一種dna測(cè)序的互信息圖像配準(zhǔn)方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及DNA測(cè)序分析領(lǐng)域，尤其涉及一種DNA測(cè)序的互信息圖像配準(zhǔn)方法及裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002]在DNA測(cè)序技術(shù)領(lǐng)域，整體操作流程描述如下:DNA樣品通過破碎后，應(yīng)用建庫(kù)試劑 進(jìn)行加接頭、單鏈捕獲、結(jié)合至微球、微乳液PCR擴(kuò)增、破乳液，獲得建立在微球上的DNA文 庫(kù)，應(yīng)用加樣板將文庫(kù)和測(cè)序反應(yīng)需要的酶等鋪放至具有微反應(yīng)池的測(cè)序芯片，測(cè)序芯片 和測(cè)序試劑安裝至主機(jī)上，通過控制計(jì)算機(jī)根據(jù)模塊數(shù)量和位置啟動(dòng)測(cè)序程序，自動(dòng)化進(jìn) 行測(cè)序反應(yīng)，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)分析計(jì)算機(jī)，完成測(cè)序后應(yīng)用計(jì)算分析軟件進(jìn)行圖像 處理、序列讀出、質(zhì)量分析、序列拼接等工作，最終得到DNA樣本的序列信息。微反應(yīng)池測(cè)序 芯片是測(cè)序反應(yīng)的載體，載有測(cè)序模板的DNA Beads及各種測(cè)序反應(yīng)用酶均位于刻有微反 應(yīng)池的測(cè)序芯片中。
[0003]在對(duì)反應(yīng)芯片的圖像采集、識(shí)別后，對(duì)圖像配準(zhǔn)的精確性嚴(yán)重影響對(duì)堿基類型的 判定。
[0004]鑒于上述缺陷，本發(fā)明創(chuàng)作者經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的研究和實(shí)踐終于獲得了本創(chuàng)作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種DNA測(cè)序的互信息圖像配準(zhǔn)方法及裝置，用以克服上 述技術(shù)缺陷。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種DNA測(cè)序的互信息圖像配準(zhǔn)方法，包括：
[0007]獲取圖譜信息，在對(duì)每個(gè)圖譜的采樣時(shí)間間隔內(nèi)分別獲取DNA圖譜；
[0008]獲取所述DNA圖譜的第一像素和第二像素，其中，第一像素A為目標(biāo)像素，第一像素 的灰度值大于或等于初始分割閾值To，像素總數(shù)為N;第二像素B為背景像素，第二像素的灰 度值小于初始分割閾值To，像素總數(shù)為Μ;圖譜f(i，j)的最大值為Vmax，最小值為Vmin
[0009]其中，T〇=l/2(Vmin+Vmax)(1)；
[0010] 計(jì)算第一像素和第二像素的灰度均值的全局閾值T; 陶]
⑵；
[0012] 計(jì)算第一像素和第二像素的方差σ2
[0013] 〇2=(Pa+Pb)(T-T〇)2 (3)；
[0014] 其中，第一像素的概率為：
[0015]
(4)
[0016]第二像素的概率為：
[0017]
(5)
[0018] 若方差在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，則以T為全局閾值對(duì)所述圖譜進(jìn)行分割；
[0019] 獲取CY3、CY5、FAM和TXR四種熒光圖像；
[0020] 以所述圖譜為基準(zhǔn)圖像，對(duì)所述四種熒光圖像進(jìn)行互信息配準(zhǔn)，得到配準(zhǔn)后的熒 光圖像；
[0021] 在所述配準(zhǔn)后的四種熒光圖像中查找的磁珠中心點(diǎn)；
[0022]對(duì)所述中心點(diǎn)進(jìn)行融合處理，以獲得融合后的磁珠中心點(diǎn)。
[0023]進(jìn)一步地，所述以所述圖譜為基準(zhǔn)圖像，對(duì)所述四種熒光圖像進(jìn)行互信息配準(zhǔn)，得 到配準(zhǔn)后的熒光圖像；
[0024] 具體包括：
[0025] 獲取基準(zhǔn)圖像fKxj)和第一圖像f2(x，y)，設(shè)置初始配準(zhǔn)參數(shù)值(x，y，0)和初始搜 索方向，其中，第一圖像為CY3、CY5、FAM和TXR四種熒光圖像中的一種；
[0026] 對(duì)所述第一圖像f2(x，y)進(jìn)行空間幾何變換，得到結(jié)果圖像；
[0027]計(jì)算所述基準(zhǔn)圖像fKxj)和所述記過圖像的互信息值；
[0028]根據(jù)最大互信息理論，判斷此時(shí)的配準(zhǔn)參數(shù)值是否為最優(yōu)，若是則輸出所述配準(zhǔn) 參數(shù)值，使用所述配準(zhǔn)參數(shù)值對(duì)所述第一圖像進(jìn)行幾何變換和重采樣，得到配準(zhǔn)后的熒光 圖像;若不是，則修改配準(zhǔn)參數(shù)值(X，y，Θ)，直至所述配準(zhǔn)參數(shù)值為最優(yōu)。
[0029] 進(jìn)一步地，在所述配準(zhǔn)后的四種熒光圖像中查找的磁珠中心點(diǎn)，具體包括：
[0030] 對(duì)所述配準(zhǔn)后的四種熒光圖像識(shí)別磁珠像素，如果f(i，j)最小值min(i，j)差值的 絕對(duì)值大于等于To，則識(shí)別為磁珠，否則，為背景像素。
[0031] 進(jìn)一步地，在所述配準(zhǔn)后的四種熒光圖像中查找的磁珠中心點(diǎn)，還包括：
[0032] 遍歷所述磁珠像素，獲取磁珠中心像素，其中，磁珠中心像素為，當(dāng)前點(diǎn)的灰度值 等于以當(dāng)前點(diǎn)為中心的4*4像素區(qū)域內(nèi)灰度的最大值，且當(dāng)前點(diǎn)的四鄰域都是目標(biāo)像素。
[0033] 進(jìn)一步地，獲取圖譜信息時(shí)，對(duì)信號(hào)波形，在每連續(xù)的K個(gè)周期內(nèi)，每周期選擇η個(gè) 預(yù)設(shè)時(shí)刻的采樣點(diǎn)，每間隔時(shí)間To采樣一次，連續(xù)取樣Μ次;為了保證取樣數(shù)據(jù)的可參考性 與準(zhǔn)確性，在每一周期內(nèi)選擇的η個(gè)采樣點(diǎn)的時(shí)間間隔△t按照下述公式計(jì)算， _4]
:(9)
[0035]式中，At表示采樣點(diǎn)的時(shí)間間隔，a為修正系數(shù)，其大小由采樣點(diǎn)數(shù)量決定，ω表 示拍照信號(hào)的角頻率，由CCD相機(jī)的性能決定，β為初始相角，Τ表示信號(hào)周期的時(shí)間，λ表示 信號(hào)波形的峰值。
[0036]本發(fā)明還提供一種DNA測(cè)序的互信息圖像配準(zhǔn)裝置，包括：
[0037]獲取模塊，用于獲取圖譜信息，在對(duì)每個(gè)圖譜的采樣時(shí)間間隔內(nèi)分別獲取DNA圖 譜；
[0038]計(jì)算模塊，用于獲取所述DNA圖譜的第一像素和第二像素，其中，第一像素Α為目標(biāo) 像素，第一像素的灰度值大于或等于初始分割閾值To,像素總數(shù)為N;第二像素B為背景像 素，第二像素的灰度值小于初始分割閾值To，像素總數(shù)為Μ;圖譜f(i，j)的最大值為Vmax，最 小值為Vmin
[0039] 其中，To=l/2(Vmin+Vmax) (1)；
[0040] 計(jì)算第一像素和第二像素的灰度均值的全局閾值T;
[0041 ]
(2)；
[0042] 方差計(jì)算模塊，用于計(jì)算第一像素和第二像素的方差σ2
[0043] σ2=(ΡΑ+ΡΒ)(Τ-Το)2 (3)；
[0044] 其中，第一像素的概率為：
[0045]
(4); [0046]第二像素的概率為：
[0047]
(S)；
[0048] 分割模塊，用于當(dāng)方差在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，以T為全局閾值對(duì)所述圖譜進(jìn)行分割；
[0049]圖像配準(zhǔn)模塊，所述圖像配準(zhǔn)模塊包括：
[0050] 熒光獲取模塊，用于獲取CY3、CY5、FAM和TXR四種熒光圖像；
[0051] 對(duì)準(zhǔn)模塊，用于以所述圖譜為基準(zhǔn)圖像，對(duì)所述四種熒光圖像進(jìn)行互信息配準(zhǔn)，得 到配準(zhǔn)后的熒光圖像；
[0052]查找模塊，用于在所述配準(zhǔn)后的四種熒光圖像中查找的磁珠中心點(diǎn)；
[0053]融合模塊，用于對(duì)所述中心點(diǎn)進(jìn)行融合處理，以獲得融合后的磁珠中心點(diǎn)。
[0054]進(jìn)一步地，所述對(duì)準(zhǔn)模塊具體包括：
[0055]互信息計(jì)算模塊，用于獲取基準(zhǔn)圖像fKxj)和第一圖像f2(x，y)，設(shè)置初始配準(zhǔn)參 數(shù)值(X，y，Θ)和初始搜索方向，其中，第一圖像為CY3、CY5、FAM和TXR四種熒光圖像中的一 種;對(duì)所述第一圖像f2(x，y)進(jìn)行空間幾何變換，得到結(jié)果圖像;計(jì)算所述基準(zhǔn)圖像fKxj) 和所述記過圖像的互信息值；
[0056]互信息判斷模塊，用于根據(jù)最大互信息理論，判斷此時(shí)的配準(zhǔn)參數(shù)值是否為最優(yōu)， 若是則輸出所述配準(zhǔn)參數(shù)值，使用所述配準(zhǔn)參數(shù)值對(duì)所述第一圖像進(jìn)行幾何變換和重采 樣，得到配準(zhǔn)后的熒光圖像;若不是，則修改配準(zhǔn)參數(shù)值(x，y，0)，直至所述配準(zhǔn)參數(shù)值為最 優(yōu)。
[0057]進(jìn)一步地，所述查找模塊具體用于：
[0058]磁珠識(shí)別模塊，用于對(duì)圖譜識(shí)別磁珠像素，如果f(i，j)最小值min(i，j)差值的絕 對(duì)值大于等于To，則識(shí)別為磁珠，否則，為背景像素。
[0059]進(jìn)一步地，所述查找模塊還用于：