CN108753595A - 图像捕捉和照明设备 - Google Patents

Abstract

一种用于分析培养皿中固体培养基上的微生物生长的设备，该设备包括：图像捕捉装置；支撑件，其用于支撑培养皿，以使图像捕捉装置捕捉固体培养基和微生物生长的图像；环形灯，其位于图像捕捉装置和支撑件之间，且用于对培养皿的一侧进行漫射照明；框架，其用于使图像捕捉装置、支撑件和环形灯相对于彼此定位。

Description

图像捕捉和照明设备

本申请是申请人LBT创新有限公司于2012年3月2日提出的PCT申请PCT/AU2012/000210于2013年11月1日进入国家阶段的申请号为201280021476.2、发明名称为“图像捕捉和照明设备”的发明申请的分案申请。

本申请要求2011年3月4日提交的澳大利亚临时专利申请No.2011900784的优先权，该澳大利亚临时专利申请的内容通过引用包含于此。

技术领域

本发明涉及一种用于分析固体培养基上的微生物生长的图像捕捉和照明设备，特别是用于分析固体培养基接种和温育有微生物样本之后以分离的细菌菌落生长的形式进行的微生物生长的图像捕捉和照明设备。预计本发明的图像捕捉和照明设备将能够用于微生物实验室。

背景技术

微生物(特别是细菌)的单个菌落的分离是许多微生物实验室中的重要程序。细菌的分离通常是由熟练的实验室技术人员人工完成或由机器划线分离(streaking)设备自动完成。在任何一种情况下，首先，微生物样本被分配在固体培养基的表面上，随后，使微生物样本涂布在培养基的整个表面(称为“划线分离”)。典型地，通过增加整个固体培养基上的接种物的稀释度产生多个划线分离。

增加稀释度的划线分离趋于提供(通常朝划线分离的尾部)大量能够在温育之后用于分离的微生物菌落的生长的单细胞。然后这些分离的菌落可以用于各种物理特性(例如，菌落形态)的分析，还可以进行染色以及如下其他程序：对于确定微生物样本中原先不明的生物体的例如属、种和/或菌种有必要的其他程序。

传统上，这种分析是在微生物实验室中通过熟练的技术人员的目视观察进行的，结果是技术人员做出对微生物的评估。这种评估可以包括：细菌菌落的存在或不存在的检测、每个菌落类型的颜色的检测、对颜色分布进行制图以确定是否存在可能归因于发酵或者溶血的颜色变化、汇合的菌落生长和分离的菌落生长之间的差异、菌落结构或粘度的测量、以及二维形状和三维形状的测定、和/或不同类型菌落的列举。

在鉴定到潜在的病原菌生长的情况下，在符合目前的监管要求的状态下，使固体培养基行进到实验室工作流程的下一个步骤，并成为进一步验证性鉴定和抗生素敏感性试验的目标。

多年来，已做出一些努力，例如，来捕捉细菌菌落的图像(无论是静态的或动态的，以及模拟的形式或数字的形式)使得技术人员能够更有效地使用诸如显示器、显微镜、菌落计数器和/或计算机等助视器来观看更大面积的表面。

重要的是，在细菌菌落的颜色、形状和结构方面准确地捕捉这些图像并且利用固体培养基的颜色来鉴定例如细菌类型。许多市售的固体培养基(例如琼脂)最初具有多种颜色和透明度，其中一些是几乎完全不透明的(例如，耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)鉴定琼脂)。一些平皿被分为两半，使得平皿的每一侧都具有不同类型(和潜在颜色)的琼脂。同时，细菌菌落可以具有不同的颜色、形状和结构。一些是简单的圆形斑点，其他呈连续的波浪状群集在整个琼脂表面，其中一些具有例如涟漪结构或粒状结构等特征性表面形貌。例如，细菌菌落对于在琼脂配方中混合的颜色指示剂的作用可以产生强烈的显色反应，例如，在特定的指示剂琼脂上MRSA的菌落周围的蓝光，或者在含有适当的指示化合物的琼脂上由细菌的生长引起pH值变化而导致的显色反应，例如中性红。在另一个示例中，在血液琼脂中，在能够通过溶血损坏或破坏血液红细胞的菌落正下方或周围可以看见进一步的颜色变化。

本发明的目的是提供一种用于捕捉微生物生长的充分精确的图像以辅助提供微生物评估的设备。

在进入发明内容部分之前，应当理解，上述对现有技术的说明仅被提供作为背景技术来解释本发明的内容。不应当视为：所引用的任何材料为被公开或已知或作为澳大利亚或其他地方的公知常识的一部分。

发明内容

本发明提供用于分析培养皿中的固体培养基上的微生物生长的设备，该设备包括：

图像捕捉装置；

支撑件，其用于支撑所述培养皿，以使所述图像捕捉装置捕捉所述固体培养基和任何微生物生长的图像；

环形灯，其位于所述图像捕捉装置和所述支撑件之间，并且用于对所述培养皿的一侧进行漫射照明，以及

框架，其用于使所述图像捕捉装置、所述支撑件和所述环形灯相对于彼此定位。

本领域技术人员将认识到，关于短语“固体培养基上”，所使用的词“上”包括在固体培养基表面上和在固体培养基内的微生物生长。在本说明书中，下文经常将术语“固体培养基”简称为“培养基”。例如，将认识到，微生物样本(下文中经常简称为“样本”)，可以被分配在培养基表面上或者培养基内，使得微生物生长可以在培养基接种和温育样本后发生生长。也就是说，在培养基上的微生物生长源于样本(例如尿液样本、肠道样本、血液样本、淋巴样本、组织样本、水样本、食物样本或者其他相关样本)在培养基上的接种和温育。

此外，本领域的技术人员还将理解，固体培养基通常为例如琼脂，并且通常会被包含在诸如平皿等的容器内，以及在更特定的示例中，容器为可以具有盖的陪替氏培养皿。在整个说明书中，在下文中将固体培养基和平皿的组合称为“培养皿”，在本领域中，有时也称为“琼脂皿”。

在示例性示例中，已发现该设备提供固体培养基上的微生物生长的充分精确的图像，以提供微生物评估。这种评估可以通过熟练的实验室技术人员手动执行。可选地，评估可以是自动的，并使用已通过机器学习算法训练的分类器执行。使用该设备获得的图像可以被处理并用作分类器的输入。在同一申请人的共同未决的并具有相同提交日期的标题为“用于分析微生物的生长的方法和软件”的国际申请中描述了这种分类器的示例，该申请的内容通过引用合并于此。

图像捕捉装置可以是数码相机和镜头，例如，已发现高分辨率的彩色数码相机与合适的镜头组合，以提供培养皿的优质的图像。本领域技术人员可以理解的是，多种不同规格的图像捕捉装置能够适用于本目的。

例如，微生物生长可以包括：一个或多个细菌的生长、真菌的生长、病毒斑块或原生生物的生长，而生长所采取的形式可以为菌落、菌丝体、菌丝、斑块或其他可见的微生物的结构。在一些实施方式中，每一个微生物的生长可能起源于单一的微生物而生长(例如，样本以稀释的方式被施加到培养基，使得单个微生物被分离)。

培养基可以是任何支持微生物生长的培养基。同样地，培养基可以包含一种或多种微生物的营养成分，例如包括：碳源、氮源、必需的元素和/或必需的维生素。培养基还典型地包含胶凝剂，例如包括：凝胶、琼脂、结冷胶(gellan gum)、琼脂糖或琼脂凝胶。

在一些实施方式中，用于分析的样本被布置在一个以上的培养皿上或布置在具有一个以上分隔段的分离培养皿上。在这些实施方式中，通过捕捉不同培养皿或不同分隔段的图像进行微生物生长的分析，并如上所述地分析像素分类的结果，使得可以基于不同培养皿上或不同分隔段上的微生物生长的比较而进行微生物评估。

在一些实施方式中，固体培养基可以包括选择性培养基，在本技术领域中，通常所知的选择性培养基包括：允许某些微生物的生长同时抑制其他微生物的生长的、具有受限制的营养成分的培养基、包含抗生素的培养基或类似的培养基。

用于漫射照明培养皿的一侧的环形灯的使用有助于分类器区分培养皿(可被归类为背景)和微生物生长的反射光。提到的培养皿“一侧”用于指包括培养皿的前、后、左、右、上或下侧的任何一侧。在一个优选的实施方式中，环形灯漫射照明培养皿的上侧(例如，在固体培养基的存在有微生物生长的表面)。

固体培养基具有环绕其外周的、与培养皿的壁接触的弯月面(meniscus)。由于固体培养基的表面可以是光滑的，所以在由图像捕捉装置捕捉的图像中该弯月面可能产生镜面反射。如果使用点光源进行培养皿照明，则这些反射可能被分类器解读为细菌菌落。通过使用具有漫射照明的环形灯，光源作为一条连续平滑的线出现在图像中。因此，任何源于弯月面的反射都被看作为能够通过分类器从真实的细菌菌落中区分出的连续平滑的线。

环形灯可以包括：以圆形阵列配置的多个发光二极管和同发光二极管相关联的漫射器。可选地，发光二极管自身可以产生漫射光，从而不需要单独的漫射器。发光二极管可以围绕单环或多环阵列均匀地间隔开。例如，在一种配置中，发光二极管可以选择性地照明，使得同一时间内只有环形灯的一半或更少部分被激活。这可以提供培养皿的倾斜的照明，并且可以照亮固体培养基的表面形貌。为了确保均一分布的照明强度，阵列中发光二极管的数目可以大于50，优选大于180，使得发光二极管的每个间隔为2度。这还有助于通过漫射器调匀(smooth out)光分布。在其他的替代方式中，环形灯可以是具有漫射器的荧光灯或多个光纤源。

所述环形灯可以相对于所述支撑件以如下方式定位：使得所述环形灯的光的从培养基的中央表面的镜面反射不会被所述图像捕捉装置捕捉到。例如，环形灯可以具有120mm至250mm的宽度或直径，环形灯可以被定位在支撑件上方30mm至50mm处。因为培养皿典型的是圆形并且通常具有80mm至110mm的直径，所以发光二极管发射的光将以使光不会反射到相机镜头的这种小角度照射培养皿的中央表面。这防止了发光二极管的反射出现在图像中，生成了用于输入分类器的高品质图像，从而能进行更准确的评估。

除了环形灯以外，该设备可以进一步包括用于对培养皿的另一侧进行照明的照明装置。例如，如果环形灯照亮培养皿的上侧，则该照明装置可以用于对培养皿的侧面或底面进行照明。在一个配置中，照明装置可以是低角度侧灯。在另一个配置中，照明装置可以是用于照明培养皿的底面的面板灯。照明装置可以包括多个发光二极管和与该多个发光二极管关联的漫射器。发光二极管可以配置成正方形形状或矩形形状以产生面板灯。

对培养皿的不同侧进行照明能够使图像捕捉装置捕捉到培养皿上菌落的不同的临床相关特征。在几种照明的构造中可以捕捉一系列的图像。这些照明构造包括：顶灯，其用于显现菌落的颜色；底灯，其用于显现培养基(例如，琼脂)的体积中菌落下方和周围的颜色变化；以及低角度侧灯，其用于显现诸如涟漪或粒状等的任何表面形貌。为了捕捉图像而无须移动物理背景，可以通过电气开关使灯进行分别照明。然而，将认识到，并不需要使用所有的照明构造来得到有意义的微生物评估。

在使用底灯(例如面板灯)的情况下，使用透明的支撑件可以促进图像捕捉。“透明”是指照明装置的光可以穿过支撑件，且由图像捕捉装置捕捉。在一个实施方式中，支撑件可以是玻璃台。支撑件的其他形式，例如线框架或围绕培养皿的边缘的短“指状物”也可以达到同样的效果。

支撑件将培养皿理想地定位在图像捕捉装置的正下方并使图像捕捉装置的视场正对培养皿。图像捕捉装置在图像中除了捕捉培养皿，还可以捕捉培养皿的周围区域。该设备可以配置成在培养皿的周围区域(相机的视场)中包括例如对焦目标、色彩校正补丁(colour correction patch)或对准引导件(alignment guide)等各种光学测试特征。

待成像的培养皿可以通过操作者手动定位在支撑件上，并且支撑件可以包括一个或多个透明的定位元件以协助定位培养皿。这些元件可以限定培养皿在支撑件上的位置使得培养皿精确地定位在相机的视场中。透明的元件的使用维持元件附近照明的均一性。透明的定位元件可以是三角形的，该三角形的顶点指向支撑件的中心。因此，培养皿可以被定位成使得三角形的顶点接触培养皿的外周。透明的三角形元件被发现产生的对均一照明的干扰最小。透明的元件可以替代地具有不同的形状或者可以是从支撑件的表面凸出的柱。

手动放置用的其他装置包括：培养皿落入的圆形凹槽，或一系列与培养皿的外壁接触的细线指状物。在另一个实施方式中，待成像的培养皿可以通过机器放置装置来自动定位。在这种情况下，机器人装置可以用程序指令将培养皿安置在预定位置上，且无需物理止挡件。

框架可以是使图像捕捉设备、支撑件和环形灯相对于彼此定位的刚性结构。框架可以由通过螺栓、螺钉或任何适当的连接部件而连接在一起的多个部分构成。可选地，框架可以通过适当的金属加工技术或模具形成为单个部件。如下所述，框架可以作为设备的不透光(light proofing)的一部分。

框架可以包括用于支撑支撑件的不透明罩。“不透明”是指能够穿过罩的光很少或没有。例如，罩可以是延伸过框架的宽度的铝或其他金属的片状件。不透明罩可以包括供玻璃台座落于其上的孔，使得底灯仍能够通过不透明罩照亮培养皿的底面。不透光的罩中的孔还具有比环形灯的宽度小的宽度，使得来自环形灯的光不会在框架的底处反射并通过培养皿折回。以这种方式，当环形灯照明时，没有可辨别的光通过从培养皿的周围或下方的任何表面的散射穿过培养基，或没有任何通过培养基(例如半透明的琼脂)自身散射或传输的光穿过培养基。孔可以具有与环形灯的形状相匹配的如圆形的形状，但形状并非必须匹配。为了捕捉整个培养皿的图像，孔应该比最大的待成像的培养皿的尺寸大。

在一个实施方式中，框架限定腔，使得支撑件将培养皿支撑在图像捕捉装置和腔之间。腔的作用是提供用于捕捉由环形灯照明的半透明的培养皿的高对比度的图像的“黑色背景”。当使用环形灯照明并且关闭其他任何照明装置时，培养皿周围的框架(例如，不透明罩)防止来自环形灯的光落入腔的底部。这通过如下地选择腔的高度来实现：使得框架的阴影覆盖腔的底部，并且使得来自环形灯的光照射腔的边缘并且被腔的边缘吸收。

框架可以进一步包括形成腔的壁的挡光板。这些挡板可以完全包围培养皿下方的腔，并且使挡板的内表面通过涂漆而变黑或通过覆盖具有纹理的光吸收材料(例如黑色丝绒或开孔的多孔黑色泡沫材料)而变黑。

腔或空间看起来像黑色的背景，并且具有能够在无需物理移动设备的任何组成部件的情况下被照亮的优点。腔可以是(例如通过框架和支撑件)密封的，以防止材料落入。例如，在支撑件是玻璃台的情况下，其可以延伸整个框架的宽度以便于清理且防止污染。

框架可以用于形成围绕设备的不透明的(不透光的)外壳的另一目的。例如，框架可以由金属条或金属片制造。框架的内表面可以被涂黑以减少来自表面的任何倾斜光的反射。框架可以包括：用于在支撑件上放置培养皿的访问门。该门可以被铰链连接且具有弹性的不透光的密封，使得当关闭时不允许大量光进入外壳。

尽管上述设备组成部件的空间参照基于培养皿沿竖直方向放置在设备内，固体培养基的平面一般为平的和水平的，但是将认识到，该设备的组成部件可以沿其他方向配置。“上方”、“下方”、“上”或“下”的参照不能被认为限制组成部件的定位，其提供仅为了便于说明。例如，可以以如下方式将培养皿放置在设备中：使得固体培养基的表面为竖直、向下或任何其他的取向。在这些情况中，将会相应地配置该设备的组成部件以提供适当的培养皿的照明和成像。

在另一个实施方式中，该设备可以进一步包括用于改变环形灯的相对于支撑件的位置的部件。因此，环形灯可以被升高或降低以允许大型机器机构的进入或提供用于不同类型平皿的不同的照明角度。用于改变环形灯位置的部件还允许通过在不同的高度使用环形灯来捕捉图像以获得关于培养皿的额外的图像数据。用于升高和降低环形灯的机构可以包括：在环形灯支撑件与框架之间的马达驱动的齿条和齿轮装置，或安装到环形灯支撑件的一组等间距悬索，该组等间距悬索通过电动马达来卷起或解开。

附图说明

将参考附图只通过示例来描述本发明的实施方式。应当理解，附图的特殊性不能取代本发明的以上说明的一般性。

图1是用于分析培养皿中固体培养基上的微生物生长的设备的示意图。

图2的(a)是使用者捕捉图像用的图形用户界面的屏幕截图，图2的(b)至图2的(e)是对图2的(a)屏幕截图左侧部分的细节的特写图。

图3是示出培养皿的位置进入图像中的图形用户界面的一系列屏幕截图。

图4是示出用于捕捉固体培养基上的微生物生长的图像的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出了用于分析琼脂皿形式的培养皿102中固体培养基上的微生物生长的设备100的实施方式。该设备100包括以下组成部件：

·图像捕捉装置104，其采用具有适当的定焦镜头108的机器视觉品质的高分辨率数码相机106的形式。相机106位于环形灯110上方约200mm处。

·环形灯110，其直径大于培养皿102的直径。在本示例中，环形灯的直径为180mm。环形灯110包括漫射器和几百个排列成圆形阵列的白色发光二极管。该灯提供低角度、漫射的侧面照明以使培养皿能够被均匀照亮。环形灯110位于形成框架118的一部分的不透明罩112的上方约40mm处，从而位于培养皿102上方约30mm处。环形灯110的定位使得白色发光二极管的光以低角度照射到培养皿102的表面，从而防止发光二极管在固体培养基的中央表面产生的镜面反射被图像捕捉装置104捕捉。

·照明装置114，其采用基于在漫射器后面的白色发光二极管阵列的面板灯形式。照明装置114位于不透明罩112下方约150mm处。选择该距离以使得环形灯110的光落在挡板上而不是落在灯114上，从而减少培养皿102的后照明。

·支撑件116，其用于支撑位于图像捕捉装置104的直接视野中的培养皿102。支撑件116是3mm厚的透明玻璃台。如果玻璃随着时间的推移而产生刮痕，则可以进行更换。支撑件116包括两个或多个用于将培养皿102定位到支撑件上的三角形透明定位元件。三角形的顶点指向用于放置培养皿102的支撑件的中心，使得这些顶点接触到培养皿102的外周。

·框架118，其用于使图像捕捉装置104、支撑件116、环形灯110和照明装置114相对于彼此定位。框架118由例如金属板或塑料板等不透明的材料制造，从而减少进入设备100的光的量。使设备100的内表面变黑，这可以减少光从内表面反射进入镜头108。

·框架118包括门120，其提供了供操作员将培养皿102放置到支撑件116上的访问路径。或者，机器培养皿操作装置可以使用该访问路径以将培养皿102精确地放置在支撑件116上而成像，然后将培养皿移动到指定的输出通道/滑道。例如，培养皿可以如上所述放置在代表多达四种类型输出通道中的一个的输出通道。

·不透明罩112，其为横跨框架118的宽度延伸的铝板，并将框架118有效地分隔成上封闭空间122和下封闭空间124。不透明罩112包括允许照明装置114的光传输到培养皿102的孔126。孔126的宽度略大于培养皿102的宽度(本示例中为90mm，典型地为88mm至100mm)并且小于环形灯110的直径。这防止了环形灯110发出的光从框架118的底面128或面板灯114的表面反射并返回到培养皿102。

·框架118还包括位于不透明罩112下方的挡光板130。

·用于改变环形灯110相对于支撑件116的位置的部件131还可以设置为齿条和齿轮组装的形式。

·框架118、不透明罩112和挡光板130限定腔132，使得支撑件116将培养皿102支撑在图像捕捉装置104和腔132之间。支撑件(玻璃台)116将腔132密封从而防止不希望的物质落入腔132。当使用环形灯110照明且关闭照明装置114时，不透明罩112防止环形灯110的光将腔132的可见区域照亮。在这种构造中，腔132看起来像黑色的背景。

·侧角灯134，其被用于从一角度对培养皿102进行照明以照亮琼脂上的例如涟漪或粒状结构等任何表面形貌。可以只启动环形灯110的一部分发光二极管使得只从一个方向对培养皿102进行照明来代替侧角灯134。

·经由物理或无线接口将图像捕捉装置104、环形灯110和照明装置114连接到诸如计算机136等的处理部件。计算机136可以包括用于激活不同的组成部件、捕捉原始数据和处理数据的处理器138、存储器140以及存储软件142。

·图像、元数据以及其他信息的程序库可以存储在计算机136中，或通过网络在计算机136中存取。同样，可以通过计算机136访问实验室信息管理***(LIMS)。

将被理解的是，装置的上述任何组成部件都可以用不同的组成部件代替，并且可以调整组成部件之间的距离和组成部件的位置。例如，尽管相机106和镜头108被示出在框架118内，但是在另一个示例中，它们可以放置在框架118外，并且使镜头108通过框架118的顶面中的孔伸出。也可以减小框架118的宽度以减小设备100的整体尺寸。

将描述使用该装置100的图像采集过程。该过程可以适用于获取已训练的机器学习分类器(trained machine learning classifier)对培养皿102上的微生物生长进行分类用的图像或获取训练这种分类器用的图像。将描述手动过程，其中许多步骤由操作人员执行，但应当理解的是，该过程的许多步骤可以被机械化，并且可以通过软件或通过机器装置来执行。

首先，由使用者将接种和培养过的培养皿102定位在支撑件116上、三角形止挡件内部。培养皿102通常以琼脂面向下的方式存储在实验室中(防止盖上的冷凝水落到琼脂表面上并破坏琼脂表面)，所以使培养皿102定位在支撑件上可以包括：移除培养皿102的盖并转动培养皿以使琼脂面向上。

激活软件142以启动图像捕捉程序。软件142要求使用者扫描培养皿102上的条形码，或手动输入数字。条形码与样本ID关联，样本ID使培养皿与特定样本关联，并且经由LIM***与特定病人关联。一旦已经输入条码，相机输出的即时影像预览就显示在图2的(a)所示的窗口中。使用者可以基于即时影像流的反馈来调整培养皿102的位置或透镜108的焦点或孔的位置。

然后使用者需要选择培养皿类型(例如分离的或一体的)、样本类型(例如尿、肠、血液或组织)和琼脂类型(例如血液的或显色的)。图2的(a)的左上方和图2的(b)示出了培养皿数据选项的示例。在替代方式中，可以基于输入的条形码从LIM***中提取培养皿、样本和琼脂的类型的信息，而不需要使用者选择培养皿、样本和琼脂的类型。

输入该数据以后，输入培养皿的位置。该信息可以由使用者以两种方式输入。第一种是通过一系列传统的滑动条，该滑动条允许输入培养皿的X、Y位置和培养皿的半径。如果培养皿是分离式的培养皿，使用者还必须输入分离位置。在图2的(a)的左下方和图2的(c)中示出了这样的示例。第二种方法是通过操作在即时影像预览上面的一系列标记。使用者经由三个点来围绕琼脂放置圆，使用者能够使这三个点交互移动。这三个点唯一确定一个圆。在适当的情形下，第四控制点允许使用者指定中央分离的位置。这种控制点被快速和容易地放置并且非常精确。图3中示出了这种交互如何发生的示例。在具有机器培养皿定位的***中，将知道培养皿的位置，并且可以计算分离的位置。

曝光和照明的设置可以基于所选择的培养皿、样品和琼脂的类型从数据库中提取。

正确的曝光对于高品质的图像捕捉是重要的。在相机106的测试期间，由于分离的培养皿的各侧所包含的不同类型的琼脂的不透明程度可能不同，所以确定需要对分离的培养皿的各侧分别进行曝光。照明的选择还将严重地影响所需的曝光设置，使得使用者能够在启动顶灯或底灯的情况下在任何可用的构造中预览图像。图2的(d)中示出可以用于选择启动顶灯或底灯的单选按钮。虽然未示出，但使用者也可以选择启动侧角灯。

曝光的设置可以由使用者例如使用自动曝光算法的范围(range)进行调整，自动曝光算法的范围可以使用如图3的(e)中所示的下拉菜单来选择。每个自动曝光算法都具有相同的核心(core)。给定目标亮度b_tgt和测得的亮度b_meas，则新曝光e_new的计算公式为：

换句话说，如果亮度太高(图像饱和)，则把曝光无条件地降低到之前值的80％。如果没有这个情况，则变化控制为0.5至2。如果连续的两次曝光设置在彼此间隔10微秒以内，则停止调整。亮度测量值典型地表示为0和1之间的数值，其中，0是黑色(没有亮度)，1是白色(全亮)。

各种自动曝光算法之间的区别在于如何计算当前图像的亮度。可以使用的不同算法包括：

平均法－在本模式中，计算图像中所有像素的平均亮度。

中心加权平均法－中心加权平均法计算所有像素的平均亮度，但给以内的这些像素中心额外加权(各中心样本被计算8次)。

点(Spot)法－这种方法也是计算平均亮度，但仅计算中心的以内的像素的平均亮度。由于图像的中心没有特殊意义，因此这种方法不适用于琼脂皿。

中位数法－这种方法通过直方图计算来计算整个图像的中位数亮度。直方图的每个方形(bin)都是4等级的宽度，因此，如果输入图像为16比特，则直方图具有16384个方形。图像的真实比特深度还可以从相机中读取且提供用于计算。

绿色法－这种方法和平均法相同，但仅使用绿色通道计算亮度。该方法的优点是出于以下两个原因：首先，在拜耳拼接图像(Bayer mosaiced image)中纯绿色像素是红色或蓝色像素的两倍。第二，人类的眼睛对绿色敏感，所以用绿色调整图像可以提供概念上高品质的图像。

软件142可以进一步包括用于帮助使用者选择好的曝光设置的程序，例如，通过使像素在其本色和红色之间脉动的程序。这有助于确定曝光过度的或饱和的像素，通过降低目标图像的亮度可以校正这些像素。

一旦对于给定的照明构造完成了曝光设置，则使用图4所示的方法执行图像捕捉。在步骤164中，开始捕捉，在步骤166中激活照明构造(例如，环形灯110)。在步骤168中使用这种照明构造由图像捕捉装置104捕捉图像。对于每个培养皿重复进行五次图像捕捉，每次具有相同的曝光(步骤170)。在分离的培养皿的情况下对培养皿的另一侧重复该过程(步骤172)，对于例如底部照明装置114等其他照明配置也重复该过程(步骤174)。在步骤176中，捕捉的图像被移送(hand-off)用于数据处理，然后完成图像捕捉(步骤178)。

图像捕捉装置用第一照明构造(例如顶灯照明)可以将五个图像捕捉到缓冲区，然后用第二照明构造(例如底灯照明)将另外五个图像捕捉到缓冲区。如果培养皿是具有多侧的分离的培养皿，则这些也以同样的方式处理。曝光设置从数据库中加载，并且在每次捕捉之前确定准确的曝光。因此，对于分离的培养皿，捕捉单个培养皿可能需要5×2×2＝20个图像，假设相机106以每秒9帧运行，则捕捉这些图像将需要约2秒。

一旦捕捉到图像，则可以将他们移送到用于异步处理的单独执行的线。然后捕捉窗口恢复到等待条形码输入的状态。每一次捕捉培养皿的图像，图像和任何突出的元数据都一起被保存在程序库中。捕捉后，通过门120将培养皿102从设备100移除。对图像捕捉装置104的原始数据进行处理以获得可被用作分析软件的输入的、样本的更精确的图像数据。

可以将捕捉的图像存储在电子程序库、LIMS或其他专门的图像存储数据库中。用于校正图像的例如曝光时间、捕捉日期、照明信息、颜色变换等其他元数据以及相机的数据可以进行与图像相关联地存储。

可以理解的是，虽然在上述的软件中，使用者需要定位培养皿且输入元数据，但这个过程可以自动化。例如，机器手臂可以在图像捕捉之前将培养皿放置在支撑件上，并且在图像捕捉之后将培养皿移除。该软件可以自动地检测培养皿在图像中的位置以及培养皿是分离的还是一体的。机器***可用于读取培养皿上的标识符或条形码。从条形码或其它标识符可以获取诸如培养皿类型、样本类型以及琼脂类型等信息，使得该信息不需要由使用者输入。对于旨在全自动处理的软件版本，使用者无需调整曝光设置或目标亮度设置。

可以理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，上面描述的各部件可以进行各种替换、添加和/或变型，并且，在上述教示的启示下，本发明能够以本领域技术人员可以理解的各种方式来实施。

Claims (18)

1.一种设备，其用于分析培养皿中固体培养基上的微生物生长，所述设备包括：

图像捕捉装置；

支撑件，其用于支撑所述培养皿，以使所述图像捕捉装置捕捉所述固体培养基和任何微生物生长的图像；

环形灯，其位于所述图像捕捉装置和所述支撑件之间，并且用于对所述培养皿的一侧进行漫射照明，以及

框架，其用于使所述图像捕捉装置、所述支撑件和所述环形灯相对于彼此定位，其中所述框架限定腔，使得所述支撑件将所述培养皿支撑在所述图像捕捉装置和所述腔之间，所述腔具有按如下标准选择的高度：使得所述腔能够为所述固体培养基和任何微生物生长的图像提供黑色背景，

用于对所述培养皿的另一侧进行照明的照明装置，所述照明装置是面板灯，所述面板灯包括多个发光二极管和与该多个发光二极管相关联的漫射器，

其中，所述腔具有按如下标准选择的所述高度：使得所述框架的阴影覆盖所述腔的底部，且使得从所述环形灯发射的光落在所述腔的边缘上以提供黑色背景，

当使用所述环形灯照明并且关闭其他任何照明装置时，所述框架能够防止来自所述环形灯的光落入所述腔的底部进而落在所述面板灯的漫射器上，

所述环形灯相对于所述支撑件以如下方式定位：使得所述环形灯的光的从所述固体培养基的中央表面的镜面反射不会被所述图像捕捉装置捕捉到，

所述面板灯位于所述腔的底部。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述框架包括形成所述腔的壁的挡光板。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述挡光板覆盖有具有纹理的光吸收材料。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述环形灯包括以圆形阵列配置的多个发光二极管。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述设备进一步包括与所述多个发光二极管相关联的漫射器。

6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述环形灯被定位在所述支撑件上方30mm至50mm处。

7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述面板灯照亮所述培养皿的底侧，以便于从图像看见所述固体培养基中的颜色变化。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其特征在于，所述支撑件是透明的以使光能传输通过培养皿。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其特征在于，所述支撑件包括支撑培养皿的边缘的短指状物。

10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述支撑件包括一个或多个用于确定所述培养皿在所述支撑件上的位置的定位元件。

11.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其特征在于，所述支撑件包括放置装置，其被构造为能够限定所述培养皿在所述支撑件上的位置使得所述培养皿精确地定位在相机的视场中。

12.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其特征在于，所述框架包括用于支撑所述支撑件的不透明罩。

13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述不透明罩包括孔，所述孔的宽度比所述环形灯的宽度小。

14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，所述环形灯具有120mm至250mm的宽度。

15.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，所述孔的宽度被选择为使得来自环形灯的光不会在框架的底处反射并通过培养皿折回。

16.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述框架包括访问门，所述访问门用于将所述培养皿放置在所述支撑件上。

17.根据权利要求1-5中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备进一步包括用于改变所述环形灯相对于所述支撑件的位置的部件。

18.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述孔的宽度被选择为使得来自环形灯的光不会在框架的底处反射并通过培养皿折回。