CN114088706B - 生化检测图像采集***及图像获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种生化检测图像采集***及图像获取方法，其中生化检测图像采集***包括暗箱、光源、微透镜阵列和多根光纤，暗箱内部沿垂直于高度的方向间隔设置第一腔室和第二腔室，第一腔室用于容置具有阵列设置的多个孔井的多孔板，暗箱的顶面正对第二腔室的位置开设窗口，窗口贯通至第二腔室内，暗箱的顶部用于安装具有摄像头的便携电子设备；光源设置于第一腔室内的顶部；多根光纤中的每根光纤的一端固定于第一腔室内的底部以形成光纤输入阵列、另一端固定于第二腔室内的底部以形成光纤输出阵列；微透镜阵列设置于光纤输入阵列上方。本发明的生化检测图像采集***，能够进行大通量、高精度的定量检测图像采集，而且结构简单，便于携带。

Description

生化检测图像采集***及图像获取方法

技术领域

本发明涉及生化检测技术领域，尤其涉及一种生化检测图像采集***及图像获取方法。

背景技术

食品过敏原检测、尿液分析、血液分析、水质监测等领域广泛使用比色法和荧光法进行检测。传统比色法通过裸眼或分光光度计进行被测物含量分析，操作简便，实验效果直观。荧光检测法作为特殊的比色方法，其主要原理是利用某些物质的分子被特定波长的光照射后处于激发态，该分子经历碰撞及去激发过程发出的特定荧光可以进行定性或定量分析。用于比色法和荧光法的传统光谱仪因为体积庞大、价格昂贵等缺点，很难在贫困或边远地区广泛使用。

现在的智能手机通常配备有快速多核处理器、触摸屏、大容量电池以及多种可用于检测和测量的元件(例如光学成像***相机、加速度计、湿度计、指纹扫描仪和心率传感器等)，智能手机已经从最初的便携式通信工具升级成微型计算机，具有携带方便、成本低廉、操作简便、计算力强等特点。将智能手机与多种实验室级别检测手段结合使用，能够为科学实验及临床即时诊断提供强有力的工具。例如，智能手机捕获颜色的能力可以与比色及荧光法结合。配备了CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)传感器的智能手机，能够捕获光学信号并通过内置算法转化为RGB(红、绿、蓝)色彩***数值范围(0-255)；通过校准曲线和特定数据处理方法，RGB强度值对应被测物的含量，从而实现定性或定量的标定。智能手机与精心设计的硬件设备结合，能够达到不亚于光谱仪的检测结果水平，而且便于携带，实现在现场对样品进行高精度检测。目前，智能手机已经广泛应用于食品、环境、农业和医学测试中。

生物化学检测***采用96孔板作为实验仪器，具有通量大的特点，检测效率极高，可以进行多通量、小样本的检测实验。现有比色或荧光法与智能手机结合使用时，通常使用智能手机直接拍摄96孔板，再将得到的照片进行图像处理和定性定量计算。但是，96孔板的横截面积相对较大，使用智能手机拍摄时需要较大的物距才能保证将96孔板全部放置在取景框内，纵向尺寸需求变大，对设备的便携性产生影响；而且智能手机使用广角镜头对96孔板进行拍摄时，因成像面积较大，在有限的尺寸里，拍摄图像的边缘易发生畸变，造成检测灵敏度不高，难以进行精准的定量检测；另外，96孔板光滑的表面会对光产生反射，对样品暗室和图像预处理过程要求很高。因此，亟需一种能够降低图像预处理要求的便携式高精度生化检测图像采集***和方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种生化检测图像采集***及图像获取方法，用以解决现有比色阵列图像采集设备的体积大，便携性差，检测灵敏度不高，对图像预处理过程要求很高的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种生化检测图像采集***，包括：

暗箱，其内部沿垂直于高度的方向间隔设置有第一腔室和第二腔室，所述第一腔室用于容置具有阵列设置的多个孔井的多孔板，所述暗箱的顶面正对所述第二腔室的位置开设有窗口，所述窗口贯通至所述第二腔室内，所述暗箱的顶部用于安装具有摄像头的便携电子设备；

光源，设置于所述第一腔室内的顶部；

多根光纤，多根所述光纤中的每根所述光纤的一端固定于所述第一腔室内的底部，以形成光纤输入阵列，且所述光纤输入阵列中所述光纤端面的排列与所述多孔板上所述孔井的排列相同，多根所述光纤中的每根所述光纤的另一端固定于所述第二腔室内的底部，以形成光纤输出阵列；

微透镜阵列，具有阵列设置的多个微透镜，所述微透镜阵列设置于所述第一腔室内，并位于所述光纤输入阵列上方，且多个所述微透镜的中心与所述光纤输入阵列的多个所述光纤的端面中心一一对齐。

根据本发明提供的生化检测图像采集***，所述光纤输出阵列的横截面积为所述多孔板的横截面积的1/100。

根据本发明提供的生化检测图像采集***，所述生化检测图像采集***还包括第一光学插片，所述第一光学插片可拆卸设置在所述光源与所述多孔板之间的光路中。

根据本发明提供的生化检测图像采集***，所述生化检测图像采集***还包括第二光学插片，所述第二光学插片可拆卸设置在所述多孔板与所述微透镜阵列之间的光路中。

根据本发明提供的生化检测图像采集***，所述生化检测图像采集***还包括光纤阵列面板，所述光纤阵列面板包括入射阵列和出射阵列，所述入射阵列具有阵列设置的多个入射孔，且所述入射孔的排列与所述多孔板上所述孔井的排列相同，所述出射阵列具有阵列设置的多个出射孔；所述光纤阵列面板设置于所述第一腔室和所述第二腔室的底部，且所述入射阵列位于所述第一腔室内，所述出射阵列位于所述第二腔室内，多个所述入射孔的中心与多个所述微透镜的中心一一对齐；多根所述光纤中的每根所述光纤的一端固定连接于所述入射孔、另一端固定连接于所述出射孔；

所述光纤阵列面板上围绕所述入射阵列设置有环形支撑部，所述环形支撑部用于支撑所述微透镜阵列。

根据本发明提供的生化检测图像采集***，所述光纤阵列面板上围绕所述环形支撑部还设置有环形卡槽，所述环形卡槽用于与所述多孔板的底部相配合卡接。

根据本发明提供的生化检测图像采集***，所述第一腔室内至少垂直于顶面的相对两内侧壁上设置有第一支撑部，所述光源支撑于所述第一支撑部上，并与所述第一支撑部可拆卸连接。

根据本发明提供的生化检测图像采集***，所述光源还包括供电接口，所述暗箱的相邻于所述第一支撑部的侧壁上还开设有接口开口，所述供电接口嵌入安装于所述接口开口，并由所述暗箱的外侧壁露出。

根据本发明提供的生化检测图像采集***，所述第一腔室内至少垂直于顶面的相对两内侧壁上还设置有第二支撑部，所述第一光学插片支撑于所述第二支撑部上，并与所述第二支撑部可拆卸连接。

本发明还提供了一种生化检测图像获取方法，包括以下步骤：

根据被测物特性和生化检测实验要求，确定生化检测图像采集***的光源参数；

根据被测物特性和生化检测实验要求，确定生化检测图像采集***的第一光学插片和第二光学插片的参数；

制备被测物样品，将被测物样品存放于多孔板的多个孔井中；

确认光源处于关闭状态，将多孔板送入生化检测图像采集***的第一腔室内，确认生化检测图像采集***的暗箱处于封闭状态；

将具有摄像头的便携电子设备安装于暗箱的顶部，使摄像头正对窗口，打开摄像头；

打开光源，在便携电子设备上进行摄像头的对焦操作，并在摄像头对焦成功后进行拍照操作，获得生化检测图像。

本发明提供的生化检测图像采集***及图像获取方法，通过设置光纤阵列，能够显著缩小被拍摄视场，方便便携电子设备拍摄成像，降低对焦距离的限制，缩小光学结构的体积，进而缩小生化检测图像采集***的体积，提高便携性；通过在光纤输入阵列上方设置微透镜阵列，微透镜能够将孔井底部射出的光全部汇聚到光纤的输入端面中，大大提升光纤的收光效率，增强耦合进光纤中的光的强度，提高光的耦合效率，提升光纤输出光束的光强，提高图像采集精度，从而提升检测灵敏度和准确性，进而提高定量测量精度，能够进行大通量、高精度的定量检测图像采集，而且结构简单，便于携带，成本低，可以满足实验室、医院等对生化检测的需要，能够在医疗诊断、食品安全、环境监管等领域广泛推广应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的生化检测图像采集***的立体结构示意图；

图2是本发明实施例的生化检测图像采集***的分解结构示意图；

图3是本发明实施例的光源、第一光学插片、多孔板、第二光学插片、微透镜阵列、光纤阵列面板、光纤、双胶合透镜及便携电子设备的配合位置示意图；

图4是本发明实施例的生化检测图像采集***工作时的光路示意图；

图5是本发明实施例的微透镜阵列的结构示意图；

图6是本发明实施例的多孔板与出射阵列的面积对比示意图；

图7是本发明实施例的光源的结构示意图；

图8是本发明实施例的光纤阵列面板与光纤装配的结构示意图；

图9是本发明实施例的生化检测图像采集***的磁吸侧门打开状态的示意图；

图10是本发明实施例的生化检测图像获取方法的流程图。

图中：

1、暗箱；11、第一腔室；111、第一支撑部；112、第二支撑部；113、磁吸件；12、第二腔室；13、第三腔室；14、箱体；141、上箱体；142、下箱体；143、顶盖；15、磁吸侧门；16、条形开口；17、磁吸挡板；18、第三腔室开口；19、接口开口；

2、光源；21、发光元件；22、基板；23、保护电阻；24、供电接口；

3、微透镜阵列；31、微透镜；32、板体；

4、光纤；

5、多孔板；51、孔井；

6、双胶合透镜；60、镜筒；

71、第一光学插片；72、第二光学插片；

8、光纤阵列面板；81、入射阵列；82、出射阵列；83、入射孔；84、出射孔；85、环形支撑部；86、环形限位部；87、凹槽；88、环形卡槽；89、让位槽；

9、安装件；91、安装槽；92、摄像开口；93、弧形槽；

200、智能手机；201、摄像头。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”“第二”是为了清楚说明产品部件进行的编号，不代表任何实质性区别。“上”“下”“左”“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

如图1和图2所示，本发明实施例提供的一种生化检测图像采集***，包括暗箱1、光源2、微透镜阵列3和多根光纤4。

其中，暗箱1内部沿垂直于高度的方向间隔设置有第一腔室11和第二腔室12，第一腔室11为被测物样品的检测室，第一腔室11用于容置具有阵列设置的多个孔井51的多孔板5，多孔板5是用于盛装被测物样本的载体用具，一个孔井51盛装一份样本，孔井51能够沿轴向透光，使用多孔板5一次可以实现多组样本的对比实验，以实现大通量检测；第二腔室12与第一腔室11沿垂直于暗箱1高度的方向不连通，以避免第一腔室11和第二腔室12内的光线相互影响；暗箱1的顶面正对第二腔室12的位置开设有窗口(未示出)，窗口贯通至第二腔室12内；暗箱1的顶部能够可拆卸安装具有摄像头的便携电子设备。

光源2设置于第一腔室11内的顶部，用于发出照射光，当第一腔室11内容置有多孔板5时，光源2位于多孔板5上方。

光纤4的数量与多孔板5上孔井51的数量相同，多根光纤4中的每根光纤4的一端固定于第一腔室11内的底部，多根光纤4的端面在第一腔室11内的底部呈平面阵列排列，以在第一腔室11内的底部形成光纤输入阵列，且光纤输入阵列的排布与孔井51阵列的排布相同，当第一腔室11内接收多孔板5且孔井51阵列与光纤输入阵列对齐时，多个孔井51的中心与光纤输入阵列的多根光纤4的端面中心一一对齐；同时多根光纤4中的每根光纤4的另一端固定于第二腔室12内的底部，多根光纤4的另一端面在第二腔室12内的底部也呈平面阵列排列，以在第二腔室12内的底部形成光纤输出阵列。

微透镜阵列3具有阵列设置的多个微透镜31，微透镜31的数量与光纤4的数量相同，微透镜阵列3的排布与光纤输入阵列的排布相同，微透镜阵列3设置于第一腔室11内的底部，并位于光纤输入阵列上方，且微透镜阵列3与光纤输入阵列对齐，多个微透镜31的中心与光纤输入阵列的多根光纤4的端面中心一一对齐，使得每个微透镜31与一根光纤4的端面相关联；当第一腔室11内接收多孔板5且孔井51阵列与光纤输入阵列对齐时，微透镜阵列3位于多孔板5下方，孔井51阵列也与微透镜阵列3对齐，多个孔井51的中心与多个微透镜31的中心一一对齐，使得每个孔井51与一个微透镜31相关联。

从而如图3所示，在第一腔室11内，光源2、多孔板5的孔井51、微透镜阵列3的微透镜31以及光纤输入阵列的光纤4的端面呈竖直中心对齐布置；在第二腔室12内，光纤输出阵列与便携电子设备的摄像头201呈竖直中心对齐布置。光纤4一端位于多孔板5的孔井51底部，以获取孔井51底部的光信息，然后将光信息(包括荧光、显色、变色)传导到光纤4出射端；光纤4是极细的光的传输工具，光纤4出射端面能够汇聚形成整齐的光纤输出阵列，光纤输出阵列的被拍摄视场相较于多孔板5的垂直于孔井51的板面显著缩小，方便便携电子设备拍摄成像，降低对焦距离的限制，缩小光学结构的体积，进而缩小生化检测图像采集***的体积，提高便携性。

如图4所示，为本发明实施例的生化检测图像采集***工作时的光路示意图；图4中的实线箭头指示光线的传播方向。开始工作时，使便携电子设备的摄像头201正对窗口；光源2发出的光透过装有样品的多孔板5的孔井51后，微透镜阵列3的微透镜31将光束耦合进光纤4位于光纤输入阵列的端面中，光纤4将光信号传输到位于光纤输出阵列的端面中，形成发光的光纤输出阵列；光纤输出阵列的出射光束被便携电子设备的摄像头201聚焦在CMOS传感器上形成图像信息，从而实现图像的采集。

本发明的生化检测图像采集***，用于与具有摄像头201的便携电子设备结合使用，满足对被测物的多通量生化检测需求；通过设置光纤4阵列，能够显著缩小被拍摄视场，方便便携电子设备拍摄成像，降低对焦距离的限制，缩小光学结构的体积，进而缩小生化检测图像采集***的体积，提高便携性；通过在光纤输入阵列上方设置微透镜阵列3，微透镜31能够将孔井51底部射出的光全部汇聚到光纤4的输入端面中，大大提升光纤4的收光效率，增强耦合进光纤4中的光的强度，提高光的耦合效率，提升光纤4输出光束的光强，提高图像采集精度，从而提升检测灵敏度和准确性，进而提高定量测量精度；本发明的生化检测图像采集***能够进行大通量、高精度的定量检测图像采集，而且结构简单，便于携带，成本低，可以满足实验室、医院等对生化检测的需要，能够在医疗诊断、食品安全、环境监管等领域广泛推广应用。

具体地，在本发明实施例中，便携电子设备可以是手机、平板电脑、数码相机等。

更具体地，如图2所示，在该实施例中，便携电子设备是智能手机200，智能手机200具有出色的图像捕获能力和数据处理能力。智能手机200搭载有记录软件，智能手机200捕获光纤输出阵列的图像后，记录软件将进行图像处理和数据分析，实现样本的标定测试，在生化检测现场实时处理图像和数据，在网络不发达的环境中也能被顺利使用，更够在更广泛的场景中应用。

具体地，如图5所示，在该实施例中，微透镜阵列3还包括整体呈长方形的板体32，多个圆形的微透镜31阵列设置于板体32上。微透镜31的直径小于多孔板5的孔井51直径。

具体地，在本发明实施例中，光纤4为多模光纤，直径为600nm，传输光特性为波长在400nm-700nm之间，传输可见光。

进一步地，如图2所示，在本发明实施例中，生化检测图像采集***还包括可拆卸设置于第一腔室11内的多孔板5，多孔板5位于光源2与微透镜阵列3之间，且多个孔井51的中心与多个微透镜31的中心一一对齐。

具体地，如图6所示，在该实施例中，多孔板5是96孔板，具有8×12共96个孔井51。则相匹配地，光纤4共96根，光纤输出阵列的光纤4端面以8×12阵列排布；微透镜阵列3具有8×12共96个微透镜31。

另外，在未示出的实施例中，多孔板5也可以具有更多个或更少个的孔井51，例如多孔板5是24孔板、48孔板、384孔板等。

具体地，如图6所示，在该实施例中，光纤输出阵列的横截面积为多孔板5的横截面积的1/100。其中，光纤输出阵列的横截面是指垂直于光纤4长度方向的截面，多孔板5的横截面是指垂直于孔井51轴向的截面。被拍摄视场(即光纤输出阵列)相较于多孔板5的横截面积的缩小比例更大，使用便携电子设备拍摄时，能够减小边缘畸变风险，提高图像采集精度，而且能够缩小成像物距，进而缩小生化检测图像采集***的体积，提升便携性。

进一步地，如图7所示，在本发明实施例中，光源2包括阵列设置的多个发光元件21，发光元件21的数量与微透镜31的数量相同，且发光元件21阵列的排布与微透镜阵列3的排布相同，多个发光元件21的中心与多个微透镜31的中心一一对齐。通过设置与微透镜31数量相同的发光元件21，即发光元件21的数量与多孔板5的孔井51的数量相同，且发光元件21阵列与微透镜阵列3对齐，即发光元件21阵列与多孔板5的孔井51阵列对齐，每个发光元件21位于一个孔井51中心正上方，每个发光元件21单独对一个孔井51进行照明，单个孔井51能够接收到单个发光元件21发出的所有光线，减少光强损失，提高光利用率，进而光纤4接收的光强度更高，进一步提高光纤4出射端的光强，提升图像采集精度，进而提高检测灵敏度，有利于进行高精度的定量检测。

具体地，如图7所示，在本发明实施例中，发光元件21是LED(Light EmittingDiode，发光二极管)灯珠，光源2还包括基板22，多个LED灯珠阵列设置于基板22上，组成LED面阵。其中，LED灯珠可选白光灯珠、蓝光灯珠、红光灯珠、绿光灯珠等。

更具体地，如图7所示，在该实施例中，光源2还包括保护电阻23，保护电阻23设置在基板22上并与LED灯珠电连接，保护电阻23用以保护LED灯珠电压稳定。

更具体地，如图7所示，在该实施例中，光源2还包括供电接口24，供电接口24用于与外部供电***电连接，光源2可以使用外接电源供电，无需使用电池，减少占用设备空间，有利于缩小生化检测图像采集***体积，减轻重量，提升便携性。其中，供电接口24可以是USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)接口，例如Type-C(USB Type-C，一种物理层面的接口类型)。

具体地，如图2所示，在本发明实施例中，第一腔室11内至少垂直于顶面的相对两内侧壁上设置有第一支撑部111，光源2支撑于第一支撑部111上，并与第一支撑部111可拆卸连接。通过在第一腔室11内设置用于固定光源2的第一支撑部111，能够将光源2可拆卸安装于第一腔室11内，方便维修替换光源2，延长使用寿命，而且能够根据使用的多孔板5对应更换光源2，还能够根据检测的样本类型选择和更换光源2，光源2的可选择性强，增强使用功能，无需重新定制暗箱1，适用范围更广，降低成本，实用性强。

更具体地，在该实施例中，第一支撑部111为凸出设置于第一腔室11的相对两内侧壁上的凸筋或凸台；光源2的基板22两侧支撑在第一腔室11两侧的凸筋或凸台上，并通过螺丝与凸筋或凸台固定连接。

具体地，如图2所示，在该实施例中，暗箱1的相邻于第一支撑部111的侧壁上还开设有接口开口19，光源2支撑于第一支撑部111上时，供电接口24嵌入安装于接口开口19，并由暗箱1的外侧壁上露出，便于将供电接口24与外部电源电连接。

进一步地，如图2、图3和图4所示，在本发明实施例中，生化检测图像采集***还包括双胶合透镜6，双胶合透镜6设置在光纤输出阵列与窗口之间的光路中；双胶合透镜6的中心与光纤输出阵列的中心对齐。双胶合透镜6能够有效消除畸变，在保证出色成像的基础上缩短了成像距离，克服了成像边缘畸变以及物距需求大的问题，从而能够缩小第二腔室12所需的高度，进而缩小生化检测图像采集***的整体体积，提高便携性。

更进一步地，如图2所示，在该实施例中，生化检测图像采集***还包括镜筒60，镜筒60设置于第二腔室12内，并与窗口周围暗箱1顶面的内壁固定连接，双胶合透镜6设置于镜筒60内。通过镜筒60将双胶合透镜6固定安装于第二腔室12内且与窗口对齐，同时镜筒60的遮光性和封闭性好，能够防止漏光和光线损失，保证图像采集精度，满足对精准定量测量的需求。

具体地，在该实施例中，双胶合透镜6的直径为25.4mm，焦距为25mm；双胶合透镜6使用卡环固定在镜筒60中。

具体地，在本发明实施例中，便携电子设备通过本发明实施例的生化检测图像采集***捕获的图像信息能够与比色检测相结合，并广泛应用于便携生化检测领域。其中，比色检测是常用的生化传感检测手段，通过分析被测物的比色、显色效果进行标定。

进一步地，如图2、图3和图4所示，在本发明实施例中，生化检测图像采集***还包括第一光学插片71，第一光学插片71可拆卸设置在光源2与多孔板5之间的光路中。其中，第一光学插片71可以为匀光片，例如毛玻璃，匀光片能够将光源2发出的光转换为均匀光，波长不发生变化，直接照射多孔板5中的样本进行比色检测；第一光学插片71还可以为滤光片，滤光片能够将光源2发出的光转换为特定波长的光进行比色检测。通过设置第一光学插片71，且第一光学插片71可拆卸，通过更换不同类型的第一光学插片71，能够实现多种不同的比色法检测，满足对多种样本的生化检测需要。

具体地，如图2所示，在本发明实施例中，第一腔室11内至少垂直于顶面的相对两内侧壁上还设置有第二支撑部112，第一光学插片71支撑于第二支撑部112上，并与第二支撑部112可拆卸连接；其中，第二支撑部112位于第一支撑部111下侧，以将第一光学插片71设置于光源2下方；当第一腔室11内接收多孔板5时，第二支撑部112位于多孔板5上侧，以将第一光学插片71设置于多孔板5上方。通过在第一腔室11内设置第二支撑部112，实现将第一光学插片71可拆卸安装固定于第一腔室11内，第一光学插片71更换快捷方便。

更具体地，在该实施例中，第二支撑部112为凸出设置于第一腔室11的相对两内侧壁上的凸筋或凸台；毛玻璃或滤光片的两侧支撑在第一腔室11两侧的凸筋或凸台上，并使用螺丝固定在凸筋或凸台上。

更进一步地，如图2、图3和图4所示，在本发明实施例中，生化检测图像采集***还包括第二光学插片72，第二光学插片72可拆卸设置在多孔板5与微透镜阵列3之间的光路中，第二光学插片72为滤光片。荧光检测也是常用的生化传感检测手段，通过分析被测物的比色、显色、荧光效果进行标定。荧光检测与比色检测的光路区别在于，在荧光法中，光经过被测物样品后需要经过发射滤光片以获取某波长荧光。通过在多孔板5与微透镜阵列3之间的光路中设置用于荧光发射的滤光片，便携电子设备通过本发明实施例的生化检测图像采集***捕获的图像信息能够与荧光检测相结合，实现荧光法检测，并广泛应用于便携生化检测领域；而且第二光学插片72可拆卸，第二光学插片72与第一光学插片71结合使用，通过灵活装配用于激发和发射的滤光片能够完成比色和荧光两种检测模式的切换，实现比色、荧光两种模式的生化传感检测，增强使用功能，本发明的生化检测图像采集***具有双模式且便携的优点，能够适应多种场景的检测需求，适用于多类样品的检测，高效环保。

具体地，在本发明实施例中，当选用模式为比色检测法时，光源2与多孔板5之间的光路中***第一光学插片71，第一光学插片71为匀光片或滤光片；当选用模式为荧光检测法时，光源2与多孔板5之间的光路中***第一光学插片71，多孔板5与微透镜阵列3之间的光路中***第二光学插片72，且第一光学插片71为第一滤光片，作为激发滤光片使用，第二光学插片72为第二滤光片，作为发射滤光片使用。

更具体地，在该实施例中，匀光片为毛玻璃。

进一步地，如图2所示，在本发明实施例中，暗箱1内部还设置有第三腔室13，第三腔室13位于第一腔室11和第二腔室12下方，且第三腔室13与第一腔室11和第二腔室12连通，多根光纤4均容纳于第三腔室13内。通过设置第三腔室13，遮光性和封闭性好，防止漏光和光强损失，满足对精准定量测量的需求。

进一步地，如图8所示，在本发明实施例中，生化检测图像采集***还包括光纤阵列面板8，光纤阵列面板8包括入射阵列81和出射阵列82，入射阵列81具有阵列设置的多个入射孔83，且入射孔83的数量与光纤4的数量相同，入射孔83阵列的排布与微透镜阵列3的排布相同；出射阵列82具有阵列设置的多个出射孔84，且出射孔84的数量与光纤4的数量相同。如图2所示，光纤阵列面板8设置于第三腔室13的顶部，并封闭第一腔室11和第二腔室12的底部，使得入射阵列81位于第一腔室11内的底部，出射阵列82位于第二腔室12内的底部，且多个入射孔83的中心与多个微透镜31的中心一一对齐，出射阵列82的中心与窗口的中心对齐；多根光纤4中的每根光纤4的一端固定连接于入射孔83、另一端固定连接于出射孔84，从而使多根光纤4的两端面分别排布形成光纤输入阵列和光纤输出阵列。通过设置光纤阵列面板8实现对多根光纤4的安装固定，结构简单，拆装快捷方便，并保证光纤输入阵列和光纤输出阵列的位置稳定，保证图像采集精度。

具体地，如图8所示，在该实施例中，光纤阵列面板8上围绕入射阵列81设置有环形支撑部85，环形支撑部85用于支撑微透镜阵列3，使微透镜阵列3与入射阵列81间隔开一定距离，也方便微透镜31将光汇聚在光纤4的端面上。例如，微透镜31的中心与入射孔83的中心之间的距离等于微透镜31的焦距。

具体地，如图8所示，在该实施例中，光纤阵列面板8上围绕环形支撑部85还设置有环形限位部86，环形限位部86围成限位槽，微透镜阵列3内嵌在该限位槽内，环形限位部86限制微透镜阵列3与入射阵列81的相对位置，保证微透镜31的中心与入射孔83的中心一一对齐，保证测量精度。

更具体地，如图8所示，在该实施例中，光纤阵列面板8的板面上凹陷形成有凹槽87，入射阵列81的入射孔83阵列设置于凹槽87内；光纤阵列面板8的围绕凹槽87外周的板面形成该环形支撑部85。

更具体地，如图2所示，在该实施例中，第二光学插片72内嵌在光纤阵列面板8上的环形限位部86围成的限位槽内，并位于微透镜阵列3之上。

具体地，如图8所示，在该实施例中，光纤阵列面板8上围绕环形限位部86的外周还设置有环形卡槽88，多孔板5的底部设置有卡接部，环形卡槽88用于与多孔板5底部的卡接部相配合卡接，以固定推进第一腔室11内的多孔板5。例如，环形卡槽88呈长方形。

更具体地，在该实施例中，光纤阵列面板8为不锈钢材质板，光纤阵列面板8通过螺丝固定在第三腔室13的顶部。

具体地，如图2所示，在本发明实施例中，暗箱1包括箱体14和磁吸侧门15，第一腔室11、第二腔室12和第三腔室13形成于箱体14内，箱体14的垂直于其顶面的一侧面正对第一腔室11开设有条形开口16，条形开口16形成连通第一腔室11的条形通道，条形开口16用于将多孔板5可拆卸安装于第一腔室11；磁吸侧门15与箱体14磁吸连接，并封闭条形开口16。如图9所示，当取下磁吸侧门15时，第一腔室11处于打开状态，多孔板5通过条形开口16***第一腔室11或从第一腔室11取出；当关上磁吸侧门15时，第一腔室11处于封闭状态，此时可以进行正式测试过程，遮光性和封闭性好，防止漏光和光线损失，满足对精准定量测量的需求。

具体地，在该实施例中，磁吸侧门15的背面设置有强磁贴片，磁吸侧门15能够通过强磁贴片吸附在条形开口16周围的箱体14侧壁上，实现第一腔室11的打开和关闭。

更具体地，如图9所示，在该实施例中，第二支撑部112朝向条形开口16的外边缘设置有磁吸件113，磁吸件113可以是强磁贴片，磁吸侧门15背面的强磁贴片与磁吸件113磁吸配合，从而将磁吸侧门15与箱体14磁吸连接。

具体地，如图8和图9所示，在该实施例中，光纤阵列面板8的相邻于条形开口16的侧边设置有让位槽89，例如，让位槽89为梯形槽；让位槽89用于避让夹取工具，夹取工具在让位槽89处能够对多孔板5进行放置和拿取。

进一步地，如图2所示，在本发明实施例中，暗箱1还包括磁吸挡板17，箱体14的垂直于其顶面的至少一侧面正对第三腔室13开设有与第三腔室13连通的第三腔室开口18；磁吸挡板17与箱体14磁吸连接，并封闭第三腔室开口18。通过设置第三腔室开口18，卸下磁吸挡板17时，第三腔室13被打开，此时可以进行光纤4位置的检查和调整；安上磁吸挡板17时，第三腔室13处于封闭状态，此时可以进行正式测试过程，遮光性和封闭性好，防止漏光和光线损失，满足对精准定量测量的需求。

具体地，如图2所示，在该实施例中，暗箱1包括两个磁吸挡板17，箱体14的相对两侧开设有第三腔室开口18。

更具体地，在该实施例中，磁吸挡板17的背面设置有强磁贴片，磁吸挡板17在预测试和调整阶段时通过强磁贴片可临时吸附在箱体14的侧壁上，待光纤4束位置确认无误后磁吸挡板17再通过螺丝与箱体14紧固连接。

在一个具体实施例中，如图2所示，箱体14包括上箱体141、下箱体142和顶盖143，上箱体141内形成有两个沿高度方向贯通的空腔，两个空腔通过隔板分隔开，避免光线影响；其中一个空腔的远离另一个空腔的侧壁上开设有条形的通孔，该通孔即条形开口16；下箱体142内形成有顶部敞口的空腔，下箱体142的相对两侧壁上开设有通孔，该通孔即第三腔室开口18；顶盖143上也开设有通孔，该通孔即窗口；上箱体141通过螺丝固定连接于下箱体142顶部，顶盖143通过螺丝固定连接于上箱体141的顶部，并封闭上箱体141的空腔的顶部开口；从而顶盖143与上箱体141的开设有条形开口16的空腔围成第一腔室11，顶盖143与上箱体141的另一空腔围成第二腔室12，下箱体142内的空腔形成第三腔室13。

进一步地，如图1和图2所示，在本发明实施例中，生化检测图像采集***还包括安装件9，安装件9可拆卸连接于暗箱1的顶部，安装件9用于固定安装便携电子设备，并使便携电子设备的摄像头201正对窗口。通过设置可拆卸的安装件9，安装件9可以设置多种规格，本发明的生化检测图像采集***不仅能够与现有多种型号的便携电子设备结合使用，还能够与其他新的便携电子设备结合使用，若更换检测用的便携电子设备，无需重新定制或更改整台暗箱1，仅需定制新的安装件9即可，降低成本，适用性更强，应用场景广泛。

具体地，如图2所示，在该实施例中，安装件9设置有安装槽91，安装槽91的形状和尺寸与便携电子设备的形状和尺寸相适配，安装槽91用于安装便携电子设备；安装槽91的底部正对窗口开设有摄像开口92，摄像开口92用于露出便携电子设备的摄像头201。安装件9根据所使用的便携电子设备进行定制，适配性更好，安装槽91与便携电子设备的尺寸严格相同，便携电子设备安装牢固稳定，保证图像采集精度。

具体地，如图2所示，在该实施例中，安装槽91的侧边缘还设置有弧形槽93，弧形槽93用于便携电子设备的放置和拿取，方便操作。

更具体地，在该实施例中，安装件9为安装板，安装件9与暗箱1顶部的顶盖143通过螺丝固定连接，安装件9的摄像开口92与暗箱1顶面的窗口同心对齐。

下面以一种与智能手机200结合使用、适用于96孔板且具有比色、荧光双模式的生化检测图像采集***为例，具体说明本发明的生化检测图像采集***。

在本实施例中，暗箱1整体的尺寸为200mm×100mm×150mm，体积小，便携性好。96孔板具有8×12共96个孔井51。光纤4共96根。

光源2为LED面阵，装配有8×12共96个LED灯珠、一个1Ω的保护电阻23以及一个Type-C供电接口24，每个LED灯珠的参数为：额定电压3V，额定电流0.02A，总照明功率为5.76W；光源2通过带有开关的Type-C供电线接入供电***中。

微透镜阵列3具有8×12共96个微透镜31，微透镜31的直径不超过7mm，焦距为0.5mm，镜片厚度为0.6mm，微透镜31间距为9mm。

双胶合透镜6的直径为25.4mm，焦距为25mm。

光纤阵列面板8的入射阵列81的尺寸为110mm×72mm，设置有8×12共96个入射孔83，入射孔83为直径0.6mm的通孔，入射孔83间距为9mm；出射阵列82的尺寸为12.8mm×8.55mm，设置有8×12共96个出射孔84，出射孔84为直径0.6mm的通孔，出射孔84间距为0.9mm。出射阵列82的面积为96孔板横截面积的1/100。

智能手机200的后置摄像头201像素超过1000万，屏幕分辨率不低于1080P(1920×1080)。智能手机200安装有比色、荧光双模式传感检测记录软件。

如图3所示，在暗箱1内部，LED面阵的96个灯珠、96孔板的96个孔井51、微透镜阵列3的96个微透镜31以及光纤阵列面板8的入射阵列81的96个入射孔83呈竖直中心对齐布置；光纤阵列面板8的出射阵列82与双胶合透镜6、智能手机200的摄像头201呈竖直中心对齐布置。

当采用比色法时，LED面阵和96孔板之间设置毛玻璃或滤光片，设置毛玻璃时，LED面阵发出的光被转换为均匀光，波长不发生变化，直接照射样本进行检测；设置滤光片时，LED面阵发出的光被转化为特定波长的光进行比色检测。毛玻璃和滤光片的尺寸为130mm×88mm，厚度不超过1.5mm。

当采用荧光法，LED面阵和96孔板之间设置第一滤光片，作为激发滤光片使用，第一滤光片的尺寸为130mm×88mm，厚度不超过1.5mm；96孔板与微透镜阵列3之间设置第二滤光片，作为发射滤光片使用，第二滤光片的尺寸为110mm×72mm，厚度不超过1.5mm。

如图10所示，基于上述实施例提供的生化检测图像采集***，本发明实施例还提供了一种生化检测图像获取方法，具体包括以下步骤：

S101，根据被测物特性和生化检测实验要求确定光源2参数。根据确定的光源2参数选择光源2，并在暗箱1的第一腔室11内通过第一支撑部111固定安装光源2。

S102，根据被测物特性和生化检测实验要求确定测试模式为比色法或荧光法，并根据测试模式确定第一光学插片71和第二光学插片72的参数。

其中，若选用荧光法，在暗箱1的第一腔室11内通过第二支撑部112固定激发滤光片，在光纤阵列面板8上嵌入发射滤光片，并确定激发滤光片和发射滤光片的参数。若选用比色法，再判断是否需要特定波长的光进行照明，若无需特定波长的光照明，选用毛玻璃固定在暗箱1的第一腔室11内的第二支撑部112处；若需要特定波长的光照明，在暗箱1的第一腔室11内通过第二支撑部112固定滤光片，并确定滤光片的参数。

S103，制备被测物样品，将被测物样品存放于多孔板5的多个孔井51中。

S104，确认光源2处于关闭状态，将多孔板5送入第一腔室11内，确认暗箱1处于封闭状态。

正式实验开始之前，需要确定光源2处于关闭状态。打开磁吸侧门15，使用镊子夹取多孔板5侧边，将多孔板5稳定送入第一腔室11中，待多孔板5底部稳定落入光纤阵列面板8上的环形卡槽88后取出镊子；放置好多孔板5后，生化检测图像采集***如图9所示。然后将磁吸侧门15和磁吸挡板17磁吸连接于箱体14上，封闭条形开口16和第三腔室开口18，保证暗箱1内部全封闭。

S105，将具有摄像头201的便携电子设备安装于暗箱1的顶部，使摄像头201正对窗口，打开摄像头201。

打开智能手机200中相应记录软件的拍照模式，进入待工作模式。

S106，打开光源2，在便携电子设备上进行摄像头201的对焦操作，并在摄像头201对焦成功后进行拍照操作，获得生化检测图像。

打开供电线上的开关，使光源2的LED灯珠全部打开，此时如图4所示，LED灯珠面阵发出的光通过毛玻璃或滤光片后被转化为均匀光或特殊波长的光，光束透过装有被测物样品(比色溶液)的多孔板5后，微透镜阵列3将光束耦合进多模光纤4的一端，光纤4将光信号传输到另一端形成发光的出射阵列82；在智能手机200上进行对焦操作，并在对焦成功时按下快门，完成拍照工作，出射光束被双胶合透镜6及智能手机200的摄像头201聚焦在CMOS传感器上形成图像信息，从而获得生化检测图像。

S107，关闭光源2的LED灯珠，使用镊子夹取出多孔板5，恢复暗箱1的第一腔室11至封闭状态。

最后，在智能手机200上，通过搭载的记录软件进行图像和数据处理，并结合校准曲线得到被测物的含量标定，实现样本的标定测试。

本发明实施例提供的生化检测图像采集***，使用简单方便，具有大通量、双模式、高精度、便携及应用场景广泛的优点。

在一个具体实施例中，当选用比色法检测焦磷酸盐时，光源2中的发光元件21选用光谱范围在400nm-700nm的白光LED，第一光学插片71选用毛玻璃，智能手机200摄像头201成像后进行RGB三通道颜色分析，结合校准曲线进行含量标定。

当选用比色法检测致病菌时，光源2中的发光元件21选用光谱范围在464nm的蓝光LED，第一光学插片71选用毛玻璃，智能手机200摄像头201成像后捕获RGB三通道颜色信息并转化为灰度值，结合校准曲线进行含量标定。

当选用比色法检测蛋白质时，光源2中的发光元件21选用光谱范围在400nm-700nm的白光LED，第一光学插片71选用窄带滤光片，参数为615nm，智能手机200摄像头201成像后捕获RGB三通道颜色信息，结合校准曲线进行含量标定。

当选用荧光法检测核酸时，光源2中的发光元件21选用光谱范围在400nm-700nm的白光LED，第一光学插片71选用激发滤光片，参数为465nm，第二光学插片72选用发射滤光片，参数为530nm，智能手机200的摄像头201成像后捕获RGB三通道颜色信息，仅使用绿色通道信息并结合校准曲线进行含量标定。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种生化检测图像采集***，其特征在于，包括：

暗箱，其内部沿垂直于高度的方向间隔设置有第一腔室和第二腔室，所述第一腔室用于容置具有阵列设置的多个孔井的多孔板，所述暗箱的顶面正对所述第二腔室的位置开设有窗口，所述窗口贯通至所述第二腔室内，所述暗箱的顶部用于安装具有摄像头的便携电子设备；

光源，设置于所述第一腔室内的顶部，包括多个发光元件；

多根光纤，多根所述光纤中的每根所述光纤的一端固定于所述第一腔室内的底部，以形成光纤输入阵列，且所述光纤输入阵列中所述光纤端面的排列与所述多孔板上所述孔井的排列相同，多根所述光纤中的每根所述光纤的另一端固定于所述第二腔室内的底部，以形成光纤输出阵列；

微透镜阵列，具有阵列设置的多个微透镜，所述微透镜阵列设置于所述第一腔室内，并位于所述光纤输入阵列上方，且多个所述微透镜的中心与所述光纤输入阵列的多个所述光纤的端面中心一一对齐，多个发光元件的中心与多个微透镜的中心一一对齐；

所述生化检测图像采集***还包括第一光学插片，所述第一光学插片可拆卸设置在所述光源与所述多孔板之间的光路中；

所述生化检测图像采集***还包括第二光学插片，所述第二光学插片可拆卸设置在所述多孔板与所述微透镜阵列之间的光路中；

所述光纤输出阵列的横截面积为所述多孔板的横截面积的1/100；

所述生化检测图像采集***还包括光纤阵列面板，所述光纤阵列面板包括入射阵列和出射阵列，所述入射阵列具有阵列设置的多个入射孔，且所述入射孔的排列与所述多孔板上所述孔井的排列相同，所述出射阵列具有阵列设置的多个出射孔；所述光纤阵列面板设置于所述第一腔室和所述第二腔室的底部，且所述入射阵列位于所述第一腔室内，所述出射阵列位于所述第二腔室内，多个所述入射孔的中心与多个所述微透镜的中心一一对齐；多根所述光纤中的每根所述光纤的一端固定连接于所述入射孔、另一端固定连接于所述出射孔；

所述光纤阵列面板上围绕所述入射阵列设置有环形支撑部，所述环形支撑部用于支撑所述微透镜阵列；

所述生化检测图像采集***还包括双胶合透镜，设置在光纤输出阵列与窗口之间的光路中，双胶合透镜的中心与光纤输出阵列的中心对齐。

2.根据权利要求1所述的生化检测图像采集***，其特征在于，

所述光纤阵列面板上围绕所述环形支撑部还设置有环形卡槽，所述环形卡槽用于与所述多孔板的底部相配合卡接。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的生化检测图像采集***，其特征在于，

所述第一腔室内至少垂直于顶面的相对两内侧壁上设置有第一支撑部，所述光源支撑于所述第一支撑部上，并与所述第一支撑部可拆卸连接。

4.根据权利要求3所述的生化检测图像采集***，其特征在于，

所述光源还包括供电接口，所述暗箱的相邻于所述第一支撑部的侧壁上还开设有接口开口，所述供电接口嵌入安装于所述接口开口，并由所述暗箱的外侧壁露出。

5.根据权利要求1所述的生化检测图像采集***，其特征在于，

所述第一腔室内至少垂直于顶面的相对两内侧壁上还设置有第二支撑部，所述第一光学插片支撑于所述第二支撑部上，并与所述第二支撑部可拆卸连接。

6.一种生化检测图像获取方法，其特征在于，应用如权利要求1所述的生化检测图像采集***，包括以下步骤：

根据被测物特性和生化检测实验要求，确定生化检测图像采集***的光源参数；

根据被测物特性和生化检测实验要求，确定生化检测图像采集***的第一光学插片和第二光学插片的参数；

制备被测物样品，将被测物样品存放于多孔板的多个孔井中；

确认光源处于关闭状态，将多孔板送入生化检测图像采集***的第一腔室内，确认生化检测图像采集***的暗箱处于封闭状态；

将具有摄像头的便携电子设备安装于暗箱的顶部，使摄像头正对窗口，打开摄像头；

打开光源，在便携电子设备上进行摄像头的对焦操作，并在摄像头对焦成功后进行拍照操作，获得生化检测图像。