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原文传递无透镜成像系统的细胞尺寸测量装置及其测量方法

专利名称：	无透镜成像系统的细胞尺寸测量装置及其测量方法
摘要：	本发明公开了无透镜成像系统的细胞尺寸测量装置，包括灯光支架，灯光支架上在竖直方向固定有光源和凸透镜，光源位于凸透镜正上方，凸透镜正下方设置有CMOS传感器，CMOS传感器连接有PCB电路板，本发明采样清晰，避免了衍射对于细胞尺寸测量的引前的干扰。本发明还公开了一种无透镜成像系统的细胞尺寸测量装置的测量方法，该方法应用上述本发明无透镜成像系统的细胞尺寸测量装置进行测量，将待测细胞样本的成像数据导出，并定位标记待测细胞样本中的细胞及其衍射环，通过测量和计算获得标记细胞的完整半径数据，完成细胞的尺寸测量，本发明能够实时测量和统计带检测样本中的细胞尺寸。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	陕西;61
申请人：	西安理工大学
发明人：	李建伟;李政鹏;余宁梅;戴力
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-28T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-13T00:00:00+0800
申请号：	CN201910451742.9
公开号：	CN110231276A
代理机构：	西安弘理专利事务所
代理人：	曾庆喜
分类号：	G01N15/14(2006.01);G;G01;G01N;G01N15
申请人地址：	710048 陕西省西安市碑林区金花南路5号
主权项：	1.无透镜成像系统的细胞尺寸测量装置，其特征在于，包括灯光支架(1)，所述灯光支架(1)上在竖直方向固定有光源(2)和凸透镜(3)，所述光源(2)位于凸透镜(3)正上方，所述凸透镜(3)正下方设置有CMOS传感器(4)，所述CMOS传感器(4)连接有PCB电路板(5)。 2.根据权利要求1所述的无透镜成像系统的细胞尺寸测量装置，其特征在于，所述光源(2)设置在灯光盒(6)中，灯光盒(6)与灯光支架(1)固定连接，所述灯光盒(6)下底面开设有微孔，所述光源(2)的光线由微孔射出。 3.根据权利要求1所述的无透镜成像系统的细胞尺寸测量装置，其特征在于，所述灯光支架(1)上还设置有样本固定支架(7)，所述样本固定支架(7)将待测样本固定于CMOS传感器(4)上。 4.根据权利要求1所述的无透镜成像系统的细胞尺寸测量装置，其特征在于，所述CMOS传感器(4)设置于PCB电路板(5)上，所述PCB电路板(5)具有USB传输接口，所述PCB电路板(5)位于底座(8)上，所述底座(8)上扣设有外壳(9)，所述外壳(9)将灯光支架(1)罩于其内部。 5.一种无透镜成像系统的细胞尺寸测量装置的测量方法，其特征在于，该方法应用如权利要求1-4任一项所述的无透镜成像系统的细胞尺寸测量装置进行测量，具体按照以下步骤实施：步骤1、将待测细胞稀释后置于载玻片和盖玻片之间，得到待测细胞样本；步骤2、将所述待测细胞样本置于CMOS传感器(4)上中央位置，并通过样本固定支架(7)固定待测细胞样本，开启光源(2)，光源(2)发出的光线经凸透镜(3)聚拢垂直射向待测细胞样本；步骤3、开启PCB电路板(5)，使CMOS传感器(4)记录待测细胞样本的成像，并将成像数据经PCB电路板(5)导出；步骤4、读取成像数据，将成像数据转化为灰度图像，通过细胞识别定位算法定位并标记视域内各细胞及其衍射环，衍射环与其对应标记细胞由近及远依次标记为第一衍射环，第二衍射环，第三衍射环，……，第N衍射环，N是不为0的自然数；步骤5、选定初始测量方向测量标记细胞的第N衍射环半径d，通过菲涅尔衍射模型计算标记细胞与CMOS传感器(4)的距离r'，通过r'采用菲涅尔衍射模型计算得到初始测量方向上标记细胞边缘与其第N衍射环边缘的距离d’，在初始测量方向标记细胞的半径R＝d-d'，将初始测量方向偏转一周按照上述方式计算标记细胞的半径，获得标记细胞的完整半径数据，细胞的尺寸测量完成。 6.根据权利要求5所述的一种无透镜成像系统的细胞尺寸测量装置的测量方法，其特征在于，所述步骤3中将成像数据经PCB电路板(5)导出具体为将成像数据经PCB电路板(5)存储于存储设备中，存储设备将成像数据导入计算机。 7.根据权利要求5所述的一种无透镜成像系统的细胞尺寸测量装置的测量方法，其特征在于，所述步骤4)具体按照以下步骤实施：步骤4.1)将步骤3)导出的成像数据转化为灰度图像；步骤4.2)利用matlab软件对灰度图像求灰度值统计图，即灰度直方图，根据灰度直方图中灰度值的分布情况确定细胞灰度分割阈值，然后采用阈值分割，将目标细胞与背景区分开，得到二值化图像；步骤4.3)利用形状模板在整幅二值化图像中进行扫描，对扫描到与形状模板匹配的细胞记录其在二值化图像中的位置坐标；步骤4.4)根据记录的位置坐标标记出二值化图像中的细胞，得到标记细胞；步骤4.5)将标记细胞对应的衍射环由近及远依次标记为第一衍射环，第二衍射环，第三衍射环，……，第N衍射环，N是不为0的自然数。 8.根据权利要求5所述的一种无透镜成像系统的细胞尺寸测量装置的测量方法，其特征在于，所述步骤5具体按照一下步骤实施：步骤5.1)取衍射发生平面即细胞边缘的平面为xoy平面，细胞边缘切线为y轴，位于xoy平面内切垂直于y轴并过切点的直线为x轴，观察点与光源点的连线与z轴的夹角为δ，切点与原点距离为x，构建坐标系；根据光照强度计算式， I(P)＝\|U(P)\|2＝B2(C2+S2) (10) 式(10)中，I表示个光照强度，U为光强扰动函数，P表示标记细胞，B、C、S均为参数式，C、S均为菲涅尔积分，且式(11)中，τ为积分路线，w为C、S的参数，且式(12)中，r'为发生衍生的平面到观察点的距离，s'为发生衍生的平面到光源(2)的距离，s'、x、δ均可测量获得；将式(12)代入式(11)中，得到C(w)、S(w)的表达式；将C(w)、S(w)的表达式代入式(10)中，同时将B的计算式代入式(10)，由于二值化图像中光照强度已知，计算可得r'，其中，式(13)中，A表示振幅，λ为光的波长，k为系数且i为虚数；步骤5.2)根据下式计算直边菲涅尔衍射图样的强度，式(14)中，I0为计算参数，且通过式(14)的计算结果得到强度分布图，测量强度分布图第N个波峰与原点的距离d’，则在初始测量方向标记细胞的半径R＝d-d'；步骤5.3)将初始测量方向等偏转角偏转一周，每次偏转0.001°～1°，每次偏转后按照步骤5.1)～步骤5.2)的方式计算各偏转方向上的标记细胞半径，获得标记细胞的完整半径数据，细胞的尺寸测量完成。
所属类别：	发明专利