1.一种应用于双线阵扫描成像系统中细胞流速的计算方法,所述双线阵扫描成像系统包括平行光源(1)、微流控芯片(2)和数据处理装置(4),所述微流控芯片(2)设置有直线型微通道(5),所述直线型微通道(5)两端分别设置为微通道微液样品入口(6)和微通道微液样品出口(7),所述微流控芯片(2)的微通道待测区域下表面设置有夹角为θ的两个线阵探测器(3),0≤θ≤90°,其中,线阵探测器a(3)与直线型微通道(5)垂直,另一个线阵探测器b(8)位于线阵探测器a(3)靠近微通道微液样品入口(6)一侧,该计算方法特征在于,具体按照以下步骤实施:步骤1、建立微通道坐标系和线阵扫描坐标系,分别构建细胞速度分解模型、扫描分辨率模型、线阵扫描系统距离模型以及细胞加速度模型;
步骤2、细胞首先经过线阵探测器a(3),在线阵探测器a(3)上检测细胞经过时的特征点;
步骤3、将线阵探测器b(8)采集的细胞图像像素点与特征点进行扫描匹配,得到线阵探测器a(3)与线阵探测器b(8)用于计算细胞流速的特征点组;
步骤4、计算用于计算细胞流速的特征点组中对应点的时间差及横坐标差;
步骤5、计算细胞流动速度和加速度,细胞流速的计算完成。
2.根据权利要求1所述的一种应用于双线阵扫描成像系统中细胞流速的计算方法,其特征在于,所述步骤1具体按照以下步骤实施:步骤1.1建立微通道坐标系和线阵扫描坐标系
以微流控芯片的微通道流向与细胞第一个交叉点为原点O,微通道长度方向为Oy轴,Oy轴以细胞流向为正方向,垂直微通道的方向为Ox轴,Ox轴以指向微通道另一侧的方向为正方向,建立微通道图像的直角坐标系即微通道坐标系O(x,y);
以微流控芯片的微通道流向与细胞的第一个交叉点为原点L,线阵探测器长度方向为Lx轴,Lx轴以与Ox轴正方向成锐角的方向为正方向,垂直线阵探测器的方向为Ly轴,Ly轴以与Oy轴正方向成锐角的方向为正方向,建立线阵扫描图像的直角坐标系即线阵扫描坐标系L(x,y);
步骤1.2、构建细胞速度分解模型
线阵探测器与微通道流向的夹角为θ,Lx轴和Ly轴的交点为细胞当前经过线阵时Ly轴的坐标;
设微液中细胞在微通道内以速度V流动,将流速V在微通道坐标系O(x,y)中分解得到分解速度 在线阵扫描坐标系L(x,y)中分解得到分解速度 两个坐标系之间分解速度之间的转换关系即细胞速度分解模型如下,
步骤1.3、构建扫描分辨率模型
线阵探测器像素间距为S,则Ox轴方向成像分辨率为 且Oy轴方向的分辨率应与Ox轴方向的分辨率相同;设线阵探测器的采样频率为f,则线阵成像一帧图像,细胞沿Ly轴所走的距离为 得出线阵成像图像分辨率与通道物体分辨率关系式即扫描分辨率模型如下,步骤1.4、建立线阵扫描系统距离模型
假设细胞沿Oy轴方向匀速流动,当细胞到达原点O时开始在线阵扫描成像系统上成像;
细胞上一点A1,坐标为(Ox,Oy),与Ox轴、Oy轴的真实距离分别为 在线阵探测器上得到像素数为Lw、行数为Lh的图像,线阵探测器采集到A1的像素为P1,A1在线阵扫描图像上对应点为A2,其坐标为(Lx,Ly),与Lx轴、Ly轴的真实距离分别为 则线阵扫描系统距离模型为当该细胞还存在Ox轴的速度时,较其沿Oy轴方向匀速流动在Ox轴方向上多移动了的距离,此时线阵探测器采集到A1的像素为P2;
步骤1.5、建立细胞加速度模型
假设流动时细胞存在加速度a,加速度a可在坐标系O(x,y)中分别沿Ox轴、Oy轴分解为在坐标系L(x,y)中分别沿Lx轴、Ly轴分解为 各加速度转换关系即细胞加速度模型为,
3.根据权利要求2所述的一种应用于双线阵扫描成像系统中细胞流速的计算方法,其特征在于,所述步骤2具体按照以下步骤实施:步骤2.1、采用最大稳定极值区域检测Maximally Stable Extrernal Regions,MSER算法检测细胞各级明暗交替的衍射环;
步骤2.2、在MSER特征中提取角点特征,筛选出最大稳定极值区域边界上的特征点。
4.根据权利要求3所述的一种应用于双线阵扫描成像系统中细胞流速的计算方法,其特征在于,所述步骤2.1具体为,依次以双线阵扫描成像系统采集的细胞图像动态范围从小到大为阈值,通过设置最大面积变化值Amax和阈值梯度Δ,对图像进行二值化,在该过程中,图像将逐渐由全黑变至全白,其中随着阈值的增加,面积变化很小的连通区域称为MSER区域,通过设置最大面积变化值Amax和阈值梯度Δ,检测细胞各级明暗交替的衍射环。
5.根据权利要求4所述的一种应用于双线阵扫描成像系统中细胞流速的计算方法,其特征在于,所述步骤2.2具体为,通过MSER区域纵坐标的极值来确定角点的纵坐标即衍射环曲率变化最大的点的纵坐标,在纵坐标的极值处选取横坐标的均值来确定该角点的横坐标,通过角点纵坐标间距进行角点筛选,与此同时加入角点特征判断,通过计算角点特征的明显程度,最终在间距小的角点间选择角点特征明显程度最大的一个角点。
6.根据权利要求1所述的一种应用于双线阵扫描成像系统中细胞流速的计算方法,其特征在于,所述计算角点特征的明显程度具体为,计算角点特征明显程度值Rcorner=|∑Adata.*Acorner|,其中Adata为该角点的一个窗口矩阵,Acorner为角点特征计算矩阵,Acorner与实际线阵方向有关;Acorner与Adata的大小相同,Rcorner越大则特征越明显。
7.根据权利要求1所述的一种应用于双线阵扫描成像系统中细胞流速的计算方法,其特征在于,所述步骤3具体为,假设线阵探测器a(3)的扫描图像上提取了N个特征点,在第n个特征点周围提取大小为(h+1)*(w+1)的图像,n≤N,h、w分别表示像素的行数和列数,特征点即中心点表示为PL1(0,0,n);
线阵探测器b(8)的扫描图像上采用误差平方和Sum of Squared Differences,SSD算法扫描匹配算法如下,式(14)中,PL2(i,j)表示线阵探测器b(8)的扫描图像的第i行第j列的像素值,a、b均是不为0的自然数,VSSD(i,j,n)表示该像素点与线阵探测器a(3)的扫描图像上第n个特征点的SSD值,其中,SSD值越大表明两个特征点匹配度越高,在搜索过程中选择最大SSD值的特征点作为最终匹配点,得到用于计算细胞流速的特征点组。
8.根据权利要求2所述的一种应用于双线阵扫描成像系统中细胞流速的计算方法,其特征在于,所述步骤4具体为,用于计算细胞流速的特征点组是细胞相同位置的点,假设线阵探测器a(3)和线阵探测器b(8)的线速率均为v,像素尺寸均为Dpixel,线阵间距为S,线阵探测器a(3)上两个相邻特征点在坐标系L(x,y)中的坐标分别为(xiL1,yiL1)、(xi+1L1,yi+1L1),其在线阵探测器b(8)上对应匹配点在坐标系L(x,y)中的坐标分别为(xiL2,yiL2)、(xi+1L2,yi+1L2),则细胞图像上第i点经过线阵探测器a(3)与线阵探测器b(8)的时间差为横坐标差为 V为细胞在微通道内的流动速度。
9.根据权利要求8所述的一种应用于双线阵扫描成像系统中细胞流速的计算方法,其特征在于,所述步骤5具体为:根据特征点组中对应点的时间差及横坐标差计算出细胞第i点在坐标系L(x,y)中的横向速度VLxi和纵向速度VLyi的相关表达式如下:细胞图像上该两个特征点经过线阵探测器a(3)的时间差为 由
此得出细胞在该段时间里的坐标系L(x,y)中横向加速度 和纵向加速度 的表达式如下:将 和 分别带入步骤1中式(8)、式(12)计算出坐标系O(x,y)下的速
度和加速度,同理计算出双线阵扫描成像系统中全部N个特征点的速度以及N‑1个加速度,细胞流速的计算完成。