colonfastTM 智能菌落識(shí)別技術(shù)是迅數(shù)科技最新一代菌落識(shí)別核心算法。迅數(shù)技術(shù)開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)研究了歷年客戶(hù)提供的大量疑難、復(fù)雜菌落圖象，匯總了多通道分割，圖像增強(qiáng)與處理，螺旋接種微生物菌落分析等很多創(chuàng)新的思想，終于在2008年形成完整colonfastTM 智能菌落識(shí)別技術(shù)，并將此技術(shù)應(yīng)用到V系列、HR系列、G系列和MF系列中。以下我們從多通道分割技術(shù)、圖像增強(qiáng)與處理技術(shù)、螺旋接種微生物菌落分析系統(tǒng)等幾個(gè)方面，闡述colonfastTM 智能菌落識(shí)別技術(shù)。
所謂“分割”，是圖像處理中的專(zhuān)用術(shù)語(yǔ)，其作用是將被檢測(cè)對(duì)象，比如菌落、細(xì)胞等，從一幅復(fù)雜的圖像中分割出來(lái)，從而達(dá)到統(tǒng)計(jì)或分析的目的。分割技術(shù)直接關(guān)系到對(duì)象識(shí)別和統(tǒng)計(jì)的精度，因此十分重要，也是圖像處理中被廣泛研究的重點(diǎn)。傳統(tǒng)上已經(jīng)研究出很多方法，諸如閾值分割法、邊緣檢測(cè)法、區(qū)域增長(zhǎng)法、馬爾科夫隨機(jī)場(chǎng)模型等等。然而，這些方法大都限制在一維空間內(nèi)，用于簡(jiǎn)單對(duì)象的識(shí)別，如粉塵顆粒等的檢測(cè)。對(duì)生物醫(yī)學(xué)圖像而言往往要復(fù)雜的多，如細(xì)胞或菌落，其顏色多變、邊緣不清晰、內(nèi)部結(jié)構(gòu)也十分復(fù)雜，采用傳統(tǒng)的分割技術(shù)常常難以取得理想效果。
圖1：先進(jìn)獨(dú)特的“多通道分割技術(shù)”
多通道分割，正是在這一背景下，由迅數(shù)公司針對(duì)生物醫(yī)學(xué)圖像特點(diǎn)，專(zhuān)門(mén)研究開(kāi)發(fā)的又一獨(dú)特而有效的圖像處理工具。多通道分割的基本思想，是將被檢測(cè)對(duì)象的色彩引入到分割中來(lái)。色彩可以被用來(lái)作為圖像處理中識(shí)別對(duì)象的重要感知特征之一，而生物醫(yī)學(xué)圖像的色彩又恰恰非常豐富。通過(guò)大量的研究試驗(yàn)，在摒棄傳統(tǒng)的RGB色彩描述的不足之后，迅數(shù)公司成功的研發(fā)出一種基于HSV各向異性擴(kuò)散和加性分裂算子的多通道分割技術(shù)。這一分割技術(shù)，建立在四維空間基礎(chǔ)上，并能根據(jù)被檢測(cè)對(duì)象的色彩特征進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，加上被檢測(cè)對(duì)象的形狀特征，實(shí)現(xiàn)在多維空間的分割，分割精度大大提高。對(duì)一些原來(lái)難以分析統(tǒng)計(jì)的對(duì)象，如霉菌、深層菌落等，都實(shí)現(xiàn)了良好的識(shí)別。
然而，現(xiàn)實(shí)中經(jīng)常出現(xiàn)被觀察樣本不理想的情況：如被觀察樣本制備質(zhì)量不高（比如切片太厚）、樣本中的被觀察物的輪廓模糊不清晰、樣本的基色與被觀察物質(zhì)的顏色區(qū)別不分明、樣本中混雜有大量雜質(zhì)且難以區(qū)分等等。除了上文提到的，其實(shí)我們還有另一種方法解決——“圖像增強(qiáng)與處理技術(shù)”。迅數(shù)公司開(kāi)發(fā)的《圖像增強(qiáng)與處理技術(shù)》及其在公司各類(lèi)產(chǎn)品上的成功應(yīng)用，大大提升了產(chǎn)品的性能和功能。采用現(xiàn)代數(shù)字圖像技術(shù)，開(kāi)展諸如菌落統(tǒng)計(jì)、顯微細(xì)胞圖象觀測(cè)等各種生物醫(yī)學(xué)研究和試驗(yàn)，具有準(zhǔn)確、快速、方便、數(shù)據(jù)易保存和傳輸，以及實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化統(tǒng)計(jì)分析等等一系列先進(jìn)性。其顯著的效果和方便的使用，已受到國(guó)內(nèi)外眾多單位的采用和高度評(píng)價(jià)。
圖2：功能強(qiáng)大的“圖像增強(qiáng)與處理技術(shù)”
迅數(shù)公司長(zhǎng)期從事圖像采集與處理技術(shù)的研究，在承擔(dān)并完成多項(xiàng)國(guó)家重點(diǎn)重大攻關(guān)項(xiàng)目的研究和開(kāi)發(fā)中，積累了豐富的圖像處理經(jīng)驗(yàn)和各種有效解決問(wèn)題的專(zhuān)用處理算法。自2008年起，在迅數(shù)公司的高端產(chǎn)品中，根據(jù)生物醫(yī)學(xué)圖像的特點(diǎn)，公司為這些產(chǎn)品配備了專(zhuān)業(yè)“圖像增強(qiáng)與處理軟件包”，包含有自適應(yīng)圖像增強(qiáng)、圖象平滑、邊緣銳化、圖像濾波、各類(lèi)函數(shù)補(bǔ)償、邊緣檢測(cè)、數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)處理等等一系列強(qiáng)大而實(shí)用的圖像處理工具。通過(guò)對(duì)這些工具的操作或合理的組合使用，可有效改善圖象的清晰度、提高圖像背景與被觀測(cè)物的對(duì)比度、提升對(duì)圖像中含有的雜質(zhì)的識(shí)別能力等等。
此外，colonfastTM 還有一個(gè)最突出的技術(shù)——螺旋接種微生物菌落分析系統(tǒng)。螺旋接種，是基于阿基米德螺旋線并按某一函數(shù)規(guī)律進(jìn)行的樣本接種。其最大優(yōu)點(diǎn)，是在一塊平皿上可實(shí)現(xiàn)濃度跨度高達(dá)1000倍的樣本接種。由此省去傳統(tǒng)上對(duì)樣本的人工稀釋和平皿制備的極其繁瑣的勞動(dòng)(諸如平皿清洗、滅菌、樣本稀釋、加注、培養(yǎng)等等)，節(jié)省大量人力、財(cái)力和時(shí)間，成為對(duì)傳統(tǒng)接種方法的一次革命性變革。由于以上突出優(yōu)點(diǎn)，基于螺旋接種的菌落分析技術(shù)已成為當(dāng)今世界上最先進(jìn)和最受歡迎的菌落檢測(cè)方法之一。但在國(guó)內(nèi)，這一技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用尚處在空白。
圖3：迅數(shù)_螺旋接種微生物菌落分析系統(tǒng)
為適應(yīng)微生物菌落分析技術(shù)的快速發(fā)展，緊跟世界潮流，迅數(shù)公司于2006年組織了十余位專(zhuān)家學(xué)者對(duì)基于螺旋接種的微生物菌落分析技術(shù)進(jìn)行了為期半年的研究和攻關(guān)，成功開(kāi)發(fā)出我國(guó)第一臺(tái)、具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的《迅數(shù)_螺旋接種微生物菌落分析系統(tǒng)》。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了與目前國(guó)際上主流品牌的“螺旋接種儀”的接軌，對(duì)各種品牌的螺旋接種儀所生成的螺旋接種平板，均能進(jìn)行有效的統(tǒng)計(jì)和分析。統(tǒng)計(jì)算法根據(jù)國(guó)際通用的美國(guó)FDA標(biāo)準(zhǔn)制定，在接種規(guī)律方面，能適應(yīng)目前國(guó)際上采用的各種加樣規(guī)則，包括指數(shù)模式、對(duì)數(shù)模式、草坪模式、線性模式、均一模式等等。迅數(shù)公司的這一研發(fā)成果，為填補(bǔ)國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域的空白，邁出重要一步。也為國(guó)內(nèi)開(kāi)展基于螺旋接種的微生物菌落分析，奠定基礎(chǔ)。 |
