相机标定方法及图像配准方法、基因测序仪及系统技术方案

本发明专利技术提供一种用于生物芯片的相机标定方法，获取生物芯片的至少一荧光图像；判断所述荧光图像中的轨迹交叉点定位是否准确；当所述荧光图像的轨迹交叉点定位准确时，获取所述荧光图像上满足预设条件的有效点；获取所述有效点在所述荧光图像上的二维坐标；基于所述有效点的所述二维坐标，计算所述有效点在所述生物芯片上的三维物理坐标；基于所述有效点的所述的二维坐标和所述三维物理坐标的匹配点对，计算相机标定内参数。本发明专利技术实施例还提供一种用于生物芯片的图像配准方法、基因测序系统与基因测序仪。利用本发明专利技术实施例无需使用特定的标定物即可进行相机参数标定。

Camera calibration method and image registration method, gene sequencer and system

【技术实现步骤摘要】
相机标定方法及图像配准方法、基因测序仪及系统
本专利技术涉及基因测序荧光图像分析领域，具体的，涉及一种相机标定方法及图像配准方法、基因测序仪及系统。
技术介绍
本部分旨在为权利要求书及具体实施方式中陈述的本专利技术实施例的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。基因测序是指分析特定DNA片段的碱基序列，即腺嘌呤(A),胸腺嘧啶(T)，胞嘧啶(C)与鸟嘌呤(G)的排列方式。目前常用的测序方法之一是：上述四种碱基分别携带四种不同的荧光基团，不同的荧光基团受激发后发射出不同波长(颜色)的荧光，通过识别该荧光波长就能够识别出被合成碱基的类型，从而读取碱基序列。二代测序技术采用高分辨显微成像系统，拍照采集测序芯片上的DNA纳米球(即DNB，DNANanoballs)的荧光分子图像，将荧光分子图像送入碱基识别软件解码图像信号得到碱基序列。碱基识别软件主要进行图像配准、灰度提取与校正来判别碱基。其中，图像配准是基因测序的基石。图像配准可以通过精确定位轨迹交叉点得到每个区块内的DNA纳米球的坐标。内部区块区域的轨迹交叉点的定位可以借助区块周围的像素信息获取亚像素级别的精度，而外部区块区域的轨迹交叉点的定位无法借助区块周围的像素信息。现有技术中，首先利用特制的且具有一定精度要求的标定物对显微相机进行标定，然后利用针孔相机模型及相机标定结果获取DNA纳米球的图像坐标。但是，现有标定物成本较高但精度有限，而且安装及移除标定物的过程会改变显微光学系统，导致实际的畸变系数发生改变。此外，现有技术中是使用相邻的内部区块的迹线交叉点线性推导外围迹线交叉点的图像坐标。由于实际图像存在畸变，导致线性推导的方法精度不高，影响了外围DNA纳米球在图像中的定位，进而影响荧光图像配准及碱基序列的识别的精准度。
技术实现思路
鉴于此，有必要提供一种相机标定方法及图像配准方法、基因测序仪及系统，无需使用特定的标定物即可进行相机参数标定。本专利技术实施例一方面提供一种用于生物芯片的相机标定方法，所述相机标定方法包括：获取生物芯片的至少一荧光图像，所述生物芯片上设置有在第一方向上平行分布的第一组轨迹线及在第二方向上平行分布的第二组轨迹线，所述第一方向垂直于所述第二方向，所述第一组轨迹线与所述第二组轨迹线的交点为轨迹交叉点，所述生物芯片上设置有多个DNA纳米球；判断所述荧光图像中的轨迹交叉点定位是否准确；当所述荧光图像的轨迹交叉点定位准确时，获取所述荧光图像上满足预设条件的有效点；获取所述有效点在所述荧光图像上的二维坐标；基于所述有效点的所述二维坐标，计算所述有效点在所述生物芯片上的三维物理坐标；基于所述有效点的所述的二维坐标和所述三维物理坐标的匹配点对，计算相机标定内参数。进一步的，在本专利技术实施例提供的上述相机标定方法，所述预设条件包括所述DNA纳米球的中心位于像素中心。进一步的，在本专利技术实施例提供的上述相机标定方法，所述预设条件包括：所述DNA纳米球中心的灰度值是所述DNA纳米球的邻域内的最大值，所述DNA纳米球邻域内的灰度值在第一方向与第二方向呈现对称性。进一步的，在本专利技术实施例提供的上述相机标定方法，所述DNA纳米球的邻域为以所述DNA纳米球的中心为对称中心的3*3像素区域。进一步的，在本专利技术实施例提供的上述相机标定方法，所述计算所述有效点在所述生物芯片上的三维物理坐标包括：通过轨迹交叉点坐标获取所述有效点位于所述荧光图像的区块上的位点位置；获取所述位点位置邻域内相邻的位点；计算与所述有效点的中心距离最近的所述相邻的位点的二维坐标；利用所述相邻的位点的二维坐标与所述轨迹交叉点在生物芯片上的三维物理坐标计算所述有效点在生物芯片上的三维物理坐标。进一步的，在本专利技术实施例提供的上述相机标定方法，所述通过轨迹交叉点坐标获取所述有效点位于所述荧光图像的区块上的位点位置包括：利用所述轨迹交叉点坐标计算所述荧光图像的区块上第一轨迹线与第二轨迹线的斜率与截距；计算所述有效点到所述第一轨迹线与所述第二轨迹线的距离；利用所述有效点到所述第一轨迹线与所述第二轨迹线的距离以及所述有效点在第一方向与第二方向的直径，获取所述有效点位于所述荧光图像的区块上的位点位置。进一步的，在本专利技术实施例提供的上述相机标定方法，所述生物芯片为基因测序芯片，所述荧光图像为测序图像，所述DNA纳米球包括DNA片段的扩增产物，所述DNA纳米球在合成碱基时携带荧光基团。本专利技术实施例再一方面还提供一种用于生物芯片的图像配准方法，所述图像配准方法包括：获取生物芯片的至少一荧光图像，所述生物芯片上设置有在第一方向上平行分布的第一组轨迹线及在第二方向上平行分布的第二组轨迹线，所述第一方向垂直于所述第二方向，所述第一组轨迹线与所述第二组轨迹线的交点为轨迹交叉点，所述生物芯片上设置有多个DNA纳米球；定位所述荧光图像中的轨迹交叉点；利用上述任一项所述的相机标定方法标定内参数，计算相机外参数以及所述荧光图像上外部区块的轨迹交叉点的二维坐标。本专利技术实施例再一方面还提供一种基因测序系统，所述基因测序系统包括：图像获取模块，用于获取生物芯片的至少一荧光图像，所述生物芯片上设置有在第一方向上平行分布的第一组轨迹线及在第二方向上平行分布的第二组轨迹线，所述第一方向垂直于所述第二方向，所述第一组轨迹线与所述第二组轨迹线的交点为轨迹交叉点，所述生物芯片上设置有多个DNA纳米球；判断模块，用于判断所述荧光图像中的轨迹交叉点定位是否准确；有效点获取模块，用于在所述荧光图像的轨迹交叉点定位准确时，获取所述荧光图像上满足预设条件的有效点；坐标获取模块，用于获取所述有效点在所述荧光图像上的二维坐标；坐标计算模块，用于基于所述有效点的所述二维坐标，计算所述有效点在所述测序芯片上的三维物理坐标；内参数计算模块，用于基于所述有效点的所述二维坐标和所述三维物理坐标的匹配点对，计算相机标定内参数。本专利技术实施例再一方面还提供一种基因测序仪，所述基因测序仪包括处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现上述任意一项所述的相机标定方法的步骤。本专利技术实施例提供的相机标定方法及图像配准方法、基因测序仪及系统，获取生物芯片的至少一荧光图像，判断所述荧光图像中的轨迹交叉点定位是否准确。当所述荧光图像的轨迹交叉点定位准确时，获取所述荧光图像上满足预设条件的有效点，获取所述有效点在所述荧光图像上的二维坐标。基于所述有效点的所述二维坐标，计算所述有效点在所述生物芯片上的三维物理坐标，基于所述有效点的所述的二维坐标和所述三维物理坐标的匹配点对，计算相机标定内参数。利用本专利技术实施例，可以直接使用荧光图像进行相机内参数标定，节约成本且不影响相机的显微光学系统；由于生物芯片本身的精度较高，且每幅荧光图像能够获取到3-5万个有效点，可产生大量有效点的二维坐标和三维物理坐标的匹配点对，能有效减少随机误差，提高了相机参数标定的精度，且所述荧光图像获取有效点以及产生匹配点对耗时较短，提高了相机参数标定的效率。附图说明图1是本专利技术的实施例提供的相机标定方法的流程图。图2是本专利技术的实施例提供的图像配准方法的流程图。图3是本专利技术一实施方式的基因测序仪的结构示意图。图4是图3所示的基因测序仪的示例性的功能模块图。图5为本专利技术实施例提供的生物芯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于生物芯片的相机标定方法，其特征在于，所述相机标定方法包括：获取生物芯片的至少一荧光图像，所述生物芯片上设置有在第一方向上平行分布的第一组轨迹线及在第二方向上平行分布的第二组轨迹线，所述第一方向垂直于所述第二方向，所述第一组轨迹线与所述第二组轨迹线的交点为轨迹交叉点，所述生物芯片上设置有多个DNA纳米球；判断所述荧光图像中的轨迹交叉点定位是否准确；当所述荧光图像的轨迹交叉点定位准确时，获取所述荧光图像上满足预设条件的有效点；获取所述有效点在所述荧光图像上的二维坐标；基于所述有效点的所述二维坐标，计算所述有效点在所述生物芯片上的三维物理坐标；基于所述有效点的所述的二维坐标和所述三维物理坐标的匹配点对，计算相机标定内参数。

【技术特征摘要】
1.一种用于生物芯片的相机标定方法，其特征在于，所述相机标定方法包括：获取生物芯片的至少一荧光图像，所述生物芯片上设置有在第一方向上平行分布的第一组轨迹线及在第二方向上平行分布的第二组轨迹线，所述第一方向垂直于所述第二方向，所述第一组轨迹线与所述第二组轨迹线的交点为轨迹交叉点，所述生物芯片上设置有多个DNA纳米球；判断所述荧光图像中的轨迹交叉点定位是否准确；当所述荧光图像的轨迹交叉点定位准确时，获取所述荧光图像上满足预设条件的有效点；获取所述有效点在所述荧光图像上的二维坐标；基于所述有效点的所述二维坐标，计算所述有效点在所述生物芯片上的三维物理坐标；基于所述有效点的所述的二维坐标和所述三维物理坐标的匹配点对，计算相机标定内参数。2.根据权利要求1所述的相机标定方法，其特征在于，所述预设条件包括所述DNA纳米球的中心位于像素中心。3.根据权利要求2所述的相机标定方法，其特征在于，所述预设条件包括：所述DNA纳米球中心的灰度值是所述DNA纳米球的邻域内的最大值，所述DNA纳米球邻域内的灰度值在第一方向与第二方向呈现对称性。4.根据权利要求3所述的相机标定方法，其特征在于，所述DNA纳米球的邻域为以所述DNA纳米球的中心为对称中心的3*3像素区域。5.根据权利要求1所述的相机标定方法，其特征在于，所述计算所述有效点在所述生物芯片上的三维物理坐标包括：通过轨迹交叉点坐标获取所述有效点位于所述荧光图像的区块上的位点位置；获取所述位点位置邻域内相邻的位点；计算与所述有效点的中心距离最近的所述相邻的位点的二维坐标；利用所述相邻的位点的二维坐标与所述轨迹交叉点在生物芯片上的三维物理坐标计算所述有效点在生物芯片上的三维物理坐标。6.根据权利要求5所述的相机标定方法，其特征在于，所述通过轨迹交叉点坐标获取所述有效点位于所述荧光图像的区块上的位点位置包括：利用所述轨迹交叉点坐标计算所述荧光图像的区块上第一轨迹线与第二轨迹线的斜率与截距；计算所述有效点到所述第一轨迹线与所述第二轨迹线的...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈蕾，刘逸文，李美，曾真，陈露，徐东阳，黎宇翔，
申请(专利权)人：深圳华大智造科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44