[发明专利]无透镜成像系统的细胞尺寸测量装置及其测量方法

权利要求书

1.一种无透镜成像系统的细胞尺寸测量装置的测量方法，其特征在于，该方法应用无透镜成像系统的细胞尺寸测量装置进行测量，无透镜成像系统的细胞尺寸测量装置包括灯光支架(1)，所述灯光支架(1)上在竖直方向固定有光源(2)和凸透镜(3)，所述光源(2)位于凸透镜(3)正上方，所述凸透镜(3)正下方设置有CMOS传感器(4)，所述CMOS传感器(4)连接有PCB电路板(5)；所述光源(2)设置在灯光盒(6)中，灯光盒(6)与灯光支架(1)固定连接，所述灯光盒(6)下底面开设有微孔，所述光源(2)的光线由微孔射出；所述灯光支架(1)上还设置有样本固定支架(7)，所述样本固定支架(7)将待测样本固定于CMOS传感器(4)上；所述CMOS传感器(4)设置于PCB电路板(5)上，所述PCB电路板(5)具有USB传输接口，所述PCB电路板(5)位于底座(8)上，所述底座(8)上扣设有外壳(9)，所述外壳(9)将灯光支架(1)罩于其内部；

具体按照以下步骤实施：

步骤1、将待测细胞稀释后置于载玻片和盖玻片之间，得到待测细胞样本；

步骤2、将所述待测细胞样本置于CMOS传感器(4)上中央位置，并通过样本固定支架(7)固定待测细胞样本，开启光源(2)，光源(2)发出的光线经凸透镜(3)聚拢垂直射向待测细胞样本；

步骤3、开启PCB电路板(5)，使CMOS传感器(4)记录待测细胞样本的成像，并将成像数据经PCB电路板(5)导出；

步骤4、读取成像数据，将成像数据转化为灰度图像，通过细胞识别定位算法定位并标记视域内各细胞及其衍射环，衍射环与其对应标记细胞由近及远依次标记为第一衍射环，第二衍射环，第三衍射环，……，第N衍射环，N是不为0的自然数；

步骤5、选定初始测量方向测量标记细胞的第N衍射环半径d，通过菲涅尔衍射模型计算标记细胞与CMOS传感器(4)的距离r'，通过r'采用菲涅尔衍射模型计算得到初始测量方向上标记细胞边缘与其第N衍射环边缘的距离d’，在初始测量方向标记细胞的半径R＝d-d'，将初始测量方向偏转一周按照上述方式计算标记细胞的半径，获得标记细胞的完整半径数据，细胞的尺寸测量完成。

2.根据权利要求1所述的一种无透镜成像系统的细胞尺寸测量装置的测量方法，其特征在于，所述步骤3中将成像数据经PCB电路板(5)导出具体为将成像数据经PCB电路板(5)存储于存储设备中，存储设备将成像数据导入计算机。

3.根据权利要求1所述的一种无透镜成像系统的细胞尺寸测量装置的测量方法，其特征在于，所述步骤4)具体按照以下步骤实施：

步骤4.1)将步骤3)导出的成像数据转化为灰度图像；

步骤4.2)利用matlab软件对灰度图像求灰度值统计图，即灰度直方图，根据灰度直方图中灰度值的分布情况确定细胞灰度分割阈值，然后采用阈值分割，将目标细胞与背景区分开，得到二值化图像；

步骤4.3)利用形状模板在整幅二值化图像中进行扫描，对扫描到与形状模板匹配的细胞记录其在二值化图像中的位置坐标；

步骤4.4)根据记录的位置坐标标记出二值化图像中的细胞，得到标记细胞；

步骤4.5)将标记细胞对应的衍射环由近及远依次标记为第一衍射环，第二衍射环，第三衍射环，……，第N衍射环，N是不为0的自然数。

4.根据权利要求1所述的一种无透镜成像系统的细胞尺寸测量装置的测量方法，其特征在于，所述步骤5具体按照一下步骤实施：

步骤5.1)取衍射发生平面即细胞边缘的平面为xoy平面，细胞边缘切线为y轴，位于xoy平面内切垂直于y轴并过切点的直线为x轴，观察点与光源点的连线与z轴的夹角为δ，切点与原点距离为x，构建坐标系；根据光照强度计算式，

I(P)＝|U(P)|²＝B²(C²+S²) (10)

式(10)中，I表示个光照强度，U为光强扰动函数，P表示标记细胞，B、C、S均为参数式，C、S均为菲涅尔积分，且

式(11)中，τ为积分路线，w为C、S的参数，且

式(12)中，r'为发生衍生的平面到观察点的距离，s'为发生衍生的平面到光源(2)的距离，s'、x、δ均可测量获得；

将式(12)代入式(11)中，得到C(w)、S(w)的表达式；

将C(w)、S(w)的表达式代入式(10)中，同时将B的计算式代入式(10)，由于二值化图像中光照强度已知，计算可得r'，其中，

式(13)中，A表示振幅，λ为光的波长，k为系数且i为虚数；

步骤5.2)根据下式计算直边菲涅尔衍射图样的强度，

式(14)中，I₀为计算参数，且

通过式(14)的计算结果得到强度分布图，测量强度分布图第N个波峰与原点的距离d’，则在初始测量方向标记细胞的半径R＝d-d'；

步骤5.3)将初始测量方向等偏转角偏转一周，每次偏转0.001°～1°，每次偏转后按照步骤5.1)～步骤5.2)的方式计算各偏转方向上的标记细胞半径，获得标记细胞的完整半径数据，细胞的尺寸测量完成。