阅读说明：本技术 一种基于数字照片批处理的微小液滴群流式尺寸统计方法 (Micro-droplet cluster flow type size statistical method based on digital photo batch processing ) 是由 张乐翔 于 2019-03-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于数字照片批处理的微小液滴群流式尺寸统计方法,包括流体通道,所述流体通道的形状为倒“T”形结构。本发明一种基于数字照片批处理的微小液滴群流式尺寸统计方法,通过为该统计方法配套设置有流体通道、注液泵及快速摄像机,注液泵是配套连接在流体通道上端且对流体通道内注入待测液滴的,且流体通道两侧下端配套设置有下游区域,下游区域的正前方在空间上配套设置有快速摄像机,对流过下游区域完成快速拍照工作,本发明的目的在于建立一套基于快速摄像机流式拍照的快速、精准、高通量,且能自动统计分析的微小液滴群尺寸、频率等水力学参数的统计方法,可见该发明,功能实用,适合广泛推广。(The invention discloses a micro-droplet cluster flow type size statistical method based on digital photo batch processing. The invention relates to a small liquid drop group flow type size statistical method based on digital photo batch processing, which is characterized in that a fluid channel, a liquid injection pump and a quick camera are matched and arranged for the statistical method, the liquid injection pump is matched and connected to the upper end of the fluid channel and injects liquid drops to be detected into the fluid channel, the lower ends of the two sides of the fluid channel are matched and provided with downstream areas, the quick camera is matched and arranged in space right in front of the downstream areas, and quick photographing work is completed on the downstream areas.)

一种基于数字照片批处理的微小液滴群流式尺寸统计方法

技术领域

本发明涉及一种基于数字照片批处理的微小液滴群流式尺寸统计方法，具体地说是用于微小液滴群流式尺寸统计方法，属于统计学技术领域。

背景技术

基于微小液滴群的微流控技术已应用于高通量药物筛选、功能材料的高效可控合成、基于单分子和单细胞水平的分子生物学、细胞生物学和合成生物学研究、临床检验、蛋白质组研究等多个领域。

检测微小液滴尺寸主要靠拍照分析，或将液滴静置分布后拍照统计，但多层分布时难以分析；或流式情况拍照记录，然后从成百上千照片中做统计，过程繁琐。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供用于一种基于数字照片批处理的微小液滴群流式尺寸统计方法，其结构简单，设计合理。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

按照本发明提供的技术方案：一种基于数字照片批处理的微小液滴群流式尺寸统计装置，包括流体通道，所述流体通道的形状为倒“T”形结构，所述流体通道的宽度为0.5cm，所述流体通道的两端交汇口导通连接有下游区域，所述流体通道的上端匹配性连接有注液泵，所述流体通道的内部通过注液泵导入有液滴，所述液滴的横截面为L-L截面，两个所述下游区域的正前方在空间上匹配设置有快速摄像机。

作为本发明进一步改进，所述流体通道与下游区域之间为一体导通结构，所述流体通道与下游区域均为透明结构。

作为本发明进一步改进，一种基于数字照片批处理的微小液滴群流式尺寸统计方法的操作步骤如下：

第一步：打开注液泵，将微液滴导入流体通道，并被外相逐一分散后，依次流过拍照的下游区域。

第二步：用快速摄像机聚焦拍照，几千张照片中包含液滴的群体流过的动态信息。

第三步：用imread函数逐张照片导入MATLAB，识别下游区域的通道结构，截取通道区域待分析。

第四步：去背景色，其中背景色可由数百张照片平均化而得，或者取最初只通外相时的照片，目的是去环境光及其它干扰。

第五步：然后转为灰白照片，以灰度值数字化区分气液两相：“1”代表液滴，“0”则代表外相。

第六步：通过像素点计数和与图中已知通道宽度对比，求得每张图片上各个液柱的长度，液滴的频率可以由照片序列编号求得，因为照片是等时间间断拍得的。

第七步：为了以实际时间顺序对气液排序，选择距离T型的流体通道交汇口下游30个像素距离的L-L截面做判定，具体情况见附图三。

第八步：当L-L截面在第i张照片由液滴占据，而在第i+1张照片时由外相占据，说明新形成一个液滴，记录它的长度和频率；当第i和i+1张照片上，L-L截面均是液滴，则说明正在形成一个液滴，此时不做记录。

作为本发明进一步改进，一种基于数字照片批处理的微小液滴群流式尺寸统计方法，其液滴和油柱长度的具体计算如下：

流体通道的宽度w为0.5cm，由p0个像素点组成，当把液滴与其间的外相绘制成线段时，MATLAB读出图上每一条线段由多少个像素点组成，如pi，则线段ni长度等于wpi/p0，i＝1、2、3、4。。。。

作为本发明进一步改进，一种基于数字照片批处理的微小液滴群流式尺寸统计方法，其按序记录及计算液滴和油柱的频率具体计算如下：

由上，得到了每帧照片上液滴和油柱的长度，但是同一液滴会出现在数帧照片里，按序排列和记录流过的液滴信息。

选择上游固定位置L-L截面做判定，总结四种情况：

当第i和i+1帧照片上，L-L截面都是“1”，即液滴，代表一个液滴正在通过，不做记录；

当第i和i+1帧照片上，L-L截面都是“0”，即外相，代表一个外相slug正在通过，不做记录；

当L-L截面在第i和i+1帧照片上依次是“1”和“0”，代表刚通过一个液滴，记录下这个液滴的信息，快速摄像机所拍摄的照片是等时间间断拍得的，比如一秒时间拍下2000张照片，则这个液滴流过L-L截面一共n帧，则该液滴的频率为n/2000Hz，并且知道每个液滴经过L-L截面的时间；

当L-L截面在第i和i+1帧照片上依次是“0”和“1”，代表刚通过一个外相slug，记录下这个外相slug的信息。

通过这个规则，实现了按序排列，获得液滴的频率参数。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1)、本发明一种基于数字照片批处理的微小液滴群流式尺寸统计方法，通过为该统计方法配套设置有流体通道、注液泵及快速摄像机，注液泵是配套连接在流体通道上端且对流体通道内注入待测液滴的，且流体通道两侧下端配套设置有下游区域，下游区域的正前方在空间上配套设置有快速摄像机，对流过下游区域的液滴完成快速拍照工作。

2)、本发明一种基于数字照片批处理的微小液滴群流式尺寸统计方法，通过在快速摄像机所拍摄的照片中用imread函数逐张照片导入MATLAB，识别通道结构，截取通道区域待分析，该微小液滴群流式尺寸统计方法主要借助MATLAB编程软件批处理快速摄像机保存的大量照片序列，其目的在于建立一套基于快速摄像机流式拍照的快速、精准、高通量且能自动统计分析的微小液滴群尺寸、频率等水力学参数的统计方法，通过我们的发明，能自动从数千张照片中统计得期间有的液滴、油柱的长度、频率信息，并按顺保存，实现了微液滴群尺寸的快速、批处理自动统计的分析方案，可见该发明，功能实用，适合被广泛推广。

附图说明

图1为本发明微液滴群尺寸流式测量统计方法步骤结构示意图。

图2为本发明在单张照片中处理获得气液柱长度的过程结构示意图。

图3为本发明液滴和外相排序记录的指标结构示意图。

图中：1、流体通道；2、液滴；3、L-L截面；4、下游区域。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1-3所示，一种基于数字照片批处理的微小液滴群流式尺寸统计装置，包括流体通道1，所述流体通道1的形状为倒“T”形结构，所述流体通道1的宽度为0.5cm，所述流体通道1的两端交汇口导通连接有下游区域4，所述流体通道1的上端匹配性连接有注液泵，所述流体通道1的内部通过注液泵导入有液滴2，所述液滴2的横截面为L-L截面3，两个所述下游区域4的正前方在空间上匹配设置有快速摄像机，该统计方法配套设置有流体通道1、注液泵及快速摄像机，注液泵是配套连接在流体通道1上端且对流体通道1内注入待测液滴2的，且流体通道1两侧下端配套设置有下游区域4，下游区域4的正前方在空间上配套设置有快速摄像机，对流过下游区域4的液滴2完成快速拍照工作。

如图2，其中，所述流体通道1与下游区域4之间为一体导通结构，所述流体通道1与下游区域4均为透明结构，流体通道1与下游区域4之间的导通，使得流体通道1内部注入的待测液滴2顺畅流入下游区域4，流体通道1与下游区域4为透明结构为透明结构，方便快速摄像机清洗拍摄到流体通道1与下游区域4内部所流经的液滴2清晰状态照片。

如图1-3，其中，一种基于数字照片批处理的微小液滴群流式尺寸统计方法的操作步骤如下：

第一步：打开注液泵，将微液滴2导入流体通道1，并被外相逐一分散后，依次流过拍照的下游区域4。

第二步：用快速摄像机聚焦拍照，几千张照片中包含液滴2的群体流过的动态信息。

第三步：用imread函数逐张照片导入MATLAB，识别下游区域4的通道结构，截取通道区域待分析。

第四步：去背景色，其中背景色可由数百张照片平均化而得，或者取最初只通外相时的照片，目的是去环境光及其它干扰。

第五步：然后转为灰白照片，以灰度值数字化区分气液两相：“1”代表液滴2，“0”则代表外相。

第六步：通过像素点计数和与图中已知通道宽度对比，求得每张图片上各个液柱的长度，液滴2的频率可以由照片序列编号求得，因为照片是等时间间断拍得的。

第七步：为了以实际时间顺序对气液排序，选择距离T型的流体通道1交汇口下游30个像素距离的L-L截面3做判定，具体情况见附图三。

第八步：当L-L截面3在第i张照片由液滴2占据，而在第i+1张照片时由外相占据，说明新形成一个液滴2，记录它的长度和频率；当第i和i+1张照片上，L-L截面3均是液滴2，则说明正在形成一个液滴2，此时不做记录。

如图2-3，其中，一种基于数字照片批处理的微小液滴群流式尺寸统计方法，其液滴和油柱长度的具体计算如下：

一、流体通道1的宽度w为0.5cm，由p0个像素点组成，当把液滴2与其间的外相绘制成线段时，MATLAB读出图上每一条线段由多少个像素点组成，如pi，则线段ni长度等于wpi/p0，i＝1、2、3、4。。。其中，数值化为“0”的线段由油柱抽象而得，数值化为“1”的线段是由液滴抽象而得。

如图2-3，其中，一种基于数字照片批处理的微小液滴群流式尺寸统计方法，其按序记录及计算液滴和油柱的频率具体计算如下：

由上，得到了每帧照片上液滴2和油柱的长度，但是同一液滴2会出现在数帧照片里，按序排列和记录流过的液滴2信息。

选择上游固定位置L-L截面3做判定，四种情况总结：

一、当第i和i+1帧照片上，L-L截面3都是“1”，即液滴2，代表一个液滴2正在通过，不做记录；

二、当第i和i+1帧照片上，L-L截面3都是“0”，即外相，代表一个外相slug正在通过，不做记录；

三、当L-L截面3在第i和i+1帧照片上依次是“1”和“0”，代表刚通过一个液滴2，记录下这个液滴2的信息，快速摄像机所拍摄的照片是等时间间断拍得的，比如一秒时间拍下2000张照片，则这个液滴2流过L-L截面3一共n帧，则该液滴2的频率为n/2000Hz，并且知道每个液滴2经过L-L截面3的时间；

四、当L-L截面3在第i和i+1帧照片上依次是“0”和“1”，代表刚通过一个外相slug，记录下这个外相slug的信息。

通过这个规则，实现了按序排列，获得液滴2的频率参数。

需要说明的是，本发明为一种基于数字照片批处理的微小液滴群流式尺寸统计方法，具体计算方法如下：

1.液滴和油柱长度：

已知图2b中流体通道1宽度w为0.5cm，由p0个像素点组成，当把每张照片转化成图2d时，MATLAB能读出图上每一条线段由多少个像素点组成，如pi，则线段ni长度等于wpi/p0，i＝1、2、3、4。。。

其中，数值化为“0”的线段由油柱抽象而得，数值化为“1”的线段是由液滴抽象而得。

2.按序记录及计算液滴2和油柱的频率：

由上，我们得到了每帧照片上液滴2和油柱的长度，但是同一液滴2会出现在数帧照片里，研究人只想按序排列和记录流过的液滴2信息。

我们选择上游固定位置L-L截面3做判定，四种情况总结见表1：

(一)当第i和i+1帧照片上，L-L截面3都是“1”，即液滴2，代表一个液滴2正在通过，我们不做记录；

(二)当第i和i+1帧照片上，L-L截面3都是“0”，即外相，代表一个外相slug正在通过，我们不做记录；

(三)当L-L截面3在第i和i+1帧照片上依次是“1”和“0”，代表刚通过一个液滴2，我们记录下这个液滴2的信息，因为快速摄像机所拍摄的照片是等时间间断拍得的，比如一秒时间拍下2000张照片，则这个液滴2流过L-L截面3一共n帧，则该液滴2的频率为n/2000Hz，并且知道每个液滴2经过L-L截面3的时间；

(四)当L-L截面3在第i和i+1帧照片上依次是“0”和“1”，代表刚通过一个外相slug，我们记录下这个外相slug的信息。

通过这个规则，我们实现了按序排列，并且获得液滴2的频率参数。

综上所述，通过我们的发明，能自动从数千张照片中统计得期间多有的液滴2、油柱的长度、频率信息，并按顺保存。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。