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原文传递用于对空气样本进行自动分析的系统和方法

专利名称：	用于对空气样本进行自动分析的系统和方法
摘要：	描述了一种用于自动分析从用于对诸如石棉和合成矿物纤维的空气中可吸入纤维进行采样的空气质量监测装置获得的膜过滤器的系统和方法。该系统包括捕获膜过滤器的宏观图像和使用计算机视觉方法分析宏观图像，以确定膜过滤器的可计数区域和膜过滤器的可计数区域内的一个或多个排除区域。这些排除区域包括膜过滤器网格线、气泡和大颗粒物质。然后将载玻片放置在数字相位对比显微镜的机器人XY台子上，该显微镜用于在位于过滤器构件上的20个或更多个样本位置中的每一个处捕获至少一个放大的相位对比图像。选择样本位置使得每个样本位置处的视场不包含排除区域。使用计算机视觉方法分析放大的相位对比图像以识别和计数视场中的纤维数量，然后报告纤维的总数。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	澳大利亚;AU
申请人：	第一前沿有限公司
发明人：	乔丹·加拉格尔·格鲁伯;加博尔·兹雅托
专利状态：	有效
申请日期：	2017-10-20T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-25T00:00:00+0800
申请号：	CN201780078170.3
公开号：	CN110383038A
代理机构：	深圳中一联合知识产权代理有限公司
代理人：	徐飞
分类号：	G01N15/06(2006.01);G;G01;G01N;G01N15
申请人地址：	澳大利亚南澳大利亚州
主权项：	1.一种用于自动分析从用于对空气中可吸入纤维进行采样的空气质量监测装置获得的膜过滤器的方法，所述方法包括：捕获支撑并固定在光学透明支撑件上的膜过滤器的至少样本部分的至少一个宏观图像；使用计算机视觉方法分析所述至少一个宏观图像，以确定膜过滤器的可计数区域和膜过滤器的可计数区域内的一个或多个排除区域，所述排除区域包括膜过滤器网格线、气泡和大颗粒物质中的一种或多种；将支撑样本部分膜过滤器的光学透明支撑件插入数字相位对比显微镜的机器人XY台子中，数字相位对比显微镜还包括被配置为捕获数字相位对比显微镜的像平面的图像的图像传感器；使用数字相位对比显微镜的图像传感器在位于过滤器构件的可计数区域上的N个样本位置中的每一个处捕获至少一个放大的相位对比图像，其中N至少为20，并且所述N个样本位置被选择使得每个样本位置的视场不包含排除区域；使用计算机视觉方法分析在所述N个样本位置中的每一个处的所述至少一个放大的相位对比图像，以识别和计数每个样本位置处的视场的计数区域内的可计数的可吸入纤维的数量；以及对在膜过滤器的可计数区域中计数的可计数的可吸入纤维的总数进行计数并报告。 2.如权利要求1所述的方法，其中，使用计算机视觉方法分析所述至少一个宏观图像还包括：针对一组预定义的样本质量标准执行膜过滤器的样本部分的质量评估，该质量评估包括识别膜过滤器中的一个或多个撕裂，检测盖玻片外部的膜过滤器的一部分，检测膜过滤器的变色，以及由气泡覆盖的膜的百分比超过预定阈值；以及如果样本未通过质量评估，则终止该方法。 3.如权利要求1或2所述的方法，其中，在所述N个样本位置中的每一个处捕获至少一个放大的相位对比图像包括： a)选择可计数区域内的点； b)确定视场是否包含排除区域； c)如果视场包含排除区域，则返回到步骤a)； d)如果视场不包含排除区域，则指示机器人XY台子到所选择的点并捕获至少一个放大的相位对比图像，并递增计数器； e)如果计数器小于N，则返回到步骤a)，否则终止捕获步骤。 4.如权利要求3所述的方法，其中，选择点的步骤是随机进行的。 5.如权利要求3所述的方法，其中，分析至少一个宏观图像还包括在可计数区域上定义2D映射网格，并且通过在所述2D映射网格中顺序选择网格点来进行选择点的步骤。 6.如任一项前述权利要求所述的方法，还包括：使用位于光学透明支撑件下方的样本放置模版将过滤器放置在载玻片上，样本放置模版指示过滤器的优选位置；处理过滤器以形成膜过滤器；以及使用盖玻片将膜过滤器固定到载玻片上。 7.如任一项前述权利要求所述的方法，其中，分析至少一个宏观图像包括：识别载玻片边界并使用预定的已知的载玻片尺寸在载玻片上定义2D映射网格，识别并存储盖玻片、膜过滤器上的网格线、膜过滤器上的气泡以及包括灰尘的任何其他大颗粒物质的网格位置。 8.如权利要求7所述的方法，其中，捕获至少一个宏观图像包括相对于灰色背景捕获载玻片的图像；并且使用计算机视觉方法分析至少一个宏观图像还包括：使用2D映射网格分析图像，以识别载玻片上的多个参考点、膜过滤器的边缘和位于可计数区域内的膜过滤器上的多个网格线；以及使用2D映射网格分析图像，以识别可计数区域内的气泡的位置。 9.如权利要求7所述的方法，其中，捕获至少一个宏观图像包括：捕获相对于暗背景的载玻片的至少一个暗图像，并捕获相对于亮背景的载玻片的至少一个亮图像；并且使用计算机视觉方法分析至少一个宏观图像还包括：通过对至少一个亮图像应用特征检测以检测载玻片、盖玻片、膜过滤器和网格线的相交处的特征，使用2D映射网格来分析至少一个亮图像以识别载玻片上的多个参考点、膜过滤器的边缘和位于可计数区域内的膜过滤器上的多个网格线，并且使用检测到的特征来锚定几何形状，以使用盖玻片的四边形形状、膜过滤器的圆弧以及网格线的相交直线来识别盖玻片的边缘、膜过滤器和网格线的相交处；通过在膜过滤器的位置周围裁剪暗图像，应用对比度调整以及将一个或多个轮廓拟合到对比度调整的图像以基于对比度变化识别开放和闭合的气泡，使用2D映射网格分析至少一个暗图像以识别可计数区域内的气泡的位置。 10.如任一项前述权利要求所述的方法，其中，在所述N个样本位置中的每一个处捕获至少一个放大的相位对比图像的步骤包括在每个样本位置处捕获一组Z个放大的相位对比图像，每个相位对比图像是在不同的焦平面处捕获的，并在所述N个样本位置中的每一个处分析至少一个放大的相位对比图像包括对该组Z个放大的相位对比图像进行Z-堆叠以获得单个堆叠图像，并且计算机视觉方法分析单个堆叠图像以识别并计数单个堆叠图像的视场的计数区域内的可计数可吸入纤维的数量。 11.如任一项前述权利要求所述的方法，其中，用于识别和计数每个样本位置处的视场的计数区域内的可计数可吸入纤维的数量的计算机视觉方法包括：识别一个或多个关注区域，每个关注区域都包括对象；将针对可吸入纤维的参考图像组训练的一个或多个机器学习分类器应用于每个关注区域，以识别与参考图像匹配的一个或多个候选关注区域；将几何过滤器应用于每个候选关注区域，以识别具有与可吸入纤维匹配的几何形状的对象；以及对可计数的可吸入纤维的数量进行计数。 12.如权利要求11所述的方法，其中，可吸入纤维和可计数的可吸入纤维是石棉纤维，并且应用几何过滤器包括使用过滤标准将常规石棉纤维几何过滤器应用于每个候选关注区域，该过滤标准要求候选关注区域中的对象的最大宽度小于3微米，长度大于5微米，长宽比大于3：1，并且看起来不接触候选关注区域内的任何其他对象，并且满足过滤标准的每个对象被计数为单个可计数纤维。 13.如权利要求12所述的方法，其中应用几何过滤器还包括使用过滤标准将成束的石棉纤维几何过滤器应用于每个候选关注区域，该过滤标准要求候选关注区域中的对象的最大宽度小于3微米，长度大于5微米，长宽比大于3：1，并且看起来不接触具有定义为其他对象的两个维度中的较小维度且大于3微米的最大宽度的任何其他对象，并且，其中计数可计数的可吸入纤维的数量包括计数任何可单独区分的纤维，或者如果不能区分单独纤维，则将该束作为单个纤维计数。 14.如任一项前述权利要求所述的方法，其中，用于识别和计数视场的计数区域内的可计数可吸入纤维的数量的计算机视觉方法还包括：针对一组预定义的质量标准执行至少一个放大的相位对比图像的视场的质量评估，该质量评估包括检测膜过滤器的变色，并且由纤维和/或颗粒的团块所覆盖的计数区域的百分比超过预定阈值；以及如果至少一个放大的相位对比图像的视场未通过质量评估，则在该样本位置处终止进一步的分析。 15.如任一项前述权利要求所述的方法，其中，N是2016年10月21日官方石棉采样标准或官方指导说明所要求的样本位置的数量。 16.如任一项前述权利要求所述的方法，其中，N在20和100之间，并且当在至少20个样本位置上计数了总共100个可计数的可吸入纤维时终止捕获步骤。 17.如任一项前述权利要求所述的方法，其中，所述至少一个放大的相位对比图像中的每一个具有40倍和2000倍之间的总放大率。 18.如任一项前述权利要求所述的方法，其中，可计数的可吸入纤维是石棉纤维或合成矿物纤维。 19.如任一项前述权利要求所述的方法，其中光学透明支撑件是显微镜载玻片，并且所述方法还包括将多个显微镜载玻片加载到计算机控制的自动加载机中，每个显微镜载玻片支撑样本部分膜过滤器，该自动加载机被配置为在机器人XY台子中加载或卸载一个或多个显微镜，并且使用自动加载机将支撑样本部分膜过滤器的显微镜载玻片插入机器人XY台子，并且其中每个显微镜载玻片包括唯一标识符，并且所述方法还包括捕获标识符的表示，并为每个加载的显微镜执行捕获分析和报告步骤，其中报告还报告显微镜的唯一标识符。 20.一种用于自动分析从用于对空气中可吸入纤维进行采样的空气质量监测装置获得的膜过滤器的系统，所述装置包括：样本成像装置，其包括：至少一个光学透明支撑件保持器，用于接收光学透明支撑件，该支撑件在使用中包括膜过滤器的样本部分；样本数字照相机，当位于光学透明支撑件保持器中时具有至少包括至少一个载玻片的样本部分的视场，并且被配置为捕获膜过滤器的至少样本部分的至少一个宏观图像；机器人显微镜平台，其包括：相位对比显微镜；电动XY台子，用于接收光学透明支撑件；电动Z轴聚焦驱动器；位于像平面中的图像传感器，被配置为捕获至少一个放大的相位对比图像；和至少一个计算装置，其可操作地连接到样本成像装置和机器人显微镜平台，所述至少一个计算装置包括至少一个处理器和可操作地连接到处理器的存储器，并且计算装置被配置为执行权利要求1-19中任一项所述的方法。 21.如权利要求20所述的系统，其中所述至少一个计算装置包括本地计算装置和至少一个远程计算装置，本地计算装置或者直接连接到样本成像装置和机器人显微镜平台，或者连接在本地网络上，并且其中本地计算装置被配置为执行捕获步骤，并通过网络连接将在N个样本位置中的每一个处捕获的至少一个宏观图像和至少一个放大的相位对比图像提供给至少一个远程计算装置，并且远程计算被配置为执行分析步骤以及计数和报告步骤。 22.如权利要求20或21所述的系统，其中，样本成像装置中的光学透明支撑件保持器还包括：位于光学透明支撑件保持器的基部中的颜色改变面板，支撑件保持器用于支撑光学透明支撑件，其中颜色改变面板具有暗表面以为被支撑的光学透明支撑件提供暗背景，并且还包括可切换光源以为被支撑的光学透明支撑件提供亮背景。 23.如权利要求22所述的系统，其中，样本成像装置中的光学透明支撑件保持器还包括：位于颜色改变面板上并由颜色改变面板支撑的样本放置模版，其支撑光学透明支撑件保持器，以指示膜过滤器的优选位置。 24.如权利要求20至23中任一项所述的系统，还包括：显微镜自动加载机，用于存储多个显微镜载玻片，并被配置为在电动XY台子中加载和卸载一个或多个显微镜载玻片。 25.一种样本成像装置，包括：至少一个光学透明支撑件保持器，用于接收光学透明支撑件，该支撑件在使用中包括膜过滤器的样本部分；样本数字照相机，当位于光学透明支撑件保持器中时具有至少包括至少一个载玻片的样本部分的视场；至少一个计算装置，其可操作地连接到样本成像装置，并且包括至少一个处理器和可操作地连接到处理器的存储器，计算装置被配置为：捕获被支撑并固定在光学透明支撑件上的膜过滤器的至少样本部分的至少一个宏观图像；使用计算机视觉方法分析所述至少一个宏观图像，以确定膜过滤器的可计数区域和膜过滤器的可计数区域内的一个或多个排除区域，排除区域包括膜过滤器网格线、气泡和大颗粒物质中的一种或多种。 26.如权利要求25所述的样本成像装置，其中，光学透明支撑件保持器还包括：位于光学透明支撑件保持器的基部中的颜色改变面板，支撑件保持器用于支撑光学透明支撑件，其中颜色改变面板具有暗表面以为被支撑的光学透明支撑件提供暗背景，并且还包括可切换光源以为被支撑的光学透明支撑件提供亮背景。 27.如权利要求25或26所述的样本成像装置，其中，光学透明支撑件保持器还包括：位于颜色改变面板上并由颜色改变面板支撑的样本放置模版，其支撑光学透明支撑件保持器，以指示膜过滤器的优选位置。
所属类别：	发明专利