Filtro e3MOs testes são cada vez mais usados ​​em testes microbianos em áreas como biologia, medicina, alimentos e meio ambiente. Muitos filtros ou cartuchos de teste têm uma característica de ter linhas de malha de diferentes cores e tamanhos em sua superfície. Essas malhas facilitam a contagem observacional artificial, mas dificultam o uso crescente de contadores de colônias automáticos. Como a cor da grade tende a ser escura, os métodos tradicionais tendem a detectar a grade em vez de as colônias. Figura abaixo1、2、3Três tipos de filtro comumente utilizados e3MFicheiros de teste e resultados de segmentação usando métodos tradicionais de segmentação de imagens.

Entre eles, o mapa1-aÉ a imagem original do filtro de Sedolis, com uma malha preta na superfície e colônias amarelas claras. Gráfico1-bÉ o efeito de divisão do uso do método tradicional de divisão de limiar. Gráfico1-CÉ o efeito de divisão do método de gradiente de cor. Como a cor da grade do filtro é mais escura do que a colônia, os métodos tradicionais de processamento de imagem separam a grade e não a colônia.

Gráfico1. Filtro Sedolis

Gráfico2-asim3MTabletas de teste de Staphylococcus amarelo-dourado com uma malha amarela e colônias roxas na superfície. Gráfico1-bÉ o efeito de divisão do uso do método tradicional de divisão de limiar. Gráfico1-CÉ o efeito de divisão do método de gradiente de cor. Os dois métodos de separação separam as colônias ao mesmo tempo que separam a grade, de modo que as colônias não podem ser contadas.

Gráfico2. 3MTabletas de teste de stafilococos amarelos

Gráfico3-asim3MTabletas de teste de E. coli com uma grade vermelha, colônias vermelhas e fundo vermelho na superfície. Esta situação é zui complexa, independentemente do uso de métodos tradicionais de segmentação limiar (Figura3-bPartição de gradientes de cores (Figura)3-CNão é possível obter o efeito ideal.

Gráfico3. 3MComprimidos de teste de E. coli

Acontece que as técnicas tradicionais de processamento de imagem não são capazes de resolver os filtros acima mencionados ou3MPara a detecção de colônias de comprimidos de teste, é necessário pesquisar para estabelecer novos métodos de detecção.Rápido_Equipe de TecnologiaDurante dois anos, com base no modelo atual de perfil de atividade do conjunto horizontal, combinando a película de filtro com3MCaracterísticas da placa de teste para formar uma película de filtro adequada ou3MO novo algoritmo de partição do teste resolveu com sucesso o problema acima.

1Modelo de contorno de atividade de conjunto horizontal baseado em restrições morfológicas

O princípio de divisão de imagem baseado no modelo de perfil de atividade de conjunto horizontal é o processo de minimizar a função geral de energia para aproximar o perfil de atividade do objetivo de divisão. Se uma restrição baseada no conhecimento prévio for introduzida na função geral de energia e o perfil da atividade se aproximar do objetivo definido pela restrição, o objetivo que você deseja procurar pode ser separado. As principais ideias apresentadas anteriormente são as seguintes.

Um é.CremersModelo proposto com base em restrições de conhecimento prévio. Definir Conjunto Horizontal de Formas Determinadas pelo Conhecimento AnteriorF₀Representa que o modelo de contorno de atividade baseado no conhecimento prévio da forma adiciona um elemento de energia de restrição da forma à função geral de energia para conduzir a curva a convergir nessa forma:

no estilo,O Ldefinindo o âmbito em que o conhecimento anterior da forma atua,L = -1As áreas são excluídas dos pontos. Este método especifica rigorosamente a localização e o tamanho da informação da forma e é limitado na aplicação prática.

O outro é...Tony ChanModelo de contorno de atividade proposto com base no conhecimento prévio da forma, que permite o deslocamento, a escala e a rotação da forma. Se o nívelF₂É do conjunto horizontal.F₁Após deslocamento, rotação e escala, definir as coordenadas de deslocamento comoum, bO múltiplo de escala érO ângulo de rotação éθEntão, a expressão de relação de dois conjuntos horizontais é:

Se ψ0É uma função de conjunto horizontal de uma forma fixa obtida resolvendo a função de distância simbólica. ψ é a função do conjunto horizontal correspondente à forma original por deslocamento, rotação ou escala. Então, a função de energia do modelo do conjunto horizontal com base no conhecimento prévio da forma é:

A resolução numérica dos dois métodos acima envolve a resolução do fluxo descendente de gradiente para várias variáveis ​​da função de energia, e cada iteração da curva precisa ser atualizada para várias variáveis, de modo que a velocidade de aproximação do modelo de contorno ativo é muito lenta e não pode ser realmente adotada.
Filtro de grade ou3MNo caso do teste, as colônias que precisam ser detectadas geralmente são redondas, enquanto o conhecimento prévio da forma do conjunto horizontal pode ser configurado como redondo. Para um círculo, o deslocamento e o escalonamento em suas transformações geométricas só resultam em mudanças de forma, e a rotação não afeta a forma círcula, por isso um modelo de conjunto horizontal baseado em círculo só precisa de três variáveis adicionais.a, b, rEm seguida, a função geral de energia do modelo de contorno de atividade do conjunto horizontal baseado em restrições circulares pode ser simplificada para:

Na fórmula, o segundo elemento é um elemento de restrição, o seu efeito é que a linha de contorno final zui converge em um círculo. No modelo, além da necessidade de procurar o fluxo descendente do gradiente para a função do conjunto horizontal, apenas é necessário para (a, b, rAtualização de três variáveis, redução significativa do número de iterações e maior velocidade de divisão.

Para alcançar a detecção sincronizada de várias colônias em placas planas, é necessário introduzir mais modelos de perfil de atividade de conjuntos horizontais multifásicos; Ao mesmo tempo, para melhorar ainda mais a velocidade da detecção, é necessária uma solução rápida para o modelo de perfil de atividade de conjunto horizontal. E estes dois aspectos, a equipe de pesquisa da Ciência e Tecnologia da Xunxu alcançou resultados importantes e aplicações práticas, você pode consultar a Contagem de Colônias publicada pela "Xunxu Science Technology Co., Ltd."_Tecnologia inovadora（um）Modelo de perfil de atividade do conjunto horizontal).

2Efeito de detecção de colônias de rugas superficiais e bordas borrosas

Modelo de perfil de atividade do conjunto horizontal baseado em restrições morfológicas, mantendo o modelo de perfil de atividade do conjunto horizontalTem as vantagens de uma forte resistência ao ruído, fronteiras de divisão suaves e contínuas, pode lidar com situações complexas de estrutura de superfície, ao mesmo tempo que pode muito bem aproximar-se do alvo circular. Especialmente para algumas colônias ou células com contornos confusos e rugas superficiais mais graves, o efeito de divisão é extremamente * mostrado.

Gráfico4O efeito da detecção de uma célula protótica com uma borda borrosa é mostrado. Entre eles, o mapa4-aé o mapa original das células protoplasmáticas; Gráfico4-bO modelo de contorno de atividade do conjunto horizontal geral é usado, e, devido à falta de restrição circular, é detectado um não-círculo; Gráfico4-CAdotando o algoritmo "modelo de contorno de atividade do conjunto horizontal baseado em restrições morfológicas" desenvolvido pela tecnologia Rapid Number, devido à restrição circular, a aproximação de zui é necessariamente um círculo, o que restaura bem o estado original da célula.

Gráfico4. Margem difusaEfeito da detecção de células protoplasmáticas

Gráfico5O efeito da detecção de células protósomas com rugas superficiais muito graves foi mostrado. Entre eles, o mapa4-aé o mapa original das células protoplasmáticas; Gráfico4-bO modelo de contorno de atividade do conjunto horizontal geral é usado, devido à falta de restrições circulares, um monte de detritos é detectado; Gráfico4-CUtilizando o algoritmo "Modelo de contorno de atividade do conjunto horizontal baseado em restrições morfológicas" desenvolvido pela tecnologia Rapid Number, devido à restrição circular, zui se aproxima de uma célula protósoma completa.

Gráfico5. Rugas da superfícieEfeito da detecção de células protoplasmáticas

3Pelo filtro e3MEfeito do teste

Gráfico6Apresentou o "modelo de contorno de atividade do conjunto horizontal baseado em restrições morfológicas" desenvolvido usando a tecnologia Rapid Number, para filtros de grade e3MEfeito do teste. Entre eles, o mapa6-ae6-be6-CFiltro de Sedolis,3MTabletas de teste de Staphylococcus amarelo,3MDiagrama original do teste de E. coli. Gráfico6-De6-ee6-fÉ o efeito de divisão após a adoção do "modelo de perfil de atividade do conjunto horizontal baseado em restrições morfológicas". Devido à sua restrição circular, o contorno de atividade evita a aproximação da grade, e o zui finalmente detecta todas as colônias circulares.

Gráfico6. Efeito do modelo de contorno de atividade do conjunto horizontal baseado em restrições morfológicas

4Perspectivas

Método de divisão de imagem baseado em um modelo de contorno de atividade de conjunto horizontal,Com forte resistência ao ruído, boa estabilidade de resolução numérica, fronteira de divisão suave e contínua, pode lidar com situações topológicas complexas e outras vantagens, tornou-se uma das tecnologias de divisão de imagem de ponta do SUI.

Após mais de dois anos de investigação, a equipe de pesquisa e desenvolvimento da Xingyu não só dominou esta tecnologia avançada, mas também as características das colônias microbianas, com base no modelo de perfil de atividade do conjunto horizontal tradicional, a pesquisa criativa desenvolveu um modelo de perfil de atividade rápida adequado para a contagem parcial de colônias complexas, um modelo de perfil de atividade do conjunto horizontal multifásico e um modelo de perfil de atividade do conjunto horizontal baseado em restrições morfológicas. Estes modelos não só permitem estatísticas precisas e eficazes de colônias complexas e placas planas de alta dificuldade, mas também são aplicáveis ​​à detecção de células, etc.

Hangzhou Shunsu Tecnologia Co., Ltd. Departamento de Pesquisa e Desenvolvimento