[發明專利]一種植物細胞三維重構方法

在審

• 申請號: 202211432809.2
• 申請日: 2022-11-16
• 公開（公告）號: CN115690326A
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 劉昌余;高湛凱;黃浩;程紫薇;楊煜林;裴嘉薇;鄭晶晶;王瀚升;陸志穎;李文熹
• 申請（專利權）人: 華南農業大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T1/20
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李林娟

本發明公開了一種植物細胞三維重構方法，包括：根據得到的目標植物組織細胞連續切片圖像的分辨率和目標植物細胞的大小建立三維笛卡爾坐標系；根據目標植物細胞所需采集的數據信息和所需計算的參數，設計用于存儲對應數據的數據結構；基于三維笛卡爾坐標系對目標植物細胞的連續切片圖像進行采樣，在每張切片圖像中使用平行于X軸或Y軸的等間距線對目標植物細胞細胞壁的內外兩側分別進行點采樣，并按照點采樣順序將采樣點的XYZ軸坐標值以及采樣點的序號對應存入設計好的數據結構內部；利用采集和存入完成的數據結構分別計算目標植物細胞的表面積、重心、體積和細胞壁厚度參數。

技術領域

本發明涉及三維圖像重構領域，尤其涉及一種植物細胞三維重構方法。

背景技術

植物細胞的三維重構對研究植物細胞組織結構和模擬植物細胞生長過程都具有重要作用。因為植物細胞的形態及其結構均難以用肉眼觀察得到，需要借助電子計算機斷層掃描技術[1]獲得植物細胞的連續切片圖像，或是使用透射電子顯微鏡[2]獲得植物細胞的顯微圖像來進行三維重構。目前業界常用的植物細胞三維重構軟件有Visualize、Amira、ReView和Image J等。通過上述三維重構軟件重構出來的通常為難以直接動態擴展的三維植物細胞模型且所包括的可計算的形態參數較少，而動態的或能動態擴展的三維植物細胞模型和相對較豐富的形態參數是植物細胞生長形態變化過程數值模擬的不可或缺的部分。

發明內容

本發明設計了一種用于生成能動態擴展的三維植物細胞模型的植物細胞三維重構方法。該方法不僅可支持能動態擴展的多類植物細胞的三維模型的重構，而且提供了可用于植物細胞生長模擬中形態變化可視化的數據結構。本發明所設計的植物細胞三維重構方法的技術方案如下所述。

一種植物細胞三維重構方法，所述方法包括：

根據得到的目標植物組織細胞連續切片圖像的分辨率和目標植物細胞的大小建立三維笛卡爾坐標系；

根據目標植物細胞所需采集的數據信息和所需計算的參數，設計用于存儲對應數據的數據結構；

基于三維笛卡爾坐標系對目標植物細胞的連續切片圖像進行采樣，在每張切片圖像中使用平行于X軸或Y軸的等間距線對目標植物細胞細胞壁的內外兩側分別進行點采樣，并按照點采樣的順序將采樣點的XYZ軸坐標值以及采樣點的序號對應存入設計好的數據結構內部；

利用采集和存入完成的數據結構分別計算目標植物細胞的表面積、重心、體積和細胞壁厚度參數。

其中，所述根據得到的目標植物組織細胞連續切片圖像的分辨率和目標植物細胞的大小建立三維笛卡爾坐標系具體為：

確定目標細胞從首次在切片圖像中完整出現到完全消失的前一張所覆蓋的n張切片圖像，首張目標植物細胞切片圖像的Z軸坐標值為1×l，目標植物細胞首次出現的切片圖像的圖像序號為1，再乘上比例值l，最后一張目標植物細胞切片圖像的Z軸坐標值為n×l，即目標植物細胞在切片圖像中完全消失的前一張切片圖像的圖像序號為n，再乘上比例值l；

將起始切片圖像放置于三維笛卡爾坐標系的第一象限中，得到的切片圖像分辨率為w×h，其中切片圖像邊長為w像素所對應的邊與X軸平行且水平距離為1×l，邊長為h像素所對應的邊與Y軸平行且水平距離為1×l。

進一步地，所述用于存儲對應數據的數據結構為：