一种基于无透镜成像的猪精子三维运动轨迹提取方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及猪精子活力检测技术领域，且公开了一种基于无透镜成像的猪精子三维运动轨迹提取方法和装置，在猪精子

【技术实现步骤摘要】
一种基于无透镜成像的猪精子三维运动轨迹提取方法和装置


[0001]本专利技术涉及猪精子活力检测
，尤其涉及一种尤其涉及一种猪精子三维运动轨迹提取方法和装置
。
具体的说，包括猪精子的
RGB
三基色无透镜成像装置
、
猪精子三维空间位置获取方法
、
精子三维运动轨迹生成方法和相关装置，通过提取猪精子三维空间运动情况，为精子运动性能评估和精子活力分析提供了更为准确的检测依据
。

技术介绍

[0002]在生猪养殖领域，精液质量直接影响育种的成功率，是评估雄性生育能力的重要依据
。
猪精液质量分析中一个很重要的指标是精子活力
。
猪精子活力是指精液中呈前进运动的精子所占的百分率
。
[0003]传统的手动精子活力检测方法是用显微镜观察精液，对活动精子进行人工判断和计数，该方法要求检测人员训练有素，且主观性强
。
随着图像处理技术的发展，
CASA(
计算机辅助精子分析
)
被广泛采用，该方法利用计算机算法对精子样本显微镜图像及视频进行处理和分析
。
该设备中成像装置为显微镜，体积大，造价高，对精子运动性能的评估源于根据显微镜成像所获得的精子二维运动参数
。
事实上，精子是在三维空间中游动的，目前的精子活力检测方法缺乏严谨
、
客观的数据支持
。
[0004]一些新型的方法本质上是在
>CASA
的基础上对计算机算法进行改进
。
例如中国专利申请号为
202111008472.8
的文献中提供了一种精子活动能力特征提取方法和检测装置
。
改专利技术采集精液视频并转换为序列图像，对每个序列图像的运动精子进行轨迹跟踪，得到运动精子的运动轨迹
。
该专利技术对运动轨迹的获取方法和获取维度没有根本性的改变
。
[0005]为解决上述问题，本申请中提出一种提取猪精子三维空间运动轨迹的装置和方法，通过三维运动估计准确评估猪精子活力
。

技术实现思路

[0006](
一
)
专利技术目的
[0007]本专利技术的目的是为了解决生猪养殖中现有的猪精子活力检测中存在的对精子运动性能的评估方法不严谨不准确的问题，提出一种基于无透镜成像的猪精子三维运动轨迹提取装置和方法，提取猪精子三维运动性能，进而更加严谨准确的评估猪精子活力
。
[0008](
二
)
技术方案
[0009]本专利技术提出的基于无透镜成像的猪精子三维运动轨迹提取装置所采用的技术方案是：整个装置由一个精液无透镜成像装置和嵌入式
MCU
分析模块组成
。
其中，精液无透镜成像装置由光源
、
样本微腔室
、
彩色
CMOS
成像模块以及相应的支撑部件组成，整个装置密封于不透光暗箱中
。
其中，光源由处于球面上特定空间位置的三个单色部分相干光源和支撑球面联合构成，其中每个单色部分相关光源单色发光二极管
、
滤光片
、
微孔构成，微孔直径为
50
μ
m
，所发出的光为单色性能较好的部分相干光
。
支撑球面为以样本中心为球心的
、
半径为
50mm
的球面
。
三个单色部分相干光源的微孔位于支撑球面上的三点处，单色部分相干光
源的光轴指向球心位置，且与水平面呈
90
°
。
三个光源的光轴相交于样本中心处
。
样本微腔室为透明的液体样本微腔室，其长
、
宽参数与
CMOS
感光区域的长
、
宽参数相同
。CMOS
感光芯片区域位于样本正下方
3mm
处
。
通过提取精子个体的
RGB
无透镜成像，通过分量提取
、
再现像重建
、
二维空间定位
、
三维空间定位
、
轨迹提取一系列过程完成
。
[0010]所述的基于无透镜成像的猪精子三维运动轨迹提取方法所采用的技术方案包括以下步骤
:
[0011]第一步：将无透镜成像精液视频转化为序列图像，对每一帧图像提取
R、G、B
分量，分别获得三幅分量图像
[0012]第二步：获得所有单个精子的三维坐标
。
包括如下的步骤：
[0013]第1步：对每一幅分量图像进行切割，切割成
200
像素
*200
像素的小图块
。
对小图块进行无透镜成像卷积重建算法处理
。
重建参数中，光波参数根据所选用的特定光源的波长和频率进行设置，重建距离设置为
3000
μ
m
，像元尺寸根据所选用的
CMOS
传感器的像元尺寸进行设置
。
精子头部为类似椭球型，在整个无透镜衍射成像光学系统内，类似一个椭圆形障碍物，重建图像中包含该椭圆形障碍物的再现像
。
[0014]第2步：获得精子个体在每一幅图像分量中的投影坐标
。
利用图像处理方法，在重建图像中分离出精子头部的再现像，得到连通区域，获得精子头部再现像的质心，并将质心所在坐标设定为该精子在该分量图像中的二维投影坐标
。
[0015]第3步：将三幅分量图像中的坐标进行配对，确定为同一个精子的一组投影坐标，一组投影坐标包含三个分量投影坐标
。
对三幅分量图像中的坐标进行遍历计算，三幅分量图像中的三个可以组成正三角形的坐标，被认为是某一个精子在三束光源下的三个投影坐标
。
[0016]第4步：根据精子个体的一组投影坐标，确定精子个体的三维空间坐标
。
根据三个分量投影坐标的几何关系，计算出单个精子的三维空间坐标，进而获得该时刻下所有精子的三维空间坐标
。
[0017]第三步：对图像序列中的每一幅图像按照上述方法进行处理，即获得不同时刻下所有精子个体三维空间坐标，在此基础上，按照时间先后关系，将精子个体三维空间位置按照就近原则进行连线，则得到单个精子个体的三维运动轨迹
。
[0018]与现有技术相比，本专利技术体现出的优点是：
[0019]1、
本专利技术能够获取猪精子的三维运动轨迹，利用三维运动轨迹评估猪精子活动能力，为猪精子活力检测提供更严谨的数据依据，提高了猪精子活力检测的科学性和准确度
。
[0020]2、
本专利技术所获取的精子三维运动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于无透镜成像的猪精子三维运动轨迹提取方法和装置，包括，其特征在于：精液无透镜成像装置由联合联合光源
(1)、
样本腔室
(2)、
彩色
CMOS
成像模块
(3)
以及相应的支撑部件组成，整个装置密封于不透光暗箱
(4)
中
。
所述的联合联合光源
(1)
由单色部分相干光源
(13)
和支撑球面
(14)
组成
。
所述的单色部分相关光源由单色发光二极管
(5)、
滤光片
(6)、
微孔
(7)
构成
。
所述的样本腔室
(2)
为透明液体样本微腔室
。
所述的彩色
CMOS
成像模块
(3)
的每一个像元包含
R、G、B
三种光强采集单元，每个单元均由微透镜
(9)、
滤波片
(10)、
发光二极管
(11)、
金属线层
(12)
组成
。
整个分析装置由该精液无透镜成像装置和嵌入式
MCU
组成
。2.
根据权利要求1所述的一种基于无透镜成像的猪精子三维运动轨迹提取装置，其特征在于，联合联合光源
(1)
由处于特定空间位置的三个单色部分相干光源
(13)
联合构成，三个光源
(13)
的微孔分别位于以样本腔室
(2)
中心区域为球心的
、
半径为
50mm
的球面
(14)
上的三点处，三点与球心的连线之间两两呈
90
°
垂直关系
。
三个光源的光轴相交于样本中心处
。3.
根据权利要求1所述的一种基于无透镜成像的猪精子三维运动轨迹提取装置，其特征在于，单色部分相关光源的微孔
(7)
直径为
50
μ
m
，滤光片
(6)
滤波性能是使单色发光二极管
(5)
具有更好的单色性，所发出的光为单色部分相干光
。4.
根据权利要求1所述的一种基于无透镜成像的猪精...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国晓，李晨曦，李雁，
申请(专利权)人：连云港立华牧业有限公司，
类型：发明
国别省市：