larger or smaller.
Durch ein Einfärben der Trägeroberfläche können vorteilhafterweise nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 8 weitere Objekte bestimmt werden. Derartige Objekte sind zum Teil unter Normalbedingungen ohne Einfärben nicht oder nur fehlerhaft bestimmbar. In Weiterführung der Weiterbildung des Patentanspruchs 9 wird die Bestimmung von Objekten weiter verbessert. Eine erste Bestimmung erfolgt durch Bilder der nicht eingefärbten Oberfläche des Trägers. Mit der nachfolgenden Einfärbung können weitere optische Eigenschaften der Objekte sichtbar gemacht werden. Eine nachfolgende automatische Bestimmung erhöht den Grad der bestimmten Objekte wesentlich.By coloring the support surface, further objects can advantageously be determined according to the development of patent claim 8. Under normal conditions, objects of this type cannot be determined or can only be determined incorrectly without coloring. In a continuation of the further development of patent claim 9, the determination of objects is further improved. A first determination is made by images of the non-colored surface of the carrier. With the subsequent coloring, further optical properties of the objects can be made visible. A subsequent automatic determination significantly increases the degree of the determined objects.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is described in more detail below.
Ein Verfahren zur automatischen Bestimmung auf einem Träger gesammelter Mikro- Organismen als luftgetragene oder im Wasser vorkommende Partikel in Form von Pilzsporen und Bakterien wird nachfolgend näher beschrieben. In einem ersten Schritt wird die Trägeroberfläche mit den gesammelten Partikeln als Farbbild aufgenommen und vorteilhafterweise gleichzeitig digitalisiert. Die Aufnahme erfolgt über eine Einrichtung mit einer Bildvergrößerung zum Beispiel einem Mikroskop mit einer Digitalkamera, so dass zur weiteren Bearbeitung sofort ein digitalisiertes Bild der Trägeroberfläche mit den Partikel vorhanden ist. Dieses Bild wird in einer ersten Ausgestaltung in ein Grauwertbild und in einer zweiten Ausgestaltung in ein Grauwertbild und nachfolgend über wenigstens einen Transformationsschritt in ein Silhouettenbild gewandelt. Bei Vorhandensein, von Partikeln entsteht ein Grauwertbild mit daraus resultierenden vollflächigen gelabelten Objekten eines Grauwertes und ein Hintergrund mit einem anderen Grauwert. Durch ein modellbasiertes Vergleichsverfahren werden die Objekte im Grauwertbild und/oder im Silhouettenbild festgestellt. Das Modell im modellbasierten Vergleichsverfahren besteht aus einer Menge von Punkten, die die Kontur des Objektes beschreiben, und dem dazugehörigen Richtungsvektor. Bisher sind Modelle wie Kreise unterschiedlicher Größe, Ellipsen unterschied- licher Größe und Orientierung und Rechtecke mit abgerundeten Ecken unterschiedlicher Größe und Orientierung entworfen worden. Während des Vergleichsprozesses wird das transformierte Modell mit dem Bild an jeder beliebiger Stelle verglichen und ein Ähnlichkeitsmaß zwischen Modell und Bildpunkten gebildet. Das aus dem Bild ermittelte normalisierte Punktprodukt des Richtungsvektors des transformierten Modells und der Vektoren wird zur Bildung eines Vergleichsmaßes verwendet. Das normalisierte Ähnlichkeitsmaß besitzt die Eigenschaft, das es einen Wert kleiner als eins als Ergebnis für den Abgleich zurückgibt. Ein Ergebnis von eins ergibt sich bei Übereinstimmung von Modell und Objekt des Bildes. Außerdem korrespondiert das Ergebnis mit dem Anteil des Modells, das im Bild sichtbar ist. Das Modell kann zur Ver- besserung des Ergebnisses auch gedreht werden, so dass sich ein Ergebnis größer des vorher ermittelten Ergebnisses und gleich kleiner eins ergibt.A method for the automatic determination of microorganisms collected on a carrier as airborne or water-borne particles in the form of fungal spores and bacteria is described in more detail below. In a first step, the carrier surface with the collected particles is recorded as a color image and advantageously digitized at the same time. The image is taken using a device with an image enlargement, for example a microscope with a digital camera, so that a digitized image of the carrier surface with the particles is immediately available for further processing. In a first embodiment, this image is converted into a gray-scale image and in a second embodiment into a gray-scale image and subsequently into a silhouette image via at least one transformation step. If particles are present, a gray-scale image is created with the resulting full-area labeled objects of one gray-scale value and a background with a different gray-scale value. The objects are determined in the gray value image and / or in the silhouette image using a model-based comparison method. The model in the model-based comparison process consists of a set of points that describe the contour of the object and the associated direction vector. So far, models such as circles of different sizes, ellipses of different sizes and orientations and rectangles with rounded corners of different sizes and orientations have been designed. During the comparison process, the transformed model is compared with the image at any point and a similarity measure is formed between the model and the pixels. The normalized point product of the direction vector of the transformed model and the vectors determined from the image is used to form a comparison measure. The normalized similarity measure has the property that it returns a value less than one as a result for the comparison. A result of one results if the model and object of the image match. The result also corresponds to the proportion of the model that is visible in the image. The model can also be rotated to improve the result, so that the result is greater than the previously determined result and equal to less than one.
Die Feststellung der Objekte im Grauwertbild und/oder Silhouettenbild führt dazu, dass die Konturen von ermittelten Objekten im Farbbild und/oder im Grauwertbild markiert werden können. Über diese Markierung werden die Form, die Textur und die Struk- turierung ermittelten Objekte als Merkmale im Farbbild und/oder Grauwertbild bestimmt. Daraus können vorteilhafterweise weiterhin auch Größen von ermittelten Objekten berechnet werden. Derartige Größen sind unter anderem Flächen, Abmessungen in verschiedenen Richtungen und der Umfang, so dass weitere Vergleichsmöglichkeiten gegeben sind. Die Merkmale bilden die Grundlage für eine nachfolgende fallbasierte Klassifikation der ermittelten Objekte. Die dadurch klassifizierten und bestimmten Objekte werden als Art, Name und/oder Code angezeigt und/oder gespeichert.The detection of the objects in the grayscale image and / or silhouette image means that the contours of determined objects can be marked in the color image and / or in the grayscale image. The shape, the texture and the structure of objects determined as features in the color image and / or grayscale image are determined via this marking. From this, sizes of determined can advantageously also continue Objects. Such sizes include areas, dimensions in different directions and the circumference, so that further comparison possibilities are given. The characteristics form the basis for a subsequent case-based classification of the identified objects. The objects classified and determined thereby are displayed and / or saved as type, name and / or code.
Ermittelte und nichtklassifizierte Objekte werden als Farbbild und/oder Grauwertbild und/oder Silhouettenbild ebenfalls angezeigt und/oder gespeichert. Damit können diese Objekte nachträglich entweder verworfen oder als neuer Fall mit bestimmter Klasse im Klassifikator eingefügt werden. Zum einen wird dadurch das gespeicherte Wissen im Klassifikator erweitert und verfeinert und zum anderen die nichtklassifizierten Objekte dokumentiert, so dass auch eine spätere Bearbeitung erfolgen kann.Detected and unclassified objects are also displayed and / or saved as a color image and / or grayscale image and / or silhouette image. This means that these objects can either be subsequently discarded or inserted as a new case with a specific class in the classifier. On the one hand, the stored knowledge in the classifier is expanded and refined, and on the other hand, the unclassified objects are documented, so that later processing can also take place.
In einer Ausführungsform des Ausführungsbeispiel werden die Objekte zusätzlich gezählt. Das kann sowohl mit den klassifizierten und bestimmten Objekten als auch mit den nichtklassifizierten Objekten erfolgen. Die Anzeige und/oder die Speicherung wird durch die jeweilige Anzahl ergänzt.In one embodiment of the exemplary embodiment, the objects are additionally counted. This can be done with the classified and certain objects as well as with the unclassified objects. The display and / or storage is supplemented by the respective number.
Zur Verbesserung des Bildes der Trägeroberfläche mit den luftgetragenen Partikeln werden die Bilder nach der Aufnahme und Digitalisierung in einer Bildvorverarbeitung von Störungen befreit und normiert.In order to improve the image of the carrier surface with the airborne particles, the images are freed from interference and standardized in an image preprocessing after the recording and digitization.
In einer weiteren Ausführungsform werden auch sich überlappende Partikel auf der Trägeroberfläche in das Verfahren zur automatischen Bestimmung auf einem Träger gesammelter Partikel einbezogen. Dabei werden in einer ersten Bildanalyse sich überlappende Partikel des Farbbildes oder des Grauwertbildes getrennt, als Objekte vom Farbbild ausgeblendet und als Teilbild gespeichert. In einer zweiten Bildanalyse werden die sich überlappenden Objekte dieses Teilbildes voneinander getrennt und weiterhin wiederum als Teilbild gespeichert. Bestimmbare Merkmale der Objekte werden ent- sprechend des Ausführungsbeispiels ermittelt und aus diesen ermittelten Merkmalen ein Vergleich mit Objekten im Klassifikator durchgeführt. Fehlende Bereiche können dadurch so ergänzt werden, dass auch eine Bestimmung dieser Objekte gegeben ist. Vorteilhafterweise werden das ursprüngliche und vereinzelte Objekt, das durch die Ergänzung ermittelte bestimmte Objekt und der Grad der Übereinstimmung und damit die Größe der Ergänzung für eine manuelle Bestimmung angezeigt und/oder für eine Dokumentation gespeichert.In a further embodiment, overlapping particles on the carrier surface are also included in the method for the automatic determination of particles collected on a carrier. In a first image analysis, overlapping particles of the color image or grayscale image are separated, hidden as objects from the color image and saved as a partial image. In a second image analysis, the overlapping objects of this partial image are separated from one another and are again stored as a partial image. Determinable features of the objects are determined in accordance with the exemplary embodiment and a comparison with objects in the classifier is carried out from these ascertained features. Missing areas can are supplemented in such a way that there is also a determination of these objects. The original and isolated object, the specific object determined by the supplement and the degree of agreement and thus the size of the supplement are advantageously displayed for manual determination and / or stored for documentation.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Trägeroberfläche zur Verbesserung der Bestimmung der Partikel eingefärbt werden. Die Einfärbung kann dabei sowohl vor der Aufnahme als auch nach einer Aufnahme erfolgen. In a further embodiment, the carrier surface can be colored to improve the determination of the particles. The coloring can take place both before and after an exposure.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur automatischen Bestimmung auf einem Träger gesammelter Mkro Organismen als luftgetragene oder im Wasser vorkommende Partikel in Form von Pilzsporen und Bakterien mit den folgenden Schritten: a) - wenigstens einer Aufnahme des Bildes der Trägeroberfläche mit den gesammelten Partikeln als Farbbild und Digitalisierung dieses Farbbildes, b) - einer Wandlung des digitalisierten Farbbildes in ein Grauwertbild oder in ein Grauwertbild und nachfolgend über wenigstens einen Transformationsschritt in ein Silhouettenbild, wobei ein Bild bei Vorhandensein von Partikeln mit daraus resultierenden vollflächigen gelabelten Objekten eines Grauwertes und ein Hintergrund mit einem anderen Grauwert entsteht, c) - einer Feststellung von Objekten im Grauwertbild und/oder im Silhouettenbild durch ein modellbasiertes Vergleichsverfahren, d) - einer Markierung der Konturen von ermittelten Objekten im Farbbild und/oder im Grauwertbild, e) - wenigstens einer Merkmalsbestimmung der ermittelten Objekte im Farbbild und/oder im Grauwertbild, f) - einer fallbasierten Klassifikation der Objekte basierend auf der wenigstens einen Merkmalsbestimmung, g) - einer Anzeige und/oder Speicherung der klassifizierten Objekte als Art und/oder Namen und/oder Code der klassifizierten und damit bestimmten Objekte und h) - einer Anzeige und/oder Speicherung der nichtklassifizierten Objekte als Farbbild und/oder Grauwertbild und/oder Silhouettenbild des damit vorhandenen wenigstens eines nicht bestimmten Objektes, wobei dieses Objekt nachträglich entweder verworfen oder als neuer Fall mit bestimmter Klasse im Klassifikator eingefugt wird. 1. A method for the automatic determination of microorganisms collected on a carrier as airborne or water-borne particles in the form of fungal spores and bacteria, with the following steps: a) - at least one image of the carrier surface with the collected particles as a color image and digitization of this color image , b) converting the digitized color image into a gray value image or into a gray value image and subsequently via at least one transformation step into a silhouette image, an image being formed in the presence of particles with resulting full-area labeled objects of a gray value and a background with a different gray value, c) - a determination of objects in the gray value image and / or in the silhouette image by means of a model-based comparison method, d) - a marking of the contours of determined objects in the color image and / or in the gray value image, e) - at least one feature determination of the determined one n objects in the color image and / or in the gray value image, f) - a case-based classification of the objects based on the at least one feature determination, g) - a display and / or storage of the classified objects as the type and / or name and / or code of the classified and thus determined objects and h) - a display and / or storage of the unclassified objects as a color image and / or grayscale image and / or silhouette image of the at least one undefined object thus present, this object subsequently either discarded or as a new case with a specific class in the classifier is inserted.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach der fallbasierten Klassifikation die Objekte gezählt werden und dass die klassifizierten Objekte als Art und/oder Namen und/oder Code mit deren Anzahl der klassifizierten und damit bestimmten Objekte angezeigt und/oder gespeichert werden.2. The method according to claim 1, characterized in that the objects are counted according to the case-based classification and that the classified objects are displayed and / or stored as a type and / or name and / or code with their number of classified and thus determined objects.
3. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach der fallbasierten Klassifikation die Objekte gezählt werden und dass die nichtklassifizierten Objekte als Farbbild und/oder Grauwertbild und/oder Silhouettenbild mit deren Anzahl des damit vorhandenen wenigstens eines nicht bestimmten Objektes angezeigt und/oder gespeichert werden, wobei dieses Objekt nachträglich entweder verworfen oder als neuer Fall mit bestimmter Klasse im Klassifikator eingefügt wird.3. The method according to claim 1, characterized in that the objects are counted according to the case-based classification and that the unclassified objects are displayed and / or stored as a color image and / or grayscale image and / or silhouette image with their number of the at least one undetermined object that is present , whereby this object is either subsequently discarded or inserted as a new case with a certain class in the classifier.
4. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bild der Trägeroberfläche mit den Partikeln nach der Digitalisierung in einer Bildvorverarbeitung von Störungen befreit und normiert wird.4. The method according to claim 1, characterized in that the image of the carrier surface with the particles after digitization is freed from interference in an image preprocessing and normalized.
5. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Merkmale Form, Textur oder Strukturierung der Objekte im Farbbild und/oder Grauwertbild bestimmt wird.5. The method according to claim 1, characterized in that at least one of the features shape, texture or structuring of the objects in the color image and / or grayscale image is determined.
6. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über eine erste6. The method according to claim 1, characterized in that a first
Bildanalyse sich überlappende Partikel des Farbbildes oder des Grauwertbildes getrennt werden, dass diese Partikel als Objekte vom Farbbild ausgeblendet und als Teilbild gespeichert werden, dass über eine zweite Bildanalyse sich überlappende Objekte dieses Teilbildes voneinander getrennt werden, dass die voneinander getrennten sich überlappenden Objekte als Teilbilder gespeichert werden, dass die durch Überlappung nur teilweise aufgenommene Objekte durch Vergleich gespeicherter und bestimmter Objekte bestimmt werden und dass das ursprüngliche und vereinzelte Objekt, das ermittelte bestimmte Objekt und der Grad der Übereinstimmung angezeigt und/oder gespeichert werden.Image analysis of overlapping particles of the color image or of the gray value image are separated, that these particles are hidden as objects from the color image and are saved as a partial image, that overlapping objects of this partial image are separated from one another by means of a second image analysis, that the separated overlapping objects are stored as partial images be that the objects only partially recorded by overlapping by comparing saved and certain Objects are determined and that the original and isolated object, the determined specific object and the degree of correspondence are displayed and / or saved.
7. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bild der Trägeroberfläche mit den gesammelten Partikeln als Farbbild wenigstens einmal zweidimensional und/oder räumlich und/oder dreidimensional aufgenommen wird.7. The method according to claim 1, characterized in that the image of the carrier surface with the collected particles as a color image is recorded at least once two-dimensionally and / or spatially and / or three-dimensionally.
8. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Aufnahme des Bildes der Trägeroberfläche mit den gesammelten Partikeln als Farbbild die Trägeroberfläche mit den gesammelten Partikeln eingefärbt wird.8. The method according to claim 1, characterized in that prior to taking the picture of the carrier surface with the collected particles as a color image, the carrier surface with the collected particles is colored.
9. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach der oder einer Aufhalime des Bildes der Trägeroberfläche mit den gesammelten Partikeln als Farbbild die Trägeroberfläche mit den gesammelten Partikeln eingefärbt wird, dass wenigstens ein Bild der eingefärbten Trägeroberfläche mit den gesammelten Partikeln als Farbbild aufgenommen und digitalisiert werden und dass die Schritte b) bis h) sowohl für das wenigstens eine Bild der Trägeroberfläche als auch für das wenigstens eine Bild der eingefärbten Trägeroberfläche durchgeführt werden. 9. The method according to claim 1, characterized in that after the or a Aufhalime the image of the carrier surface with the collected particles as a color image, the carrier surface with the collected particles is colored, that at least one image of the colored carrier surface with the collected particles is taken as a color image and are digitized and that steps b) to h) are carried out both for the at least one image of the carrier surface and for the at least one image of the colored carrier surface.
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