[發(fā)明專利]模式生物圖像采集數(shù)字化形狀提取重構(gòu)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710791180.3
• 申請日: 2017-09-05
• 公開（公告）號: CN107665487B
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳維洋;李偉偉
• 申請（專利權(quán)）人: 齊魯工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/11;G06T7/194;G06T5/00
• 代理公司: 濟南信達(dá)專利事務(wù)所有限公司 37100
• 代理人: 劉凱

1.模式生物圖像采集數(shù)字化形狀提取重構(gòu)方法，其特征在于該方法包括：

將培養(yǎng)有模式生物的培養(yǎng)皿通過數(shù)碼顯微鏡進行觀察并拍攝視頻數(shù)據(jù)；由圖像處理算法對模式生物視頻圖像數(shù)據(jù)進行處理：

讀入模式生物實驗視頻，對模式生物視頻進行每一幀圖像的提取；

對每一幀圖像進行平滑處理，去除噪聲像素點的干擾；

對平滑處理后的每一幀圖像進行自適應(yīng)的圖像分割閾值選取，并對圖像進行二值化處理；將圖片內(nèi)的區(qū)域轉(zhuǎn)換為二值圖，使用最大類間方差法確定轉(zhuǎn)換閥值，使用面積閥值，面積閥值設(shè)為模式生物平均面積的一半，將識別出的前景物體中小的干擾物過濾掉；

在所有模式生物中通過面積閥值，面積閥值設(shè)為模式生物平均面積的一點五倍，識別所有的單體模式生物；

每一幀圖像對分割出的模式生物進行模式生物身體主干提取，用于表示模式生物的形狀；提取主干的方法是通過逐步去掉模式生物體的外層像素點，直到最終只保留寬度為一個像素點的主干為止；這條主干是一條曲線，表示了線蟲當(dāng)前狀態(tài)的形狀；

對提取出的模式生物主干形狀進行數(shù)學(xué)表示；

計算每個單體模式生物的形狀；

計算方法：

a.對于上步驟得到的模式生物的主干曲線，首先將主干這條曲線按照長度等分為相同弧長的60份；

b.用每段弧長的兩個端點之間的直線來代替這一小段弧長，然后分別計算每一個小弧段與水平面的夾角；

c.為了使計算出的夾角不受圖片旋轉(zhuǎn)等因素的影響，所有的夾角都進行標(biāo)準(zhǔn)化，標(biāo)準(zhǔn)化的方法是：計算所有夾角值平均值，然后將每一個夾角的值減掉平均值來得到標(biāo)準(zhǔn)化后的夾角值；

d.最后每一個模式生物的主干曲線便可以用一個數(shù)字化向量表示，向量中包含60個標(biāo)準(zhǔn)化之后的角度值，獲得對線蟲形狀進行數(shù)字化表示的結(jié)果；

每一幀圖像得到的數(shù)學(xué)表示的模式生物主干形狀，在時間軸上的分布堆疊構(gòu)成模式生物的運動行為分析模型。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模式生物圖像采集數(shù)字化形狀提取重構(gòu)方法，其特征在于：模式生物選用線蟲。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模式生物圖像采集數(shù)字化形狀提取重構(gòu)方法，其特征在于：消除圖像旋轉(zhuǎn)角度的改變因素后，用數(shù)學(xué)化向量表示的模式生物主干形狀。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模式生物圖像采集數(shù)字化形狀提取重構(gòu)方法，其特征在于：得到的模式生物形狀的數(shù)字化向量，可以用于模式生物的行為分析、活動方式分析、不同模式生物的形狀的比較、而且還可以隨時將數(shù)字化的角度向量還原回形狀曲線并展示出來。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的模式生物圖像采集數(shù)字化形狀提取重構(gòu)方法，其特征在于：得到的模式生物形狀的數(shù)字化向量后，將數(shù)字化的角度向量還原回形狀曲線的方法：首先，將每段弧長定義為單位長度，用每段弧長的兩個端點之間的直線來代替這一小段弧長；設(shè)形狀曲線的開始坐標(biāo)為（0，0），而要求解的下一個坐標(biāo)點v1的坐標(biāo)為（x，y），根據(jù)已知的這一小段弧長和水平面的夾角（設(shè)為α）、以及直角三角形的性質(zhì)可以得到方程：x²+（tan（α）*x）²=1，其中tan（α）是夾角α的正切值，可以通過已知的夾角α求出其正切值，通過求解這個方程中的x值便可以得到坐標(biāo)點v1的橫坐標(biāo)，其縱坐標(biāo)的值可以通過tan（α）*x求得；依次類推，后續(xù)可以類似的求出其它59個坐標(biāo)點的坐標(biāo)，將所有求出的坐標(biāo)點在平面坐標(biāo)系中畫出來，并將相鄰坐標(biāo)點之間連線，便得到了對數(shù)字化的角度向量還原回形狀曲線的結(jié)果。

6.線蟲模式生物圖像數(shù)字化向量標(biāo)記和數(shù)字還原方法，其特征在于：通過線蟲模式生物圖像提取每個線蟲模式生物的主干，是通過逐步去掉線蟲身體的外層像素點，直到最終只保留寬度為一個像素點的主干為止，這條主干是一條曲線，表示了線蟲當(dāng)前狀態(tài)的形狀；

計算每條線蟲的形狀的方法：a.對于上面得到的線蟲主干，首先將主干這條曲線按照長度等分為相同弧長的60份；b.用每段弧長的兩個端點之間的直線來代替這一小段弧長，然后分別計算每一個小弧段與水平面的夾角；c.為了使計算出的夾角不受圖片旋轉(zhuǎn)等因素的影響，所有的夾角都進行標(biāo)準(zhǔn)化，標(biāo)準(zhǔn)化的方法是：計算所有夾角值平均值，然后將每一個夾角的值減掉平均值來得到標(biāo)準(zhǔn)化后的夾角值；d.最后每一個線蟲的主干曲線便可以用一個向量表示，向量中包含60個標(biāo)準(zhǔn)化之后的角度值，這便達(dá)到了對線蟲形狀進行數(shù)字化表示的結(jié)果；

得到的線蟲形狀的數(shù)字化向量，可以用于線蟲的行為分析、活動方式分析、不同線蟲的形狀的比較、而且還可以隨時將數(shù)字化的角度向量還原回形狀曲線并展示出來；

將數(shù)字化的角度向量還原回形狀曲線的方法：首先，將每段弧長定義為單位長度，用每段弧長的兩個端點之間的直線來代替這一小段弧長；設(shè)形狀曲線的開始坐標(biāo)為（0，0），而要求解的下一個坐標(biāo)點v1的坐標(biāo)為（x，y），根據(jù)已知的這一小段弧長和水平面的夾角（設(shè)為α）、以及直角三角形的性質(zhì)可以得到方程：x²+（tan（α）*x）²=1，其中tan（α）是夾角α的正切值，可以通過已知的夾角α求出其正切值，通過求解這個方程中的x值便可以得到坐標(biāo)點v1的橫坐標(biāo)，其縱坐標(biāo)的值可以通過tan（α）*x求得；依次類推，后續(xù)可以類似的求出其它59個坐標(biāo)點的坐標(biāo)，將所有求出的坐標(biāo)點在平面坐標(biāo)系中畫出來，并將相鄰坐標(biāo)點之間連線，便得到了對數(shù)字化的角度向量還原回形狀曲線的結(jié)果。