基于交互式多模型滤波器的多细胞追踪算法研究
发布时间：2021-01-07 12:41
细胞追踪问题的研究,对建立细胞的生长发育模型并探索生命体基因的结构和功能至关重要。本文研究的主要内容是显微图像栈序列中植物顶端分生组织细胞群的追踪问题。植物细胞的追踪不同于动物细胞以及普通物体的追踪,其主要难点在于:（1）植物细胞群高度密集,并呈蜂窝状排布;（2）显微图像栈中含有较多的噪声,对细胞的识别以及细胞轨迹的重建造成干扰;（3）细胞图像在采集过程中间隔时间较长,导致细胞追踪过程中难免出现间断情况。针对以上难点,本文的主要工作和创新点如下:本文使用了一种基于机器学习的细胞分割方法对植物细胞图像进行自动分割。该方法首先识别出最大稳定极值区域作为候选细胞样区域,接下来使用结构化支持向量机对少量样本点进行训练学习,根据学习到的细胞外观模型对每个候选区域进行评价,动态选择出与模型最匹配的非重叠区域作为细胞识别的结果,以达到细胞分割的目的。对于细胞追踪,本文设计了一种利用局部图匹配模型与交互式多模型（Interacting Multiple Model,IMM）滤波器相结合的方法实现细胞的快速追踪。该滤波器结合了三种运动形式的卡尔曼滤波模型,与单一模型的卡尔曼滤波器相比,具有参数在线自适应...
【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同滤波器模型MSE比较
实验重点研究了三组植物拟南芥顶端分生组织四维（深度/时间）细胞显微图像栈序列，如图 6.1 所示。在时间上，相邻帧的采样间隔为 3 小时，周期为72 小时，在深度上，采集源自紧密相邻的多层切片。实验中的细胞图像已按照文献[73]中提出的方法做了配准处理，平均每帧包含细胞 100-150 个，单个细胞的直径约 5 m。...............T(1) 12 h (2)(3)(4) (6)(7)...............12 h12 h15 h18 h15 h 18 h15 h 18 hT............TZ30 h30 h30 h33 h36 h3 h 6 h 9 h12 h12 h12 h15 h18 h15 h 18 h15 h 18 hZ Z...3 h 6 h 9 h3 h 6 h 9 h33 h36 h33 h 36 h图 6.1 三组细胞图像数据集
到细胞长期稳定追踪的目的。相比于之前开发的种子点扩散方法，在速度和准确度上有明显的提高，改善了整套追踪系统的性能。6.5 细胞追踪 GUI 界面GUI（Graphical User Interfaces，GUI）是用户与计算机或计算机程序的接触点或交互方式，是用户与计算机进行信息交流的方式。GUI 是由窗口、光标、按键、菜单、文字说明等对象（Object）所构成的用户界面。在该界面中，用户可以通过一定的方法（如鼠标或键盘）来选择或者激活界面当中的图形对象，使计算机或者计算机程序能够产生用户所需的对应响应。因此，根据上述研究成果，使用 MATLAB 的 GUI 命令设计了简单的应用于植物细胞追踪的界面，整体包括细胞的分割和追踪两个部分，主要目的是能够直观的看出细胞分割与追踪的效果。对于细胞分割来说，我们需要处理的是单张图片，而细胞追踪则是对整个图片序列进行追踪，所以在界面的工具栏中分别设置了打开单张图片与打开图像序列两个选项。
【参考文献】：
期刊论文
[1]相差显微图像下的癌细胞状态检测[J]. 张剑华,邹祎杰,高强,陈胜勇. 计算机科学. 2016(05)
[2]A compressive tracking based on time-space Kalman fusion model[J]. Xiao YUN,Zhongliang JING,Gang XIAO,Bo JIN,Canlong ZHANG. Science China（Information Sciences）. 2016(01)
[3]自适应梯度重建分水岭分割算法[J]. 张志禹,孟令辉,雷涛. 中国图象图形学报. 2014(10)
[4]高密度细胞复杂运动的并行跟踪算法[J]. 郭巾铭,李辉,杨风雷. 计算机工程. 2013(06)
[5]综合结构和纹理特征的场景识别[J]. 周莉,胡德文,周宗潭. 中国科学:信息科学. 2012(06)
[6]多模式追踪食蟹猴骨髓间充质干细胞[J]. 任振华,王佳茵,邹春林,关云谦,张愚. 中国科学:生命科学. 2012(01)
[7]基于区域MRF和贝叶斯置信传播的SAR图像分割[J]. 宋晓峰,王爽,刘芳. 电子学报. 2010(12)
[8]结合细胞散点图和改进Snake模型的重叠细胞分割修复的方法[J]. 邹刚,姚伟,孙即祥,敖永红. 中国生物医学工程学报. 2010(01)
[9]基于形态学梯度重构和标记提取的分水岭图像分割[J]. 王宇,陈殿仁,沈美丽,吴戈. 中国图象图形学报. 2008(11)
[10]图像算法方式的细胞追踪[J]. 袁晓虎,崔艳. 中国生物医学工程学报. 2008(03)
博士论文
[1]序列显微荧光图像的动态特性定量分析及融合检测[D]. 冯琳清.浙江大学 2011
[2]基于形态学多尺度图像分析的海藻细胞图像分割及特征提取[D]. 程军娜.中国海洋大学 2010
[3]神经元干细胞序列图像分割与追踪系统的研究[D]. 汤春明.哈尔滨工程大学 2006
硕士论文
[1]基于局部图匹配的植物细胞鲁棒追踪算法研究[D]. 向鹏.湖南大学 2016
本文编号：2962576
【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同滤波器模型MSE比较
实验重点研究了三组植物拟南芥顶端分生组织四维（深度/时间）细胞显微图像栈序列，如图 6.1 所示。在时间上，相邻帧的采样间隔为 3 小时，周期为72 小时，在深度上，采集源自紧密相邻的多层切片。实验中的细胞图像已按照文献[73]中提出的方法做了配准处理，平均每帧包含细胞 100-150 个，单个细胞的直径约 5 m。...............T(1) 12 h (2)(3)(4) (6)(7)...............12 h12 h15 h18 h15 h 18 h15 h 18 hT............TZ30 h30 h30 h33 h36 h3 h 6 h 9 h12 h12 h12 h15 h18 h15 h 18 h15 h 18 hZ Z...3 h 6 h 9 h3 h 6 h 9 h33 h36 h33 h 36 h图 6.1 三组细胞图像数据集
到细胞长期稳定追踪的目的。相比于之前开发的种子点扩散方法，在速度和准确度上有明显的提高，改善了整套追踪系统的性能。6.5 细胞追踪 GUI 界面GUI（Graphical User Interfaces，GUI）是用户与计算机或计算机程序的接触点或交互方式，是用户与计算机进行信息交流的方式。GUI 是由窗口、光标、按键、菜单、文字说明等对象（Object）所构成的用户界面。在该界面中，用户可以通过一定的方法（如鼠标或键盘）来选择或者激活界面当中的图形对象，使计算机或者计算机程序能够产生用户所需的对应响应。因此，根据上述研究成果，使用 MATLAB 的 GUI 命令设计了简单的应用于植物细胞追踪的界面，整体包括细胞的分割和追踪两个部分，主要目的是能够直观的看出细胞分割与追踪的效果。对于细胞分割来说，我们需要处理的是单张图片，而细胞追踪则是对整个图片序列进行追踪，所以在界面的工具栏中分别设置了打开单张图片与打开图像序列两个选项。
【参考文献】：
期刊论文
[1]相差显微图像下的癌细胞状态检测[J]. 张剑华,邹祎杰,高强,陈胜勇. 计算机科学. 2016(05)
[2]A compressive tracking based on time-space Kalman fusion model[J]. Xiao YUN,Zhongliang JING,Gang XIAO,Bo JIN,Canlong ZHANG. Science China（Information Sciences）. 2016(01)
[3]自适应梯度重建分水岭分割算法[J]. 张志禹,孟令辉,雷涛. 中国图象图形学报. 2014(10)
[4]高密度细胞复杂运动的并行跟踪算法[J]. 郭巾铭,李辉,杨风雷. 计算机工程. 2013(06)
[5]综合结构和纹理特征的场景识别[J]. 周莉,胡德文,周宗潭. 中国科学:信息科学. 2012(06)
[6]多模式追踪食蟹猴骨髓间充质干细胞[J]. 任振华,王佳茵,邹春林,关云谦,张愚. 中国科学:生命科学. 2012(01)
[7]基于区域MRF和贝叶斯置信传播的SAR图像分割[J]. 宋晓峰,王爽,刘芳. 电子学报. 2010(12)
[8]结合细胞散点图和改进Snake模型的重叠细胞分割修复的方法[J]. 邹刚,姚伟,孙即祥,敖永红. 中国生物医学工程学报. 2010(01)
[9]基于形态学梯度重构和标记提取的分水岭图像分割[J]. 王宇,陈殿仁,沈美丽,吴戈. 中国图象图形学报. 2008(11)
[10]图像算法方式的细胞追踪[J]. 袁晓虎,崔艳. 中国生物医学工程学报. 2008(03)
博士论文
[1]序列显微荧光图像的动态特性定量分析及融合检测[D]. 冯琳清.浙江大学 2011
[2]基于形态学多尺度图像分析的海藻细胞图像分割及特征提取[D]. 程军娜.中国海洋大学 2010
[3]神经元干细胞序列图像分割与追踪系统的研究[D]. 汤春明.哈尔滨工程大学 2006
硕士论文
[1]基于局部图匹配的植物细胞鲁棒追踪算法研究[D]. 向鹏.湖南大学 2016
本文编号：2962576
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/2962576.html
