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专利号: 2020103320971
申请人: 西安理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2024-12-10
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于双线阵扫描成像系统的细胞图像重构方法,所述双线阵扫描成像系统包括平行光源(1)、微流控芯片(2)和数据处理装置(4),所述微流控芯片(2)设置有直线型微通道(5),所述直线型微通道(5)两端分别设置为微通道微液样品入口(6)和微通道微液样品出口(7),所述微流控芯片(2)的微通道待测区域下表面设置有夹角为θ的两个线阵探测器(3),0≤θ≤90°,其中,一个线阵探测器(3)与直线型微通道(5)垂直,另一个线阵探测器(3)位于该线阵探测器(3)靠近微通道微液样品入口(6)一侧,该重构方法特征在于,具体按照以下步骤实施:步骤1、建立微通道坐标系和线阵扫描坐标系,分别构建细胞速度分解模型、扫描分辨率模型、线阵扫描系统距离模型以及细胞加速度模型;

步骤2、进行坐标变换,重构细胞加速度模型,得到加速度重构模型;

步骤3、利用加速度重构模型和变加速度重构结合,得出扫描坐标系与细胞通道坐标系的加速度区域的映射,继而得到各个加速度区域的重构细胞图像;

步骤4、将各个加速度区域的重构细胞图像拼接形成最终的超分辨率图像,细胞图像的重构完成。

2.根据权利要求1所述的一种基于双线阵扫描成像系统的细胞图像重构方法,其特征在于,所述步骤1具体按照以下步骤实施:步骤1.1建立微通道坐标系和线阵扫描坐标系

以微流控芯片(2)的直线型微通道(5)流向与细胞第一个交叉点为原点O,微通道长度方向为Oy轴,Oy轴以细胞流向为正方向,垂直直线型微通道(5)的方向为Ox轴,Ox轴以指向直线型微通道(5)另一侧的方向为正方向,建立微通道图像的直角坐标系即微通道坐标系O(x,y);

以微流控芯片(2)的直线型微通道(5)流向与细胞的第一个交叉点为原点L,线阵探测器(3)长度方向为Lx轴,Lx轴以与Ox轴正方向成锐角的方向为正方向,垂直线阵探测器(3)的方向为Ly轴,Ly轴以与Oy轴正方向成锐角的方向为正方向,建立线阵扫描图像的直角坐标系即线阵扫描坐标系L(x,y);

步骤1.2、构建细胞速度分解模型

线阵探测器(3)与直线型微通道(5)流向的夹角为θ,Lx轴和Ly轴的交点为细胞当前经过线阵时Ly轴的坐标;

设微液中细胞在直线型微通道(5)内以速度V流动,将流速V在微通道坐标系O(x,y)中分解得到分解速度 在线阵扫描坐标系L(x,y)中分解得到分解速度 两个坐标系之间分解速度之间的转换关系即细胞速度分解模型如下,

步骤1.3、构建扫描分辨率模型

两线阵探测器(3)像素间距为S,则Ox轴方向成像分辨率为 且Oy轴方向的分辨率应与Ox轴方向的分辨率相同;设线阵探测器(3)的采样频率为f,则线阵成像一帧图像,细胞沿Ly轴所走的距离为 得出线阵成像图像分辨率与通道图像分辨率关系式即扫描分辨率模型如下,步骤1.4、建立线阵扫描系统距离模型

假设细胞沿Oy轴方向匀速流动,当细胞到达原点O时开始在线阵扫描成像系统上成像;

细胞上一点A1,坐标为(Ox,Oy),与Ox轴、Oy轴的真实距离分别为 在线阵探测器(3)上得到像素数为Lw、行数为Lh的图像,线阵探测器(3)采集到A1的像素为P1,A1在线阵扫描图像上对应点为A2,其坐标为(Lx,Ly),与Lx轴、Ly轴的真实距离分别为 则线阵扫描系统距离模型为当该细胞还存在Ox轴的速度时,较其沿Oy轴方向匀速流动在Ox轴方向上多移动了的距离,此时线阵探测器采集到A1的像素为P2;

步骤1.5、建立细胞加速度模型

假设流动时细胞存在加速度a,加速度a可在坐标系O(x,y)中分别沿Ox轴、Oy轴分解为在坐标系L(x,y)中分别沿Lx轴、Ly轴分解为 各加速度转换关系即细胞加速度模型为,

3.根据权利要求2所述的一种基于双线阵扫描成像系统的细胞图像重构方法,其特征在于,所述步骤2具体按照以下步骤实施:步骤2.1、假设细胞仅沿Oy轴方向匀速运动,A1点在Ox轴方向的坐标就是线阵探测器(3)上采集到A1点的像素的坐标,即Ly轴的坐标,在Oy轴和Ly轴的坐标变换关系中,A1点距离Ox轴的距离等于A2点距离Lx轴的距离;A1点与P1点的实际距离由A1点距离Oy轴的距离 和P1点到Ox轴的距离组成,也可由A1点沿Oy轴的速度和A2点的纵坐标Ly计算,得出坐标变换公式如下,步骤2.2、假设细胞沿Oy轴方向匀速运动,且存在Ox轴的速度,A1点与P1点的实际距离由A1点与P1点距离和P1点与A2点沿Oy轴方向上的距离组成,因此,对式(13)坐标变换关系更新如下,步骤2.3、假设细胞以Vox、Voy分别为Ox轴、Oy轴初速度,以 分别为Ox轴、Oy轴加速度在直线型微通道(5)内匀加速流动,此时速度、加速度以及在Ox轴方向上移动的距离的关系式即加速度重构模型如下,

4.根据权利要求3所述的一种基于双线阵扫描成像系统的细胞图像重构方法,其特征在于,所述步骤3具体按照以下步骤实施:步骤3.1、细胞以Vox、Voy分别为Ox轴、Oy轴初速度,以 分别为Ox轴、Oy轴加速度在直线型微通道(5)内匀加速流动时,由微通道坐标系映射在线阵扫描坐标系下的坐标变换关系式(14)得出线阵扫描坐标系L(x,y)的坐标Lx关于物体通道坐标系O(x,y)的坐标Ox、速度 加速度 的函数关系式,Ly关于物体通道坐标Oy、速度Voy、加速度 的函数关系式如下,步骤3.2、细胞在直线型微通道(5)中的流动实际为变加速流动,假设从t0时刻线阵开始采集细胞图像,此时物体瞬时流速为 该细胞从t0到达t1时刻,线阵探测器(3)采集了y0行的像素数据,且细胞以 为加速度流经线阵探测器,t0与t1的时间间隔为线阵探测器(3)采集细胞图像的等时间间隔,在t1时刻,细胞与线阵探测器分别交于m、n两点,细胞沿Ly轴运动的距离为 的函数关系式为 t1时刻n点的纵坐标即n点距Ox轴的距离为

将线阵探测器(3)采集了y0行的像素数据看成一条直线,通过线阵探测器(3)在坐标系O(x,y)下的斜率ρ=-1/tanθ,得出该直线在t1时刻的方程,即y0关于在t1时刻Ox轴坐标为x0的线性关系式:步骤3.3、将每段线阵探测器(3)采集细胞图像的时间间隔作为一个加速度区域,每个加速度区域加速度不同,根据步骤3.2同理推出,细胞具有K个加速度时,K>0,细胞沿Ly轴运动的距离为 n点的纵坐标 其中i=1,

2,3,...,K,至此,坐标系L(x,y)中第i个加速度区域对应至坐标系O(x,y)的表达式为:当时,根据式(16)和式(17)推导出细胞在坐标系L(x,y)第i个加速区域坐标变换公式即加速度重构模型如下:式(18)中,aLyi表示细胞在坐标系L(x,y)第i个加速区域沿Ly轴分解的加速度。

5.根据权利要求4所述的一种基于双线阵扫描成像系统的细胞图像重构方法,其特征在于,所述步骤4具体为,根据式(18)对每一段加速度区域坐标变换公式求解可得坐标系O(x,y)下第i个加速区域横、纵坐标值 映射在坐标系L(x,y)下第i个加速区域横、纵坐标值 由于 是相对于任意一加速度段的坐标,其真实对应在坐标系L(x,y)的坐标 其中真实对应在坐标系L(x,y)的横坐标与各自加速度区域的横坐标相同,即: 真实对应在坐标系L(x,y)的纵坐标为每一加速度段的纵坐标之和,即: 将所采集细胞图像根据其在坐标系L(x,y)中映射的坐标进行拼接,得到超分辨率图像,细胞图像的重构完成。