Membrane filtrante et3MFeuille de test, de plus en plus utilisé pour la détection microbienne dans les domaines de la biologie, de la médecine, de l'alimentation, de l'environnement, etc. Beaucoup de membranes filtrantes ou de feuilles de test ont la particularité d'avoir des lignes de maille de différentes couleurs et tailles à leur surface. Ces grilles facilitent le comptage des observations manuelles, mais posent des difficultés pour l'utilisation actuelle de compteurs automatiques de colonies de plus en plus nombreux. Parce que les grilles ont tendance à être de couleur foncée, les méthodes traditionnelles ont tendance à détecter les grilles plutôt que les colonies. Ci - dessous1、2、3Trois Membranes filtrantes couramment utilisées et3MDes tranches de test, ainsi que des résultats de segmentation avec des méthodes traditionnelles de segmentation d'image.

Parmi eux, la figure1-aEst une carte originale de la membrane filtrante de sedolis avec une grille noire à la surface et des colonies jaunes pâles qui poussent. Image1-bEst un effet de segmentation utilisant la méthode traditionnelle de segmentation par seuil. Image1-cEst l'effet de division par la méthode du gradient de couleur. Comme la couleur de la grille de cette membrane filtrante est plus foncée que celle des colonies, les méthodes traditionnelles de traitement d'image segmentent la grille plutôt que les colonies.

Image1. Membrane filtrante sedolis

Image2-aOui3MFeuille de test Staphylococcus aureus avec une grille jaune et des colonies violettes à la surface. Image1-bEst un effet de segmentation utilisant la méthode traditionnelle de segmentation par seuil. Image1-cEst l'effet de division par la méthode du gradient de couleur. Ces deux méthodes de segmentation, tout en divisant les colonies, divisent également la grille de sorte que les colonies ne peuvent pas être comptées.

Image2. 3MComprimés d'essai Staphylococcus aureus

Image3-aOui3MFeuille de test pour E. coli avec grille rouge, colonies rouges et fond rouge sur la surface. Cette situation est zui complexe, que l'on utilise la méthode traditionnelle de division par seuil (fig.3-b), ou la méthode de division par gradient de couleur (fig.3-c), il est impossible d'obtenir l'effet idéal.

Image3. 3MComprimés de test pour E. coli

Il s'avère que les techniques traditionnelles de traitement d'image n'ont pas été en mesure de résoudre les membranes filtrantes ci - dessus ou3MLa détection des colonies sur les feuilles d'essai, doit être étudiée pour établir de nouvelles méthodes de détection.Nombre rapide_Équipe techniqueL'attaque a duré deux ans, basée sur le modèle de profil d'activité de l'ensemble horizontal actuel, combiné avec une membrane filtrante et3MCaractéristiques de la feuille d'essai, formant une membrane filtrante appropriée ou3MUn tout nouvel algorithme de segmentation de la tranche de test qui résout avec succès les problèmes ci - dessus.

1, modèle de contour actif d'ensemble horizontal basé sur des contraintes morphologiques

Le principe de segmentation de l'image basé sur le modèle de contour actif de l'ensemble horizontal est de faire en sorte que le contour actif se rapproche constamment de la cible de segmentation au cours de la fonction d'énergie polarisée. Si des contraintes basées sur la connaissance a priori sont introduites dans la fonction d'énergie, ce qui amène le contour actif à se rapprocher de l'objectif fixé par les contraintes, il est possible de séparer l'objectif recherché. Les deux idées principales présentées plus tôt sont les suivantes.

Une sorte deCremersModèle proposé basé sur des contraintes de connaissance a priori. Ensemble horizontal des formes déterminées par la connaissance préalableF₀Un modèle de contour actif basé sur la connaissance préalable de la forme ajoute un terme d'énergie de contrainte de forme à la fonction d'énergie pour guider la courbe vers cette forme:

Dans la formule,LDéfinit la portée dans laquelle la connaissance préalable de la forme intervient,L = -1Les zones sont exclues des points. Cette approche, qui spécifie strictement l'emplacement et la taille des informations de forme, est limitée dans les applications pratiques.

L'autre estTony ChanLe modèle de contour actif proposé, basé sur la connaissance préalable de la forme, permet la translation, la mise à l'échelle et la rotation de la forme, etc. Si l'ensemble horizontalF₂Est constitué par l'ensemble horizontalF₁Après Translation, rotation, zoom, les coordonnées de translation sonta, b, les multiples de zoom sontr, l'angle de rotation estθL'expression de la relation pour les deux ensembles horizontaux est alors:

Si ψ0Est une fonction d'ensemble horizontale d'une certaine forme fixe qui est obtenue en résolvant la fonction de distance symbolique. ψ est la fonction d'ensemble horizontale correspondante après Translation, rotation ou zoom de la forme originale. Alors la fonction d'énergie du modèle d'ensemble horizontal basée sur la connaissance préalable de la forme est:

La résolution numérique des deux méthodes ci - dessus, impliquant la résolution de flux descendant de gradient de plusieurs variables de la fonction d'énergie, chaque itération de courbe nécessite une mise à jour de plusieurs variables, de sorte que le modèle de contour actif approche très lentement et ne peut pas être réellement adopté.
Sur membrane filtrante de grille ou3MEn ce qui concerne la Feuille de test, les colonies à détecter sont généralement de forme circulaire, alors la connaissance préalable de la forme de l'ensemble horizontal peut être mise en forme circulaire. Pour un cercle, la translation et la mise à l'échelle dans sa transformation géométrique ne provoquent que des changements de forme, la rotation n'a pas d'effet sur la forme du cercle, de sorte qu'un modèle à ensemble horizontal basé sur le cercle ne nécessite que trois variables supplémentaires (a, b, r), alors la fonction d'énergie du modèle de contour actif de l'ensemble horizontal basé sur des contraintes circulaires peut être réduite à:

Dans la formule, le second terme est une contrainte qui a pour effet de faire converger la ligne de contour final zui en un cercle. Dans ce modèle, en plus de la nécessité de trouver un flux descendant de gradient pour la fonction d'ensemble horizontale, seule la paire (a, b, r), trois variables sont mises à jour, le nombre d'itérations est considérablement réduit et la vitesse de segmentation est améliorée.

Pour réaliser la détection synchrone de plusieurs colonies sur une boîte plate, il est nécessaire d'introduire davantage un modèle de profil actif de jeu horizontal polyphasé; Dans le même temps, afin d'améliorer encore la vitesse de détection, il est nécessaire d'adopter une méthode de résolution rapide du modèle de contour actif de l'ensemble horizontal. Et dans les deux cas, l'équipe de recherche de la science et de la technologie Xun a obtenu des résultats importants et des applications pratiques, peut - on se référer au « comptage des colonies» publié par « Xun Quan Technology Co., Ltd»._Technologie innovante（Un) et: modèle de contour actif de l'ensemble horizontal).

2, effet de détection sur les plis de surface, les colonies floues de bord

Modèle de contour d'activité d'ensemble horizontal basé sur des contraintes morphologiques, tout en conservant le modèle de contour d'activité d'ensemble horizontalIl présente les avantages d'une forte résistance au bruit, d'une frontière de division lisse et continue, de la possibilité de gérer des situations complexes de structure de surface, tout en approchant très bien des cibles circulaires. En particulier pour certaines colonies ou cellules avec des contours flous et des plis de surface plus sévères, l'effet de segmentation extrêmement * est montré.

Image4L'effet de détection a été montré sur une cellule protoplasmique dont les bords étaient flous. Parmi eux, la figure4-aEst un primogramme de cellules protoplasmiques; Image4-bOn adopte un modèle général de contour actif à ensemble horizontal, ce qui est détecté comme un non - cercle en raison de l'absence de contraintes circulaires; Image4-cL'utilisation de l'algorithme "modèle de contour d'activité de l'ensemble horizontal basé sur des contraintes morphologiques" développé par la technologie richen, en raison de contraintes circulaires, zui post - approche nécessairement d'un cercle, ce qui réduit bien l'état primaire de la cellule.

Image4. Flou sur les bordsEffet de détection des cellules protoplasmiques

Image5L'effet de détection a été montré sur une cellule protoplasmique avec un pli de surface très sévère. Parmi eux, la figure4-aEst un primogramme de cellules protoplasmiques; Image4-bOn adopte un modèle général de contour actif à ensemble horizontal, ce qui est détecté par l'absence de contraintes circulaires est un empilement de débris; Image4-cL'algorithme « modèle de contour d'activité de l'ensemble horizontal basé sur des contraintes morphologiques» développé par la technologie richen est utilisé, et zui se rapproche d'une cellule protoplasmique complète en raison de contraintes circulaires.

Image5. Plis de surfaceEffet de détection des cellules protoplasmiques

3La membrane filtrante et3MEffet de détection de la Feuille de test

Image6Montrant le « modèle de profil d'activité d'ensemble horizontal basé sur la contrainte morphologique » développé avec la technologie de schindron, sur la membrane filtrante de grille et3MEffet de détection de la Feuille de test. Parmi eux, la figure6-aEt,6-bEt,6-cMembrane filtrante sedolis,3MComprimés de test Staphylococcus aureus,3MSchéma original de comprimés de test pour E. coli. Image6-dEt,6eEt,6-fEst l'effet de segmentation après l'adoption du « modèle de contour actif de l'ensemble horizontal basé sur des contraintes morphologiques ». En raison de la contrainte circulaire, le contour actif évite l'approche de la grille, tandis que zui détecte finalement toutes les colonies circulaires.

Image6. Effet de modèle de contour actif d'ensemble horizontal basé sur des contraintes morphologiques

4, Perspectives

Une méthode de segmentation d'image basée sur un modèle de contour actif d'ensemble horizontal,Avec les avantages d'une forte résistance au bruit, d'une bonne stabilité de résolution numérique, d'une frontière de segmentation lisse et continue, il peut gérer des situations topologiquement complexes et devenir l'une des technologies de segmentation d'image à la frontière supérieure de zui.

L'équipe de R & D scientifique et technologique de Xun Quan, après plus de deux ans d'attaque, a non seulement maîtrisé cette technologie de pointe, mais également ciblé les caractéristiques des colonies microbiennes, sur la base du modèle de profil d'activité de l'ensemble horizontal traditionnel, la recherche créative a développé un modèle de profil d'activité rapide adapté au comptage complexe de la Division des colonies, un modèle de profil d'activité de l'ensemble horizontal polyphasique, et un modèle de profil d'activité de l'ensemble horizontal basé sur des contraintes morphologiques. Ces modèles permettent non seulement d'obtenir des statistiques précises et valides sur des colonies complexes, des boîtes plates de grande difficulté, mais sont également adaptés à la détection de cellules, etc.

Technologie Cie., Ltd de Hangzhou Xun Yun Département de recherche et développement