專利名稱：自動(dòng)化選擇圖像處理樣式的生物培養(yǎng)板掃描裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)生物生長介質(zhì)進(jìn)行分析以分析食物樣品、實(shí)驗(yàn)室樣品等中的細(xì)菌或其他生物因子的技術(shù)。
背景技術(shù)：
生物安全是現(xiàn)代社會(huì)極為關(guān)注的重要事項(xiàng)。檢測食物或其他材料中的生物污染對(duì)食品的開發(fā)商和分銷商是重要的，并且有時(shí)是強(qiáng)制性的要求。生物檢測還用來鑒別實(shí)驗(yàn)室樣品中的細(xì)菌或其他因子，如從醫(yī)學(xué)病人獲取的血液樣品、開發(fā)用于實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡膶?shí)驗(yàn)室樣品，和其他類型的生物樣品。可以使用各種不同的技術(shù)和裝置來改善生物檢測和對(duì)生物檢測過程進(jìn)行流水線作業(yè)和標(biāo)準(zhǔn)化。
具體而言，已經(jīng)開發(fā)了多種生物生長介質(zhì)。作為一個(gè)例子，明尼蘇達(dá)州圣保羅市的3M公司(下文中簡稱“3M”)已經(jīng)開發(fā)了生物培養(yǎng)板形式的生物生長介質(zhì)。3M出售的生物培養(yǎng)板商品名為PETRIFILM板。生物培養(yǎng)板可用于促進(jìn)通常與食物污染相關(guān)的細(xì)菌或其他生物因子的快速生長和檢測或計(jì)數(shù)，所述細(xì)菌或其他生物因子包括，例如需氧細(xì)菌，大腸桿菌(E.coli)、大腸桿菌類(coliform)、腸細(xì)菌(enterobacteriaceae)、酵母、霉菌、金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)、李斯特桿菌(Listeria)、彎曲桿菌(Campylobacter)等。使用PETRIFILM板，或其他生長介質(zhì)能夠簡化食物樣品的細(xì)菌檢測。
生物生長介質(zhì)能被用來鑒別細(xì)菌的存在，以便能夠采取糾正措施(對(duì)食物檢測的情況而言)或作出正確的診斷(對(duì)醫(yī)學(xué)使用的情況而言)。在其他的應(yīng)用中，生物生長介質(zhì)可以用來快速培養(yǎng)例如用于實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡膶?shí)驗(yàn)室樣品中的細(xì)菌或其他生物因子。
生物掃描裝置指用于讀取或計(jì)數(shù)生物生長介質(zhì)上的細(xì)菌菌落，或特定生物因子量的裝置。例如，食物樣品或?qū)嶒?yàn)室樣品能放置于生物培養(yǎng)介質(zhì)上，然后該介質(zhì)被置于到培養(yǎng)箱中。培養(yǎng)后，生物生長介質(zhì)能被放到生物掃描裝置中對(duì)細(xì)菌生長進(jìn)行自動(dòng)化的檢測和計(jì)數(shù)。換句話說，生物掃描裝置使生物生長介質(zhì)上的細(xì)菌或其他生物因子的檢測和計(jì)數(shù)自動(dòng)化，因此通過降低人為失誤而改進(jìn)生物檢測方法。
發(fā)明概述總體來說，本發(fā)明涉及自動(dòng)化選擇圖像處理樣式以掃描和分析不同類型生物培養(yǎng)板的生物掃描裝置。該掃描裝置自動(dòng)化地鑒別待掃描的板的類型，然后選擇一種適合用于鑒別板類型的圖像處理樣式。
該掃描裝置可以通過多種可機(jī)讀的指示器鑒別板的類型，例如板上帶有的光學(xué)或磁學(xué)可讀標(biāo)記。因此，本發(fā)明還涉及帶有特定指示器的生物培養(yǎng)板，該指示器允許鑒別板類型以用于選擇圖像處理樣式。
該板可以被掃描以對(duì)生物培養(yǎng)板上的不同類型的細(xì)菌菌落或特定生物因子量進(jìn)行讀取或計(jì)數(shù)。在操作中，該掃描裝置通過例如將生物培養(yǎng)板呈遞給掃描裝置以鑒別板的類型。該掃描裝置然后根據(jù)與鑒別的板類型相關(guān)的圖像處理樣式處理圖像。
該圖像處理樣式可以確定特定的圖像捕獲條件，如，照明強(qiáng)度、時(shí)間、和色彩用于捕獲特定類型板的圖像。圖像捕獲條件還可以包括相機(jī)放大率、分辨率、光圈和曝光時(shí)間。此外，圖像處理樣式可以確定特定的圖像分析標(biāo)準(zhǔn)，如顏色、形狀、大小和近似標(biāo)準(zhǔn)，用于對(duì)捕獲圖像中不同類型的細(xì)菌菌落進(jìn)行檢測或計(jì)數(shù)。因此，該掃描裝置可以應(yīng)用不同的圖像捕獲條件，不同的圖像分析標(biāo)準(zhǔn)或以上兩者用于處理生物培養(yǎng)板的圖像。
在操作中，在板類型鑒別之后，生物掃描裝置可以選擇對(duì)應(yīng)的圖像處理樣式。生物掃描裝置可以利用由圖像處理樣式確定的圖像捕獲條件對(duì)生物培養(yǎng)板進(jìn)行照明并捕獲該板的一個(gè)或多個(gè)圖像。該生物掃描裝置然后可以對(duì)捕獲的圖像進(jìn)行分析，該分析使用由圖像處理樣式確定的圖像分析標(biāo)準(zhǔn)。照這樣，生物掃描裝置使不同類型生物培養(yǎng)板的掃描和分析實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。
在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供含有下列元件的設(shè)備存儲(chǔ)一組圖像處理樣式的存儲(chǔ)器，以及根據(jù)與生物培養(yǎng)板相關(guān)的板的類型選擇一種圖像處理樣式的圖像處理裝置。
在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種方法，包括檢測與生物培養(yǎng)板相關(guān)的板的類型，根據(jù)檢測的板的類型選擇多種圖像處理樣式中的一種，及根據(jù)選擇的圖像處理樣式處理生物培養(yǎng)板的圖像。
在另外一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供可機(jī)讀介質(zhì)，其包括使處理器根據(jù)檢測的生物培養(yǎng)板的板的類型選擇多種圖像處理樣式中的一種，和控制圖像處理裝置根據(jù)選擇的圖像處理樣式處理生物培養(yǎng)板圖像的指令。
在另外的實(shí)施方案中，本發(fā)明提供生物培養(yǎng)板，其包括支持生物因子生長的板的表面，和能鑒別生物培養(yǎng)板的類型的可機(jī)讀的板類型指示器。
在另外的實(shí)施方案中，本發(fā)明提供系統(tǒng)，其包括含有鑒別生物培養(yǎng)板的板類型的可機(jī)讀的板類型指示器的生物培養(yǎng)板，和捕獲生物培養(yǎng)板的圖像和根據(jù)板類型指示器而選擇的多種圖像處理樣式中的一種處理圖像的成像裝置。
本發(fā)明能提供多種優(yōu)勢。例如，自動(dòng)化選擇圖像處理樣式能提供方便和準(zhǔn)確的選擇合適的圖像處理樣式的技術(shù)。自動(dòng)化選擇圖像處理樣式能提高細(xì)菌菌落計(jì)數(shù)和其他分析方法的精確性，增強(qiáng)質(zhì)量保證。具體而言，合適的圖像捕獲條件和圖像分析標(biāo)準(zhǔn)能夠自動(dòng)化選擇并應(yīng)用到每個(gè)板類型。自動(dòng)化選擇圖像處理樣式能避免對(duì)技術(shù)人員視覺鑒別和手工輸入板的類型的需要，因此消除有時(shí)由于人為干擾產(chǎn)生的板鑒別的錯(cuò)誤。分析的精確性對(duì)健康至關(guān)重要，尤其在檢測食物樣品時(shí)。此外，自動(dòng)化選擇圖像處理樣式能提高效率和便利，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)室技術(shù)人員的工作流程。帶有通過生物掃描裝置實(shí)現(xiàn)板類型自動(dòng)化鑒別的可機(jī)讀板類型指示器的生物培養(yǎng)板，能有助于實(shí)現(xiàn)上述的優(yōu)勢。
這些和其他實(shí)施方案的另外的細(xì)節(jié)在下述的附圖和說明書中闡述。其他的特征，目的和優(yōu)勢將通過說明書、附圖和權(quán)利要求書變得清晰。
附圖簡述

圖1為示例的生物掃描裝置的透視圖。
圖2為示例的生物掃描裝置的另一個(gè)透視圖。
圖3和4為帶有用于選擇圖像處理樣式的指示器模式的示例的培養(yǎng)板的頂視圖。
圖5A-5D闡明由用于選擇圖像處理樣式的生物培養(yǎng)板帶有的示例的板類型指示器模式。
圖6的框圖闡明構(gòu)造用于自動(dòng)化選擇圖像處理樣式的生物掃描裝置。
圖7的框圖闡明另一個(gè)構(gòu)造用于自動(dòng)化選擇圖像處理樣式(profile)的生物掃描裝置。
圖8的框圖以更多細(xì)節(jié)闡明圖6的生物掃描裝置并描述板的照明硬件。
圖9描述在由生物掃描裝置檢測板類型后在顯示器上產(chǎn)生的樣本顯示內(nèi)容。
圖10描述在使用者使用生物掃描裝置10拒絕自動(dòng)化檢測板類型后在顯示器產(chǎn)生的樣本顯示內(nèi)容。
圖11描述在由生物掃描裝置確定菌落數(shù)量后顯示器產(chǎn)生的樣本顯示內(nèi)容。
圖12描述在由生物掃描裝置確定菌落數(shù)量后在顯示器產(chǎn)生的樣本顯示內(nèi)容，和包括掃描的板的圖像。
圖13的流程圖描述在生物掃描裝置中選擇圖像處理樣式的過程。
圖14的流程圖描述在包含板類型檢測指示器的生物掃描裝置中選擇圖像處理樣式的過程。
圖15的流程圖描述在包含從掃描的板的圖像中檢索板類型指示器的生物掃描裝置中選擇圖像處理樣式的過程。
圖16的流程圖描述讓用戶無視生物掃描裝置的自動(dòng)鑒別板類型的過程。
發(fā)明詳述本發(fā)明涉及用于生物培養(yǎng)板的生物掃描裝置。生物培養(yǎng)板能夠遞呈給生物掃描裝置，該掃描裝置然后產(chǎn)生該板的圖像并對(duì)該圖像進(jìn)行分析以檢測生物生長。例如，掃描裝置可以對(duì)圖像上出現(xiàn)的生物因子的量，例如細(xì)菌的菌落數(shù)，進(jìn)行計(jì)數(shù)或其他定量。如此，該生物掃描裝置使生物培養(yǎng)板的分析實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，因此改進(jìn)這種分析和降低人為錯(cuò)誤的可能性。
本發(fā)明的生物掃描裝置，還自動(dòng)化選擇圖像處理樣式以掃描不同類型的生物培養(yǎng)板并分析板的圖像。該掃描裝置自動(dòng)鑒別待掃描的板的類型，然后選擇一種適合用于鑒別的板類型的圖像處理樣式。該圖像處理樣式可以對(duì)不同類型的生物培養(yǎng)板確定圖像捕獲條件、圖像分析標(biāo)準(zhǔn)或兩者的組合。例如，該圖像處理樣式可以確定對(duì)用于圖像捕獲的特定類型板的照明的照明強(qiáng)度、時(shí)間和顏色。該圖像捕獲條件還可以包括相機(jī)放大率、分辨率、光圈和曝光時(shí)間。就圖像分析標(biāo)準(zhǔn)而言，該圖像處理樣式可以在捕獲的圖像中為不同類型細(xì)菌菌落計(jì)數(shù)確定不同的顏色、形狀、大小和近似標(biāo)準(zhǔn)，以提高分析結(jié)果，如計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確性。因此，該圖像處理樣式可以適合圖像捕獲和分析。在食物樣品和實(shí)驗(yàn)室樣品的檢測環(huán)境中，精確性是非常關(guān)鍵的。具體而言，為保證食品安全，準(zhǔn)確的結(jié)果使整個(gè)食品加工操作在關(guān)鍵控制點(diǎn)的衛(wèi)生狀況得到確認(rèn)，食品加工操作包括生產(chǎn)線，設(shè)備和環(huán)境檢測。
該掃描裝置可以通過多種可機(jī)讀的板類型指示器來鑒別板的類型，所述指示器例如板上帶有的光學(xué)或磁學(xué)可讀的標(biāo)記。因此，本發(fā)明還預(yù)期帶有特定的指示器可實(shí)現(xiàn)板類型鑒別的生物培養(yǎng)板。此外，本發(fā)明可以消除或降低在鑒別板類型時(shí)對(duì)人的判斷的依賴性，因此降低潛在的人為錯(cuò)誤和降低人為因素引起的菌落計(jì)數(shù)和其他分析的不準(zhǔn)確性。
本發(fā)明可以對(duì)多種生物培養(yǎng)板有效。例如，本發(fā)明可以對(duì)用于生長生物因子以檢測或計(jì)數(shù)這些因子的不同的板樣的裝置有用，所述裝置如薄膜培養(yǎng)板裝置，微生物培養(yǎng)皿(Petri Dish)培養(yǎng)板裝置等。因此，術(shù)語“生物培養(yǎng)板”在此廣泛用來表示適合生物因子生長以通過掃描裝置檢測和計(jì)數(shù)該因子的介質(zhì)。在一些實(shí)施方案中，生物培養(yǎng)板能夠被裝在支持多個(gè)板的匣子里，如授權(quán)于Graessle等的美國專利5,573,950中描述。
圖1是示例的生物掃描裝置10的透視圖。如圖1所示，生物掃描裝置10包括帶有接納生物培養(yǎng)板(圖1未顯示)的抽屜14的掃描單元12。抽屜14將生物培養(yǎng)板移動(dòng)到生物掃描裝置10中進(jìn)行掃描和分析。依照本發(fā)明，掃描裝置10可以包括實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化鑒別板類型，和根據(jù)板類型自動(dòng)化選擇圖像處理樣式的部件。
生物掃描裝置10還可以包括顯示屏16，以給用戶顯示生物培養(yǎng)板分析的過程和結(jié)果。可選地或另外地，顯示屏可以向用戶顯示生物掃描裝置10掃描的培養(yǎng)板的圖像。顯示的圖像可以光學(xué)放大或以數(shù)字方式按比例放大。安裝平臺(tái)18形成彈出口20，在通過掃描裝置10捕獲圖像后可以從彈出口彈出培養(yǎng)板。因此，生物掃描裝置10可以設(shè)計(jì)為兩部分，其中掃描單元12放置于安裝平臺(tái)18上。該兩部分設(shè)計(jì)顯示于圖1用于示例，不是此處描述的本發(fā)明所必需的，或?qū)Ρ景l(fā)明進(jìn)行限制。
掃描單元12裝有用于掃描生物培養(yǎng)板和產(chǎn)生圖像的成像裝置。該成像裝置可以為行掃描儀或面掃描儀的形式，其通常與照明系統(tǒng)結(jié)合以提供對(duì)生物培養(yǎng)板的前照明和/或后照明。此外，掃描單元12可以裝有對(duì)掃描圖像進(jìn)行分析的處理硬件，例如為了確定培養(yǎng)板中生物因子的數(shù)目或數(shù)量。例如，在由抽屜14對(duì)生物培養(yǎng)板的遞呈后，該板可以放置在臨近光學(xué)臺(tái)板的位置用于掃描。
當(dāng)隨后抽屜被打開，生物培養(yǎng)板可以向下落到安裝平臺(tái)18以通過彈出口20彈出。為該目的，安裝平臺(tái)18可以裝有通過彈出口20從生物掃描裝置10彈出培養(yǎng)板的傳送器。在生物培養(yǎng)板插入到抽屜14，移動(dòng)到掃描單元12并掃描后，生物培養(yǎng)板向下落到安裝平臺(tái)18中，在此處水平傳送器，例如傳送帶，通過彈出口20彈出該介質(zhì)。
圖2是掃描裝置10的另一個(gè)透視圖。如圖2所示，抽屜14從生物掃描裝置10向外伸出以接納生物培養(yǎng)板22。如圖所示，生物培養(yǎng)板22可以放置于抽屜14內(nèi)提供的平臺(tái)24上。在一些實(shí)施方案中，平臺(tái)24可以包括位置致動(dòng)器，例如凸輪桿，以提升該平臺(tái)用于培養(yǎng)板22在生物掃描裝置10內(nèi)的精確定位。將生物培養(yǎng)板22放置到平臺(tái)24上后，抽屜14收回到掃描單元12以將生物培養(yǎng)板放置到掃描位置，即，生物生長介質(zhì)接受光學(xué)掃描的位置。
圖3和圖4是示例的生物培養(yǎng)板22的頂視圖。通過示例，合適的培養(yǎng)板22可以包括3M出售的商品名為PETRIFILM板的生物培養(yǎng)板?？蛇x地，生物培養(yǎng)板22可以包括其他用于生長特定細(xì)菌或其他生物因子的生物生長介質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明，生物培養(yǎng)板22帶有板類型指示器28以利于自動(dòng)化鑒別與培養(yǎng)板相關(guān)的生物介質(zhì)的類型。
板類型指示器28展示可機(jī)讀的編碼模式。在圖3和圖4的例子中，板類型指示器28以光學(xué)可讀模式的形式存在。具體而言，圖3和圖4描述在生物培養(yǎng)板22的角落空白處形成的亮和暗象限的4方塊模式。換句話說，板類型指示器28形成調(diào)制為黑和白以形成編碼模式的二維單元柵格。廣泛的不同的光學(xué)模式如字符、條形碼、二維條形碼、光柵、全息圖、磷墨水等是可想象的。
此外，在一些實(shí)施方案中，板類型指示器28可以采用通過磁學(xué)或無線電頻率技術(shù)可讀模式的形式?？蛇x地，板類型指示器28可以采用孔、縫隙、表面輪廓或其他類似的采用光學(xué)或機(jī)械技術(shù)可讀的形式。在各種情況下，板類型指示器28帶有的信息足夠通過生物掃描裝置10用于自動(dòng)化鑒別生物培養(yǎng)板22類型。板類型指示器28將在下文更詳細(xì)地描述。
生物培養(yǎng)板可以促進(jìn)細(xì)菌或其他生物因子的快速生長、檢測和計(jì)數(shù)，所述生物因子例如需氧細(xì)菌、大腸桿菌、大腸桿菌類、腸細(xì)菌、酵母、霉菌、金黃色葡萄球菌、李斯特菌和彎曲桿菌等。使用PETRIFILM板或其他生長介質(zhì)能簡化食物樣品的細(xì)菌檢測。此外，如此處概述的，生物掃描裝置10能通過提供自動(dòng)化板類型檢測和根據(jù)檢測的板類型自動(dòng)化選擇圖像處理樣式，進(jìn)一步簡化這種檢測以照明和/或分析生物培養(yǎng)板22，如通過對(duì)板的圖像進(jìn)行細(xì)菌菌落計(jì)數(shù)。
如圖3所示，生物培養(yǎng)板22限定生長區(qū)域26。板22中給定的被檢測的樣品在細(xì)菌菌落計(jì)數(shù)方面是否是可接受的，可以根據(jù)每單元面積細(xì)菌菌落的數(shù)目決定。因此，掃描裝置10可以定量板22上單位面積的細(xì)菌菌落數(shù)量，并可以將該數(shù)量，或“計(jì)數(shù)”與閾值比較。生物培養(yǎng)板22的表面可以含有一種或多種設(shè)計(jì)用于促進(jìn)一種或多種類型細(xì)菌或其他生物因子快速生長的生長增強(qiáng)因子。
在將待檢測的材料的樣品，通常是液體形式，放置到生物培養(yǎng)板22的表面的生長區(qū)26上，板22能被插入到培養(yǎng)箱(未顯示)中。在培養(yǎng)箱內(nèi)，培養(yǎng)板22上生長的細(xì)菌菌落或其他生物因子得到顯示，如圖4生物培養(yǎng)板22中所示。該菌落表現(xiàn)為圖4中生物培養(yǎng)板22上不同的點(diǎn)30，可以在板22上顯示為不同的顏色，利于通過掃描裝置10自動(dòng)化檢測和計(jì)數(shù)細(xì)菌菌落。
圖5A-5D顯示生物培養(yǎng)板22帶有的用于選擇圖像處理樣式的示例的板類型指示器28。再者，板類型指示器28采用模式，標(biāo)記，孔、表面輪廓或其他類似的允許光學(xué)或機(jī)械技術(shù)可讀的形式。例如，不同的光學(xué)模式能被光學(xué)解碼器、條形碼掃描裝置、光學(xué)字符識(shí)別(OCR)處理器等讀取。在孔或表面輪廓的情形中，機(jī)械指針可以與孔或輪廓相互作用以檢測不同的模式并產(chǎn)生電信號(hào)?？蛇x地，板類型指示器28可以是磁編碼的條帶或標(biāo)記或帶有無線電頻率鑒別以實(shí)現(xiàn)磁或無線電頻率可讀性。
光學(xué)可讀模式可以通過在生物培養(yǎng)板22的表面印記或沉積墨水而形成，例如在生長區(qū)26之外?？谆虮砻孑喞Ｊ侥軌蛟谏锱囵B(yǎng)板22中通過打孔、印跡、模壓、沖刀等形成。磁條或無線電頻率鑒別可以附著于生物培養(yǎng)板22的表面，例如通過粘合或疊層技術(shù)。此外，磁性或無線電頻率指示器無需攜帶在生物培養(yǎng)板22的表面上，但可以在培養(yǎng)板具有多層結(jié)構(gòu)的情況下插入到培養(yǎng)板的層間。在各個(gè)情形中，多種板類型指示器28可以在工廠形成以鑒別生物培養(yǎng)板22的類型。
此外，如果需要，板類型指示器28可以進(jìn)一步包括識(shí)別特定生產(chǎn)商、批號(hào)、失效日、安全認(rèn)可等信息。這些另外項(xiàng)的信息可以是對(duì)證實(shí)用于生物掃描裝置10的生物培養(yǎng)板22的質(zhì)量和適合程度。例如，一個(gè)或多個(gè)生產(chǎn)商可以是特別地確認(rèn)的，如根據(jù)板的生產(chǎn)質(zhì)量和板性能標(biāo)準(zhǔn)，提供用于生物掃描裝置10的生物培養(yǎng)板22。在此情形下，生物掃描裝置10可以根據(jù)板類型指示器28構(gòu)造為拒絕與確認(rèn)的生產(chǎn)商無關(guān)的生物培養(yǎng)板22。
此外，板類型指示器28可以帶有安全信息，例如序列號(hào)編碼等，用于認(rèn)證生物培養(yǎng)板22及防止欺騙性地引入未認(rèn)證的培養(yǎng)板，例如妨礙食物檢驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)室分析過程。盡管這些信息可以在生物培養(yǎng)板22內(nèi)被整合和編碼，還可以可選在培養(yǎng)板攜帶的單獨(dú)的指示器模式內(nèi)編碼。因此，生物培養(yǎng)板22可以在板類型指示器28之外，攜帶一種或多種指示器模式，用于不同的安全和質(zhì)量保證目的。
為增強(qiáng)安全性，板類型指示器28，及任何其他可以由生物培養(yǎng)板22攜帶的指示器，會(huì)得益于多種安全機(jī)制。例如，在一些實(shí)施方案中，印制的板類型指示器28可以用特定的磷墨水印記，使其可根據(jù)指示器被掃描時(shí)發(fā)出的光的波長而明顯地鑒定。此外，板類型指示器28可以采用更復(fù)雜的帶有加密鑰匙以解開生物掃描裝置10使其操作的模式。在這種情況下，生物掃描裝置10的處理器34(圖6)將對(duì)該模式解密以進(jìn)行圖像處理。
在圖5A-5D的例子中，板類型指示器28采用含有四個(gè)或暗或亮的象限29，31，33，35的四方模式，實(shí)現(xiàn)迅速的光學(xué)處理。在圖5A，板類型指示器28有四個(gè)亮的象限，可以鑒定第一種類型的生物培養(yǎng)板22。在圖5B，5C，和5D中，板類型指示器28分別具有一個(gè)暗象限、兩個(gè)暗象限和四個(gè)暗象限。暗象限的數(shù)目和位置的選擇可以形成最高達(dá)16(24)種不同的編碼模式，以及因此最高達(dá)16種通過機(jī)讀板類型指示器28鑒定的不同的板類型。作為例子，不同編碼模式能代表需氧菌、大腸桿菌類、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、酵母和霉菌及其他板類型名稱。
盡管板類型指示器28可以有廣泛的變化，圖5A-5D顯示的四方模式提供一種相模式類型，其可以使用光學(xué)模式識(shí)別技術(shù)，即機(jī)器視覺相對(duì)簡單和容易地鑒別。如將描述的，板類型指示器28可以通過專用光學(xué)編碼閱讀器掃描，如條形碼閱讀器或自定義閱讀器。在這種情況下，板類型指示器28能在掃描生物培養(yǎng)板22之前或同時(shí)掃描，但在處理培養(yǎng)板圖像之前掃描?？蛇x地，板類型指示器28可以在生物培養(yǎng)板22的掃描圖像中捕獲，然后檢索用于圖像處理以鑒定板類型。在這種情況下，板類型能夠在對(duì)掃描的培養(yǎng)板圖像進(jìn)一步圖像處理之前被鑒定。
圖6是顯示生物掃描裝置10的內(nèi)部操作的框圖。如圖6所示，生物培養(yǎng)板22放置于生物掃描裝置10內(nèi)的平臺(tái)上(圖6中未顯示)。該平臺(tái)將生物培養(yǎng)板22放置于成像裝置32的焦平面。成像裝置32可以包括用于對(duì)培養(yǎng)板22進(jìn)行頂部和背部照明的照明硬件，及捕獲培養(yǎng)板22圖像的行或面掃描儀。成像裝置32可以應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)圖像捕獲條件，或者用戶可以確定圖像捕獲條件?？蛇x地，下文中也將描述，掃描裝置10可以根據(jù)對(duì)應(yīng)于板類型的圖像處理樣式自動(dòng)控制圖像捕獲條件。
在一些實(shí)施方案中，例如，成像裝置32可以采用二維相機(jī)的形式，盡管行掃描儀能夠用于配置中，其中相機(jī)或生物培養(yǎng)板22被互相平移?？傮w而言，成像裝置32捕獲生物培養(yǎng)板22的圖像，或生物培養(yǎng)板內(nèi)的至少一個(gè)生長區(qū)的圖像。處理器34控制成像裝置32的操作。在操作中，處理器34控制成像裝置32以捕獲生物培養(yǎng)板22的圖像。處理器34接收代表來自成像裝置32的掃描的圖像數(shù)據(jù)，并檢索或分割該圖像的一部分以分離板類型指示器28。
使用機(jī)器視覺技術(shù)，處理器34分析板類型指示器28以鑒定與生物培養(yǎng)板22相關(guān)的板類型。處理器34然后從圖像處理樣式存儲(chǔ)器36中檢索圖像處理樣式。該圖像處理樣式對(duì)應(yīng)于檢測的板類型。處理器34可以采用微處理器、數(shù)字信號(hào)處理器、專用集成電路(ASIC)、場可編程門陣列(FPGA)、或其他集成電路或離散的邏輯電路的形式，用于被編程或構(gòu)造以提供此處描述的功能性。
使用該圖像處理樣式，處理器34將裝載合適的圖像分析參數(shù)并處理生物培養(yǎng)板22的掃描圖像。如此，處理器34因處理從生物培養(yǎng)板22獲得的圖像數(shù)據(jù)而形成圖像處理裝置。該圖像分析參數(shù)可以根據(jù)圖像處理樣式和檢測的板類型而變化，并可以確定用于分析掃描的圖像的特定參數(shù)如菌落的顏色、大小、形狀和近似標(biāo)準(zhǔn)。
對(duì)一些板類型而言，例如，周圍營養(yǎng)介質(zhì)的顏色可以是高菌落數(shù)量的指示。此外，在含有特定碳水化合物和pH指示器的板中，顏色可以是生物體類型的指示器。臨近的物體，例如氣泡也可以是生物體類型的指示器。因此，多種圖像處理標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)的參數(shù)可以特定用于不同的板類型。該標(biāo)準(zhǔn)可以根據(jù)待分析的板22的類型而不同，并可以顯著影響由生物掃描裝置10產(chǎn)生的菌落計(jì)數(shù)或其他分析結(jié)果。
通過選擇合適的圖像處理參數(shù)，處理器34處理掃描的圖像并產(chǎn)生分析結(jié)果，例如菌落計(jì)數(shù)，其通過顯示屏16展示給用戶。處理器34還可以在存儲(chǔ)器中儲(chǔ)存分析結(jié)果用于日后從掃描裝置10檢索，所述存儲(chǔ)器如計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器38。儲(chǔ)存于計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器38的數(shù)據(jù)例如，可以通過通訊端口40檢索，如通用串行總線(USB)端口，從與生物掃描裝置10連通的主機(jī)中檢索。主機(jī)可以對(duì)一系列遞呈到生物掃描裝置10用于分析的生物培養(yǎng)板22的分析結(jié)果進(jìn)行編輯。
在生物掃描裝置10內(nèi)自動(dòng)化選擇圖像處理樣式，能提供方便和準(zhǔn)確的用于選擇合適的圖像處理樣式的技術(shù)。自動(dòng)化選擇圖像處理樣式能提高細(xì)菌菌落計(jì)數(shù)和其他分析方法的準(zhǔn)確性。具體而言，自動(dòng)化選擇圖像處理樣式能避免對(duì)技術(shù)人員視覺鑒別和手工輸入板類型的需要。在這種情況下，有時(shí)與人為干擾相關(guān)的板鑒別的錯(cuò)誤可以避免。結(jié)果，掃描裝置10和帶有板類型指示器28的生物培養(yǎng)板22的組合能提高實(shí)驗(yàn)室技術(shù)人員的效率和流程，同時(shí)增強(qiáng)分析的準(zhǔn)確性，最終增強(qiáng)食品安全和人類健康。
圖7是顯示另一個(gè)構(gòu)造用于自動(dòng)選擇圖像處理樣式的生物掃描裝置10’的框圖。生物掃描裝置10’與圖6的生物掃描裝置10基本相同，但進(jìn)一步包括編碼閱讀器42。不同于從生物培養(yǎng)板22的掃描圖像檢索板類型指示器28，編碼閱讀器42用作專門的閱讀器以獲得板類型信息。例如，根據(jù)板類型指示器28的形式，編碼閱讀器42可以采用專用的光學(xué)閱讀器、條形碼掃描裝置、磁閱讀器、無線電頻率或機(jī)械閱讀器的形式。
在每個(gè)情形中，編碼閱讀器42用來從板類型指示器28中鑒別板的類型并將板類型信息通信給處理器34。處理器34然后根據(jù)鑒別的板類型從存儲(chǔ)器36選擇圖像處理樣式。成像裝置32掃描生物培養(yǎng)板22并將圖像數(shù)據(jù)提供給處理器34。處理器34然后應(yīng)用由檢索的圖像處理樣式設(shè)定的圖像處理參數(shù)來處理圖像，并產(chǎn)生例如菌落計(jì)數(shù)的分析結(jié)果。以此方式，處理器34考慮到自動(dòng)鑒別的板的類型以自動(dòng)化的方式應(yīng)用合適的圖像處理樣式，為用戶提供增強(qiáng)的準(zhǔn)確性、效率和便利。具體而言，在該實(shí)施方案中，本發(fā)明消除了對(duì)用戶手工輸入板類型鑒定的需要，并降低由不正確的人為輸入引起的分析錯(cuò)誤的可能性。
圖8的框圖更為詳細(xì)地顯示圖6的生物掃描裝置10并描述了板的照明硬件。如圖8所示，生物掃描裝置10可以包括前照明系統(tǒng)44和后照明系統(tǒng)46。前照明系統(tǒng)44照明生物培養(yǎng)板22的前側(cè)，后照明系統(tǒng)46照明生物培養(yǎng)板的后側(cè)。前和后照明系統(tǒng)44，46可以有選擇地產(chǎn)生不同的照明強(qiáng)度、顏色和持續(xù)時(shí)間。具體而言，處理器34控制前和后照明系統(tǒng)44，46將生物培養(yǎng)板22暴露在不同的照明色彩下。前和后照明系統(tǒng)44，46可以含有用作光源的LEDs。該LEDs能被處理器34和合適的驅(qū)動(dòng)電路方便地控制從而達(dá)到所需的照明強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間。
此外，處理器34可以控制相機(jī)43在用不同色彩照明時(shí)捕獲生物培養(yǎng)板22的圖像。例如，處理器34可以提供對(duì)照明系統(tǒng)44，46和相機(jī)43的協(xié)同控制以捕獲生物培養(yǎng)板22的一個(gè)或多個(gè)圖像。相機(jī)43在前照明系統(tǒng)44，后照明系統(tǒng)46或兩者都照明的情況下捕獲生物培養(yǎng)板22的一個(gè)或多個(gè)圖像，并可以將圖像儲(chǔ)存在圖像存儲(chǔ)器47。在一些情況下，處理器34可以響應(yīng)由圖像處理樣式設(shè)定的圖像捕獲條件控制相機(jī)放大率、分辨率、光圈和曝光時(shí)間等。
使用儲(chǔ)存的圖像，處理器34根據(jù)由圖像處理樣式設(shè)定的圖像分析標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圖像分析。具體而言，處理器34然后可以分析單個(gè)的圖像或?qū)⒍鄠€(gè)圖像組合以形成復(fù)合的圖像。在一些實(shí)施方式中，例如，處理器34可以控制照明系統(tǒng)44，46以捕獲生物培養(yǎng)板22的紅色、綠色和藍(lán)色圖像并單獨(dú)分析或作為復(fù)合的多色彩圖像進(jìn)行分析。
一些類型的生物培養(yǎng)板22可以要求具有特定照明色彩、強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間的照明。此外，一些生物培養(yǎng)板22可以要求只進(jìn)行前或后照明，而不是需要兩者。例如，需氧細(xì)菌計(jì)數(shù)板可以只要求前照明，并只需要單一色彩如紅色照明。同樣，大腸桿菌/大腸桿菌類的板可以要求只進(jìn)行后照明，并用紅和藍(lán)色照明的組合。類似地，特定的照明強(qiáng)度水平和持續(xù)時(shí)間，以及不同的相機(jī)放大率、分辨率、光圈和曝光時(shí)間可以是適當(dāng)?shù)摹３鲇谝陨系脑?，處理?4可以響應(yīng)圖像處理樣式設(shè)定的圖像捕獲條件控制照明和相機(jī)條件。換句話說，掃描裝置10被構(gòu)造能不僅根據(jù)板類型選擇圖像分析標(biāo)準(zhǔn)，還能選擇應(yīng)用于捕獲圖像的圖像捕獲條件。
為實(shí)現(xiàn)在照明前鑒別板類型，掃描裝置10可以應(yīng)用與圖6和7中描述的相似的技術(shù)。如圖7中的描述，例如專用的編碼閱讀器可以被提供用于在對(duì)圖像捕獲進(jìn)行照明前鑒別板類型。在使用專用的閱讀器鑒別板類型后，處理器34從圖像處理樣式存儲(chǔ)器36選擇對(duì)應(yīng)的圖像處理樣式并根據(jù)圖像處理樣式設(shè)定的圖像捕獲條件控制照明。
或者，掃描裝置10可以構(gòu)造應(yīng)用機(jī)器視覺技術(shù)從捕獲的圖像鑒別板類型，如圖6中討論。在這種情況下，掃描裝置10可以應(yīng)用一組缺省的照明條件捕獲生物培養(yǎng)板22的原始圖像，或其部分圖像，用于分析用作板類型鑒別的板類型指示器28。然后，處理器34可以選擇對(duì)應(yīng)的圖像處理樣式，并應(yīng)用指定的圖像捕獲條件以捕獲圖像用于分析生物生長。
圖像處理樣式在此通常被描述為確定照明條件、圖像分析標(biāo)準(zhǔn)或以上兩者。然而，單獨(dú)的模式能被用于圖像捕獲和圖像分析。例如，在板類型鑒別后，處理器34可以獲得確定圖像捕獲條件的圖像捕獲模式，上述條件如照明色彩、強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間。然后，處理器34可以獲得單獨(dú)的確定圖像分析標(biāo)準(zhǔn)的圖像分析模式用于分析捕獲的圖像，上述標(biāo)準(zhǔn)如色彩、形狀、大小和近似程度。
盡管圖6-8的例子涉及根據(jù)板的類型自動(dòng)化選擇圖像處理樣式，但在一些實(shí)施方案中該選擇可以是半自動(dòng)化的。具體而言，在通過板類型指示器28檢測板類型之后，處理器34可以通過顯示屏16向用戶展示初步的板類型鑒定。此外，處理器34可以允許用戶利用對(duì)應(yīng)的圖像處理樣式在進(jìn)行圖像捕獲或分析之前，確認(rèn)或拒絕自動(dòng)化鑒別的板類型。用戶可以確認(rèn)或拒絕初步的板類型鑒定，例如，通過致動(dòng)定點(diǎn)設(shè)備或觸屏的凹陷區(qū)域。如果用戶認(rèn)為自動(dòng)化檢測的板類型鑒定是錯(cuò)誤，處理器34可以允許用戶改變板類型鑒定。
圖9是由生物掃描裝置10在板類型檢測之后在顯示屏16上產(chǎn)生的樣本顯示內(nèi)容。如圖9所示，顯示屏16展示初步的板類型鑒定，即，由處理器34自動(dòng)化進(jìn)行的板類型鑒定。在圖9的例子中，顯示屏16顯示“板類型＝李斯特菌”。此外，顯示屏16展示兩個(gè)觸屏區(qū)域52，54，其接受用戶輸入分別顯示用戶是否確認(rèn)或拒絕該初步的板類型鑒定。
圖10是由生物掃描裝置10的顯示屏16在用戶拒絕自動(dòng)化板類型檢測后產(chǎn)生的樣本內(nèi)容。例如，如果用戶拒絕圖9所示的初步板類型鑒定，處理器34可以驅(qū)使顯示屏16顯示“輸入板類型”對(duì)話框，通過該對(duì)話框用戶可以選擇正確的板類型鑒定，如圖10所示。顯示屏16可以顯示垂直的滾動(dòng)條菜單56，其允許用戶選擇替代的板類型鑒定，如通過按壓合適的觸屏區(qū)域。在選擇了另外的板類型鑒定后，處理器34可以選擇另外的圖像處理樣式，其含有例如圖像捕獲條件，圖像分析標(biāo)準(zhǔn)或以上兩者。
圖11是在確定菌落計(jì)數(shù)后由生物掃描裝置10的顯示器16產(chǎn)生的樣本內(nèi)容。如圖11所示，處理器34可以驅(qū)動(dòng)顯示器16展示信息“已完成板掃描”和鑒別板類型(“板類型＝李斯特菌”)。此外，在完成對(duì)生物培養(yǎng)板22的分析后，處理器34驅(qū)動(dòng)顯示器16展示計(jì)數(shù)58(“計(jì)數(shù)＝××”)。顯示器16還可以展示其他類型的分析結(jié)果。
圖12是在確定菌落計(jì)數(shù)和掃描的板的圖像之后，由生物掃描裝置10的顯示屏16產(chǎn)生的樣本內(nèi)容。在圖12的例子中，顯示屏16顯示與圖11中顯示的相似信息，但進(jìn)一步包括由生物掃描裝置10從生物培養(yǎng)板22的表面掃描的真實(shí)圖像的展示60。如此，用戶可以看到分析結(jié)果，如計(jì)數(shù)58和掃描的圖像的展示60。在一些實(shí)施方案中，圖像展示60可以展示足夠量的細(xì)節(jié)使用戶驗(yàn)證自動(dòng)化確定的計(jì)數(shù)。在另外的實(shí)施方案中，圖像展示60可以是分辨率低一些的展示。
圖13的流程圖顯示生物掃描裝置10中選擇圖像處理樣式的方法。如圖13所示，該方法可以包括對(duì)遞呈到掃描裝置10的生物培養(yǎng)板22鑒定板類型(62)。該方法可以進(jìn)一步包括根據(jù)板類型選擇圖像處理樣式(64)，在掃描板的圖像之前或之后進(jìn)行(66)。如果圖像處理樣式指定圖像捕獲條件，該圖像處理樣式應(yīng)在掃描板圖像之前選擇以控制照明條件、相機(jī)性能或以上兩者。使用由選擇的圖像處理樣式確定的圖像分析標(biāo)準(zhǔn)，該方法進(jìn)一步包括處理板圖像以產(chǎn)生分析結(jié)果(68)。具體而言，該方法可以產(chǎn)生細(xì)菌菌落計(jì)數(shù)(70)。在圖13的例子中，板類型在板圖像掃描前被鑒別。
圖14的流程圖顯示在生物掃描裝置中選擇圖像處理樣式的方法，該方法包括檢測板類型指示器。如圖14所示，該方法包括讀取由生物培養(yǎng)板攜帶的板類型指示器(72)，如用專用的板類型指示器閱讀器，如光學(xué)閱讀器、條形碼掃描裝置、磁閱讀器、無線電頻率閱讀器、機(jī)械閱讀器等。在根據(jù)板類型指示器確定板類型后(74)，該方法包括根據(jù)檢測的板類型選擇圖像處理樣式(76)。此外，該方法包括掃描生物培養(yǎng)板的圖像(78)，并根據(jù)由選擇的圖像處理樣式確定的參數(shù)處理板圖像(80)。該方法然后產(chǎn)生例如菌落計(jì)數(shù)的分析結(jié)果(81)。
圖15示顯示在生物掃描裝置中選擇圖像處理樣式的方法的流程圖，該方法包括從掃描的板圖像檢索板類型指示器。如圖15所示，該方法包括掃描生物培養(yǎng)板的圖像(82)，和從掃描的圖像檢索板類型指示器區(qū)域(84)。該方法進(jìn)一步包括處理檢索的板類型指示器區(qū)域(86)以決定板類型(88)。在根據(jù)板類型指示器決定板類型后(88)，該方法包括根據(jù)檢測的板類型選擇圖像處理樣式(90)。該方法然后可以包括再次掃描該板(91)，即使用選擇的圖像處理樣式確定的圖像捕獲條件，和根據(jù)由選擇的圖像處理樣式確定的圖像分析標(biāo)準(zhǔn)處理該板圖像(92)。該方法然后產(chǎn)生如菌落計(jì)數(shù)的分析結(jié)果(94)。
圖16的流程圖顯示允許用戶無視生物掃描裝置的自動(dòng)化板類型鑒定的方法。如圖16所示，該方法包括自動(dòng)化確定與生物培養(yǎng)板22相關(guān)的板類型(96)，和通過顯示屏16向用戶展示確定的板類型(98)。該方法進(jìn)一步包括接受用戶輸入以確認(rèn)或拒絕自動(dòng)化確定的板類型(100)，如通過觸屏輸入。如果板類型不被用戶接受，該方法包括接受用戶輸入以從用戶接受板的類型(102)。在由用戶輸入板類型后(102)或接受自動(dòng)化確定的板類型后(100)，該方法包括根據(jù)板類型選擇圖像處理樣式(104)。使用選擇的圖像處理樣式，該方法掃描板圖像(105)，處理板圖像(106)并產(chǎn)生菌落計(jì)數(shù)(108)或一些其他所需的分析結(jié)果。
在操作中，處理器34執(zhí)行可儲(chǔ)存于計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的指令以執(zhí)行此處描述的方法。該計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以包括隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)，如同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SDRAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、非易失性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(NVRAM)、電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)、快閃存儲(chǔ)器、磁或光學(xué)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存介質(zhì)等。
可以在不偏離本發(fā)明主題和范圍的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行各種修改。這些和其他的實(shí)施方案都落入權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，包括儲(chǔ)存一組圖像處理樣式的裝置，和圖像處理裝置，其根據(jù)與促進(jìn)一種或多種生物因子生長的生物培養(yǎng)板相關(guān)的板類型選擇一種圖像處理樣式。
2.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中圖像處理裝置根據(jù)選擇的圖像處理樣式分析生物培養(yǎng)板的圖像。
3.權(quán)利要求2的設(shè)備，其中選擇的圖像處理樣式確定一個(gè)或多個(gè)圖像分析標(biāo)準(zhǔn)。
4.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中圖像處理裝置根據(jù)選擇的圖像處理樣式捕獲生物培養(yǎng)板的圖像。
5.權(quán)利要求4的設(shè)備，其中選擇的圖像處理樣式確定一個(gè)或多個(gè)圖像捕獲條件。
6.權(quán)利要求5的設(shè)備，其中圖像捕獲條件包括照明條件。
7.權(quán)利要求1的設(shè)備，進(jìn)一步包括根據(jù)生物培養(yǎng)板上的板類型指示器檢測板類型的檢測器。
8.權(quán)利要求1的設(shè)備，進(jìn)一步包括捕獲生物培養(yǎng)板圖像的成像裝置，其中圖像處理裝置根據(jù)選擇的圖像處理樣式處理圖像。
9.權(quán)利要求1的設(shè)備，進(jìn)一步包括根據(jù)選擇的圖像處理樣式處理生物培養(yǎng)板的圖像的處理器。
10.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中儲(chǔ)存裝置包括存儲(chǔ)器。
11.一種利用權(quán)利要求1的設(shè)備的方法，包括檢測與促進(jìn)一種或多種生物因子生長的生物培養(yǎng)板相關(guān)的板類型；根據(jù)檢測的板類型選擇多種圖像處理樣式中的一種；和根據(jù)選擇的圖像處理樣式處理生物培養(yǎng)板的圖像。
全文摘要
本發(fā)明公開了提供自動(dòng)化地選擇圖像處理樣式(36)掃描不同類型生物培養(yǎng)板的生物掃描裝置(10)。該掃描裝置自動(dòng)化鑒別待掃描的板的類型，然后選擇一種適合鑒別的培養(yǎng)板類型的圖像處理樣式。例如，該圖像處理樣式在對(duì)不同類型細(xì)菌菌落的計(jì)數(shù)中可以使用不同顏色、形狀、大小和近似標(biāo)準(zhǔn)。該掃描裝置可以根據(jù)多種可機(jī)讀的指示器(28)鑒別培養(yǎng)板，如培養(yǎng)板帶有的光學(xué)和磁學(xué)可讀標(biāo)記。因此，也預(yù)期帶有可實(shí)現(xiàn)鑒別培養(yǎng)板類型的特定指示器的生物培養(yǎng)板。該板可以被掃描以對(duì)生物培養(yǎng)板上不同類型細(xì)菌菌落，或特定生物因子的量進(jìn)行讀取和計(jì)數(shù)。
文檔編號(hào)C12Q1/04GK1940962SQ200610139850
公開日2007年4月4日 申請(qǐng)日期2003年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月27日
發(fā)明者凱文·R·格林, 多伊爾·T·波特, 安德魯·D·迪布內(nèi) 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司