專利名稱：微珠自動識別方法和微珠的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及微珠(microbead)自動識別方法和在微珠自動識別 方法中使用的微珠。更具體地，本發(fā)明涉及在讀取在微珠上產(chǎn)生的識別圖 案(recognition pattern)的操作中，基于同樣在微珠上產(chǎn)生的多個基準點 的位置來獲取關(guān)于微珠的里/表(rear/front)和/或定向(orientation)的信 息的微珠自動識別方法，并且涉及在微珠自動識別方法中使用的微珠。
背景技術(shù)：
在過去對諸如核酸或蛋白質(zhì)之類的分析對象執(zhí)行的生化分析中，使用 被稱作微珠的粒子態(tài)載體。在過去例如對核酸執(zhí)行的生化分析中，使用將 探針核酸鏈(probe nucleic-acid chain)固化在微珠表面上的微珠，并且基 于具有與目標核酸鏈互補的基本陣列的探針核酸鏈與目標核酸鏈探針之間 的交互作用，來分離目標核酸鏈。另一方面，在過去對蛋白質(zhì)執(zhí)行的生化 分析中，使用用作針對目標蛋白質(zhì)的抗體的、將抗體固化在微珠表面上的 的微珠，來以如下的方式分離目標蛋白質(zhì)，該方式與過去對核酸執(zhí)行生化 分析的方式相同。
近年來，在利用這些微珠的生化分析中，需要甚至更高的吞吐量。響 應于該需求，開發(fā)了用于提高分析速度的技術(shù)。
例如，日本專利No. 3468750 (此后稱作專利文獻l)中描述的權(quán)利要 求23記載了"一種在樣本中的多個分析物之中檢測通過分析物的分析 反應物而識別出的分析物的方法，包括以下步驟 (a):使多組熒光粒子與所述樣本接觸，所述熒光粒子的每個在其表面 上至少具有一個納米粒子，并且所述熒光粒子的每個通過其熒光染料被標 記，其中所述組包括每個都具有隨組的不同而不同的熒光信號和同樣隨組 的不同而不同的分析反應物的熒光粒子，并且所述分析反應物特別地鏈接到所述樣本中的一種分析物；
(b) :將所述樣本添加到標記試劑；
(c) :通過檢測所述標記來分析示出所述分析反應物被特別地鏈接到所 述樣本中的一種分析物的所述熒光粒子；并且同時，
(d) :從與所述組中的一個組相關(guān)聯(lián)的所述變化的熒光信號的功能來確 定鏈接到其各自的分析物的所述熒光粒子的組。"
根據(jù)由Luminex公司基于上述技術(shù)而提出的懸浮陣列(Suspension Array)技術(shù)，通過改變發(fā)光顏色來用兩種熒光顏料標記微珠，從而使得可 以識別至多100種微珠。根據(jù)懸浮陣列技術(shù)，通過將專用于微珠的探針核 酸鏈和專用于微珠的抗體固化到100種不同類型的微珠上，在一次分析 中，可以分離并檢測100種不同類型的核酸以及100種不同類型的蛋白 質(zhì)。
在專利文獻1所描述的權(quán)利要求25中記載了"所述熒光粒子的每 個組還通過其大小和形狀被確定"。此外，專利文獻1第0037段記載了 大小和形狀的每個可以用作對微珠進行識別的附加參數(shù)。與此相關(guān)的， "Multifunctional encoded particles for high-throughput bio-molecule analysis" ， Science 2007， Vol. 315， No. 5,817， p. 1,393-6 (此后稱作非專 利文獻1)公開了一種通過在流程上采用平板印刷技術(shù)來產(chǎn)生多個形狀彼 此不同的微珠的方法。根據(jù)該方法，能夠產(chǎn)生超出1, 000, OOO種形狀的極 大量形狀的微珠。

發(fā)明內(nèi)容
上述非專利文獻1公開了這樣的方法，其用于在令微珠流過流程并將 微珠定向在適當方向上后，通過在流程上的識別圖案檢測部件處讀取在微 珠上產(chǎn)生的識別圖案來對微珠進行識別。
然而，根據(jù)該方法，為了使微珠通過流程上的識別圖案檢測部件，要 花費大約(1/4)秒的時間。因此，為了識別例如1,000, 000種不同類型的 微珠，要花費250,000秒(或者大約70個小時)。
從以上給出的描述顯然可以看出，讀取在微珠上產(chǎn)生的識別圖案的操作的速度可能成為決定利用極大量種類的微珠的生化分析的效率的重要因 素。
為了解決上述問題，本發(fā)明發(fā)明了一種能夠高速識別在微珠上產(chǎn)生的 識別圖案的微珠自動識別方法。
為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了一種微珠自動識別 方法，該方法包括以下步驟獲取圓柱形微珠的圓形表面的圖像，該圓柱 形微珠具有產(chǎn)生在圓形表面上的識別圖案和同樣產(chǎn)生在圓形表面上的多個 基準點；以及基于基準點的位置，從所獲取的圖像獲取關(guān)于該圓柱形微珠
的里/表和/或定向的信息。
微珠自動識別方法還包括通過基于該信息旋轉(zhuǎn)用于檢測識別圖案的柵
格(lattice)來執(zhí)行圖案匹配處理的步驟，該圖案匹配處理判斷圖像中的 識別圖案是否與柵格相匹配。
通過基于基準點定位在圓形表面上的位置獲取關(guān)于圓柱形微珠的里/表 和/或定向的信息，并且通過執(zhí)行判斷識別圖案是否與柵格相匹配的圖案匹 配處理，可以通過僅執(zhí)行少量操作來檢測識別圖案。
根據(jù)微珠自動識別方法，兩個基準點被分別定位在兩個同心圓的圓周 上，這兩個同心圓與圓形表面共用公共圓心并且彼此直徑不同。此外，兩 個基準點不應被共同定位在穿過公共圓心的直線上。
此外，根據(jù)本發(fā)明實施例的圓柱形微珠被配置為具有圓形表面，識別 圖案和多個基準點被產(chǎn)生在圓形表面上?；诨鶞庶c的位置，從圓形表面 的獲取圖像獲得關(guān)于圓柱形微珠的里/表和/或定向的信息。
此外，在根據(jù)本發(fā)明實施例的圓柱形微珠中-
兩個基準點被分別定位在兩個同心圓的圓周上，這兩個同心圓與圓形
表面共用公共圓心并且彼此直徑不同；并且
兩個基準點不應被共同定位在穿過公共圓心的直線上。
在本發(fā)明中，在微珠上產(chǎn)生識別圖案和每個基準點兩者以具有預先確
定的形式?？梢酝ㄟ^利用諸如CCD (電荷耦合器件)相機或圖像分析軟件
之類的一般的圖像識別單元來檢測識別圖案和每個基準點兩者。識別圖案 和每個基準點的形狀和大小絕不被限制為預先描述的形狀和大小。微珠的識別圖案具有預先確定的形狀并且用于個別地識別微珠。在微珠具有彼此 相同的識別圖案的情況下，相同識別圖案與任一特定微珠的基準點共同用 于提供用以唯一地識別特定微珠的識別手段。
根據(jù)本發(fā)明，可以高速識別在微珠上產(chǎn)生的識別圖案。


圖1A—1B是每個都示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的微珠的多個模型
圖2A—2C是每個都示出在微珠的頂部上的圓形表面上的碼區(qū)域中產(chǎn) 生的識別圖案的頂視圖的多個模型圖；圖2A是示出在微珠1A的頂部上的 圓形表面上的碼區(qū)域中產(chǎn)生的識別圖案的頂視圖的模型圖，圖2B是示出 在微珠1B的頂部上的圓形表面上的碼區(qū)域中產(chǎn)生的識別圖案的頂視圖的 模型圖，圖2C是示出在微珠1C的頂部上的圓形表面上的碼區(qū)域中產(chǎn)生的 識別圖案的頂視圖的模型圖3是將在對方法的描述中參考的說明性模型圖，該方法用于檢測碼 區(qū)域中產(chǎn)生的識別圖案；
圖4是示出作為包括根據(jù)本發(fā)明第一實施例的兩個基準點的位置的頂 視圖的、微珠的圓形表面的頂視圖的模型圖5是示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的微珠的頂視圖的說明性模型圖6示出表示用作對根據(jù)本發(fā)明第一實施例的微珠進行識別的方法 的、由本發(fā)明實施例提供的微珠自動識別方法的過程的流程圖7A—7F是在對圖像識別處理的描述中參考的多個模型圖，所述圖 像識別處理在圖6所示的流程圖的步驟Sl到S6處被執(zhí)行，并且所述流程 圖用作表示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的微珠自動識別方法的過程的流程圖8A—8D是在對圖像識別處理的描述中參考的多個模型圖，所述圖 像識別處理在圖6所示的流程圖的步驟S7到Sll處被執(zhí)行，并且所述流 程圖用作表示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的微珠自動識別方法的過程的流程 圖9示出表示用作對根據(jù)本發(fā)明第二實施例的微珠進行識別的方法的、由本發(fā)明實施例提供的微珠自動識別方法的過程的流程圖；以及
圖10A—10D是在對圖像識別處理的描述中參考的多個模型圖，所述 圖像識別處理在圖9所示的流程圖的步驟S7到Sll處被執(zhí)行，并且所述 流程圖用作表示對根據(jù)本發(fā)明第二實施例的微珠進行識別的微珠自動識別 方法的過程的流程圖。
具體實施例方式
以下通過參考示圖來描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。應注意，以下描述的 優(yōu)選實施例僅是本發(fā)明的代表性實現(xiàn)方式，并且因此不應被解釋為對本發(fā) 明的限制。 1:微珠
(1)第一實施例的微珠
圖1是每個都示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的微珠的多個模型圖。更具 體的，圖1A是示出微珠的頂視圖的模型圖而圖1B是示出微珠的側(cè)視圖的 模型圖。
在圖1的模型圖中，標號1表示被產(chǎn)生為具有圓柱形形狀的微珠，如 果從圓柱形微珠上方或下方的位置觀察則其呈現(xiàn)為圓形。微珠1的圓形表 面包括碼區(qū)域11，在該碼區(qū)域11中產(chǎn)生用于標識微珠1的識別圖案。在 碼區(qū)域11之外的圓周部分上，形成兩個基準點121和122。
希望作為圓柱形微珠1的頂部上的圓形表面和其底部處的圓形表面都 是精確的圓。然而，實際上并不需要圓柱形微珠1的頂部上的及其底部處 的完全的圓形表面。也就是說，只要能夠執(zhí)行根據(jù)將在下文中進行描述的 微珠自動識別方法的自動識別微珠1的處理，那么圓柱形微珠1的頂部上 的及其底部處的近似的圓形表面就足夠了。希望將微珠1產(chǎn)生為具有厚度 d，該厚度d小于圓形表面的直徑R然而并沒有被指定。
此外，在第一實施例中，碼區(qū)域ll和兩個基準點121和122被設(shè)置在 微珠1的頂部上的圓形表面上。然而，碼區(qū)域11和兩個基準點121和122 可以被設(shè)置在微珠1的底部處的圓形表面上。也就是說，碼區(qū)域11和兩 個基準點121和122可以被設(shè)置在微珠1的頂部上的圓形表面上或者其底部處的圓形表面上。
圖2A到圖2C是每個都示出在微珠1的頂部上的圓形表面上的碼區(qū)域 11中產(chǎn)生的識別圖案的頂視圖的多個模型圖。
在圖2A到圖2C的每個模型圖中，微珠1A、 1B和1C的碼區(qū)域11中 的多個黑圈的每個分別表示貫通孔(penetration hole) 111之一，這些貫通 孔分別從頂部圓形表面到底部圓形表面完全貫通微珠1A、 1B和1C。可以 在碼區(qū)域11中的碼矩陣的5行中的一行與碼矩陣的5列中的一列的交叉點 處的25個位置的任一個處產(chǎn)生貫通孔111。在微珠1的這樣的位置上產(chǎn)生 的貫通孔111用作用于識別微珠1的識別碼。微珠1上的多個這樣的貫通 孔111形成所謂的用于識別微珠1的識別圖案。也就是說，微珠1A的25 個位置之中的貫通孔111的分布與微珠1B和1C的分布不同，并且微珠 1B的分布和微珠1C的分布彼此不同。微珠1上的25個位置之中的貫通孔 111的唯一分布形成微珠1特有的識別圖案并且用于唯一地識別微珠1。
更具體地，在圖2A的模型圖中所示出的微珠1A中，在25個位置中 的9個位置處產(chǎn)生貫通孔111。在圖2A的模型圖中，黑圈表示產(chǎn)生了貫通 孔111的位置而白圈表示沒有產(chǎn)生貫通孔111的位置。
在圖2B的模型圖中所示出的微珠1B中，通過相同的記號在25個位 置中的9個位置處產(chǎn)生貫通孔111。然而，在圖2B的模型圖中所示出的微 珠1B中的9個位置不同于在圖2A的模型圖中所示出的微珠1A中的9個 位置。因此，基于產(chǎn)生貫通孔111的位置的不同，可以將微珠1A與微珠 1B區(qū)分開來。
此外，在圖2C的模型圖中所示出的微珠1C中，在25個位置中的10 個位置處產(chǎn)生貫通孔111。因此，基于表示產(chǎn)生貫通孔111的位置的個數(shù) 的位置計數(shù)的不同，可以將微珠1C與微珠1A和/或微珠1B區(qū)分開來。
產(chǎn)生貫通孔111的位置的個數(shù)可以是在0到25的范圍內(nèi)的任一整數(shù)。 可以在從25個位置中選出的任一任意位置處產(chǎn)生貫通孔111。因為微珠1 中貫通孔111的位置以及貫通孔111的個數(shù)可以針對微珠1被任意確定， 所以可以在微珠1的碼區(qū)域11中產(chǎn)生微珠1特有的識別圖案。通過利用用 于檢測隨微珠的不同而不同的識別圖案的圖像識別手段，可以對多達2的25次冪個不同微珠進行識別。
圖3是將在對方法(該方法用于檢測碼區(qū)域中產(chǎn)生的識別圖案)的描 述中參考的說明性模型圖。該圖示出作為微珠1的圓形表面的圖像的、通 過利用諸如CCD相機之類的普通攝像裝置而拍攝到的圖像。
通過旋轉(zhuǎn)用于檢測識別圖案的柵格，可以通過執(zhí)行圖案匹配處理來識 別微珠1的圓形表面的拍攝圖像中的識別圖案，該圖案匹配處理判斷識別 圖案是否與柵格相匹配。在圖3的說明性模型圖中，用標號M來表示柵 格。
柵格M (此后也稱作網(wǎng)格M)包括在與產(chǎn)生貫通孔111的位置相對應 的點處彼此相交的柵格線。如果柵格(或網(wǎng)格)M被適當?shù)胤胖迷谖⒅? 的圓形表面的圖像上以疊蓋(overlap)碼區(qū)域11，那么網(wǎng)格M的每個交 叉點與產(chǎn)生貫通孔111的位置相匹配。如上所述，產(chǎn)生貫通孔111的位置 是25個位置中的一個。判斷微珠1的識別圖案是否與柵格M相匹配的圖 案匹配處理是這樣的處理其將網(wǎng)格M放置在微珠1的圓形表面的圖像上 以疊蓋碼區(qū)域11，并且針對每個交叉點判斷貫通孔111是否存在于網(wǎng)格M 的交叉點處。
為了將網(wǎng)格M放置在微珠1的圓形表面的圖像上以疊蓋碼區(qū)域11， 必須根據(jù)圖像上微珠1的定向來旋轉(zhuǎn)網(wǎng)格M。例如在圖3的說明性模型圖 中所示出的典型示例的情況下，微珠1的圓形表面的圖像被視為這樣的圖 像，其示出從Y軸傾斜了傾角0的微珠1。在這種情況下，為了執(zhí)行圖案 匹配處理，網(wǎng)格M的m軸在傾斜方向上被旋轉(zhuǎn)與傾角0相等的角度。
為了高速識別識別圖案，必須以盡可能少的操作執(zhí)行計算微珠1的圓 形表面的圖像上的傾角0的處理，以及在將網(wǎng)格M在碼區(qū)域上旋轉(zhuǎn)傾角0 的同時將網(wǎng)格M置于圖像上以疊蓋碼區(qū)域11的處理。
微珠1設(shè)有形成如下配置的基準點121和122,所述配置用于計算微 珠1的圓形表面的圖像上的傾角0。
圖4是示出作為包括基準點121和122的位置的頂視圖的、微珠1的 圓形表面的頂視圖的模型圖。
如上所述，同樣如圖1的示圖所示，基準點121和122的每個被設(shè)置在微珠1的圓形表面上的碼區(qū)域ll之外的部分上?；鶞庶c121和122的每 個可以被設(shè)置在任一任意位置處，直到該位置在微珠1的圓形表面上的碼 區(qū)域11之外的部分中。然而，為了使對碼區(qū)域U中的識別圖案的識別容 易，希望在圓形表面內(nèi)碼區(qū)域11以外的圓周區(qū)域中產(chǎn)生基準點121和122 的每個。
基準點121和122分別定位在兩個同心圓的圓周上，這兩個同心圓具 有與圓形表面共用的相同公共圓心C然而彼此半徑不同。更具體地，在圖 4的模型圖中所示出的典型示例中，基準點121定位在以公共圓心C為圓 心并且半徑為rl的圓的弧上，而基準點122定位在同樣以公共圓心C為圓 心并且半徑為與rl不同的r2 (也就是，rl弁2)的圓的弧上。
此外，基準點121和122分別定位在存在于不穿過公共圓心C的直線 上的兩個位置處。也就是說，在圖4的模型圖中所示出的典型示例中，將 基準點121和122彼此連接的直線并不穿過公共圓心C。應注意，基準點 121和122的每個可以被產(chǎn)生為具有任一種任意形狀和大小。 (2)第二實施例的微珠
圖5是示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的微珠的頂視圖的模型圖。
在圖5的頂視模型圖中，標號2表示根據(jù)第二實施例的微珠。根據(jù)第 二實施例的微珠2與微珠1的不同之處在于，在微珠2的情況下，產(chǎn)生了 三個基準點221、 222和223。在其他方面，微珠2與微珠1類似。例如， 整個微珠2的形狀、微珠2的圓形表面的形狀、圓形表面中所產(chǎn)生的碼區(qū) 域11以及碼區(qū)域11中所產(chǎn)生的識別碼都與微珠1的情況相同。
微珠2上的基準點221、 222和223定位在以與微珠2的圓形表面共用 的公共圓心C為圓心并且半徑為r的圓的圓周上?；鶞庶c221和223定位 在穿過公共圓心C的直線上?；鶞庶c222定位在除了基準點221和223分 別定位的2個位置以外的位置上。也就是說，基準點221、 222和223的每 個用作三角形的頂點。然而，為了確定微珠2的里或表(如隨后將要描述 的)，必須將基準點221、 222和223分別放置在這樣的3個位置處，這3 個位置的每個用作不構(gòu)成等腰三角形的頂點之一。
基準點221、 222和223的每個可以被產(chǎn)生為具有任一種任意形狀和大小。此外，基準點221、 222和223的每個可以被放置在任一位置處， 直到該位置在碼區(qū)域11以外的部分中。然而，為了便于對碼區(qū)域11中的 識別圖案進行識別，希望在圓形表面內(nèi)碼區(qū)域11以外的圓周區(qū)域中產(chǎn)生 基準點221、 222和223的每個?？梢栽谖⒅?的頂部上的圓周表面上或者 在其底部處的圓周表面上產(chǎn)生基準點221、 222和223。 2:微珠自動識別方法
圖6示出表示用作對微珠1進行識別的方法的、根據(jù)本發(fā)明第一實施 例的微珠自動識別方法的過程的流程圖。圖7A到圖7F和圖8A到圖8D 是將在對圖6中所執(zhí)行的圖像識別處理的描述中參考的多個模型圖。
(1) 圓形表面圖像的獲取
首先，圖6中的流程圖從步驟Sl開始，在步驟Sl，通過利用諸如 CCD相機之類的普通攝像裝置來為微珠1拍照，從而得到微珠1的圓形表 面的圖像。
微珠1具有類似于圓柱體的形狀。希望將微珠1產(chǎn)生為具有小于圓形 表面的直徑R的厚度d。也就是說，希望將微珠1產(chǎn)生為具有類似于盤狀 的形狀。通過將微珠1產(chǎn)生為具有類似于圓柱體的形狀或者類似于盤的形 狀，微珠1可以在垂直方向上被定向從而使得微珠1的兩個圓形表面分別 被置于微珠1的頂部上及其底部處。這樣，可以通過從微珠1上方的位置 對微珠1進行拍攝，來容易地得到被置于微珠1的頂部上的圓形表面的圖 像，或者可以通過從微珠1下方的位置對微珠1進行拍攝，來容易地得到 被置于微珠1的底部處的圓形表面的圖像。
在步驟Sl處得到的、作為微珠1的圓形表面的圖像的圖像被示出在 圖7A的示圖中。實際上，作為示例，在步驟S1得到的圖像示出兩個微珠 1的圓形表面。分別用標號Bl和B2來表示2個微珠1的圓形表面的圖 像。
(2) 圖像到二進制值的轉(zhuǎn)換
然后，在圖6中示出的流程圖的下一步驟S2，每個得到的圖像被轉(zhuǎn)換 為二進制值。通過取出任一任意顏色陣列或者通過根據(jù)顏色信息進行的再 計算，將每個得到的圖像作為單色圖像進行計算。然后，將每個計算結(jié)果與預先確定為閾值等級的亮度等級進行比較，從而每個計算結(jié)果被根據(jù)比
較結(jié)果轉(zhuǎn)換為兩個二進制值0和1之一。在步驟S2被轉(zhuǎn)換為二進制值的 每個圖像被示出在圖7B的示圖中。在圖7B的示圖中示出的每個圖像中， 用二進制值1來表示每個微珠1的圓形表面，而用二進制值0來表示除每 個微珠1的圓形表面之外的部分。
(3) 邊緣檢測
然后，在圖6所示流程圖的下一步驟S3，分別具有用二進制值l和二 進制值0表示的亮度等級的每兩個相鄰點被標識以對邊緣(或輪廓)進行 檢測。邊緣包括拍攝區(qū)域上多個微珠1的任一個微珠的輪廓，以及在某些 情況下的諸如灰塵之類的噪聲的輪廓。在步驟S3檢測到的、作為微珠圓 形表面圖像Bl和B2的邊緣的邊緣被示出在圖7C的示圖中，分別用標號 E1和E2來表示這些邊緣。
(4) 起點檢測
具有寬度"width"和高度"height"的圖像被變換到一維作業(yè)陣列A 中。這樣， 一維作業(yè)陣列A的大小為"width" X "height"。令x軸表示 示出寬度的像素計數(shù)而y軸表示示出高度的像素計數(shù)。在這種情況下，在 將圖像變換到一維作業(yè)陣列A中的操作中，圖像上坐標為(x, y)的點被變 換到一維作業(yè)陣列A中具有坐標(y^width'+x)的點。也就是說，在將一維 作業(yè)陣列A顯示在二維畫面上的操作中， 一維作業(yè)陣列A的第 (y*'width'+x)個元素的值被視為圖像上坐標為(x， y)的點的像素值。
然后，在圖6中所示流程圖的下一步驟S4， 一維作業(yè)陣列A被連續(xù) 搜索直到用作起點k的第一像素被找到為止。在步驟S4處執(zhí)行的搜索處 理中找到的起點k在圖7D的示圖中用標號k表示。在該典型示例中，在 搜索操作中檢測到微珠圓形表面圖像Bl的邊緣El上的點k。
(5) 標準圓疊蓋
在檢測到了起點k后，過程流程繼續(xù)到圖6所示流程圖的步驟S5。在 該步驟，放置圍成標準圓并且包括起點k的圓周E0以疊蓋邊緣El。如將 在下文中進行描述的，通過放置圍成標準圓并且包括起點k的圓周以疊蓋 邊緣El，能夠判斷邊緣El是微珠1的圓形表面的輪廓還是諸如灰塵之類的噪聲的輪廓。
令像素計數(shù)R表示微珠1的圓形表面的直徑。對于在上述的圓周疊蓋
操作中所使用的標準圓，存在2個一維陣列，每個一維陣列具有R個元 素。這兩個一維陣列是與標準圓的上弧(upper arc)相對應的上側(cè)陣列Ru 和與標準圓的下弧(lower arc)相對應的下側(cè)陣列Rd。上側(cè)陣列Ru中的 第x個元素具有坐標(sqrt(r*r-(x-R/2)*(x-R/2))+R/2)，而下側(cè)陣列Rd中的 第x個元素具有坐標(-sqrt(r*r-(x-R/2)*(x-R/2))+R/2)。表達式(sqrt(r*r-(x-R/2)*(x-R/2))+R/2)是當點具有x坐標時位于與x和y軸相接的(tangent) 上弧上的點的y坐標。表達式(-sqrt(r*r-(x-R/2)*(x-R/2))+R/2)是當點具有 x坐標時位于與x和y軸相接的下弧上的點的y坐標。與x和y軸相接的 上弧是x_y坐標平面的第一象限中的弧，而與x和y軸相接的下弧是x — y坐標平面的第二象限中的弧。
令圓周上每個點的二維坐標變換為一維陣列上的點的坐標。實際上， 圓周具有被變換到一維上側(cè)陣列Ru中的上弧和被變換到一維下側(cè)陣列Rd 中的下弧。圓周被置于具有寬度"width"和高度"height"的二維坐標系 中。二維坐標系中的點p(px，py)被視為起點O'。也就是說，點p(px, py) 被視為將被疊蓋的起點。如之前說明的，二維坐標系中的坐標(px， py)被 變換為一維陣列中的坐標(py*，width，+px)。在這種情況下， 一維陣列中具 有px到(px+R)范圍內(nèi)的坐標的位置對應于定位在上弧上的點，如具有 坐標(px, py+Ru[x-px])的點，或者對應于定位在下弧上的點，如具有坐標 (px, py+Rd[x-px])的點，其中標號Ru [x-px]表示一維上側(cè)陣列Ru的第(x-px)個元素的值，而標號Rd [x-px]表示一維下側(cè)陣列Rd的第(x-px)個元 素的值。也就是說，上弧上的坐標(px， py+Ru[x-px])被變換為一維上側(cè)陣 列Ru中的坐標((py+Ru[x-px])*width+px)，而下弧上的坐標(px, py+Rd[x-px])被變換為一維下側(cè)陣列Rd中的坐標((py+Rd[x-px])*width+px)。
如果邊緣El上的點與標準圓的圓周E0上的點相匹配，那么匹配點的 位置處的像素具有值。另一方面，如果邊緣El上的點與標準圓的圓周E0 上的點不匹配，那么匹配點的位置處的像素不具有值。因此，在覆蓋R個 點的px到(px + R)的范圍內(nèi)，通過相加2個陣列(即一維上側(cè)陣列Ru和一維下側(cè)陣列Rd)上的像素值而得到的和被計算出來，以評估邊緣El與 標準圓的圓周E0相匹配的狀態(tài)。因此，僅通過相加上弧和下弧上的位置 處的像素值，就可以執(zhí)行對微珠圓周上的位置的一次判斷。因此，評估處 理可以被簡化。嚴格地講，通過針對上弧和下弧的每個上的R個點執(zhí)行2 XR次加法，來執(zhí)行對微珠圓周上的位置的一次判斷。應注意，在實際的 圖像識別處理中，針對用于作為相加結(jié)果而得到的和的評估值給定某一程 度的容許范圍，從而消除邊緣等的典型細小疵點的影響。
可以基于起點k的坐標和表示微珠的圓形表面的直徑的像素計數(shù)R， 來預先找到具有像素值中的最大值的像素的位置。這樣，通過判斷具有像 素值中的最大值的像素的實際位置是否與預先計算出的具有像素值中的最 大值的像素的位置相匹配，能夠判斷邊緣El是微珠的圓形表面的輪廓還 是諸如灰塵之類的噪聲的輪廓。更具體地，如果具有所保存的像素值中的 最大值的像素的實際位置小于基于表示微珠的圓形表面的直徑的像素計數(shù) R而預先計算的、作為具有像素值中的最大值的像素位置的位置，那么通 過使用一維作業(yè)陣列A而檢測到的起點k被確定為不是微珠1的輪廓上的 點，而是諸如灰塵之類的噪聲輪廓上的點。
在步驟S5放置的用于疊蓋邊緣El的標準圓圓周被示出為點化線圓 周，在圖7E的示圖中用標號E0來表示該點化線圓周。
如上所述，因為微珠1的圓形表面被視為具有精確圓的形狀，并且基 于作為具有像素值之中最大值的像素的位置而預先計算出的位置來執(zhí)行放 置標準圓以疊蓋邊緣的操作，所以可以通過執(zhí)行少量操作來評估匹配狀 態(tài)。然而，如果微珠1的拍攝區(qū)域不是精確圓而例如是精確的五邊形，那 么用于放置標準的多邊形來疊蓋邊緣的操作增多很多。因此，希望提供具 有圓形表面的微珠1，該圓形表面具有精確圓的形狀。然而，應注意，在 可以放置上述的標準圓來疊蓋這樣的圓形表面的邊緣的情況下，微珠1的 圓形表面可以具有近似圓的形狀。 (6)作業(yè)區(qū)域的提取
如果放置了標準圓的圓周EO來疊蓋邊緣El，并且邊緣El被確定為 微珠1的圓形表面的輪廓，那么通過圖6所示的流程圖來表示的過程的流程繼續(xù)到步驟S6，在步驟S6，包括邊緣El的圖像區(qū)域被提取為作業(yè)區(qū) 域。另一方面，如果邊緣El被確定為不是微珠1的圓形表面的輪廓，而 是諸如灰塵之類的噪聲的輪廓，那么該過程的流程返回到步驟S4，在步驟 S4， 一維作業(yè)區(qū)域A被連續(xù)地搜索直到找到下一個起點。
(7) 基準點121的檢測
在執(zhí)行了步驟S6后，通過圖6所示的流程圖來表示的過程的流程繼 續(xù)到步驟S7，在步驟S7，檢測包括邊緣E1的所提取作業(yè)區(qū)域中的基準點 121。首先，作業(yè)區(qū)域經(jīng)過二進制轉(zhuǎn)換處理，該二進制轉(zhuǎn)換處理采用之前 進行了說明的方法。在二進制轉(zhuǎn)換處理中，在碼區(qū)域11中產(chǎn)生的識別碼 以及基準點121和122被反轉(zhuǎn)(invert)。作為二進制轉(zhuǎn)換處理的結(jié)果而得 到的圖像被示出在圖8A的示圖中。圖8A是示出作為二進制轉(zhuǎn)換處理的結(jié) 果而得到的圖像的示圖，該二進制轉(zhuǎn)換處理將用作識別碼的貫通孔111以 及基準點121和122設(shè)定為二進制值1，并且將圖像的其他部分設(shè)定為二 進制值0。
用于檢測基準點121的一維陣列(n)作為如下處理的結(jié)果被獲得， 所述處理將穿過基準點121并且半徑為rl的圓變換為陣列。該陣列與對應 于邊緣El (或者標準圓的圓周E0)的陣列圓心相同。通過在一個方向上 跟蹤圓的圓周(經(jīng)過2XR個點)來產(chǎn)生該陣列，并且將該陣列的元素值 設(shè)定為與用于標準圓圓周E0的陣列的元素值相同。(也就是說，該陣列 中每個元素的值是具有RXR平面(即高度為R并且寬度為R的平面)的 坐標的點處的像素值)。這樣，基準點121可以作為如下像素的值被檢測 到，該像素作為具有示出陣列中某一元素的值的像素被包括在作業(yè)區(qū)域 中。
以下描述說明一種典型情況，其中對基準點121進行檢測而不檢測基 準點122。在以下描述中，在該步驟S7檢測基準點121而在隨后將進行說 明的步驟S10檢測基準點122。然而，可以相反地在該較早步驟S7檢測基 準點122，而可以相反地在較遲步驟S10檢測基準點121?？商娲兀?步驟S7，可以同時檢測基準點121和122。
(8) 定向角0的檢測在檢測到了基準點121之后，通過圖6所示的流程圖而表示的過程的 流程繼續(xù)到步驟S8。在步驟S8，計算作為微珠l的定向角的、在圖8B的 示圖中示出的定向角0。如圖8B的示圖所示，定向角0是由Y軸和穿過 基準點121的圓形表面直徑形成的角。
(9) 網(wǎng)格旋轉(zhuǎn)/匹配
然后，在圖6所示流程圖的下一步驟S9，網(wǎng)格M被旋轉(zhuǎn)計算出的定 向角0，以執(zhí)行判斷識別圖案與如圖8C的示圖所示的網(wǎng)格M是否相匹配 的圖案匹配處理。通過以微珠1的中心為旋轉(zhuǎn)中心來旋轉(zhuǎn)軸m，將網(wǎng)格M 旋轉(zhuǎn)作為計算結(jié)果而得到的角度，該計算基于cos0和sinl
還可以通過維持網(wǎng)格M的定向并且旋轉(zhuǎn)識別碼以及其中產(chǎn)生了識別碼 的碼區(qū)域11來執(zhí)行圖案匹配處理，該圖案匹配處理判斷識別圖案與網(wǎng)格 M是否匹配。然而，如前所述，與旋轉(zhuǎn)識別碼和碼區(qū)域11的處理相比， 旋轉(zhuǎn)網(wǎng)格M的處理需要更少的操作。因此，與旋轉(zhuǎn)識別碼和碼區(qū)域11的 處理相比，旋轉(zhuǎn)網(wǎng)格M以執(zhí)行圖案匹配處理的處理可以以更快的速度被執(zhí) 行，該圖案匹配處理判斷識別圖案與網(wǎng)格M是否匹配。
(10) 基準點122的檢測和里/表的確定
通過采用與檢測基準點121的方法相同的方法，在圖6所示流程圖的 下一步驟SIO，對基準點122進行檢測。在檢測基準點122的過程中，使 用作為直徑為r2的圓的圓周的變換結(jié)果而得到的一維陣列。
然后，基于所檢測到的基準點121和122的位置之間的關(guān)系，確定微 珠1的里或表。更具體地，如圖8D所示，通過判斷基準點121是定位在 與基準點122的位置相同的軸m的半圓側(cè)上的位置還是位于與定位了基準 點122的半圓側(cè)相反的半圓側(cè)上的位置，來確定微珠1的里或表。
(11) 識別圖案的檢測
最后，通過圖6所示的流程圖表示的過程繼續(xù)到最后一個步驟Sll， 在步驟Sll，通過判斷貫通孔111是否存在于網(wǎng)格M中的網(wǎng)格線的每個交 叉點處，來撿測識別圖案。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明第一實施例的微珠自動識別方法，基于設(shè)置在 微珠1的圓形表面上的兩個基準點的位置(微珠1被產(chǎn)生為具有圓柱體形狀)，可以通過執(zhí)行少量操作來檢測微珠1的識別碼從而使得可以高速執(zhí) 行微珠自動識別方法。
此外，因為可以在微珠1的圓形表面的碼區(qū)域11以外的圓周區(qū)域中 設(shè)置基準點，所以碼區(qū)域U可以被做得更大。因此，可以在碼區(qū)域11中 產(chǎn)生更多數(shù)目的不同碼圖案。 3:微珠自動識別方法
圖9示出表示用作對根據(jù)第二實施例的微珠2進行識別的方法的、根
據(jù)本發(fā)明第二實施例的微珠自動識別方法的過程的流程圖。圖IOA到圖 10D是在對流程圖的多個步驟處所執(zhí)行的圖像識別處理(在提取了作業(yè)區(qū) 域之后的處理)的描述中參考的多個模型圖，圖9所示的流程圖用作表示 根據(jù)本發(fā)明第二實施例的微珠自動識別方法的過程的流程圖。
表示對微珠2進行識別的方法的圖9所示的流程圖的步驟Sl到S6以 如下的方式被執(zhí)行，該方式與執(zhí)行圖6所示的流程圖的步驟Sl到S6的方 式相同，圖6用作表示針對微珠1而提供的微珠自動識別方法的過程的流 程圖。然后，在圖9所示的流程圖的步驟S7，檢測所提取的作業(yè)區(qū)域中的 基準點221和223。首先，作業(yè)區(qū)域經(jīng)過二進制轉(zhuǎn)換處理，該二進制轉(zhuǎn)換 處理采用之前進行了說明的方法。在二進制轉(zhuǎn)換處理中，在碼區(qū)域11中 產(chǎn)生的識別碼以及基準點221、 222和223被反轉(zhuǎn)。作為二進制轉(zhuǎn)換過程 結(jié)果而得到的圖像被示出在圖IOA的示圖中。圖IOA是示出作為二進制轉(zhuǎn) 換處理結(jié)果而得到的圖像的示圖，該二進制轉(zhuǎn)換處理用于將用作識別碼的 貫通孔211以及基準點221、 222和223設(shè)定為二進制值1，并且將圖像的 其他部分設(shè)定為二進制值0。
用于檢測基準點221和223的一維陣列(n)作為如下處理的結(jié)果被 獲得，所述處理將穿過基準點221和223并且半徑為r的圓變換為陣列。 在微珠2的情況下，基準點221、 222和223定位在同一個圓的圓周上。因 此，實際上，同樣也檢測了基準點222。然而，因為基準點221和223被 置于穿過圓心的直線上，所以可以從檢測到的基準點221、 222和223取 出基準點221和223。在以下的描述中，在該步驟S7檢測基準點221和 223，而在隨后將進行說明的步驟S10檢測基準點222。作為替代，在步驟S7，可以同時檢測到所有的基準點221、 222和223。
在檢測到了基準點221和223之后，通過圖9所示的流程圖來表示的 過程的流程繼續(xù)到步驟S8。在步驟S8，計算作為微珠2的定向角的、在 圖10B的示圖中示出的定向角0。
然后，在圖9所示流程圖的下一步驟S9，將網(wǎng)格M旋轉(zhuǎn)計算出的定 向角0，以執(zhí)行判斷識別圖案與如圖IOC的示圖所示的網(wǎng)格M是否相匹配 的圖案匹配處理。通過以微珠2的中心為旋轉(zhuǎn)中心來旋轉(zhuǎn)軸m，將網(wǎng)格M 旋轉(zhuǎn)作為計算結(jié)果而找到的角度，該計算基于cos0和sin0。
然后，在圖9所示流程圖的下一步驟SIO，對基準點222進行檢測。 此外，基于所檢測到的基準點222的位置和所檢測到的基準點221的位置 之間的關(guān)系以及所檢測到的基準點222的位置和所檢測到的基準點223的 位置之間的關(guān)系，確定微珠2的里或表。更具體地，如圖10D的示圖所 示，通過判斷基準點222是定位在相對于基準點221的位置的軸m的右半 圓側(cè)內(nèi)的位置還是定位在相對于基準點221的位置的軸m的左半圓側(cè)內(nèi)的 位置，來確定微珠2的里或表。
如果基準點221、 222和223分別被置于每個都用作構(gòu)成等腰三角形 的頂點之一的三個位置處，那么可以基于所檢測到的基準點222的位置和 所檢測到的基準點221的位置之間的關(guān)系以及所檢測到的基準點222的位 置和所檢測到的基準點223的位置之間的關(guān)系，確定微珠2的里或表。
最后，通過圖9所示的流程圖表示的過程繼續(xù)到最后一個步驟Sll， 在步驟Sll，通過判斷貫通孔211是否存在于網(wǎng)格M中的網(wǎng)格線的每個交 叉點處來檢測識別圖案(如之前所說明的)。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明第二實施例的微珠自動識別方法，基于設(shè)置在 微珠2的圓形表面上的三個基準點的位置(微珠2被產(chǎn)生為具有圓柱體形 狀)，可以通過僅執(zhí)行少量操作來檢測微珠2的識別碼。
根據(jù)由本發(fā)明提供的微珠自動識別方法和微珠，可以高速識別在微珠 上產(chǎn)生的識別圖案。因此，本發(fā)明對于利用微珠的各種生化分析的更高吞 吐量以及更高處理速度作出了貢獻。
本申請包含與在日本優(yōu)先權(quán)專利申請JP2008-121849 (于2008年5月8日遞交到日本專利局)中公開的主題有關(guān)的主題，該申請的全部內(nèi)容通 過引用被結(jié)合于此。
本領(lǐng)域中的技術(shù)人員應理解，根據(jù)設(shè)計需求和其他因素可以想到各種 修改、組合、子組合和變更，只要它們落入隨附的權(quán)利要求或其等價物的 范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種微珠自動識別方法，包括以下步驟獲取圓柱形微珠的圓形表面的圖像，所述圓柱形微珠具有產(chǎn)生在所述圓形表面上的識別圖案和同樣產(chǎn)生在所述圓形表面上的多個基準點；以及基于所述基準點的位置，從所獲取的圖像獲取關(guān)于所述圓柱形微珠的里/表和/或定向的信息。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微珠自動識別方法，還包括 通過基于所述信息旋轉(zhuǎn)用于檢測所述識別圖案的柵格來執(zhí)行圖案匹配處理的步驟，所述圖案匹配處理判斷所述圖像中的所述識別圖案是否與所 述柵格相匹配。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微珠自動識別方法，其中兩個所述基準點被分別定位在兩個同心圓的圓周上，所述兩個同心圓與所述圓形表面共用公共圓心并且彼此直徑不同；并且所述兩個基準點不應被共同定位在穿過所述公共圓心的直線上。
4. 一種被配置為具有圓形表面的圓柱形微珠，識別圖案和多個基準點 被產(chǎn)生在所述圓形表面上，其中基于所述基準點的位置，從所述圓形表面 的獲取圖像獲得關(guān)于所述微珠的里/表和/或定向的信息。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的圓柱形微珠，其中兩個所述基準點被分別定位在兩個同心圓的圓周上，所述兩個同心圓 與所述圓形表面共用公共圓心并且彼此直徑不同；并且所述兩個基準點不應被共同定位在穿過所述公共圓心的直線上。
全文摘要
本發(fā)明公開了微珠自動識別方法和微珠。一種微珠自動識別方法，包括以下步驟獲取圓柱形微珠的圓形表面的圖像，所述圓柱形微珠具有產(chǎn)生在所述圓形表面上的識別圖案和同樣產(chǎn)生在所述圓形表面上的多個基準點；以及基于所述基準點的位置，從所獲取的圖像獲取關(guān)于所述圓柱形微珠的里/表和/或定向的信息。
文檔編號G01N21/84GK101576506SQ20091014043
公開日2009年11月11日 申請日期2009年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月8日
發(fā)明者岸井典之, 市村真理, 町田賢三 申請人:索尼株式會社