图像清晰度分析及对焦方法、测序仪、系统与存储介质技术方案

本发明专利技术提供一种图像清晰度分析方法，获取生物芯片的至少一荧光图像，将所述荧光图像进行离散傅里叶变换；获取离散傅里叶变换后所述荧光图像的傅里叶幅值图；根据所述傅里叶幅值图获取所述荧光图像对应的傅里叶谱；获取所述傅里叶谱在中高频率区域的至少一峰值；获取所述傅里叶谱在低频率区域的均值；计算所述峰值与所述均值的差异程度；当所述差异程度大于一预设阈值时，判定所述荧光图像清晰。本发明专利技术实施例还提供一种自动对焦方法、基因测序系统、基因测序仪以及非易失性计算机可读存储介质。利用本发明专利技术实施例，可优化判断荧光图像清晰度的操作。

Image sharpness analysis and focusing method, sequencer, system and storage medium

【技术实现步骤摘要】
图像清晰度分析及对焦方法、测序仪、系统与存储介质
本专利技术涉及基因测序领域，具体的，涉及一种图像清晰度分析方法、自动对焦方法、基因测序仪、基因测序系统及存储介质。
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，拍照采集生物芯片(基因测序芯片)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。基因测序仪显微成像环节的成像质量对碱基识别的准确率影响较大，其中，成像质量评价指标包括分辨率、信噪比、照明均匀性、清晰度等。在拍照采集荧光分子图像时，对基因测序仪的物镜的分辨率要求较高。拍照时一般移动装载生物芯片的平台，相机不动，然而平台的较小移动，都会导致荧光分子图像的失焦。自动对焦软件在当前位置遍历附近焦面，使用特定图像清晰度评价方法，将平台移动至清晰度最高的那个焦面。现有技术中，运用二维高斯正态分布拟合单个荧光分子的灰度值分布，通过计算清晰图像的荧光基团对应的高斯核，获取清晰图像对应的高斯核范围，而后对获取的图像，通过计算高斯核即可判断图像是否清晰。然而实际测序图像荧光分子之间的间隔很小，紧密相连，单个荧光分子容易受到相邻的荧光分子点扩散模型对灰度的叠加，导致不能很好的吻合高斯模型。此外，为减少灰度的叠加，现有算法遍历图像中的荧光分子，找到相对孤立的荧光分子，采用该方法也容易把噪声点划为荧光分子，进而得到错误的高斯核估计。图像背景值对精确估算高斯模型里的参数也会有一定的影响。而且，不同的生物芯片和测序平台的荧光分子的分辨率也不同，现有算法需要根据不同的分辨率训练相应的阈值，不够灵活。
技术实现思路
鉴于此，有必要提供一种图像清晰度分析方法、自动对焦方法、基因测序仪、基因测序系统及存储介质，可优化判断荧光图像清晰度的操作。本专利技术实施例一方面提供一种图像清晰度分析方法，所述方法包括以下步骤：获取生物芯片的至少一荧光图像，所述生物芯片上设置有多个位点(spot)，所述位点用于结合核酸分子，所述核酸分子携带荧光基团；将所述荧光图像进行离散傅里叶变换；获取离散傅里叶变换后所述荧光图像的傅里叶幅值图；根据所述傅里叶幅值图获取所述荧光图像对应的傅里叶谱；获取所述傅里叶谱在中高频率区域的至少一峰值；获取所述傅里叶谱在低频率区域的均值；计算所述峰值与所述均值的差异程度；当所述差异程度大于一预设阈值时，判定所述荧光图像清晰。进一步的，在本专利技术实施例提供的上述图像清晰度分析方法，所述将所述荧光图像进行离散傅里叶变换包括：获取所述荧光图像在第一方向以及第二方向上的像素数目，所述第一方向垂直于所述第二方向；获取所述荧光图像原始的二维图像；利用所述像素数目与所述原始的二维图像将所述荧光图像进行离散傅里叶变换。进一步的，在本专利技术实施例提供的上述图像清晰度分析方法，所述根据所述傅里叶幅值图获取所述荧光图像对应的傅里叶谱包括：将所述傅里叶幅值图从笛卡尔坐标系变换到极坐标系；通过对所述极坐标系中的角度进行积分处理获取所述傅里叶谱。进一步的，在本专利技术实施例提供的上述图像清晰度分析方法，所述峰值选自所述傅里叶谱在中高频率区域的局部极大值集合。进一步的，在本专利技术实施例提供的上述图像清晰度分析方法，所述峰值为所述傅里叶谱在中高频率区域的局部极大值集合中的最大值与次大值。进一步的，在本专利技术实施例提供的上述图像清晰度分析方法，所述计算所述峰值与所述均值的差异程度的步骤包括：计算所述傅里叶谱中所述局部极大值集合中的所述最大值与所述次大值之和与所述均值的比值。本专利技术实施例再一方面还提供一种自动对焦方法，所述自动对焦方法包括：获取位于第一位置的生物芯片的至少一荧光图像，所述生物芯片上设置有多个位点，所述位点用于结合核酸分子，所述核酸分子携带荧光基团；利用上述任一项所述的图像清晰度分析方法判断所述荧光图像是否清晰；若判断结果为否，则获取位于第二位置的生物芯片的荧光图像。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多个位点，所述位点用于结合核酸分子，所述核酸分子携带荧光基团；离散傅里叶变换模块，用于将所述荧光图像进行离散傅里叶变换；傅里叶幅值获取模块，用于获取离散傅里叶变换后所述荧光图像的傅里叶幅值图；傅里叶谱获取模块，用于根据所述傅里叶幅值图获取所述荧光图像对应的傅里叶谱；峰值获取模块，用于获取所述傅里叶谱在中高频率区域的至少一峰值；均值获取模块，用于获取所述傅里叶谱在低频率区域的均值；差异程度计算模块，用于计算所述峰值与所述均值的差异程度；判断模块，用于在所述差异程度大于一预设阈值时，判定所述荧光图像清晰。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图像清晰度分析方法的步骤。本专利技术实施例再一方面还提供一种非易失性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任意一项所述的图像清晰度分析方法的步骤。本专利技术实施例提供的图像清晰度分析及对焦方法、基因测序仪及系统与存储介质。获取生物芯片的至少一荧光图像，将所述荧光图像进行离散傅里叶变换；获取离散傅里叶变换后所述荧光图像的傅里叶幅值图；根据所述傅里叶幅值图获取所述荧光图像对应的傅里叶谱；获取所述傅里叶谱在中高频率区域的至少一峰值；获取所述傅里叶谱在低频率区域的均值；计算所述峰值与所述均值的差异程度；当所述差异程度大于一预设阈值时，判定所述荧光图像清晰。本专利技术实施例对于DNA纳米球的采样频率(即单个DNA纳米球的像素数目)不敏感，DNA纳米球的采样频率发生变化不会改变峰值的大小，因而利用本专利技术实施例，对于不同型号的生物芯片和不同型号的基因测序仪，无需修改评价函数；本专利技术实施例，可以计算整个荧光图像或者局部荧光图像的图像清晰度，不需要使用单个点评价清晰度，因而利用本专利技术实施例不易受到噪声点的影响；本专利技术实施例将所述傅里叶幅值进行归一化处理之后再进行计算，并考虑了低频信号的强度，因而利用本专利技术实施例可减少光照和背景值变换产生的影响。附图说明图1是本专利技术实施例提供的图像清晰度分析方法的流程图。图2是本专利技术实施例提供的自动对焦方法的流程图。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5A为本专利技术实施例提供的生物芯片上的位点分布图像。图5B为本专利技术实施例提供的生物芯片上部分DNA纳米球荧光成像图。图6A为本专利技术实施例提供的清晰荧光图像的局部区域图。图6B为将图6A提供的清晰荧光图像的局部区域图进行傅里叶变换后的傅里叶幅值图。图7A为本专利技术实施例提供的离焦图像的局部区域图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像清晰度分析方法，用于分析生物芯片荧光图像清晰度，其特征在于，所述方法包括以下步骤：获取生物芯片的至少一荧光图像，所述生物芯片上设置有多个位点，所述位点用于结合核酸分子，所述核酸分子携带荧光基团；将所述荧光图像进行离散傅里叶变换；获取离散傅里叶变换后所述荧光图像的傅里叶幅值图；根据所述傅里叶幅值图获取所述荧光图像对应的傅里叶谱；获取所述傅里叶谱在中高频率区域的至少一峰值；获取所述傅里叶谱在低频率区域的均值；计算所述峰值与所述均值的差异程度；当所述差异程度大于一预设阈值时，判定所述荧光图像清晰。

【技术特征摘要】
1.一种图像清晰度分析方法，用于分析生物芯片荧光图像清晰度，其特征在于，所述方法包括以下步骤：获取生物芯片的至少一荧光图像，所述生物芯片上设置有多个位点，所述位点用于结合核酸分子，所述核酸分子携带荧光基团；将所述荧光图像进行离散傅里叶变换；获取离散傅里叶变换后所述荧光图像的傅里叶幅值图；根据所述傅里叶幅值图获取所述荧光图像对应的傅里叶谱；获取所述傅里叶谱在中高频率区域的至少一峰值；获取所述傅里叶谱在低频率区域的均值；计算所述峰值与所述均值的差异程度；当所述差异程度大于一预设阈值时，判定所述荧光图像清晰。2.根据权利要求1所述的图像清晰度分析方法，其特征在于，所述将所述荧光图像进行离散傅里叶变换包括：获取所述荧光图像在第一方向以及第二方向上的像素数目，所述第一方向垂直于所述第二方向；获取所述荧光图像原始的二维图像；利用所述像素数目与所述原始的二维图像将所述荧光图像进行离散傅里叶变换。3.根据权利要求1所述的图像清晰度分析方法，其特征在于，所述根据所述傅里叶幅值图获取所述荧光图像对应的傅里叶谱包括：将所述傅里叶幅值图从笛卡尔坐标系变换到极坐标系；通过对所述极坐标系中的角度进行积分处理获取所述傅里叶谱。4.根据权利要求1所述的图像清晰度分析方法，其特征在于，所述峰值选自所述傅里叶谱在中高频率区域的局部极大值集合。5.根据权利要求4所述的图像清晰度分析方法，其特征在于，所述峰值为所述傅里叶谱在中高频率区域的局部极大值集合中的最大值与次大值。6.根据权利要求5所述的图像清晰度分析方法，其特征在于，所述计算所述峰值与所述均值的差异程度的步骤包...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈蕾，李美，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