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化工自动化及仪表
第38卷
基于元胞自动机的图像法检测抑菌圈
孙和茹张静张娟。门洪
(东北电力大学a.输变电技术学院;b.自动化工程学院,吉林吉林132012
摘要针对工业冷却水行业对抗生亲类杀生荆的药效评价所用的微生物押菌图直径法,提出了一
种图像法测量抑菌图直径。在获得掬茵圈图像后,首先进行灰度化和维纳滤波图像增强预处理,然后基
于Houh变换提取抑茵图像,最后经过元胞自动机进行押菌围边缘检測,计算出抑菌图直径。另外
与常規图像边缘算子( Prewitt和 Canny)进行了对比。
关键词抑菌困边缘提取元胞自动机
中阳分类号TP29
文献标识码A
文章编号10003932(2011)07-0796-04
工业冷却水中微生物繁殖严重,影响系统传卡尺和一些专用仪器,游标卡尺需要人工测量,抑
热效率,诱导金属腐蚀。为防止微生物的危菌圈较多时工作量大,测量结果受主观因素影响
害,需在冷却水中添加化学杀生剂,目前市场上出而导致重现性差、误差大;当抑菌圏呈非圆形或边
售的冷却水杀生剂种类繁多,抗生素类的杀生剂缘模糊时,误差会更大;专用仪器法虽然测量速度
也随之增加,它们杀生效果如何,需要进行评定,较快,但是因为在培养皿中形成的抑菌圈质量和
特别是微生物会产生抗药性,所以在化工、电力和效果差异校大,所以也存在测量不准确的问题。
冶金等行业,需要经常性地进行抗生素类杀生剂为此,笔者在通过专用仪器获得抑菌圈图像后,提
的药效评价?。
出了一种基于元胞自动机( cellular automata,CA)
目前,国内外对抗生素效价测定的通用方法的抑菌圈直径测量法。
是微生物抑菌直径法,该方法是通过测量微生
图像法检测抑圏流程
物抑菌圈的大小,从而得到抗生素的效价。所
笔者采用的抑菌圈图像测量法流程如图1所
谓抑菌圈,是指在培养皿内厚度均匀的琼脂营养示,首先获得抑薗圈图像,然后对抑菌圈图像进
基上形成的透明圆环,在管碟法测定抗生寮效价行预处理,主要包括灰度化和维纳滤波图像增
时,通过测量培养皿内圆环(也就是抑茵圈直径强,再基于Houh变换提取抑菌圈图像,最后经
的大小)来评价杀生剂的效价,抑菌圈直径越大,过元胞自动机进行抑菌圈边缘检测,计算出抑菌
杀生剂的效价越好。测量抑菌圈直径常用游标圈直径。
武取和图囟十图像预处理推选
一暴于Hou9变換提取抑馬于元胞白动机的抑圈边象检過叶算直
图1像法检测抑菌圈流程
2抑菌圏图像预处理
由于抑菌圈图像中存在着多种因素造成的噪
笔者是从迅数-全自动菌落分析仪(HR2声干扰,且基本都存在于图像的髙频部分,因此笔
型)采集到抑菌圈的图像,图像为真彩色JPG格者采用了维纳滤波对图像进行处理。维纳滤波是
式的,如图2所示。彩色图像每一个像素点都用一种自适应滤波,根据最小均方误差准则,求得最
R、C、B3个分量来描述它的特征,处理的工作量佳线性滤波器的参数,其最终目标是使滤波后的
非常大。灰度图像是一个数据矩阵,其中的数据
均代表了在一定范围内的颜色灰度值。因此将其
转变为灰度图像再进行处理,大大地减少了工作
收稿日期:2011-03-22(修改稿)
基金项目:国家重点基础研究发展计(973)资助项目
量。处理后的灰度图像如图3所示。
2007CB206904)
万方数据
第7期
孙和茹等.基于元胞自动机的图像法检测抑菌图
其中(a,B)为圆心坐标,y为圆的半径,图像
空间有3个参数(a、B、y),因此在该参数空间中
的累加数组的大小相应地也应该是三维的,设为
A(a,B,y),让a、B在允许的范围内变换,根据上
述圆的表达式,求出γ值,每计算出一个(a,B,y
值,就使数组元素A(a,B,y)加1,累加结東后,A
(a,B,y)的值就是图像空间中落在以(a,B)为圆
心,以y为半径的圆周上点的数目。采用上述方
法检测出了。-xy中的共圆点,共有10个大小相
图2护菌圈彩色图像
同的抑菌圈,检测出的单个抑菌圈图像如图5所
因3护茵图灰度因像
因5基于Houh交换提取的抑茵图
抑菌圈图像与原始图像的均方误差最小,滤波后
的图像如图4所示。维纳滤波能较好地滤除高斯4基于元胞自动机的抑菌边缘检测
白噪声,使噪声得到抑制,并较好保存了抑菌圈图
提取出单个抑菌圈图像后,采用元胞自动机
像的边缘和高频细节信息,使得抑菌圈在轮廓上进行抑菌圈的边缘检测,并进行直径测量。元胞
显得更清晰,去噪后的图像也不会太模棚。
自动机是一个时空离散、状态离散的并行数学模
型,它是由大量简单的、具有局域相互作用的元胞
所构成?。元胞自动机的空间由一系列格栅状分
布排列着的元胞构成,其格栅空间可以是一维、二
维或者更高维的。在数学上,这种空间可以用
欧式空间的整数格点Z或者7、来表示。这里Z
是全体整数集,T、是由从0到N的有限个整数组
成的集。每个空间的格点代表一个元胞。
笔者应用了元胞自动机的3种边缘提取转换
规则:最小最大法、國值法和形态学梯度法,并和
常规图像边缘检测算子( Prewitt和Cany)进行了
图4维纳滤波后的押菌图图像
对比,其中 Prewitt和Cany检测抑菌圈的结果如
3基于 Hough变换提取抑菌圈
图6和图7所示。
抑菌圈基本上是一个圆形,采用 Hough变换
来从一个包含有多个抑菌圈的平皿图像中逐个提
取抑菌圈。 Hough变换是一种变换域的检测方
法
假设圆的半径y为已知数,-x平面上圆的
表达式为:
图6 Prewitt边检測结果
万方数据