文档介绍：HPV基因芯片检测装置的匀光照明设计
作者: 摘要:人乳头瘤病毒(HPV)基因芯片检测装置可读取与分析HPV芯片的杂交点信号值,进而区分不同的HPV病毒类型,而检测装置照明的均匀性关系到HPV芯片图像处理算法的可靠性与难度。为实现
HPV基因芯片检测装置如图1所示,主要由HPV基因芯片、模组相机、矩形LED阵列光源和计算机等组成。矩形LED阵列光源提供均匀照明,模组相机采集HPV基因芯片图像并通过USB数据线传给计算机,计算机通过图像处理算法提取出杂交点的信号值。LED阵列面到HPV芯片表面的距离与模组相机的工作距离都为60mm,模组相机的镜头直径为14mm。HPV芯片为65 mmx10mm的长条形区域,相机的拍摄范围需大于HPV芯片的尺寸。因此,光源的照射范围需要覆盖整个拍摄范围,由此确定矩形LED阵列光源的照射区域为70mmx20mm。
HPV基因芯片探针点排列如图2所示,杂交点信号值反映的是杂交点的积分光密度(IOD)。图中,PC为聚合酶链反应(PCR)扩增反应控制点,CC为显色反应控制点,其他的为各型别检测点。如果PC点、CC点和型别检测点的IOD分别大于或等于相应的参考临界值(cutoff值),那么就感染了相应型别的HPV病毒。例如,假设图2中PC、CC和16型检测区存在杂交信号点,并且它们的IOD分别大于或等于相应的cutoff值,说明其感染了HPV16型病毒。
采用5点测量法进行均匀度测试,分别测出区域中5点的照度值,然后将其中的最小照度值除以最大照度值即得到目标被照面的照度均匀性。从图5可以得到,在矩形LED阵列的照明区域中,沿x轴方向从-35mm至+35mm,沿y轴方向从-10mm至+,,%。
3实验测试
根据图1所示的HPV基因芯片检测装置搭建实验测试平台。为了去除环境光对图像质量的影响,整个测试在哑光亚克力做成的暗盒当中进行。HPV基因芯片选自泰普生物科学(中国)有限公司的人乳头瘤病毒(23个型)基因分型检测试剂盒。模组相机使用深圳市金乾象科技有限公司的可调焦CMOS相机,相机的型号为KS5A00、像素为500万以及镜头直径为14mm。光源采用自行设计的4行8列矩形LED阵列。电源采用普源精电科技有限公司的DP83 1A直流电源。
由于HPV芯片材质为尼龙膜,其大部分区域为白色背景,因而测试时采用与其材质接近的白色纸板。通过上位机拍摄白色纸板图像并截取70mm×20mm的待测区域,如图6所示,该图片像素大小为1 547×411。
网格测量法是通过测试每个网格的平均照度来评价照度均匀性的方法,在一定条件下照度和灰度之间存在线性关系,并且需要测量的是均匀性而不是网格中具体的照度值。因此,本文采用图像处理的方法得到待测区域中每个网格的平均灰度,并用灰度均匀度来评价照明均匀性。首先,将灰度化后的待测区域图像划分为M×N个网格;然后,在每个网格中心处取50×50的像素块并对该像素块的灰度值取平均,得到M×N个灰度值;最后,用M×N个灰度值中的最小值Gmin除以M×N个灰度值的平均值Gav,即得到灰度均匀度,其表达式为
按照上述均匀度测试的方法将均匀度待测图像划分