[发明专利]一种从液滴流视频中计算液滴运动频率的方法

说明书

本发明涉及一种从液滴流视频中计算液滴运动频率的方法，所述方法包括以下步骤：载入液滴流视频及其采集频率；选取所述液滴流视频中的一帧作为参考帧；依次计算所述参考帧与所述液滴流视频中的每一帧之间的相似度，构造相似度向量；和根据所述相似度向量，计算所述液滴流视频的液滴运动频率。本发明的液滴运动频率计算方法能广泛地应用于液滴微流控技术中，特别是并行化、阵列化的液滴微流控技术中，液滴的通量和均一性的表征。

技术领域

本发明涉及液滴微流控技术领域，尤其涉及从一种从液滴流视频中计算液滴运动频率的方法。

背景技术

液滴微流控技术能够高通量地制备尺寸高度均一的液滴序列，在高通量均一材料的制备和高通量生化分析等领域有广泛的应用。为了进一步提高制备或分析通量，液滴微流控单元往往还会并行化、阵列化使用。这些液滴序列流过这些并行液滴微流控单元中每个通道的频率，即“液滴运动频率”，代表该器件在单位时间内的最高分析通量，通道间液滴运动频率的变异系数也是表征液滴均一性的关键指标。

目前，能用于液滴运动频率检测的方法主要有：光学、电学和图像处理等方法。光学方法主要包括光散射等方法。虽然在使用CCD等成像装置的条件下，光散射方法能够进行多通道并行的液滴运动频率检测，但是这种方法需要在液滴微流控技术平台上定制额外的设备，且相对检测误差普遍在15％到25％的范围内，不够准确。电学方法主要包括电阻检测和电容检测等方法。电阻检测方法需要在微流控芯片内增加与液滴接触的电极，电容检测方法可以在微流控芯片内增加与液滴不接触的电极，虽然这两种方法分别能将相对检测误差分别降低到约3.9％和约5.1％，但是这两种方法都需要在液滴微流控芯片内增加电极，且对于每一个液滴流过的通道，都需要一套单独的电路系统来进行检测，不便于多通道并行的液滴运动频率检测。图像处理法包括微粒子测速等方法。微粒子测速方法在计算频率的过程中需要使用相邻液滴的间距，当某帧图像中只有1个液滴时，微粒子测速方法将无法计算液滴的运动频率；当某帧图像中有3个或更多个液滴时，微粒子测速方法可能会造成相邻液滴间隔的误判，计算会出现错误(计算出液滴运动频率的一个分频)；此外，微粒子测速法只能在液滴运动方向相同、液滴运动频率一致的条件下进行多通道并行液滴运动频率的计算。

总之，现有的各个方法难以同时做到以下三点：第一，使用常规液滴生成平台，不在液滴微流控平台或液滴微流控芯片上增加额外的定制装备或定制结构；第二，准确检测或计算液滴的运动频率，目前液滴微流控技术制备的液滴，直径的变异系数一般约为1％，在分散相流量不变的情况下(一般液滴微流控的应用场合都满足该条件)，可以折合成液滴运动频率的变异系数约为3％，液滴运动频率的检测或计算方法的相对误差应小于该值，才能可靠地表征液滴序列在均一性上的差异；第三，随着液滴微流控的使用趋于并行化、阵列化，液滴运动频率的检测方法应当适应这种趋势，具备对多通道和液滴尺寸、多液滴运动频率和多液滴运动方向的并行液滴运动进行频率检测或计算的能力。

发明内容

本发明的目的在于提供从液滴流视频中计算液滴运动频率的方法，旨在解决现有技术在液滴运动频率计算中存在的应用不方便、结果不准确和难以进行多通道、多尺寸、多频率的并行液滴运动频率检测等问题。

在一种实施方式中，本发明一种从液滴流视频中计算液滴运动频率的方法，所述方法包括以下步骤：步骤1，载入液滴流视频及其采集频率；步骤2，选取所述液滴流视频中的一帧作为参考帧；步骤3，依次计算所述参考帧与所述液滴流视频中的每一帧之间的相似度，构造相似度向量；和步骤4，根据所述相似度向量，计算所述液滴流视频的液滴运动频率。

在一种实施方式中，当所述相似度向量的周期性明显，则从所述相似度向量中提取峰值，通过相邻峰值间的平均时间差计算相似度向量的周期，计算所述液滴流视频的液滴运动频率。

在一种实施方式中，当所述相似度向量的周期性不明显，则对所述相似度向量进行时域分析，消除所述相似度向量中的非周期分量，保留和放大周期分量，然后通过相邻峰值间的平均时间差计算相似度向量的相关函数的周期，计算所述液滴流视频的液滴运动频率。