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浮游藻类细胞微流控-显微图像形变校正方法

胡翔 殷高方 赵南京 何前锋 梁天泓 黄朋 徐敏 贾仁庆

胡翔, 殷高方, 赵南京, 何前锋, 梁天泓, 黄朋, 徐敏, 贾仁庆. 浮游藻类细胞微流控-显微图像形变校正方法[J]. 中国光学(中英文), 2023, 16(4): 788-795. doi: 10.37188/CO.2022-0244
引用本文: 胡翔, 殷高方, 赵南京, 何前锋, 梁天泓, 黄朋, 徐敏, 贾仁庆. 浮游藻类细胞微流控-显微图像形变校正方法[J]. 中国光学(中英文), 2023, 16(4): 788-795. doi: 10.37188/CO.2022-0244
HU Xiang, YIN Gao-fang, ZHAO Nan-jing, HE Qian-feng, LIANG Tian-hong, HUANG Peng, Xu Min, JIA Ren-qing. Microfluidic-microscopic image deformation correction method for planktonic algal cells[J]. Chinese Optics, 2023, 16(4): 788-795. doi: 10.37188/CO.2022-0244
Citation: HU Xiang, YIN Gao-fang, ZHAO Nan-jing, HE Qian-feng, LIANG Tian-hong, HUANG Peng, Xu Min, JIA Ren-qing. Microfluidic-microscopic image deformation correction method for planktonic algal cells[J]. Chinese Optics, 2023, 16(4): 788-795. doi: 10.37188/CO.2022-0244

浮游藻类细胞微流控-显微图像形变校正方法

doi: 10.37188/CO.2022-0244
基金项目: 安徽省科技重大专项(No. 202203a07020002,No. 202003a07020007);国家重点研发计划(No. 2022YFC3103901,No. 2021YFC3200100);国家自然科学基金(No. 61875207);深圳市可持续发展科技专项(No. KCXFZ20201221173007020)
详细信息
    作者简介:

    胡 翔(1998—),男,安徽铜陵人,硕士研究生,2016年于滁州学院获得学士学位,2020—2023年就读于合肥学院,2021—2023年在中国科学院安徽光学精密机械研究所进行联合培养。主要从事微流控-显微成像方面的研究。E-mail:1962471065@qq.com

    殷高方(1979—),男,安徽枞阳人,博士,研究员,博士生导师,2003年于安徽师范大学获得学士学位,2011年于中国科学院安徽光学精密机械研究所获得博士学位,现为中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所研究员,主要从事水体浮游生物和微生物光学检测技术的研究。E-mail:gfyin@aiofm.ac.cn

    赵南京(1976—),男,安徽砀山人,博士,研究员,博士生导师,1999年于合肥工业大学获得学士学位,2005年于中国科学院安徽光学精密机械研究所获得博士学位,现为中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所研究员,主要从事环境光学检测技术研究。E-mail:njzhao@aiofm.ac.cn

  • 中图分类号: X832

Microfluidic-microscopic image deformation correction method for planktonic algal cells

Funds: Supported by Anhui Province Science and Technology Major Special Project (No. 202203a07020002, No. 202003a07020007);National key research and development program (No. 2022YFC3103901, No. 2021YFC3200100);the National Natural Science Foundation of China (No. 61875207); Shenzhen Sustainable Development Science and Technology Project (No. KCXFZ20201221173007020)
More Information
  • 摘要:

    流式细胞显微图像分析法是水体浮游藻类自动鉴别的重要发展方向,快速进样条件下细胞显微图像将产生形变,影响浮游藻类自动鉴别准确率。本文基于搭建的浮游藻类微流控-显微成像实验系统,通过对不同进样流速下藻类细胞显微形变和图像清晰度的分析,研究了流速对显微成像形变的影响规律。分析基于卷帘快门拍摄运动物体产生形变原理,提出了单向偏移像素的图像形变校正方法,并与藻类细胞静态条件下获取的图像进行了对比分析。实验结果表明:静态条件下,湖生卵囊藻细胞的图像长宽比及清晰度均值分别为1.16和116.53;动态进样过程中,随着流速增大细胞图像形变(长宽比)逐渐增大、清晰度降低;95 µL/min进样流速下,校正前后细胞图像长宽比均值分别为1.35和1.26,形变离散程度由校正前的0.33降至0.1,与静态细胞形态接近且校正前后图像清晰度基本不变。本文研究结果为提升水体浮游藻类细胞自动鉴别准确率提供了依据。

     

  • 图 1  实验装置示意图

    Figure 1.  Schematic diagram of experiment system

    图 2  微流控芯片封装实物图

    Figure 2.  Physical view of microfluidic chip package

    图 3  卷帘快门工作方式及图像形变校正方法

    Figure 3.  Rolling shutter working mode and image deformation correction method

    图 4  静态条件下拍摄的(a)藻类图片和(b)算法提取出的单个藻类图片

    Figure 4.  (a) Algae images taken under static conditions and (b) individual algae images pictures extracted by the proposed algorithm

    图 5  不同流速下湖生卵囊藻单细胞图片

    Figure 5.  Pictures of single cells of Oocysts lacustis at different flow rates

    图 6  不同流速下湖生卵囊藻图像质量

    Figure 6.  Image quality of Oocysts lacustis at different flow rates

    图 7  不同流速下校正前后湖生卵囊藻单细胞图像

    Figure 7.  Pictures of single cells of Oocysts lacustis before and after restoration at different flow rates

    图 8  不同流速校正前后藻类细胞长宽比

    Figure 8.  Aspect ratios of algal cell before and after correction at different flow rates

    图 9  不同流速下湖生卵囊藻校正前后平均图像质量

    Figure 9.  Average image qualities before and after restoration of Oocysts lacustis at different flow rates

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出版历程
  • 收稿日期:  2022-11-28
  • 修回日期:  2023-01-06
  • 录用日期:  2023-02-24
  • 网络出版日期:  2023-03-21

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