克隆菌株自动筛选装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种克隆菌株自动筛选装置及方法。该装置包括放置培养皿且改变其空间位置的三维电控运动平台，三维电控运动平台的控制端与中央管理系统的相应控制端连接，三维电控运动平台的周围设置有高分辨率数字摄像机、双目立体视觉传感系统、测量特征光学投影系统及光学照明系统，测量特征光学投影系统的控制端与中央管理系统的相应控制端连接，高分辨率数字摄像机、双目立体视觉传感系统的控制端经由图像采集控制系统与中央管理系统的相应控制端连接。该方法利用对克隆菌株生长中的对数期进行监测来实现自动筛选。本发明专利技术方法通过本发明专利技术装置实现了对克隆菌株实施快速、自动筛选，筛选结果准确，筛选出的克隆菌株无损。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，属于微生物测量

技术介绍
菌株筛选在生物医学实验和工业生产中具有举足轻重的地位，其被广泛应用于食品保健、医药、化工和农业等领域，例如从新鲜牛奶中筛选高产Y-氨基丁酸的乳酸菌菌株；从发霉的秸杆、毛巾以及土壤等纤维素含量较高的样品中筛选高效降解木质纤维素的微生物菌株；从被聚乙烯醇直接污染的环境中筛选高效降解PVA的微生物菌株等。现有的菌株筛选方法有菌落原位杂交筛选法、免疫酶技术、化学发光免疫分析和放射免疫测定等。这些方法均建立在分子生物学或者免疫学的基础上，通常筛选工序繁多、周期较长，需要经验丰富的技术人员进行判断，耗费了大量的人力和物力。并且，目前尚无 一种能够对克隆菌株的生长状态进行自动判定，快速筛选出已经培养成功的菌株的装置及方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，该装置及方法可快速、准确、无损地筛选出培养成功的克隆菌株。为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案一种克隆菌株自动筛选装置，其特征在于它包括放置培育有多个克隆菌株的培养皿且可改变该培养皿的空间位置的三维电控运动平台，该三维电控运动平台的控制端经由步进电机而与中央管理系统的相应控制端连接，该三维电控运动平台的周围设置有对该培养皿内培育的所有克隆菌株拍摄二维分布全局图像的高分辨率数字摄像机、对单个克隆菌株拍摄带有光学特征点的左侧图像和右侧图像的双目立体视觉传感系统、向该双目立体视觉传感系统要拍摄的单个克隆菌株投射光学特征点而利于对该双目立体视觉传感系统拍摄该单个克隆菌株得到的左、右侧图像中的该单个克隆菌株之间进行匹配对位的测量特征光学投影系统以及为拍摄提供均匀稳定的光照环境的光学照明系统，该测量特征光学投影系统的控制端与该中央管理系统的相应控制端连接，该高分辨率数字摄像机、该双目立体视觉传感系统的控制端经由图像采集控制系统而与该中央管理系统的相应控制端连接。所述双目立体视觉传感系统包括分别对单个克隆菌株拍摄左侧图像、右侧图像的两个摄像机，该两个摄像机的摄像头中轴线的延长线形成一个设定角度；所述测量特征光学投影系统包括投影仪；该投影仪的投影头中轴线的延长线与该两个摄像机的摄像头中轴线的延长线相交于一点。所述设定角度为30°到50°。所述高分辨率数字摄像机和所述双目立体视觉传感系统的标定端均与传感器标定装置的标定控制端连接。一种基于克隆菌株自动筛选装置实现的克隆菌株自动筛选方法，其特征在于，它包括如下步骤步骤一打开光学照明系统，使三维电控运动平台及放在其上的培养皿处于适于拍摄的均匀稳定的光照下；步骤二 通过中央管理系统经由步进电机对三维电控运动平台进行控制，将培养皿移动到高分辨率数字摄像机的视场中央，采集该培养皿内培育的所有克隆菌株的二维分布全局图像；步骤三对采集的该二维分布全局图像进行图像分割处理，分割出该培养皿内的各个克隆菌株，在该二维分布全局图像中对各个克隆菌株进行编号和坐标定位，并根据各个克隆菌株的坐标定位，规划出测定路径；步骤四按照步骤三规划出的测定路径，通过双目立体视觉传感系统和测量特征光学投影系统对待测的每个克隆菌株拍摄带有光学特征点的左、右侧图像，从而计算出每个克隆菌株在其左右侧图像拍摄时刻的体积； 步骤五经过设定时间间隔后，再次执行步骤二至四，绘制出每个克隆菌株的体积随时间变化的动态生长曲线，其中每个克隆菌株的编号在整个自动筛选过程中是固定不变的；在再次执行步骤三时，测定路径是在排除被认为是培养失败和培养成功的克隆菌株后对剩余克隆菌株进行规划得出的；步骤六针对同种类的克隆菌株的标准生长曲线，对紧挨着该步骤六之前执行的那一个步骤五中再次执行步骤四时的每个克隆菌株的左右侧图像拍摄时刻进行时间区间判定若该克隆菌株的左右侧图像拍摄时刻小于等于克隆菌株生长的对数期的起始时间点，则该克隆菌株被认为是需继续培养；若该克隆菌株的左右侧图像拍摄时刻大于等于克隆菌株生长的对数期的结束时间点，则该克隆菌株被认为是培养失败；若该克隆菌株的左右侧图像拍摄时刻大于克隆菌株生长的对数期的起始时间点且小于克隆菌株生长的对数期的结束时间点，则将该克隆菌株的动态生长曲线和与其同种类的克隆菌株的标准生长曲线进行匹配识别，其中若该动态生长曲线与该标准生长曲线的相似百分度大于上临界设定值，则该克隆菌株被认为是培养成功；若该动态生长曲线与该标准生长曲线的相似百分度小于下临界设定值，则该克隆菌株被认为是培养失败；若该动态生长曲线与该标准生长曲线的相似百分度大于等于下临界设定值且小于等于上临界设定值，则该克隆菌株被认为是不确定；步骤七若存在被认为是需继续培养或不确定的克隆菌株，则再次执行步骤五至七；若不存在被认为是需继续培养和不确定的克隆菌株，则整个自动筛选过程结束。首次执行所述步骤四中，将对第一个克隆菌株拍摄带有光学特征点的左、右侧图像时的左右侧图像拍摄时刻设定为零时刻。在所述步骤三中，所述图像分割处理包括步骤对所述二维分布全局图像进行排除杂质和/或干扰噪声的处理；采用动态轮廓模型方法将每个克隆菌株单独所处区域分割出来。在所述步骤三中，对所述二维分布全局图像中的各个克隆菌株进行坐标定位包括步骤根据步进电机的步长，将所述二维分布全局图像划分成具有设定形状、大小网格的网格结构，将克隆菌株的二维图像重心所在网格的中心坐标作为该克隆菌株的中心坐标。在所述步骤四中，对待测的每个克隆菌株拍摄带有光学特征点的左、右侧图像并计算左右侧图像拍摄时刻的体积具体包括步骤根据该克隆菌株的坐标定位，通过步进电机对三维电控运动平台进行控制，将该克隆菌株移动到双目立体视觉传感系统的视场中央；测量特征光学投影系统向该克隆菌株投射光学特征点；图像采集控制系统控制双目立体视觉传感系统对该克隆菌株进行拍摄，获取带有该光学特征点的左侧图像和右侧图像；通过该光学特征点，左、右侧图像中的该克隆菌株之间被准确匹配对位；根据双目立体视觉原理得出该克隆菌株的三维坐标，利用二重积分计算出该克隆菌株在其左右侧图像拍摄时刻的体积。在步骤一前还包括对高分辨率数字摄像机和双目立体视觉传感系统进行焦距、主点坐标、畸变系数、姿态参数的校准。本专利技术的优点是基于机器视觉的图像处理、光学三维显微测量技术以及分子生物学手段，本专利技术克隆菌株自动筛选方法通过本专利技术克隆菌株自动筛选装置实现了对克隆菌株实施快速、自动筛选，且筛选结果准确，筛选出的培养成功的克隆菌株无损。·附图说明图I是本专利技术克隆菌株自动筛选装置的组成示意图；图2是某种类的克隆菌株的标准生长曲线示意图。具体实施例方式如图I所示，本专利技术克隆菌株自动筛选装置包括放置培养皿70且可改变该培养皿70的空间位置的三维电控运动平台60，该培养皿70内培育有多个克隆菌株，该三维电控运动平台60的控制端经由步进电机(图中未示出)而与中央管理系统40的相应控制端连接，该三维电控运动平台60的周围设置有对该培养皿70内培育的所有克隆菌株拍摄二维分布全局图像的高分辨率数字摄像机10、对单个克隆菌株拍摄带有光学特征点的左侧图像和右侧图像的双目立体视觉传感系统20、向该双目立体视觉传感系统20要拍摄的单个克隆菌株投射光学特征点而利于对该双目立体视觉传感系统20拍摄该单个克隆菌株得到的左、右侧图像中的该单个克隆菌株之间进行匹配对位的测量特征光学投影系统30以及为拍摄提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种克隆菌株自动筛选装置，其特征在于：它包括放置培育有多个克隆菌株的培养皿且可改变该培养皿的空间位置的三维电控运动平台，该三维电控运动平台的控制端经由步进电机而与中央管理系统的相应控制端连接，该三维电控运动平台的周围设置有对该培养皿内培育的所有克隆菌株拍摄二维分布全局图像的高分辨率数字摄像机、对单个克隆菌株拍摄带有光学特征点的左侧图像和右侧图像的双目立体视觉传感系统、向该双目立体视觉传感系统要拍摄的单个克隆菌株投射光学特征点而利于对该双目立体视觉传感系统拍摄该单个克隆菌株得到的左、右侧图像中的该单个克隆菌株之间进行匹配对位的测量特征光学投影系统以及为拍摄提供均匀稳定的光照环境的光学照明系统，该测量特征光学投影系统的控制端与该中央管理系统的相应控制端连接，该高分辨率数字摄像机、该双目立体视觉传感系统的控制端经由图像采集控制系统而与该中央管理系统的相应控制端连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周富强，崔毅，谭焕然，牛刚，
申请(专利权)人：谭焕然，周富强，
类型：发明
国别省市：