[发明专利]模式生物图像采集数字化形状提取重构方法

权利要求书

1.模式生物图像采集数字化形状提取重构方法，其特征在于该方法包括：

将培养有模式生物的培养皿通过数码显微镜进行观察并拍摄视频数据；由图像处理算法对模式生物视频图像数据进行处理：

读入模式生物实验视频，对模式生物视频进行每一帧图像的提取；

对每一帧图像进行平滑处理，去除噪声像素点的干扰；

对平滑处理后的每一帧图像进行自适应的图像分割阈值选取，并对图像进行二值化处理；将图片内的区域转换为二值图，使用最大类间方差法确定转换阀值，使用面积阀值，面积阀值设为模式生物平均面积的一半，将识别出的前景物体中小的干扰物过滤掉；

在所有模式生物中通过面积阀值，面积阀值设为模式生物平均面积的一点五倍，识别所有的单体模式生物；

每一帧图像对分割出的模式生物进行模式生物身体主干提取，用于表示模式生物的形状；提取主干的方法是通过逐步去掉模式生物体的外层像素点，直到最终只保留宽度为一个像素点的主干为止；这条主干是一条曲线，表示了线虫当前状态的形状；

对提取出的模式生物主干形状进行数学表示；

计算每个单体模式生物的形状；

计算方法：

a.对于上步骤得到的模式生物的主干曲线，首先将主干这条曲线按照长度等分为相同弧长的60份；

b.用每段弧长的两个端点之间的直线来代替这一小段弧长，然后分别计算每一个小弧段与水平面的夹角；

c.为了使计算出的夹角不受图片旋转等因素的影响，所有的夹角都进行标准化，标准化的方法是：计算所有夹角值平均值，然后将每一个夹角的值减掉平均值来得到标准化后的夹角值；

d.最后每一个模式生物的主干曲线便可以用一个数字化向量表示，向量中包含60个标准化之后的角度值，获得对线虫形状进行数字化表示的结果；

每一帧图像得到的数学表示的模式生物主干形状，在时间轴上的分布堆叠构成模式生物的运动行为分析模型。

2.根据权利要求1所述的模式生物图像采集数字化形状提取重构方法，其特征在于：模式生物选用线虫。

3.根据权利要求1所述的模式生物图像采集数字化形状提取重构方法，其特征在于：消除图像旋转角度的改变因素后，用数学化向量表示的模式生物主干形状。

4.根据权利要求1所述的模式生物图像采集数字化形状提取重构方法，其特征在于：得到的模式生物形状的数字化向量，可以用于模式生物的行为分析、活动方式分析、不同模式生物的形状的比较、而且还可以随时将数字化的角度向量还原回形状曲线并展示出来。

5.根据权利要求4所述的模式生物图像采集数字化形状提取重构方法，其特征在于：得到的模式生物形状的数字化向量后，将数字化的角度向量还原回形状曲线的方法：首先，将每段弧长定义为单位长度，用每段弧长的两个端点之间的直线来代替这一小段弧长；设形状曲线的开始坐标为（0，0），而要求解的下一个坐标点v1的坐标为（x，y），根据已知的这一小段弧长和水平面的夹角（设为α）、以及直角三角形的性质可以得到方程：x²+（tan（α）*x）²=1，其中tan（α）是夹角α的正切值，可以通过已知的夹角α求出其正切值，通过求解这个方程中的x值便可以得到坐标点v1的横坐标，其纵坐标的值可以通过tan（α）*x求得；依次类推，后续可以类似的求出其它59个坐标点的坐标，将所有求出的坐标点在平面坐标系中画出来，并将相邻坐标点之间连线，便得到了对数字化的角度向量还原回形状曲线的结果。

6.线虫模式生物图像数字化向量标记和数字还原方法，其特征在于：通过线虫模式生物图像提取每个线虫模式生物的主干，是通过逐步去掉线虫身体的外层像素点，直到最终只保留宽度为一个像素点的主干为止，这条主干是一条曲线，表示了线虫当前状态的形状；

计算每条线虫的形状的方法：a.对于上面得到的线虫主干，首先将主干这条曲线按照长度等分为相同弧长的60份；b.用每段弧长的两个端点之间的直线来代替这一小段弧长，然后分别计算每一个小弧段与水平面的夹角；c.为了使计算出的夹角不受图片旋转等因素的影响，所有的夹角都进行标准化，标准化的方法是：计算所有夹角值平均值，然后将每一个夹角的值减掉平均值来得到标准化后的夹角值；d.最后每一个线虫的主干曲线便可以用一个向量表示，向量中包含60个标准化之后的角度值，这便达到了对线虫形状进行数字化表示的结果；

得到的线虫形状的数字化向量，可以用于线虫的行为分析、活动方式分析、不同线虫的形状的比较、而且还可以随时将数字化的角度向量还原回形状曲线并展示出来；

将数字化的角度向量还原回形状曲线的方法：首先，将每段弧长定义为单位长度，用每段弧长的两个端点之间的直线来代替这一小段弧长；设形状曲线的开始坐标为（0，0），而要求解的下一个坐标点v1的坐标为（x，y），根据已知的这一小段弧长和水平面的夹角（设为α）、以及直角三角形的性质可以得到方程：x²+（tan（α）*x）²=1，其中tan（α）是夹角α的正切值，可以通过已知的夹角α求出其正切值，通过求解这个方程中的x值便可以得到坐标点v1的横坐标，其纵坐标的值可以通过tan（α）*x求得；依次类推，后续可以类似的求出其它59个坐标点的坐标，将所有求出的坐标点在平面坐标系中画出来，并将相邻坐标点之间连线，便得到了对数字化的角度向量还原回形状曲线的结果。