CN115298321A - 对微生物菌落进行计数的方法 - Google Patents

Abstract

在用于对微生物菌落进行计数的方法中，准备包括待计数的菌落的样本，由相机捕获所述样本的图像，并且在屏幕上显示所述图像。至少一次使用输入装置通过手动选择将所述图像的图像区域识别为菌落。然后，也将所述图像的与通过手动选择的被识别为菌落的图像区域类似的其他图像区域自动地识别为菌落。通过将通过手动选择的被识别为菌落的所有图像区域和自动地被识别为菌落的所有图像区域相加在一起来计算所述样本中的菌落数量。

Description

对微生物菌落进行计数的方法

技术领域

本发明涉及一种对微生物菌落进行计数的方法，其中提供包括待计数的菌落的样本，借助于相机捕获该样本的图像，并且在屏幕上显示该图像。

背景技术

此类方法特别地在医药和工业中使用以针对存在的细菌进行分析生物材料。生物材料可以是例如体液(诸如血液或尿液)或也是食物产品(诸如牛奶或啤酒)。样本可以包括在其中放置生长介质、特别是琼脂的透明器皿，诸如陪替氏培养皿，其中待计数的菌落位于生长介质上。

对提供的样本上的微生物菌落的计数原则上可以手动地进行。例如，可以在陪替氏培养皿的后侧上用毡头笔标记菌落，然后可以对菌落进行计数。还已知具有触笔和电子计数器的菌落计数设备。通过此类装置，评估人可以用触笔轻击每个菌落，其中在轻击期间施加的压力由传感器识别并且传输到电子计数器。电子计数器大大减少了对样本计数的工作。然而，手动标记样本的所有菌落是耗时且乏味的。

可以进一步通过借助于图像处理进行全自动计数来减少工作。除了相机和屏幕外，对应的全自动菌落计数设备还具有集成的计算机，在该集成的计算机上运行图像处理程序。使用预定义标准来搜索由相机捕获的样本的图像中的菌落。然而，对应的设备较大、沉重且昂贵。

这种全自动计数装置的编程、特别是对菌落的存在的上述标准的定义特别复杂且困难。也就是，微生物菌落具有不同的外观，具体取决于研究哪种类型的细菌、存在哪种生长介质以及如何对样本照明。不仅必须确保在所提及的条件的每个组合中存在程序参数组，而且必须确保在每种单独的应用情况下使用正确的程序参数组。这意味着必须执行大量的测试计数以便能够实现全自动计数的可接受的可靠性。

发明内容

本发明的目的是提供了一种对微生物菌落进行计数的方法，该方法可以通过简单的方式执行并且对于菌落的识别具有高可靠性。

该目的通过具有权利要求1的特征的方法实现。

根据本发明，规定：

(i)至少一次通过借助于输入装置进行手动选择来将图像的图像区域标记为菌落，

(ii)随后，借助于图像处理系统将图像的与由手动选择的被标记为菌落的图像区域类似的其他图像区域自动地也标记为菌落，以及

(iii)通过将由手动选择的被标记为菌落的所有图像区域和自动地被标记为菌落的所有图像区域相加来确定样本的菌落数量。

用户因此基于显示的图像选择基于其知识和经验而分类为菌落的一个或多个图像区段。图像处理系统然后在图像中搜索类似的图像区域并且还将其标记为菌落。然后优选地借助于电子计数器对所有标记的图像区域进行计数。通过自动标记和计数明显地减少用户的工作量。然后，由于图像处理系统对菌落的自动识别最终是基于由用户在相应的各自情况下预先定义的外观，因此不需要大量的编程工作。也就是，有经验的用户通常识别在不同的生长介质上并且在不同的照明条件下的菌落。因此，本发明实现对微生物菌落的半自动计数，该半自动计数可以简单且快速地实施但仍具有高可靠性。

可以规定，将步骤(i)和(ii)相继执行多次，其中将由手动选择被标记为菌落的图像区域和自动地被标记为菌落的图像区域连续地相加，或者其中只有在借助于输入装置指示完成标记时才执行步骤(iii)。以此方式，用户可以单独地手动标记不同类型的菌落。在此方面，图像处理系统可以被设计为均仅自动地识别相同类型的菌落。在此方面，在步骤(ii)中应用的相似性标准可以相对狭义地定义。例如，在手动选择具有某一尺寸的菌落之后，只有至少基本上具有相同尺寸的图像区域可以自动地被标记为菌落。这个过程实现特别高的可靠性。

自动地被标记为菌落的图像区域可以各自与多个菌落类别中的一个相关联。该关联可以借助于图像处理系统使用分类过程来执行。

本发明的实施例规定，步骤(ii)均借助于可训练的对象识别方法来执行，并且在步骤(i)中由手动选择的被标记为菌落的图像区域均用于训练对象识别方法。这使得能够随时间改进自动标记。此外，由此在足够数量的训练单元之后有可能导致切换到全自动标记。

根据本发明的具体实施例，将在步骤(i)中由手动选择的被标记为菌落的图像区域均作为模板存储在电子存储器装置中。存储的模板、特别是呈小图像文件的形式的存储的模板可以用作后续训练单元的模板。

借助于图像处理系统将图像的与至少一个存储的模板类似的那些其他图像区域自动地标记为菌落。该步骤还可以在除了在步骤(ii)中执行的相似性检查之外来执行，由此可以进行更自动化的标记。这意味着还可以使用存储的模板来识别经由在步骤(ii)中单独地执行的算法未识别出的菌落。模板可以存储在不同的文件夹中，特别是以小图像文件的形式，以实现与不同细菌类型、生长介质和/或照明设置的关联。在手动选择之前或之后，可以充分扫描由相机捕获的图像以获得图像区段和与相应生长介质相关联的模板的对应关系。

本发明的又一实施例规定，在执行步骤(ii)之后、特别是在每次执行步骤(ii)之后，在必要时，借助于输入装置在手动校正过程中取消在步骤(ii)中不正确地被标记为菌落的图像区域的标记，和/或，在必要时，借助于输入装置在手动校正过程中随后也将在步骤(ii)中不正确地未被标记为菌落的图像区域标记为菌落，其中由图像处理系统用来执行步骤(ii)的对象识别方法借助于手动校正过程进行调整。通过该变体，用户因此保留对标记的控制，因为可以再次删除被图像处理系统“不正确地”标记的图像区域，并且随后可以标记被图像处理系统“遗漏”的图像区域。相应的校正可以有利地用于训练图像处理系统。

作为手动校正过程的一部分被取消标记的图像区域和/或作为手动校正过程的一部分随后被标记的图像区域可以特别地存储在电子存储器装置中。连同这些图像区域一起，可以存储关于校正过程的信息，也就是说，例如，关于是不正确地标记的区域还是不正确地未标记的区域的说明。这实现对图像处理系统的更快且更好的教导。

根据本发明的又一实施例，根据手动校正过程来调整在步骤(ii)中应用的相似性标准。例如，如果发现频繁地需要后续标记，则可以将对类似图像区域的尺寸的上限向上移。相反地，如果又频繁地从标记的图像区域列表中删除图像区域，则可以考虑上限的下移。基于不正确分类的学习可以特别地借助于自适应方法(adaptiven Verfahrens)来进行、特别是借助于自适应聚类方法(adaptiven Clustering-Verfahrens)来进行。

在步骤(ii)中，图像的那些图像区域优选地自动地被标记为在尺寸、形状、颜色、对比度和/或亮度方面与在步骤(i)中由手动选择的被标记为菌落的图像区域偏离预定义最大偏差或较少偏差的菌落。已经发现，基于这种简单的相似性标准可以实现可接受的菌落识别。这样就没有必要执行更复杂的对象识别方法，例如基于特征提取的对象识别方法。

根据本发明的又一实施例，通过标记物来突出被标记为菌落的图像区域，特别地，一方面在步骤(i)中由手动选择的被标记为菌落的图像区域和另一方面在步骤(ii)中自动地被标记为菌落的图像区域由不同的标记物突出。这使装置的操作者更容易进行手动选择。标记物可以是勾勒或框出相应的图像区域的彩色边界，例如呈矩形或圆形的形式。

可以规定，在触敏屏幕上显示图像，并且通过触摸屏幕、特别是通过轻击来执行步骤(i)中的手动选择。在此实施例中，输入装置集成到屏幕中。触敏屏幕可以特别是便携式计算机(诸如平板电脑或笔记本电脑)的一部分。通过用手指或用触笔轻击或“触摸”图像区域进行的手动选择特别地直观和简单。然而，通常，手动选择可以使用计算机鼠标作为输入装置来进行。

优选地在捕获图像时借助于照明装置对样本进行照明。照明装置可以包括一个或多个白色或彩色光源、特别是发光二极管。照明装置还可以包括被配置用于入射光照明的照明单元和被配置用于透射光照明的照明单元。

捕获的图像优选地存储在电子存储器装置中。因此，对菌落的计数不需要紧接在图像采集之后进行，而是也可以在任何期望的稍后时间点执行。此外，随后可以基于存储的图像来检查已经计数的样本。

根据优选实施例，将在步骤(i)中由手动选择的被标记为菌落的图像区域、在步骤(ii)中自动地被标记为菌落的图像区域、形成菌落的微生物类型、样本的培养介质类型和/或照明装置的设置连同捕获的图像一起存储在电子存储器装置中。如果存储的图像区域例如被用作模板，则因此确保只考虑适合于当前条件的那些模板。如有需要，以上指定的校正步骤也可以与捕获的图像存储在一起，以实现对图像处理系统的改进训练。

捕获的图像优选地借助于无线数据传输系统传输到屏幕。无线数据传输可以特别地借助于诸如WLAN(无线局域网)的局部无线电网络进行。这样就没有必要将屏幕和图像处理系统集成到菌落计数设备中。相反，可以使用单独的平板电脑或笔记本电脑来显示和评估捕获的图像。因此，计数装置本身可以具有特别简单且便宜的设计。

本发明还涉及一种用于对微生物菌落进行计数的设备，该设备包括：用于包括待计数的菌落的样本的接收器；照明装置，该照明装置用于对样本进行照明；相机，该相机用于捕获样本的至少一个图像；以及计算机，该计算机可以连接到相机并且具有用于显示由相机捕获的图像的屏幕和用于在所显示的图像中手动地选择图像区域的输入装置。

根据本发明，计算机被配置成在借助于输入装置通过手动选择将图像区域标记为菌落之后，也将图像的与由手动选择的被标记为菌落的图像区域类似的那些其他图像区域自动标记为菌落，并且通过将由手动选择的被标记为菌落的所有图像区域和自动地被标记为菌落的所有图像区域相加来确定样本的菌落数量。这种设备形成利于样本的计数而不要求大量编程工作的辅助系统。

计算机可以被设计为便携式计算机、特别是平板电脑。因此，没有必要将计算机集成到设备中。所述设备优选地具有用于便携式计算机的保持器。例如，所述设备的壳体可以具有用于便携式计算机的保持器区段、特别是呈简单平板电脑支架的形式。

计算机可以具有形成输入装置的触敏屏幕。借助于轻击将所捕获的图像的图像区域标记为菌落是特别地简单且直观。

本发明还涉及一种用于对微生物菌落进行计数的设备，该设备包括：用于包括待计数的菌落的样本的接收器；照明装置，该照明装置用于对样本进行照明；相机，该相机用于捕获样本的至少一个图像；以及计算机，该计算机可以连接到相机并且被配置成将由相机捕获的图像的图像区域自动地标记为菌落并且将自动地被标记为菌落的图像区域的数量确定为样本的菌落数量，其中该设备特别地如上所述那样进行设计。

根据本发明，所述计算机被配置成借助于可训练的对象识别方法执行自动标记，该对象识别方法使用图像的借助于输入装置由手动选择的被标记为菌落的捕获的图像区域进行训练。因此，自动标记是基于使用手动选择进行训练的自学习方法。因此，用户的知识和经验可以直接注入自动标记方法中。因此，不需要计算机的很长且复杂的编程。

本发明还涉及一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机程序，该计算机程序当在如上所述的设备的计算机上执行时执行如上所述的方法。

此外，本发明的进一步方案还可以从从属权利要求、说明书和附图中看出。

附图说明

下面将参考附图通过示例的方式描述本发明。

图1是根据本发明的用于对微生物菌落进行计数的设备的示意图；

图2示出了根据图1的设备的立体图，其中平板电脑放置在支架上；并且

图3示出了根据图2的没有平板电脑的设备。

具体实施方式

图1示意性地示出了用于对微生物菌落进行计数的设备10的示例性实施例，该设备包括壳体11，该壳体具有用于包括待计数的菌落的样本14的接收器12。样本14可以是其中放置有包括生长介质的琼脂的陪替氏培养皿。用于定位样本14的接收器12可以是在壳体11中形成并且具有常见陪替氏培养皿的形状和尺寸的凹槽。设备10还包括用于对样本14进行照明的照明装置16。在所示的实施例中，照明装置16包括入射光照明单元17和透射光照明单元18。

数字相机19被布置在壳体11处，使得其可以捕获位于接收器12中的样本14的图像。电子控制装置23以信号方式连接到相机19，并且用来控制相机19的操作并经由数据传输路径25将由相机19捕获的图像传输到计算机27。在另一方面，电子控制装置23还用来控制照明装置16。

计算机27被设计为平板电脑并且包括触敏屏幕29。此外，计算机27包括数据接收单元30；程序存储器31；数据存储器32；以及网络控制器33。数据传输路径25优选地是无线连接，例如本地无线电连接。一般而言，然而，数据传输路径25还可以包括传输线路。

用于计算机27的保持器34形成在壳体11处，如可以在根据图2和图3的立体图中看出。如图所示，所述保持器34可以包括支撑表面50；后接触表面51、特别是倾斜接触表面51(图3)；以及前保持邻接件52、特别是带形保持邻接件52。

为了借助于设备10对样本14的微生物菌落进行计数，首先将样本14定位在接收器12中。然后借助于照明装置16对样本14进行照明。在此方面，用户可以经由操作元件(未示出)来选择多个可能的照明设置中的一个。被照明的样本14的图像35借助于相机19(图1)来捕获，经由数据传输路径25进行传输，并且在计算机27的触敏屏幕29上显示。仅借助于计算机27来进行进一步评估。这意味着在触敏屏幕29上显示图像35之后，样本14原则上可以从接收器12移除。类似地，计算机27可以从设备10的壳体11移除。

用户在显示的图像35中搜索菌落并且用其手指轻击图像35中的他基于知识和经验而认为是菌落的那些图像区域37。一旦用户通过轻击将图像区域37标记为菌落，计算机27的图像处理系统就确保基于满足预定义相似性标准与通过轻击被标记为菌落的图像区域37类似的图像35的所有其他图像区域39也自动地被标记为菌落。特别地，图像35的那些图像区域39可以自动地被标记为在尺寸、形状、颜色、对比度和/或亮度方面与通过轻击被标记为菌落的图像区域37偏离预定义最大偏差或更少的菌落。

在通过图像处理系统完成自动标记之后，用户可能进行手动校正，即，他可以再次通过轻击来取消对不正确地标记的图像区域30的标记，并且如有必要，他可以通过轻击另外的图像区域37来执行后续标记。用户继续轻击图像区域37，直到从他的角度来看，在图像35中标记了样本14的所有菌落。为了便于用户进行评估，通过标记物40、优选地用不同的颜色或者如图所示用不同的线类型来突出手动地标记的图像区域37和自动地标记的图像区域39。应理解，用户对图像区域37的手动选择一般还可以通过用触笔轻击或通过鼠标点击来进行。

将手动地标记为菌落的图像区域37和自动地标记为菌落的图像区域39连续地相加以便以这种方式确定样本14的菌落数量。

替代地，只有在接收到确认命令之后才可以通过将手动地标记为菌落的所有图像区域37和自动地标记为菌落的所有图像数据39相加来确定样本14的菌落数量。确认命令可以由用户例如通过轻击在触敏屏幕29上显示的开关元件(图中未示出)来输入。

计数的结果显示在触敏屏幕29上。

对图像区域39的自动标记和将标记的图像区域37、39相加由存储在程序存储器31中的计算机程序执行。

根据对应的用户输入，捕获的图像35连同手动地标记的图像区域37、自动地标记的图像区域39、照明装置16的设置、用户输入的形成菌落的微生物类型和培养介质的类型一起存储在数据存储器32中。另外，对于每个自动标记过程，存储由用户后续执行的校正步骤。在每种情况下，手动标记和校正用来训练执行自动标记的对象识别方法。因此，对象识别过程基于手动用户输入进行学习，并且由此随时间而变得更可靠。

当设备10处于辅助模式或半自动模式时，执行上述计数过程。然而，设备10还可以设置到手动模式，其中通过轻击来进行将所有的图像区域37标记为菌落。此外，设备10还可以设置到全自动模式，其中自动地进行将所有的图像区域39标记为菌落。已经表明，可以通过基于设备10在辅助模式下的使用而训练对象识别方法来实现足够用于全自动计数的可靠性。例如，约十次的训练会话可能已经足以使得设备10能够以全自动模式操作。然而，全自动操作迟早也可以成为可能。

基于显示的图像35对样本14进行计数的优点在于，状态是冻结的，并且因此在标记和计数期间没有时间压力。不同于不是由通过手动输入训练的系统执行的全自动计数，不需要执行复杂的编程。如果在计算机27上执行相对简单的计算机程序，则这就足够了。这种计算机程序还可以在不是专门用于在对微生物菌落进行计数的设备10中使用的平板电脑上执行。作为平板电脑的替代，具有平板电脑的笔记本电脑或单板PC也可以设置为计算机27。样本14的放大表示节省了放大镜的使用。具有橡胶套的笔可以与触敏屏幕29包括在一起以便更容易手动选择图像区域37。

附图标记列表

10 用于对微生物菌落进行计数的设备

11 壳体

12 接收器

14 样本

16 照明装置

17 入射光照明单元

18 透射光照明单元

19 相机

23 电子控制装置

25 数据传输路径

27 计算机

29 触敏屏幕

30 数据接收单元

31 程序存储器

32 数据存储器

33 网络控制器

34 保持器

35 图像

37 手动地标记的图像区域

39 自动地标记的图像区域

40 标记物

50 支撑表面

51 接触表面

52 保持邻接件。

Claims (20)

1.一种对微生物菌落进行计数的方法，

其中提供包括待计数的菌落的样本(14)，借助相机(19)来捕获所述样本(14)的图像(35)，并且在屏幕(29)上显示所述图像(35)，

其特征在于，

(i)至少一次借助于输入装置(29)通过手动选择来将所述图像(35)的图像区域(37)标记为菌落，

(ii)随后，借助于图像处理系统将所述图像(35)的与由手动选择的被标记为菌落的所述图像区域(37)类似的其他图像区域(39)自动地也标记为菌落，以及

(iii)通过将由手动选择的被标记为菌落的所有图像区域(37)和自动地被标记为菌落的所有图像区域(39)相加来确定所述样本的菌落数量。

2.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，

将步骤(i)和步骤(ii)相继执行多次，其中将所述由手动选择的被标记为菌落的图像区域(37)和所述自动地被标记为菌落的图像区域(39)连续地相加，并且其中只有在借助于所述输入装置(29)指示完成标记时才执行步骤(iii)。

3.根据权利要求2所述的方法，

其特征在于，

步骤(ii)均借助于可训练的对象识别方法来执行，并且在步骤(i)中所述由手动选择的被标记为菌落的图像区域(37)均用于训练所述对象识别方法。

4.根据权利要求3所述的方法，

其特征在于，

在步骤(i)中所述由手动选择的被标记为菌落的图像区域(37)均作为模板存储在电子存储器装置(32)中。

5.根据权利要求4所述的方法，

其特征在于，

借助于所述图像处理系统将所述图像(35)的与至少一个存储的模板类似的其他图像区域(39)自动地标记为菌落。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

在执行步骤(ii)之后、特别是在每次执行步骤(ii)之后，在必要时在手动校正过程中借助于所述输入装置(29)取消在步骤(ii)中不正确地被标记为菌落的图像区域(39)的标记，和/或在必要时，随后借助于所述输入装置(29)在手动校正过程中也将在步骤(ii)中不正确地未被标记为菌落的图像区域(39)标记为菌落，其中由所述图像处理系统用来执行步骤(ii)的对象识别方法借助所述手动校正过程进行调整。

7.根据权利要求6所述的方法，

其特征在于，

将作为所述手动校正过程的一部分被取消标记的图像区域(39)和/或作为所述手动校正过程的一部分随后被标记的图像区域(39)存储在电子存储器装置(32)中。

8.根据权利要求6或权利要求7所述的方法，

其特征在于，

根据所述手动校正过程来调整在步骤(ii)中应用的相似性标准。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

在步骤(ii)中，将所述图像(35)的图像区域(39)自动地被标记为在尺寸、形状、颜色、对比度和/或亮度方面与在步骤(i)中由手动选择的被标记为菌落的图像区域(37)偏离预定义最大偏差或较小偏差的菌落。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

通过标记物(40)来突出被标记为菌落的图像区域(37、39)，特别地，其中一方面在步骤(i)中所述由手动选择的被标记为菌落的图像区域(37)和另一方面在步骤(ii)中所述自动地被标记为菌落的图像区域(39)由不同的标记物(40)突出。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

在触敏屏幕(29)上显示所述图像(35)，并且通过触摸所述屏幕(29)、特别是通过轻击来执行步骤(i)中的所述手动选择。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

在捕获所述图像(35)时借助于照明装置(16)对所述样本(14)进行照明。

13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

将所捕获的图像(35)存储在电子存储器装置(32)中。

14.根据权利要求13所述的方法，

其特征在于，

将在步骤(i)中所述由手动选择的被标记为菌落的图像区域(37)、在步骤(ii)中所述自动地被标记为菌落的图像区域(39)、形成所述菌落的微生物类型、所述样本(14)的培养介质类型和/或照明装置(16)的设置连同所捕获的图像(35)一起存储在所述电子存储器装置(32)中。

15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

借助于无线数据传输系统(25)将所捕获的图像(35)传输到所述屏幕(29)。

16.一种用于对微生物菌落进行计数的设备(10)，

包括：用于包括待计数的菌落的样本(14)的接收器(12)；照明装置(16)，所述照明装置用于对所述样本(14)进行照明；相机(19)，所述相机用于捕获所述样本(14)的至少一个图像(35)；以及计算机(27)，所述计算机能够连接到所述相机(19)并且具有用于显示由所述相机(19)捕获的图像(35)的屏幕(29)和用于在所显示的图像(35)中手动地选择图像区域(37)的输入装置(29)，

其特征在于，

所述计算机(27)被配置成在借助于所述输入装置(29)通过手动选择将图像区域(37)标记为菌落之后，也将所述图像(35)的与由手动选择的被标记为菌落的图像区域(37)类似的其他图像区域(39)自动标记为菌落，并且通过将由手动选择的被标记为菌落的所有图像区域(37)和自动地被标记为菌落的所有图像区域(39)相加来确定所述样本(14)的菌落数量。

17.根据权利要求16所述的设备，

其特征在于，

所述计算机(27)被设计为便携式计算机、特别是平板电脑，并且所述设备具有用于所述便携式计算机(27)的保持器(34)。

18.根据权利要求16或权利要求17所述的设备，

其特征在于，

所述计算机(27)具有形成所述输入装置的触敏屏幕(29)。

19.一种用于对微生物菌落进行计数的设备(10)，

包括：用于包括待计数的菌落的样本(14)的接收器(12)；照明装置(16)，所述照明装置用于对所述样本(14)进行照明；相机(19)，所述相机用于捕获所述样本(14)的至少一个图像(35)；以及计算机(27)，所述计算机能够连接到所述相机(19)并且被配置成将由所述相机(19)捕获的图像(35)的图像区域(39)自动地标记为菌落并且将自动地被标记为菌落的图像区域(39)的数量确定为所述样本(14)的菌落数量，其中所述设备(10)特别地根据权利要求16至18中任一项进行设计，

其特征在于，

所述计算机(27)被配置成借助于可训练的对象识别方法来执行自动标记，所述对象识别方法使用所捕获的图像(35)的借助于输入装置(29)由手动选择的被标记为菌落的图像区域(37)进行训练。

20.一种计算机程序产品，其包括计算机程序，所述计算机程序在根据权利要求16至19中任一项所述的设备的所述计算机(27)上被执行时执行根据权利要求1至15中任一项所述的方法。

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