CN105403989B - 线虫识别***及线虫识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种线虫识别***和线虫识别方法，该线虫识别方法包括：将培养有线虫的线虫培养皿配置于载物台；由数码显微镜观察线虫培养皿中的线虫并获取能满足图像识别要求的线虫图像信息；由控制终端对线虫图像信息进行图像识别，包括：对线虫图像信息进行灰度处理；对灰度处理后的线虫图像信息进行平滑处理；以及对平滑处理后的线虫图像信息进行自适应阈值化处理和轮廓提取，以识别出线虫图像信息中的线虫。相较于现有技术，本发明具有识别方式简单且快速，线虫识别率高且通用性好便于推广应用，可以在有杂菌和光照不均匀的环境中进行识别等优点。

Description

线虫识别***及线虫识别方法

技术领域

本发明属于生物医学领域，特别地，涉及一种线虫识别***及线虫识别方法。

背景技术

秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)是一种无毒无害、非寄生(可以独立生存的)的线虫，其成虫长度约为一毫米，通身透明，纤细身躯。作为第一个完成了全基因组测序的多细胞生物，秀丽隐杆线虫(以下简称线虫)在生物学研究中被广泛作为模式生物使用。

线虫对于生物学研究的意义也意味着对于线虫识别这一操作的需求，目前很多实验室还是依靠借助数码显微镜来人工识别，人工识别线虫一方面非常耗费精力，另一方面效率也并不算高。

进一步地，本领域技术人员已将数字图像处理和模式识别技术应用于线虫自动识别领域。然而现有的线虫图像自动识别技术识别率不高，鲁棒性差，多数难以推向实际应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种线虫识别***及线虫识别方法，以解决现有技术中线虫识别技术存在的识别方法繁琐、费时费力及识别率较低等问题。

本发明在一方面提供一种线虫识别***，包括：机架；设于所述机架内、用于配置线虫培养皿的载物台；设于所述机架内且位于所述载物台上方的数码显微镜，用于观察所述线虫培养皿中的线虫并获取能满足图像识别要求的线虫图像信息；以及控制终端，与所述数码显微镜通信连接，用于接收从所述数码显微镜处传送来的线虫图像信息并对所述线虫图像信息进行图像识别；所述控制终端包括：灰度处理单元，用于对所述线虫图像信息进行灰度处理；平滑处理单元，与所述灰度处理单元连接，用于对所述灰度处理单元进行灰度处理后的所述线虫图像信息进行平滑处理；自适应阈值化处理单元，与所述平滑处理单元连接，用于对所述平滑处理单元进行平滑处理后的所述线虫图像信息进行自适应阈值化处理；轮廓提取单元，与所述自适应阈值化处理单元连接，用于对所述自适应阈值化处理单元进行自适应阈值化处理后的所述线虫图像信息进行轮廓提取，以识别出所述线虫图像信息中的线虫。

于本发明的一实施方式中，所述线虫识别***还包括对应所述线虫培养皿的观测光源，所述观测光源为位于所述线虫培养皿的底部以提供朝向所述线虫培养皿的均匀平行光源。

于本发明的一实施方式中，所述均匀平行光源包括LED多点光源，所述LED多点光源置放于所述载物台上，所述LED多点光源上配置有一毛玻璃，所述线虫培养皿置放于所述毛玻璃上。

于本发明的一实施方式中，所述线虫识别***还包括：设于所述机架内、用于调整所述数码显微镜和所述载物台相对位置关系的三维运动机构；以及与所述三维运动机构和所述控制终端连接的控制板，用于接收来自通信连接的移动终端的控制指令而控制所述三维运动机构。

于本发明的一实施方式中，所述三维运动机构包括：驱动所述数码显微镜沿X轴运动的X轴运动装置；驱动所述数码显微镜沿Y轴运动的Y轴运动装置；以及驱动所述载物台沿Z轴运动的Z轴运动装置。

于本发明的一实施方式中，所述X轴运动装置包括：X轴导向杆、X轴丝杆、X轴导向块、以及X轴电机，所述X轴导向杆和所述X轴丝杆沿着X轴并行设置，所述数码显微镜固定于所述X轴导向块且所述X轴导向块套设于所述X轴导向杆，所述X轴电机套设于所述X轴丝杆且与所述X轴导向块连接；所述Y轴运动装置包括：Y轴导向杆、Y轴丝杆、Y轴导向块、以及Y轴电机；Y轴导向杆为两个，沿着Y轴方向分列于所述机架的顶部的相对两侧；所述Y轴丝杆与一个所述Y轴导向杆并行设置；Y轴导向块为两个，分别套设于两个所述Y轴导向杆，且，所述X轴导向杆和所述X轴丝杆的相对两端分别插设于两个所述Y轴导向块；所述Y轴电机套设于一个所述Y轴丝杆且与一个所述Y轴导向块连接；以及所述Z轴运动装置包括：Z轴导向杆、Z轴丝杆、以及Z轴电机，所述Z轴导向杆和所述Z轴丝杆沿着Z轴并行设置，所述载物台套设于所述Z轴导向杆和所述Z轴丝杆，所述Z轴电机套设于所述Z轴丝杆且与所述载物台连接。

于本发明的一实施方式中，所述X轴运动装置包括：X轴导向杆、X轴同步传送带、X轴导向块、以及X轴电机，所述X轴导向杆和所述X轴同步传送带沿着X轴并行设置，所述数码显微镜固定于所述X轴导向块且所述X轴导向块套设于所述X轴导向杆，所述X轴电机套设于所述X轴同步传送带且与所述X轴导向块连接；所述Y轴运动装置包括：Y轴导向杆、Y轴同步传送带、Y轴导向块、以及Y轴电机；Y轴导向杆为两个，沿着Y轴方向分列于所述机架的顶部的相对两侧；所述Y轴同步传送带与一个所述Y轴导向杆并行设置；Y轴导向块为两个，分别套设于两个所述Y轴导向杆，且，所述X轴导向杆的相对两端分别插设于两个所述Y轴导向块；所述Y轴电机套设于一个所述Y轴同步传送带且与一个所述Y轴导向块连接；以及所述Z轴运动装置包括：Z轴导向杆、Z轴丝杆、以及Z轴电机，所述Z轴导向杆和所述Z轴丝杆沿着Z轴并行设置，所述载物台套设于所述Z轴导向杆和所述Z轴丝杆，所述Z轴电机套设于所述Z轴丝杆且与所述载物台连接。

于本发明的一实施方式中，所述数码显微镜是通过一显微镜安装架而固定于所述X轴导向块。

于本发明的一实施方式中，所述载物台为矩形台面或三角台面，所述载物台的一个侧边作为与所述Z轴运动装置连接的连接侧边；以及在所述Z轴运动装置中，包括两个所述Z轴导向杆和一个所述Z轴丝杆，所述Z轴丝杆居中，两个所述Z轴导向杆位于所述Z轴丝杆的相对两侧。

于本发明的一实施方式中，所述X轴电机、所述Y轴电机、以及所述Z轴电机均为步进电机。

本发明提供的线虫识别***，包括有机架、载物台、数码显微镜、以及控制终端，所述控制终端从所述数码显微镜处传送来的线虫图像信息并对所述线虫图像信息进行图像识别，以识别出所述线虫图像信息中的线虫。相较于现有技术，本发明线虫识别***具有识别方式简单且快速，线虫识别率高且通用性好便于推广应用，可以在有杂菌和光照不均匀的环境中进行识别等优点。

本发明在另一方面提供一种线虫识别方法，包括：将培养有线虫的线虫培养皿配置于载物台；由数码显微镜观察所述线虫培养皿中的线虫并获取能满足图像识别要求的线虫图像信息；以及由控制终端接收所述线虫图像信息并对所述线虫图像信息进行图像识别，包括：对所述线虫图像信息进行灰度处理；对灰度处理后的所述线虫图像信息进行平滑处理；以及对平滑处理后的所述线虫图像信息进行自适应阈值化处理和轮廓提取，以识别出所述线虫图像信息中的线虫。

于本发明的一实施方式中，将培养有线虫的线虫培养皿配置于载物台，包括：将培养有线虫的线虫培养皿定位于载物台上；以及为所述线虫培养皿提供观测光源。

于本发明的一实施方式中，所述观测光源为位于所述线虫培养皿的底部，以提供朝向所述线虫培养皿的均匀平行光源。

于本发明的一实施方式中，所述线虫识别方法还包括对所述载物台进行调平。

于本发明的一实施方式中，由数码显微镜观察所述线虫培养皿中的线虫并获取能满足图像识别要求的线虫图像信息，包括：通过数码显微镜获取观察到的关于所述载物台上所述线虫培养皿中线虫的图像信息，将所述图像信息传送至与所述数码显微镜通信连接的控制终端；由所述控制终端根据所述图像信息而输出控制指令并通过控制板来控制三维运动机构以调整所述数码显微镜和所述载物台的相对位置，从而实现自动对焦；以及通过所述数码显微镜获取能满足图像识别要求的线虫图像信息。

于本发明的一实施方式中，控制三维运动机构以调整所述数码显微镜和所述载物台的相对位置，包括：调整所述数码显微镜在X轴和Y轴所构成的平面内的运动；以及调整所述载物台在Z轴上的运动。

于本发明的一实施方式中，控制三维运动机构以调整所述数码显微镜和所述载物台的相对位置，包括：调整所述数码显微镜在X轴、Y轴以及Z轴的三维运动机构。

于本发明的一实施方式中，所述平滑处理采用中值滤波。

于本发明的一实施方式中，对平滑处理后的所述线虫图像信息进行自适应阈值化处理和轮廓提取，包括：

以每个像素点为中心，对其周围一划定的正方形区域内的像素求平均值来确定这一点处的自适应阈值；

将高于该自适应阈值的像素设定为0，而将低于该自适应阈值的像素设定为255；

在获得自适应阈值的结果后，通过提取图像中最外面的外轮廓来找到所有白色区域的边界的像素，计算每个外轮廓所包含的面积并找出那些面积超过预定大小的轮廓，删掉不是线虫的不超过预定大小的白色区域，将面积超过预定大小的白色区域作为目标区域，勾画出这些目标区域的矩形边界框和外接圆来在图像中标出它们的位置。

本发明提供的线虫识别方法，通过数码显微镜观察所述线虫培养皿中的线虫并获取能满足图像识别要求的线虫图像信息，对所述线虫图像信息进行灰度处理、平滑处理、自适应阈值化处理以及轮廓提取之后，识别出所述线虫图像信息中的线虫。相较于现有技术，本发明线虫识别方法具有识别方式简单且快速，线虫识别率高且通用性好便于推广应用，可以在有杂菌和光照不均匀的环境中进行识别等优点。

附图说明

图1为本发明线虫识别***的在一实施方式中整体结构示意图。

图2为图1中载物台上置放线虫培养皿的示意图。

图3为图1中用于将数码显微镜固定于X轴导向块上的显微镜安装架的结构示意图。

图4为本发明线虫识别***中控制终端的功能模块框图。

图5为采用自适应阈值化处理后的线虫图像示意图。

图6为采用轮廓提取后的线虫图像示意图。

图7为本发明线虫识别方法在一实施方式中的流程示意图。

图8为图7中步骤S57的细化步骤的流程示意图。

元件标号说明

101 机架

102 载物架

103 载物台

104 底座

105 数码显微镜

106 观察口

107 显微镜安装架

108 箍架

111 X轴导向杆

113 X轴同步传送带

115 X轴导向块

119 Y轴导向杆

121 Y轴导向块

127 Z轴导向杆

129 Z轴丝杆

20 控制终端

201 灰度处理单元

203 平滑处理单元

205 自适应阈值化处理单元

207 轮廓提取单元

30 线虫培养皿

S51～S57 步骤

S571～S577 步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图式仅以示意方式说明本发明的基本构想，图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

请参阅图1至图3，显示了本发明线虫识别***在一个实施方式中的结构示意图，其中，图1为本发明线虫识别***的整体结构示意图，图2为图1中载物台上置放线虫培养皿的示意图，图3为图1中用于将数码显微镜固定于X轴导向块上的显微镜安装架的结构示意图。

需说明的是，本发明线虫识别***中所需识别的线虫是以秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)为例进行说明的，秀丽隐杆线虫是一种无毒无害、非寄生(可以独立生存的)的线虫，其成虫长度约为一毫米，通身透明，纤细身躯。作为第一个完成了全基因组测序的多细胞生物，秀丽隐杆线虫(以下简称线虫)在生物学研究中被广泛作为模式生物使用。

如图1所示，本发明线虫识别***，包括：机架101、载物台103、数码显微镜105、三维运动机构、控制板、以及控制终端20。

以下对上述各个组件进行详细说明。

机架101为长方体状(也包括立方体状)的外框式骨架结构，内部中空，其中，机架101的顶框和若干个侧框开设有开口，便于观察和取用物品。

载物台103设于所述机架内，用于配置线虫培养皿30。在一优选实施例中，线虫培养皿30可通过一定的方式或工具定位于载物台103上。线虫培养皿30中培养有线虫，在实际应用中，线虫是保存在空调房内，温度保持在20℃到25℃之间，以免线虫进入应激状态影响实验。另外，用于培养线虫的培养基优选地需在4℃的环境中保存。

数码显微镜105设于机架101内且位于载物台103上方，通过数码显微镜105，能够清晰地观测到线虫培养皿30中线虫并获得对应所述线虫的线虫图像信息。

三维运动机构主要是用于调整数码显微镜105和载物台103相对位置关系，从而使得数码显微镜105能更清晰地获得载物台103上线虫培养皿30中线虫的图像信息以利于观察和识别。在一种优选实施方式中，所述三维运动机构包括：用于驱动数码显微镜105沿X轴运动的X轴运动装置；用于驱动数码显微镜105沿Y轴运动的Y轴运动装置；以及用于驱动载物台103沿Z轴运动的Z轴运动装置。而在可选的其他实施方式中，所述三维运动机构也可包括：用于驱动数码显微镜105沿X轴运动的X轴运动装置；用于驱动数码显微镜105沿Y轴运动的Y轴运动装置；以及用于驱动数码显微镜105沿Z轴运动的Z轴运动装置。

针对上述优选实施方式，在第一实施例中，所述X轴运动装置包括：X轴导向杆111、X轴同步传送带113、X轴导向块115、以及X轴电机(未在图式中标识)，X轴导向杆111和X轴同步传送带113沿着X轴并行设置，X轴导向块115套设于所述X轴导向杆，数码显微镜105固定于X轴导向块115上，X轴电机套设于X轴同步传送带113且与X轴导向块115连接。所述Y轴运动装置包括：Y轴导向杆119、Y轴同步传送带(未在图式中标识)、Y轴导向块121、以及Y轴电机(未在图式中标识)；Y轴导向杆119为两个，沿着Y轴方向分列于机架101的顶部的相对两侧；Y轴同步传送带是与Y轴导向杆119并行设置；Y轴导向块121为两个，分别套设于两个Y轴导向杆119，且，X轴导向杆111的相对两端分别插设于两个Y轴导向块121；Y轴电机是套设于Y轴同步传送带且与Y轴导向块121连接。在上述实施例中，所述Y轴运动装置中的Y轴同步传送带和Y轴电机配套的，即，Y轴同步传送带和Y轴电机可以是一个或两个：若是一个(一个Y轴同步传送带和一个Y轴电机)，这一个Y轴同步传送带设于机架101的顶部的一侧且与那一侧中的那一个Y轴导向杆119并行设置，与这一个Y轴同步传送带配套的这一个Y轴电机套设于这一个Y轴同步传送带且与那一侧中的那一个Y轴导向块121连接；若是两个(两个Y轴同步传送带x和两个Y轴电机)，这两个Y轴同步传送带分列于机架101的顶部的相对两侧，并分别与两个Y轴导向杆119并行设置，两个Y轴电机套分别设于这两个Y轴同步传送带且分别对应的那一个Y轴导向块121连接。所述Z轴运动装置包括：Z轴导向杆127、Z轴丝杆129、以及Z轴电机(未在图式中标识)，Z轴导向杆127和Z轴丝杆129沿着Z轴并行设置，载物台103套设于Z轴导向杆127和Z轴丝杆129，Z轴电机套设于Z轴丝杆129且与载物台103连接。另外，X轴电机、Y轴电机、以及Z轴电机均优选为步进电机。

针对上述优选实施方式，所述三维运动机构中的X轴运动装置、Y轴运动装置、以及Z轴运动装置仍可作其他变化。例如，在第二实施例中，所述X轴运动装置包括：X轴导向杆、X轴丝杆、X轴导向块、以及X轴电机，所述X轴导向杆和所述X轴丝杆沿着X轴并行设置，所述数码显微镜固定于所述X轴导向块且所述X轴导向块套设于所述X轴导向杆，所述X轴电机套设于所述X轴丝杆且与所述X轴导向块连接；所述Y轴运动装置包括：Y轴导向杆、Y轴丝杆、Y轴导向块、以及Y轴电机；Y轴导向杆为两个，沿着Y轴方向分列于所述机架的顶部的相对两侧；所述Y轴丝杆为一个或两个，且与对应的所述Y轴导向杆并行设置；Y轴导向块为两个，分别套设于两个所述Y轴导向杆，且，所述X轴导向杆和所述X轴丝杆的相对两端分别插设于两个所述Y轴导向块；所述Y轴电机为与所述Y轴丝杆对应的一个或两个，套设于对应的所述Y轴丝杆且与所述Y轴导向块连接；所述Z轴运动装置包括：Z轴导向杆、Z轴丝杆、以及Z轴电机，所述Z轴导向杆和所述Z轴丝杆沿着Z轴并行设置，所述载物台套设于所述Z轴导向杆和所述Z轴丝杆，所述Z轴电机套设于所述Z轴丝杆且与所述载物台连接。另外，X轴电机、Y轴电机、以及Z轴电机均优选为步进电机。

控制板，与所述三维运动机构和控制终端20连接，用于控制所述三维运动机构中X轴电机、Y轴电机、以及Z轴电机。在本发明中，所述电路板可采用基于STM32F103芯片的YXRL_001电路控制板，一方面，该电路控制板可通过杜邦线与所述三维运动机构中X轴电机、Y轴电机、以及Z轴电机电性连接，另一方面，该电路控制板可通过一串口转USB的转换接头而与控制终端20连接，如此，该电路控制板就能够接收来自控制终端20传来的控制命令，以控制所述三维运动机构中X轴电机、Y轴电机、以及Z轴电机。需特别说明的是，为了使该电路控制板能够接收并执行来自控制终端20传来的控制命令，必要的时候，还需要对该电路控制板的固件进行相应的修改，并且需要控制终端20的通信支持。

以下针对基于STM32F103芯片的YXRL_001电路控制板的固件操作进行详细说明：

该电路控制板所用的固件来源于STMicroelectronics(意法半导体公司)所提供的STM32F10x芯片标准固件模板。为了让芯片能够响应从电脑串行接口发来的移动指令，需对固件模板进行修改，首先我们定义了控制指令，定义的控制指令长度统一为5，而且编码形式均为ASCII码(见下表一)。

表一控制指令

控制指令	指令效果
		uXXXX	控制Z轴的电机正转XXXX单位，载物台向上移动
dXXXX	控制Z轴的电机反转XXXX单位，载物台向下移动
		rXXXX	控制X轴的电机正转XXXX单位，喷头平台向右移动
lXXXX	控制X轴的电机反转XXXX单位，喷头平台向左移动
		fXXXX	控制Y轴的电机正转XXXX单位，喷头平台向前移动
bXXXX	控制Y轴的电机反转XXXX单位，喷头平台向后移动

其中，XXXX为0000--9999，表示步进电机转动多少个单位

在定义了控制指令之后，需要修改固件模板，使得其能够接收从控制终端20发出的指令。由于串行通信接口发送数据时是采取逐位发送的方式，我们改编固件使得其每收到5位消息进行一次处理。经过简单的字符串处理计算出电机(X轴电机、Y轴电机、以及Z轴电机)转动的单位数之后，令电机向相应方向进行相应单位的转动即可。固件的改编完成之后，通过相应的软件，利用烧录器将改编后的固件写入到该电路控制板中。

针对上述的载物台103，载物台103较多采用矩形台面或三角台面，载物台103的一个侧边作为与所述Z轴运动装置连接的连接侧边。在一优选实施例中：在所述Z轴运动装置中，包括两个Z轴导向杆127和一个Z轴丝杆129，其中，Z轴丝杆129居中，两个Z轴导向杆127位于Z轴丝杆129的相对两侧；载物台103优选为三角台面，则载物台103的一边作为连接侧边，所述连接侧边的两端套设于两个Z轴导向杆127，所述连接侧边的中部则套接于那一个Z轴丝杆129。另外，载物台103是置放于一载物架102上的，载物架102的形状是与载物台103的形状相一致，如前所述，载物台103优选为三角台面，载物架102也优选为三角架，作为载物架102的三角架的三个角部均设有可调旋钮，所述可调旋钮由旋紧螺钉和弹簧组成，旋紧螺钉锁附于角部处连接凸板，弹簧套设于所述旋紧螺钉且顶触于上方的载物台103，旋紧螺钉的底部还设有旋钮，如此，通过旋紧和松开所述旋钮即可对载物台103进行调平。

再次回到数据显微镜105，在本实施方式中，数码显微镜105固定于X轴导向块115上，可随着X轴导向块115而在X轴和Y轴进行二维移动。另外，数码显微镜105可通过有线传输技术(例如USB传输线)与控制终端20(例如个人电脑PC、笔记本型电脑Notebook、或工作站等)建立通信连接。数码显微镜105位于载物台103上方，通过内置的摄像机能将正下方观测到的线虫培养皿30中的线虫的显微效果保存下来而形成图像信息，经过模数转换，将模数转换后图像信息传送至控制终端20并在控制终端的显示屏幕上予以显示，通过控制终端20上安装的显微图像分析软件进行追踪分析，进行图像识别处理来完成线虫的识别及定位，从而获得一系列有价值的定性定量数据。再有，为使得数码显微镜105固定于X轴导向块115上更稳固，在一优选实施例中，数码显微镜105是通过一显微镜安装架107(如图3所示)而固定于X轴导向块115上的。由图3可知，显微镜安装架107包括底座104，底座104上开设有观察口106，用于装配数码显微镜105的镜头，以使得所述镜头可透过观察口104观察其下的载物台103上线虫培养皿30中的线虫，底座104上还包括透过支撑架架设的箍架108，用于箍住数码显微镜105，起到限位和稳固数码显微镜105的作用。

需说明的是，在本实施例中，数码显微镜105固定于X轴导向块115并可透过所述三维运动机构而调整与载物台103的相对位置以对载物台103上线虫培养皿30中的线虫进行观察及定位。为提升观察效果，在本发明中，还特别为线虫培养皿30提供了观测光源，所述观测光源位于所述线虫培养皿的底部以提供朝向线虫培养皿30的均匀平行光源。在一可选实施例中，所述观测光源(未在图式中予以显示)为LED多点光源，所述LED多点光源置放于所述载物台上，在所述LED多点光源上置放一毛玻璃，将线虫培养皿30置放于所述毛玻璃上，如此，由LED多点光源配合毛玻璃的组合，从而使得数码显微镜105能够较为清晰地观测到线虫培养皿30中线虫。优选地，为使得所述LED多点光源尽可能产生平行光源，要求LED多点光源中的各个LED灯本身尺寸要小且相邻LED灯之间的间距要尽可能小，在面积一定的情形下密布的LED灯就会尽可能多，如此，当数码显微镜105视野对应于线虫培养皿30时，所述LED多点光源置中的某一个发光二极管就可正对于数码显微镜105，光线能够垂直地从线虫培养皿30正下方照射过来，视野中基本可以认为是均匀的，能够看清楚线虫。进一步地，我们可在在光源上方放一个凸透镜，让所有LED都处于凸透镜的焦平面上，再将培养皿架在凸透镜正上方(但是若使用加凸透镜的方法，需要焦距较小的放大镜，因为想要一个和原来大小面积一样的均匀发光区域，我们需要培养皿和底光源中间距离为2倍焦距)。

控制终端20，数码显微镜105和控制板(未在图式中予以显示)通信连接。在一优选实施例中，控制终端20例如为个人电脑PC、笔记本型电脑Notebook、或工作站等。控制终端20接收从数码显微镜105处传送来的关于数码显微镜105所观察到的图像信息并通过对图像进行相应的识别处理后显示在显示屏幕上，根据显示的图像信息，控制终端20向所述控制板输出用于控制所述三维运动机构的控制指令，以令所述三维运动机构调整对应的数码显微镜105和载物台103之间的相对位置，实现自动对焦，使得数码显微镜105能观察到线虫培养皿30中的线虫并获取能满足图像识别要求的线虫图像信息，并由控制终端20根据所述线虫图像信息进行图像识别以识别出所述线虫图像信息中的线虫。

以下针对自动对焦部分进行详细描述：

在本实施例中，我们选用平方梯度函数(见下文中的公式(1))作为清晰度评价函数来计算图像的清晰度：

当通过上下移动载物台103找到清晰度评价函数的最大值的时候，就意味着已经对准焦了。

在实际的对焦应用中，需将图像处理成灰度图像。为了能够减少图像信号传输过程中的噪声造成的影响，对图像进行平滑处理，在这里，平滑处理所采用的是高斯滤波(窗口大小例如为33)。

当线虫培养皿30与数码显微镜105的距离与对准焦的距离偏差较大时，视野中图像的梯度较小，上下移动载物台103时的清晰度评价函数的变动不明显，此时，清晰度评价函数就发挥不了作用。有鉴于此，在本实施例中，先利用所述电路控制板控制所述三维运动机构中X轴电机和Y轴电机在平面内移动数码显微镜105以及控制所述三维运动机构中Z轴电机来上下移动载物台103，使得数码显微镜105能够找到有线虫的地方且大致看到(模糊的)图像，然后再通过自动对焦的算法来得到最清晰的图像。

理论上，清晰度评价函数随镜头和拍摄物体之间距离变化的函数是单峰的，即首先会随着距离的增加而单调递增，达到峰值以后又单调递减。有鉴于此，首先需要检测出当前位置是处于单调递增状态还是单调递减状态，然后控制数码显微镜105与线虫培养皿30之间的距离每一次以固定的步长向峰值方向移动。当单调的状态被打破时(即递增后又折弯递减)，说明已经越过了峰值，此时，可以利用类似二分法的思想，每次比较当前位置与该当前位置上方和该当前位置下方等距的位置的清晰度评价函数的值的大小(即：当前位置的清晰度评价函数值S_c，当前位置上方一定间距的位置的清晰度评价函数值S_c-Δd，当前位置下方一定间距的位置的清晰度评价函数值S_c+Δd)，然后移动到三者中最大值处，再缩短一半的移动距离。重复上述步骤直到移动距离达到能够移动的最小值，此时，就认定为对焦完成。在上述移动控制的过程中，为了计算移动后的清晰度评价函数的值，需要等待移动结束且图像稳定，所以每次移动和上一次移动优选地可设置一个时间间隔(例如1500毫秒)。在这时间间隔内，仍然要继续接收图像并显示视野，时间间隔的控制可通过一个计时器来实现。

请进一步参阅图4，其为本发明线虫识别***中控制终端20的功能模块框图。如图4所示，控制终端20进一步包括：灰度处理单元201、平滑处理单元203、自适应阈值化处理单元205、以及轮廓提取单元207。灰度处理单元201，用于对所述线虫图像信息进行灰度处理。平滑处理单元203与灰度处理单元201连接，用于对灰度处理单元201进行灰度处理后的所述线虫图像信息进行平滑处理。自适应阈值化处理单元205与平滑处理单元203连接，用于对平滑处理单元203进行平滑处理后的所述线虫图像信息进行自适应阈值化处理。轮廓提取单元207与自适应阈值化处理单元205连接，用于对自适应阈值化处理单元205进行自适应阈值化处理后的所述线虫图像信息进行轮廓提取。

在一优选实施例中：

对所述线虫图像信息进行灰度处理，将所述线虫图像信息进行灰度处理可以使得图像更加容易被处理和计算，以OpenCV(Open Source Computer Vision Library)为例，因为在OpenCV中将彩色图片以8位3通道的形式存储在矩阵当中，即每个像素点都保存为0到255之间的3个整数，分别对应R，G，B三种颜色，在进行灰度处理之后，每个像素会保存为0到255之间的一个整数，图像则变为8位单通道的图像。

对灰度处理后的所述线虫图像信息进行平滑处理，线虫识别的目标是识别出视野中的大线虫，大线虫的长度一般在1mm至2mm，在识别时，将图像中的小线虫视作噪声，先对图像进行平滑处理(也称作模糊处理)，比较常用的平滑处理方法是采用中值滤波。

对所述线虫图像信息进行图像识别处理来完成线虫的识别，采用自适应阈值化处理和轮廓提取相结合的识别方式，具体包括：提供一种自动计算阈值的算法，并且需要这个阈值能在不同颜色和亮度的区域取值不同。简单地说，这里使用的算法是：以每个像素点为中心，对该像素周围一划定的正方形区域内的像素求平均值来确定这一点处的自适应阈值(例如，可对该像素周围21×21的正方形内区域内的像素求平均值然后将该平均值减去7来确定这一点处的自适应阈值)；处理时，将高于该自适应阈值的像素设定为0，而将低于该自适应阈值的像素设定为255。在获得自适应阈值的结果后(如图5所示)，通过提取图像中最外面的外轮廓来找到所有白色区域的边界的像素，计算每个外轮廓所包含的面积并找出那些面积超过预定大小的轮廓，删掉不是线虫的不超过预定大小的白色区域，将面积超过预定大小的白色区域作为目标区域(例如，在屏幕分辨率为640×480的情形下，我们可以将预定大小设定为1000，如此，在实际应用中，就是计算每个外轮廓所包含的面积并找出那些面积超过1000的轮廓，删掉了不是线虫的那些不超过1000的小的白色区域，将面积大于1000的白色区域作为目标区域)，勾画出这些目标区域的矩形边界框和外接圆来在图像中标出它们的位置(如图6所示)。

本发明提供的线虫识别***，包括有机架、载物台、数码显微镜、以及控制终端，所述控制终端从所述数码显微镜处传送来的线虫图像信息并对所述线虫图像信息进行图像识别，以识别出所述线虫图像信息中的线虫。相较于现有技术，本发明线虫识别***具有识别结构简单，识别快速且线虫识别率高且通用性好便于推广应用，可以在有杂菌和光照不均匀的环境中进行识别等优点。

本发明还提供了一种基于上述线虫识别***的线虫识别方法，请参阅图7，显示了本发明线虫识别方法在一实施方式中的流程示意图。结合图1至图7，本发明线虫识别方法包括如下步骤：

步骤S51，预先调试线虫识别***。在一优选实施例中，调试线虫识别***可包括但不限于以下内容：安装数码显微镜105，数码显微镜105和控制板的线路连接，对所述控制板进行固件操作，调试三维运动机构。

在本发明中，所述三维运动机构主要是用于调整数码显微镜105和载物台103相对位置关系，从而使得数码显微镜105能更清晰地获得载物台103上线虫培养皿30中线虫的图像信息以利于观察及识别。在一种优选实施方式中，所述三维运动机构包括：用于驱动数码显微镜105沿X轴运动的X轴运动装置；用于驱动数码显微镜105沿Y轴运动的Y轴运动装置；以及用于驱动载物台103沿Z轴运动的Z轴运动装置。针对上述优选实施方式，所述X轴运动装置包括：X轴导向杆111、X轴同步传送带113、X轴导向块115、以及X轴电机，X轴导向杆111和X轴同步传送带113沿着X轴并行设置，X轴导向块115套设于所述X轴导向杆，数码显微镜105固定于X轴导向块115上，X轴电机套设于X轴同步传送带113且与X轴导向块115连接。所述Y轴运动装置包括：Y轴导向杆119、Y轴同步传送带、Y轴导向块121、以及Y轴电机；Y轴导向杆119为两个，沿着Y轴方向分列于机架101的顶部的相对两侧；Y轴同步传送带是与Y轴导向杆119并行设置；Y轴导向块121为两个，分别套设于两个Y轴导向杆119，且，X轴导向杆111的相对两端分别插设于两个Y轴导向块121；Y轴电机是套设于Y轴同步传送带且与Y轴导向块121连接。在上述实施例中，所述Y轴运动装置中的Y轴同步传送带和Y轴电机配套的，即，Y轴同步传送带和Y轴电机可以是一个或两个：若是一个(一个Y轴同步传送带x和一个Y轴电机)，这一个Y轴同步传送带设于机架101的顶部的一侧且与那一侧中的那一个Y轴导向杆119并行设置，与这一个Y轴同步传送带配套的这一个Y轴电机套设于这一个Y轴同步传送带且与那一侧中的那一个Y轴导向块121连接；若是两个(两个Y轴同步传送带x和两个Y轴电机)，这两个Y轴同步传送带分列于机架101的顶部的相对两侧，并分别与两个Y轴导向杆119并行设置，两个Y轴电机套分别设于这两个Y轴同步传送带且分别对应的那一个Y轴导向块121连接。所述Z轴运动装置包括：Z轴导向杆127、Z轴丝杆129、以及Z轴电机，Z轴导向杆127和Z轴丝杆129沿着Z轴并行设置，载物台103套设于Z轴导向杆127和Z轴丝杆129，Z轴电机套设于Z轴丝杆129且与载物台103连接。另外，X轴电机、Y轴电机、以及Z轴电机均优选为步进电机。

安装数码显微镜105，指的是将数码显微镜105安装于载物台103上方。在一优选实施例中，是将数码显微镜105固定于载物台103上方的X轴导向块115上，这样，数码显微镜105即可随着X轴导向块115而在X轴和Y轴进行二维移动。为使得数码显微镜105固定于X轴导向块115上更稳固，在一优选实施例中，数码显微镜105是通过一显微镜安装架107而固定于X轴导向块115上的。显微镜安装架107包括底座104，底座104上开设有观察口106，用于装配数码显微镜105的镜头，以使得所述镜头可透过观察口106观察其下的载物台103上线虫培养皿30中的线虫，底座104上还包括透过支撑架架设的箍架108，用于箍住数码显微镜105，起到限位和稳固数码显微镜105的作用。

数码显微镜105和控制板的线路连接，指的是针对数码显微镜105的线路连接和控制板的线路连接。数码显微镜105的线路连接具体包括通过数据线(例如USB传输线)与控制终端20(例如个人电脑PC、笔记本型电脑Notebook、或工作站等)建立通信连接，当然，线路连接也并不仅限于数据线，也可以无线蓝牙或无线WiFi等传输技术与控制终端20建立通信连接。控制板的线路连接具体包括通过杜邦线与所述三维运动机构中X轴电机、Y轴电机、以及Z轴电机电性连接以及通过一串口转USB的转换接头与控制终端20连接。

对所述控制板进行固件操作：为了使所述控制板能够接收并执行来自控制终端20传来的控制命令，必要的时候，还需要对该电路控制板的固件进行相应的修改，并且需要控制终端20的通信支持。在一优选实施例中，所述控制板可采用基于STM32F103芯片的YXRL_001电路控制板，针对基于STM32F103芯片的YXRL_001电路控制板的固件操作说明可详见前述的相关描述，在此不再赘述。

调试三维运动机构：在控制终端20上提供针对三维运动机构的图形化操控界面，所述图形化操控界面显示有对应三维运动机构中X轴的“左”和“右”、对应Y轴的“前”和“后”、以及对应Z轴的“上”和“下”等参数，由用户在图形化操控界面上相应的参数栏位中输入所需的移动距离数值，控制终端20即可根据这些参数及其对应的移动距离数值而输出相应的控制指令并传送至所述控制板，以令所述控制板据此控制所述三维运动机构中的X轴电机、Y轴电机、以及Z轴电机中的一个或多个进行相应运转而实现相应移动距离数值的移动。另外，如前所述，数码显微镜105是固定于所述X轴导向块上的，因此，还可通过控制所述三维运动机构来实现数码显微镜的自动对焦功能，具体地：在控制终端20的显示屏幕上开启新的显示窗口显示数码显微镜105的图像，通过控制所述三维运动机构中的Z轴电机以调整所述数码显微镜和所述载物台的相对位置，从而实现自动对焦的功能。

步骤S53，将培养有线虫的线虫培养皿30定位于观测位置。在本实施方式中，步骤S53即包括：将培养有线虫的线虫培养皿30定位于载物台上103并为线虫培养皿30提供观测光源。在实际应用中，线虫培养皿30可通过一定的方式或工具定位于载物台103上。如前所述，载物台103优选为三角台面，载物台103的一个侧边作为与所述Z轴运动装置连接的连接侧边。在一优选实施例中：在所述Z轴运动装置中，包括两个Z轴导向杆127和位于两个Z轴导向杆127之间的一个Z轴丝杆129，所述连接侧边的两端套设于两个Z轴导向杆127，所述连接侧边的中部则套接于那一个Z轴丝杆129。另外，载物台103是置放于一载物架102上的，载物架102的形状是与载物台103的形状相一致，优选为三角架，作为载物架102的三角架的三个角部均设有可调旋钮，所述可调旋钮由旋紧螺钉和弹簧组成，旋紧螺钉锁附于角部处连接凸板，弹簧套设于所述旋紧螺钉且顶触于上方的载物台103，旋紧螺钉的底部还设有旋钮，如此，通过旋紧和松开所述旋钮即可对载物台103进行调平。

为提升观察效果，在本发明中，还特别为线虫培养皿30提供了观测光源，所述观测光源位于所述线虫培养皿的底部以提供朝向线虫培养皿30的均匀平行光源。在一可选实施例中，所述观测光源(未在图式中予以显示)为LED多点光源，所述LED多点光源置放于所述载物台上，在所述LED多点光源上置放一毛玻璃，将线虫培养皿30置放于所述毛玻璃上，如此，由LED多点光源配合毛玻璃的组合，从而使得数码显微镜105能够较为清晰地观测到线虫培养皿30中线虫。进一步地，我们可在在光源上方放一个凸透镜，让所有LED都处于凸透镜的焦平面上，再将培养皿架在凸透镜正上方(但是若使用加凸透镜的方法，需要焦距较小的放大镜，因为想要一个和原来大小面积一样的均匀发光区域，我们需要培养皿和底光源中间距离为2倍焦距)。

因此，在步骤S53中，将培养有线虫的线虫培养皿30置放于载物台103之后，还可根据观测要求而利用作为载物架102的三角架的三个角部的可调旋钮来对载物台103进行调平操作以及根据光源的照射效果而调整LED多点光源的出光位置和出光强度。

步骤S55，利用数码显微镜105观察载物台103上线虫培养皿30中的线虫，并结合三维运动机构来调整数码显微镜105和载物台103的相对位置，获取能满足图像识别要求的线虫图像信息。在实际应用中：利用所述三维运动机构将数码显微镜105调整到载物台103上线虫培养皿30的正上方，以供数码显微镜105与线虫培养皿30中的线虫实现对焦并可对线虫培养皿30中的线虫进行观测；由数码显微镜105获取所观察到的关于载物台103上线虫培养皿30中线虫的图像信息，将所述图像信息传送至所述控制终端，由所述控制终端的显示屏幕在显示窗口中显示出所述图像信息；由所述控制终端根据所述图像信息而输出控制指令(例如:在图形化操控界面上相应的参数栏位中输入所需的移动距离数值)并通过所述控制板来控制所述三维运动机构中的X轴电机、Y轴电机、以及Z轴电机中的一个或多个进行相应运转以调整数码显微镜105和载物台103的相对位置，通过这样的观测图像--三维运动机构调整--观测图像--三维运动机构调整的循环步骤，最终使得通过数码显微镜105获取能满足图像识别要求的线虫图像信息。在该步骤中，优选地，所述三维运动机构包括：驱动数码显微镜105沿X轴运动的X轴运动装置，驱动数码显微镜105沿Y轴运动的Y轴运动装置，以及驱动载物台沿Z轴运动的Z轴运动装置，因此，控制所述三维运动机构以调整数码显微镜105和载物台103的相对位置指的是：调整数码显微镜105在X轴和Y轴所构成的平面内的运动以及调整载物台103在Z轴上的运动。当然并不以此为限，在其他实施例中，若所述三维运动机构包括：用于驱动数码显微镜105沿X轴运动的X轴运动装置；用于驱动数码显微镜105沿Y轴运动的Y轴运动装置；以及用于驱动数码显微镜105沿Z轴运动的Z轴运动装置，则，控制所述三维运动机构以调整所述数码显微镜和所述载物台的相对位置，包括：调整所述数码显微镜在X轴、Y轴以及Z轴的三维运动。

以下针对数码显微镜105与线虫培养皿30中的线虫实现对焦的部分进行详细描述：

当通过上下移动载物台103找到清晰度评价函数的最大值的时候，就意味着已经对准焦了。

在实际的对焦应用中，需将图像处理成灰度图像。为了能够减少图像信号传输过程中的噪声造成的影响，对图像进行平滑处理，在这里，平滑处理所采用的是高斯滤波(窗口大小例如为33)。

当线虫培养皿30与数码显微镜105的距离与对准焦的距离偏差较大时，视野中图像的梯度较小，上下移动载物台103时的清晰度评价函数的变动不明显，此时，清晰度评价函数就发挥不了作用。有鉴于此，在本实施例中，先利用所述电路控制板控制所述三维运动机构中X轴电机和Y轴电机在平面内移动数码显微镜105以及控制所述三维运动机构中Z轴电机来上下移动载物台103，使得数码显微镜105能够找到有线虫的地方且大致看到(模糊的)图像，然后再通过自动对焦的算法来得到最清晰的图像。

理论上，清晰度评价函数随镜头和拍摄物体之间距离变化的函数是单峰的，即首先会随着距离的增加而单调递增，达到峰值以后又单调递减。有鉴于此，首先需要检测出当前位置是处于单调递增状态还是单调递减状态，然后控制数码显微镜105与线虫培养皿30之间的距离每一次以固定的步长向峰值方向移动。当单调的状态被打破时(即递增后又折弯递减)，说明已经越过了峰值，此时，可以利用类似二分法的思想，每次比较当前位置与该当前位置上方和该当前位置下方等距的位置的清晰度评价函数的值的大小(即：当前位置的清晰度评价函数值S_c，当前位置上方一定间距的位置的清晰度评价函数值S_c-Δd，当前位置下方一定间距的位置的清晰度评价函数值S_c+Δd)，然后移动到三者中最大值处，再缩短一半的移动距离。重复上述步骤直到移动距离达到能够移动的最小值，此时，就认定为对焦完成。在上述移动控制的过程中，为了计算移动后的清晰度评价函数的值，需要等待移动结束且图像稳定，所以每次移动和上一次移动优选地可设置一个时间间隔(例如1500毫秒)。在这时间间隔内，仍然要继续接收图像并显示视野，时间间隔的控制可通过一个计时器来实现。

步骤S57，对所述线虫图像信息进行图像识别，以识别出所述线虫图像信息中的线虫。

请参阅图8，显示了步骤S57进一步的细化步骤的流程示意图。如图8所示，步骤S57进一步包括：

步骤S571，对所述线虫图像信息进行灰度处理。对所述线虫图像信息进行灰度处理，将所述线虫图像信息进行灰度处理可以使得图像更加容易被处理和计算，以OpenCV(Open Source Computer Vision Library)为例，因为在OpenCV中将彩色图片以8位3通道的形式存储在矩阵当中，即每个像素点都保存为0到255之间的3个整数，分别对应R，G，B三种颜色，在进行灰度处理之后，每个像素会保存为0到255之间的一个整数，图像则变为8位单通道的图像。

步骤S573，对灰度处理后的所述线虫图像信息进行平滑处理。对灰度处理后的所述线虫图像信息进行平滑处理，线虫识别的目标是识别出视野中的大线虫，大线虫的长度一般在1mm至2mm，在识别时，将图像中的小线虫视作噪声，先对图像进行平滑处理(也称作模糊处理)，比较常用的平滑处理方法是采用中值滤波。

步骤S575，对平滑处理后的所述线虫图像信息进行自适应阈值化处理。在一优选实施中，提供一种自动计算阈值的算法，并且需要这个阈值能在不同颜色和亮度的区域取值不同。具体地，该自动计算阈值的算法是：以每个像素点为中心，对该像素周围一划定的正方形区域内的像素求平均值来确定这一点处的自适应阈值(例如，可对该像素周围21×21的正方形内区域内的像素求平均值然后将该平均值减去7来确定这一点处的自适应阈值)；处理时，将高于该自适应阈值的像素设定为0，而将低于该自适应阈值的像素设定为255，从而获得自适应阈值的结果(如图5所示)。

步骤S577，对自适应阈值化处理后的所述线虫图像信息进行轮廓提取。承接上文，在获得自适应阈值的结果后，通过提取图像中最外面的外轮廓来找到所有白色区域的边界的像素，计算每个外轮廓所包含的面积并找出那些面积超过预定大小的轮廓，删掉不是线虫的不超过预定大小的白色区域，将面积超过预定大小的白色区域作为目标区域(例如，在屏幕分辨率为640×480的情形下，我们可以将预定大小设定为1000，如此，在实际应用中，就是计算每个外轮廓所包含的面积并找出那些面积超过1000的轮廓，删掉了不是线虫的那些不超过1000的小的白色区域，将面积大于1000的白色区域作为目标区域)，勾画出这些目标区域的矩形边界框和外接圆来在图像中标出它们的位置(如图6所示)。

通过上述步骤S571至步骤S577，可有效地识别出所述线虫图像信息中的线虫。

本发明提供的线虫识别方法，通过数码显微镜观察所述线虫培养皿中的线虫并获取能满足图像识别要求的线虫图像信息，对所述线虫图像信息进行灰度处理、平滑处理、自适应阈值化处理以及轮廓提取之后，识别出所述线虫图像信息中的线虫。相较于现有技术，本发明线虫识别方法具有识别方式简单且快速，线虫识别率高且通用性好便于推广应用，可以在有杂菌和光照不均匀的环境中进行识别等优点。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (19)

1.一种线虫识别***，其特征在于，包括：

机架；

设于所述机架内、用于配置线虫培养皿的载物台；

设于所述机架内且位于所述载物台上方的数码显微镜，用于观察所述线虫培养皿中的线虫并获取能满足图像识别要求的线虫图像信息；以及

控制终端，与所述数码显微镜通信连接，用于接收从所述数码显微镜处传送来的线虫图像信息并对所述线虫图像信息进行图像识别；所述控制终端包括：灰度处理单元，用于对所述线虫图像信息进行灰度处理；平滑处理单元，与所述灰度处理单元连接，用于对所述灰度处理单元进行灰度处理后的所述线虫图像信息进行平滑处理；自适应阈值化处理单元，与所述平滑处理单元连接，用于对所述平滑处理单元进行平滑处理后的所述线虫图像信息进行自适应阈值化处理；轮廓提取单元，与所述自适应阈值化处理单元连接，用于对所述自适应阈值化处理单元进行自适应阈值化处理后的所述线虫图像信息进行轮廓提取，以识别出所述线虫图像信息中的线虫。

2.如权利要求1所述的线虫识别***，其特征在于，还包括对应所述线虫培养皿的观测光源，所述观测光源为位于所述线虫培养皿的底部以提供朝向所述线虫培养皿的均匀平行光源。

3.如权利要求2所述的线虫识别***，其特征在于，所述均匀平行光源包括LED多点光源，所述LED多点光源置放于所述载物台上，所述LED多点光源上配置有一毛玻璃，所述线虫培养皿置放于所述毛玻璃上。

4.如权利要求1所述的线虫识别***，其特征在于，还包括：

设于所述机架内、用于调整所述数码显微镜和所述载物台相对位置关系的三维运动机构；以及

与所述三维运动机构和所述控制终端连接的控制板，用于接收来自通信连接的移动终端的控制指令而控制所述三维运动机构。

5.如权利要求4所述的线虫识别***，其特征在于，所述三维运动机构包括：

驱动所述数码显微镜沿X轴运动的X轴运动装置；

驱动所述数码显微镜沿Y轴运动的Y轴运动装置；以及

驱动所述载物台沿Z轴运动的Z轴运动装置。

6.如权利要求5所述的线虫识别***，其特征在于，

所述X轴运动装置包括：X轴导向杆、X轴丝杆、X轴导向块、以及X轴电机，所述X轴导向杆和所述X轴丝杆沿着X轴并行设置，所述数码显微镜固定于所述X轴导向块且所述X轴导向块套设于所述X轴导向杆，所述X轴电机套设于所述X轴丝杆且与所述X轴导向块连接；

所述Y轴运动装置包括：Y轴导向杆、Y轴丝杆、Y轴导向块、以及Y轴电机；Y轴导向杆为两个，沿着Y轴方向分列于所述机架的顶部的相对两侧；所述Y轴丝杆与一个所述Y轴导向杆并行设置；Y轴导向块为两个，分别套设于两个所述Y轴导向杆，且，所述X轴导向杆和所述X轴丝杆的相对两端分别插设于两个所述Y轴导向块；所述Y轴电机套设于一个所述Y轴丝杆且与一个所述Y轴导向块连接；以及

所述Z轴运动装置包括：Z轴导向杆、Z轴丝杆、以及Z轴电机，所述Z轴导向杆和所述Z轴丝杆沿着Z轴并行设置，所述载物台套设于所述Z轴导向杆和所述Z轴丝杆，所述Z轴电机套设于所述Z轴丝杆且与所述载物台连接。

7.如权利要求5所述的线虫识别***，其特征在于，

所述X轴运动装置包括：X轴导向杆、X轴同步传送带、X轴导向块、以及X轴电机，所述X轴导向杆和所述X轴同步传送带沿着X轴并行设置，所述数码显微镜固定于所述X轴导向块且所述X轴导向块套设于所述X轴导向杆，所述X轴电机套设于所述X轴同步传送带且与所述X轴导向块连接；

所述Y轴运动装置包括：Y轴导向杆、Y轴同步传送带、Y轴导向块、以及Y轴电机；Y轴导向杆为两个，沿着Y轴方向分列于所述机架的顶部的相对两侧；所述Y轴同步传送带与一个所述Y轴导向杆并行设置；Y轴导向块为两个，分别套设于两个所述Y轴导向杆，且，所述X轴导向杆的相对两端分别插设于两个所述Y轴导向块；所述Y轴电机套设于一个所述Y轴同步传送带且与一个所述Y轴导向块连接；以及

所述Z轴运动装置包括：Z轴导向杆、Z轴丝杆、以及Z轴电机，所述Z轴导向杆和所述Z轴丝杆沿着Z轴并行设置，所述载物台套设于所述Z轴导向杆和所述Z轴丝杆，所述Z轴电机套设于所述Z轴丝杆且与所述载物台连接。

8.如权利要求6或7所述的线虫识别***，其特征在于，所述数码显微镜是通过一显微镜安装架而固定于所述X轴导向块。

9.如权利要求6或7所述的线虫识别***，其特征在于，

所述载物台为矩形台面或三角台面，所述载物台的一个侧边作为与所述Z轴运动装置连接的连接侧边；以及

在所述Z轴运动装置中，包括两个所述Z轴导向杆和一个所述Z轴丝杆，所述Z轴丝杆居中，两个所述Z轴导向杆位于所述Z轴丝杆的相对两侧。

10.如权利要求6或7所述的线虫识别***，其特征在于，所述X轴电机、所述Y轴电机、以及所述Z轴电机均为步进电机。

11.一种基于如权利要求1至10中任一项所述的线虫识别***的线虫识别方法，其特征在于，包括：

将培养有线虫的线虫培养皿配置于载物台；

由数码显微镜观察所述线虫培养皿中的线虫并获取能满足图像识别要求的线虫图像信息；以及

由控制终端接收所述线虫图像信息并对所述线虫图像信息进行图像识别，包括：对所述线虫图像信息进行灰度处理；对灰度处理后的所述线虫图像信息进行平滑处理；以及对平滑处理后的所述线虫图像信息进行自适应阈值化处理和轮廓提取，以识别出所述线虫图像信息中的线虫。

12.如权利要求11所述的线虫识别方法，其特征在于，将培养有线虫的线虫培养皿配置于载物台，包括：

将培养有线虫的线虫培养皿定位于载物台上；以及

为所述线虫培养皿提供观测光源。

13.如权利要求12所述的线虫识别方法，其特征在于，所述观测光源为位于所述线虫培养皿的底部，以提供朝向所述线虫培养皿的均匀平行光源。

14.如权利要求12所述的线虫识别方法，其特征在于，还包括对所述载物台进行调平。

15.如权利要求11所述的线虫识别方法，其特征在于，由数码显微镜观察所述线虫培养皿中的线虫并获取能满足图像识别要求的线虫图像信息，包括：

通过数码显微镜获取观察到的关于所述载物台上所述线虫培养皿中线虫的图像信息，将所述图像信息传送至与所述数码显微镜通信连接的控制终端；

由所述控制终端根据所述图像信息而输出控制指令并通过控制板来控制三维运动机构以调整所述数码显微镜和所述载物台的相对位置，从而实现自动对焦；以及

通过所述数码显微镜获取能满足图像识别要求的线虫图像信息。

16.如权利要求15所述的线虫识别方法，其特征在于，控制三维运动机构以调整所述数码显微镜和所述载物台的相对位置，包括：

调整所述数码显微镜在X轴和Y轴所构成的平面内的运动；以及

调整所述载物台在Z轴上的运动。

17.如权利要求15所述的线虫识别方法，其特征在于，控制三维运动机构以调整所述数码显微镜和所述载物台的相对位置，包括：调整所述数码显微镜在X轴、Y轴以及Z轴的三维运动。

18.如权利要求11所述的线虫识别方法，其特征在于，所述平滑处理采用中值滤波。

19.如权利要求11所述的线虫识别方法，其特征在于，对平滑处理后的所述线虫图像信息进行自适应阈值化处理和轮廓提取，包括：

以每个像素点为中心，对其周围一划定的正方形区域内的像素求平均值来确定这一点处的自适应阈值；

将高于该自适应阈值的像素设定为0，而将低于该自适应阈值的像素设定为255；

在获得自适应阈值的结果后，通过提取图像中最外面的外轮廓来找到所有白色区域的边界的像素，计算每个外轮廓所包含的面积并找出那些面积超过预定大小的轮廓，删掉不是线虫的不超过预定大小的白色区域，将面积超过预定大小的白色区域作为目标区域，勾画出这些目标区域的矩形边界框和外接圆来在图像中标出它们的位置。