[发明专利]一种光镊系统中的微球自动捕获方法

摘要

本发明涉及一种光镊系统中的微球自动捕获方法，包括：设定图像初始背景；预设路径，根据路径控制微米位移台进行搜索；对每帧图像处理，当视场存在微球，输出微球位置、直径、ID特征；得到视场内微球的特征后，中断搜索路径生成捕获路径，对粒子按照规划的路径进行PI闭环控制，直至粒子被成功捕获，否则重新返回搜索路径进行搜索；判断粒子是否被成功捕获；当捕获粒子附近出现其它多余粒子，需要生成躲避路径。本发明能够极大的提高微球的捕获效率。

主权项

1.一种光镊系统中的微球自动捕获方法，包括如下步骤：1)光镊系统初始化，设置光阱位置，设定CCD曝光时间、帧率、图像格式，设定微纳米位移台初始位置、最大移动速度、加速度参数；2)设定图像初始背景；3)预设路径，根据路径控制微米位移台进行搜索；4)对每帧图像处理，当视场存在微球，输出微球位置、直径、ID特征，具体步骤包括：(1)采用背景差分法，去除背景的干扰，背景图像需要每隔5帧对背景与当前帧进行一次平均运算作为新的背景，若当前帧存在微球，则将微球的位置除掉，再对背景进行更新，得到背景差分图像；(2)使用全局固定阈值对背景差分图像二值化；(3)采用形态学处理方法，对二值图像进行闭运算，得到粒子填充图案；(4)进行粒子轮廓的提取以及轮廓外接圆的拟合，初步得到单帧图像的粒子轮廓位置信息；(5)获得首帧含有粒子图像后，对每个粒子进行编号，每个粒子获得唯一的ID；(6)在下一帧图像中重复粒子提取的过程，然后将两幅图像的粒子的半径与位置信息作为特征向量进行比较，计算两个特征向量的端点距离，端点距离最小的粒子取同一个ID，将未找到匹配结果的粒子取新的编号，当同一ID的粒子连续出现次数达到预设次数，则认为该粒子的半径与位置信息准确并对模块外输出，否则认为是图像噪声，并删除该编号以及相关信息；5)得到视场内微球的特征后，中断搜索路径生成捕获路径，对粒子按照规划的路径进行PI闭环控制，直至粒子被成功捕获，否则重新返回搜索路径进行搜索，捕获路径的生成算法包括：(1)在视场中以两个光阱为中心划定两个包含光阱且相邻的矩形区域，根据两个矩形区域的位置关系生成其余几个周边矩形区域，从而将视场分为八个矩形区域，然后将各个区域分别编号；(2)以所述的几个周边矩形区域的中心为关键点，生成一个通过各个关键点的图形作为粒子的转移路径；(3)将两个光阱所在点与粒子转移路径使用水平线与竖直线相连，并作为粒子进入光阱的连接路径；(4)确定目标粒子位置所在的矩形区域，移动到该区域的中心点，从而进入转移路径；(5)根据粒子要进入的光阱目标，按照就近原则以及优先上方路径的原则，选择连接路径，并通过转移路径进入连接路径，将粒子转移至目标光阱；6)在捕获粒子执行后需要判断粒子是否被成功捕获，判定依据通过统计光阱所在矩形区域内的粒子ID的重复出现的次数，当连续数帧某ID的粒子重复出现在光阱所在矩形区域且位置变化小于一定阈值，可认为粒子被成功捕获；7)当粒子捕获判定成功，则中断捕获路径转入保护模式，对每帧图像进行监测；当捕获粒子附近出现其它多余粒子，需要生成躲避路径。