[发明专利]基于图像处理的微生物数量估算方法

说明书

本发明属于数字图像处理领域的应用，具体地说是针对显微镜下拍摄的细菌培养皿图像采用一定的处理步骤，使得处理后的二值图像中的像素数可用于估算培养皿内的细菌数量的基于图像处理的微生物数量估算方法，基于图像的二值化处理，提出了一种全新的微生物数量测定方法，此方法不需要对细菌本身进行实验，而是对显微镜下拍摄的培养皿图像进行处理，属于一种间接测定微生物数量的方法，本发明中应用非局部均值(NL‑means)去噪算法，对于同一培养皿的不同时间拍摄的细菌图像的统计结果比较稳定，不因细菌位置的改变而产生较大误差，适应性较强。

技术领域：

本发明属于数字图像处理领域的应用，具体地说是针对显微镜下拍摄的细菌培养皿图像采用一定的处理步骤，使得处理后的二值图像中的像素数可用于估算培养皿内的细菌数量的基于图像处理的微生物数量估算方法。

背景技术：

目前常用的测定微生物数量的方法有显微镜直接计数法、平板菌落计数法、光电比浊法、测定细胞重量法、测定细胞总氮量或总碳量等。

显微镜直接计数法是取一定体积的样品细胞悬液置于计数器的计数室内，用显微镜观察计数的一种快速、直观的方法，常用计数器有血球计数板、Petroff Hausser计菌器和Hawksley计菌器等，它们都可用于酵母、细菌、霉菌孢子等悬液的计数。但是，这种方法需要人工进行计数。

平板菌落计数法根据每个活的细菌能长出一个菌落的原理，将待测样品经适当稀释之后，取一定量的稀释样液接种到平板上，经过培养，由每个单细胞生长繁殖而形成一个单菌落。统计菌落数，即可换算出样品中的含菌数。该方法被广泛用于生物制品、食品、饮料和水的含菌指数的检测。但是此方法操作较繁琐，结果需要培养一段时间才能取得，而且测定结果易受多种因素的影响，

光电比浊法由菌悬液的透光量间接测定细菌的数量。在一定范围内，微生物细胞浓度与透光度成反比，与光密度成正比，因此可以用样品液所测得的光密度得到样品菌液浓度。此法简便快捷，但是光密度受到多种因素的影响，且颜色太深的样品或其他具有吸光值的物质不能用此法测定。

测定细胞重量法分为湿重法和干重法。湿重法系单位体积培养物经离心后将湿菌体进行称重；干重法系单位体积培养物经离心后，以清水洗净放人干燥器加热烘干，使之失去水分然后称重。此法是测定丝状真菌生长量的一种常用方法，适用于含菌量高、不含或少含非菌颗粒性杂质的环境或培养条件。

测定细胞总氮量或总碳量的方法，是基于氮、碳是细胞的主要成分，含量较稳定，因此测定氮、碳的含量可以推知细胞的质量。此法适用于固体或液体条件下细胞浓度较高的样品，但是操作程序较复杂。

可见，现有的微生物数量测定方法操作都比较繁琐，需要使用生物学实验的方法进行测定，且因为有相当数量的步骤需要人工操作，若测定有害细菌数量则对于实验者具有一定的潜在危险。另外，每种方法对于所测定微生物都有着特殊的要求，难以用计算机快速实现。

发明内容：

本发明的目的是针对细菌培养皿的照片进行二值化处理，将细菌主体与培养液背景进行分离，准确地将细菌主体转化为处理后二值图像中白色部分，然后计算所有细菌总像素数和单个细菌平均像素数，最后估算出培养皿中细菌的数量。

本发明基于图像的二值化处理，提出了一种全新的微生物数量测定方法。此方法不需要对细菌本身进行实验，而是对显微镜下拍摄的培养皿图像进行处理，属于一种间接测定微生物数量的方法。本发明基于四条假设：(1)拍摄的培养皿图像是清晰、完整的，拍摄角度是从上往下的，没有过多的倾斜；(2)培养皿轮廓是圆形的；(3)培养皿较浅，图像中细菌基本上是平铺的，重叠部分较少；(4)细菌与培养液有颜色对比，即细菌不是透明的。基于以上四条假设，将培养皿图像经过去噪、去除背景处理，通过三角形法确定阈值后进行二值化，获得了清晰的二值图像，准确地对细菌主体进行了提取，即二值图像中白色部分为细菌，黑色部分为背景。然后统计二值图像中白色像素，除以由细菌样本求得的平均单个细菌像素数，即可得到培养皿中细菌数量的估计值。