工作原理

 

　　全自動(dòng)菌落分析儀主要基于成像分析法，由成像硬件和分析軟件兩大部分協(xié)同工作。成像硬件負(fù)責(zé)獲取清晰有效的菌落圖像，以便后續(xù)的分析計(jì)數(shù)。目前常見的成像方式有拍照成像和掃描成像。

 

　　拍照成像又分為CMOS加攝像頭拍照以及單反相機(jī)、卡片機(jī)拍照。CMOS加攝像頭拍照成像速度極快，能在0.5秒內(nèi)迅速獲取菌落圖像，并且可清晰展現(xiàn)培養(yǎng)基表層和深層的細(xì)微菌落，菌落表面顏色、皺折、凹陷等特征也較為真實(shí)。然而，其成像受環(huán)境光線強(qiáng)度影響較大，由于光照面到平皿中部、邊部的距離不同，易導(dǎo)致平皿面上各點(diǎn)亮度不一致。單反相機(jī)、卡片機(jī)拍照雖能自動(dòng)對(duì)焦且像素分辨率通常更高，但成像所需時(shí)間較長(zhǎng)，約3-4秒。掃描成像則將線光源通過(guò)移動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)槊婀庠矗饩€強(qiáng)度相對(duì)均勻，其均勻度一般比拍照燈箱的面光源高一個(gè)數(shù)量級(jí)，從根本上解決了菌落目標(biāo)亮度不勻的問(wèn)題。不過(guò)，掃描成像在菌落表面顏色的呈現(xiàn)上不如從平皿正面的拍照成像，且無(wú)法展現(xiàn)培養(yǎng)基深層的細(xì)微菌落。

 

　　核心算法

 

　　分析軟件是全自動(dòng)菌落分析儀的核心組成部分。鑒于菌落生物的多樣性，其在培養(yǎng)基上的表現(xiàn)各異，這就要求分析軟件具備強(qiáng)大的功能。以卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）算法為代表，儀器能夠自動(dòng)提取菌落的邊緣、紋理、形態(tài)等多達(dá)12項(xiàng)特征參數(shù)，可在3秒內(nèi)快速完成全皿計(jì)數(shù)，準(zhǔn)確率高達(dá)98.7%。

 

　　在實(shí)際應(yīng)用中，部分算法具備多尺度特征提取技術(shù)。底層模塊能夠識(shí)別像素級(jí)邊緣特征，敏銳捕捉菌落與培養(yǎng)基的灰度差異，最小可識(shí)別0.01OD的吸光度變化；中層模塊負(fù)責(zé)分析區(qū)域紋理特征，有效區(qū)分菌落（如多孔狀、光滑狀）與雜質(zhì)（顆粒狀、纖維狀）；高層模塊則構(gòu)建形態(tài)學(xué)特征庫(kù)，涵蓋圓形度、周長(zhǎng)面積比等關(guān)鍵參數(shù)，能夠自動(dòng)匹配標(biāo)準(zhǔn)菌落模型，比如大腸桿菌的典型圓形特征。通過(guò)這種多尺度的特征提取，大大提高了對(duì)復(fù)雜菌落的識(shí)別準(zhǔn)確率。

 

　　為解決培養(yǎng)基雜質(zhì)干擾問(wèn)題，動(dòng)態(tài)背景抑制算法應(yīng)運(yùn)而生。初次成像時(shí)，該算法自動(dòng)學(xué)習(xí)培養(yǎng)基背景特征，如顏色均值、紋理分布等；在后續(xù)檢測(cè)中，實(shí)時(shí)扣除背景噪聲，將雜質(zhì)誤判率從15%大幅降至1.2%。在血瓊脂平板檢測(cè)中，此算法能夠精準(zhǔn)剔除紅細(xì)胞殘留干擾，直接對(duì)鏈球菌菌落進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)數(shù)。

 

　　此外，模糊邏輯修正機(jī)制為用戶提供了靈活的操作體驗(yàn)。通過(guò)設(shè)置靈敏度調(diào)節(jié)滑動(dòng)條（1-100級(jí)），用戶可依據(jù)菌落密度動(dòng)態(tài)調(diào)整計(jì)數(shù)策略。在低密度場(chǎng)景（菌落數(shù)<50CFU/皿）下，提高靈敏度至80級(jí)，能夠捕捉到0.1mm的微小菌落；在高密度場(chǎng)景（菌落數(shù)>300CFU/皿）時(shí)，降低靈敏度至30級(jí)，有效避免重疊菌落的誤判。某飲料企業(yè)在檢測(cè)濃縮果汁菌落時(shí)，借助靈敏度調(diào)節(jié)，將計(jì)數(shù)時(shí)間從人工操作的20分鐘大幅縮短至30秒，極大地提高了工作效率。

 

　　全自動(dòng)菌落分析儀憑借工作原理和先進(jìn)的核心算法，在微生物檢測(cè)中發(fā)揮著重要作用，為科研、醫(yī)療、食品安全等領(lǐng)域提供了有力的技術(shù)支持，推動(dòng)了相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。