[發明專利]Morris水迷宮實驗圖像分析系統及方法

有效

• 申請號: 201810939184.6
• 申請日: 2018-08-17
• 公開（公告）號: CN109272518B
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 劉宏德;羅坤
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06T7/13
• 分類號: G06T7/13;G06T7/20;G06T5/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 馮艷芬

本發明公開了一種Morris水迷宮實驗圖像分析系統及方法，本發明主要實現三個功能：一，計算動物在四個象限中的穿越次數；二，識別動物探查方式；三，計算小鼠穿越熱區圖。主要通過以下步驟完成分析：圖像邊緣檢測、圓形區域識別、目標象限識別、穿越次數計算、探查方式識別、穿越熱區計算和可視化。本發明準確性高，功能齊全。

技術領域

本發明涉及計算機圖像處理，尤其涉及一種Morris水迷宮實驗圖像分析系統及方法。

背景技術

Morris水迷宮實驗強迫實驗動物在游泳池游泳，學習尋找隱藏在水中平臺(platform)的一種實驗，主要用于測試實驗動物對空間的學習和記憶能力(NatProtoc.2006；1(2):848–858.)，其基本線索是動物游泳的軌跡和時間信息。實驗的基本裝置包括：恒溫游泳池、逃逸平臺(具體為升降臺)、以及圖像采集和分析系統。一般地，實驗流程包括學習和測試兩個階段：在訓練階段，動物連續訓練4～5天，訓練中，將升降臺抬升出水面。將動物放入池中，記錄其找到升降平臺的時間，此為潛伏時間，如果動物在60秒后仍未找到升降臺，則引導動物去升降平臺，停留10秒。在測試階段，即第5或者6天，撤掉升降臺，然后記錄動物在各象限所滯留的時間，觀測總時間為80秒。實驗中，可以獲得潛伏時間、運動軌跡、平臺穿越次數、探查方式等信息。潛伏時間為在訓練中，動物找到平臺的時間；探查軌跡為動物游泳的路徑軌跡；平臺穿越次數為在測試階段，撤去平臺后，在實驗時間內，實驗動物穿越原站臺位置的次數。動物穿越隱藏站臺位置的次數越多，說明其空間學習記憶能力越好。探查方式包括直線式、趨向式、邊緣式和隨機式。根據這些信息，可以推測動物的空間學習記憶能力。動物Morris水迷宮的成績(結果)與神經遞質、藥物效果等有關，因此該實驗被大量用于神經科學的研究，尤其是退行性疾病(阿爾茲海默癥)的研究，已經是研究海馬回路的關鍵技術。

在這些特征中，運動軌跡、平臺穿越次數、探查方式非常重要，探查軌跡與動物的活躍程度、學習記憶能力相關。平臺穿越次數直接反映了動物的學習記憶能力。探查方式則與動物分析判斷能力和解決問題能力。可見，這三個特征是非常關鍵的指標。目前，國內使用的Morris水迷宮數據分析軟件大都是國外開發，價格不菲(約1萬美元)；而且功能不全，不能實現同時獲取這三個重要特征指標。

發明內容

發明目的：本發明針對現有技術存在的問題，提供一種Morris水迷宮實驗圖像分析系統及方法，實現對探查軌跡、平臺穿越次數、探查方式的準確計算。

技術方案：本發明所述的Morris水迷宮實驗圖像分析系統包括：

邊緣檢測模塊，用于對多幀Morris水迷宮實驗圖像進行邊緣檢測，從而獲取圖像中的邊緣特征；

游泳池識別模塊，用于從邊緣特征中識別出半徑介于實驗圖像尺寸1/6到1/1.5的圓或橢圓，作為水迷宮游泳池區域；

象限劃分模塊，用于以識別出的水迷宮游泳池圓心為原點建立坐標系，并對坐標系進行旋轉，使得真實水迷宮游泳池和識別出的水迷宮游泳池的坐標系一致，所述坐標系將水迷宮游泳池區域均分為4個象限；

軌跡識別模塊，用于從邊緣檢測模塊中獲取的邊緣特征中識別出像素為1的像素點的位置和數目，將該像素點集合作為動物運動軌跡，并根據動物運動軌跡計算動物穿越各象限的次數；

熱區圖像形成模塊，用于對于多幀Morris水迷宮實驗圖像進行平滑處理，形成熱區圖像；

探查方式識別模塊，用于根據運動軌跡判別動物的探查方式；

保存模塊，用于將分析得到的運動軌跡、穿越各象限次數、熱區圖像和動物探查方式進行保存。

進一步的，所述邊緣檢測模塊進行邊緣檢測前首先判斷Morris水迷宮實驗圖像是否為RGB三色通道圖像，如果是，則獲取特定單色通道的值形成單色圖像，然后對單色圖像采用Canny算子進行邊緣檢測；否則，直接采用Canny算子做邊緣檢測。