專利名稱：基于拓?fù)浼s束和匈牙利算法的高密度細(xì)胞追蹤方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種細(xì)胞運(yùn)動(dòng)分析方法，具體地說(shuō)是一種采用拓?fù)浼s束和匈牙利 算法相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)高密度細(xì)胞追蹤。
背景技術(shù)：
細(xì)胞運(yùn)動(dòng)分析通常是對(duì)目標(biāo)細(xì)胞進(jìn)行追蹤，得到細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)速度、位移、軌跡等信 息，在細(xì)胞行為、藥物和疾病的研究中是至關(guān)重要的。我們對(duì)一個(gè)目標(biāo)細(xì)胞進(jìn)行詳細(xì)和準(zhǔn) 確的追蹤，特別是對(duì)大量細(xì)胞進(jìn)行追蹤時(shí)，要盡量避免其他細(xì)胞的干擾，這是細(xì)胞追蹤的難 點(diǎn)，也是近些年細(xì)胞追蹤的研究熱點(diǎn)。
本發(fā)明提到的追蹤方法是基于拓?fù)浼s束和匈牙利算法相結(jié)合的追蹤方法，是一 種基于分割的追蹤方法?；趫D論的細(xì)胞追蹤方法是張樂(lè)林等人2007年在Proceedings of the 7thIEEE International Conference on BIBE 發(fā)表的論文"Graph Theory Application in Cellnuleus Segmentation,Tracking and Identification"胞追蹤方法。該方法利用圖模型描述細(xì)胞之間的拓?fù)潢P(guān)系，將分割圖像中追蹤細(xì)胞特征問(wèn) 題轉(zhuǎn)變?yōu)橄嗨平Y(jié)構(gòu)圖之間頂點(diǎn)匹配問(wèn)題。
圖論的方法已經(jīng)證實(shí)能夠有效的追蹤高密度細(xì)胞圖像，且對(duì)于細(xì)胞的形變不敏 感。但該方法中幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)的人工設(shè)定限制了其可適性，并且對(duì)于含有稀疏細(xì)胞的圖像 或圖像中的部分區(qū)域處理能力不強(qiáng)，尤其是當(dāng)相鄰細(xì)胞發(fā)生分裂時(shí)易造成細(xì)胞的錯(cuò)誤追S示ο發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)較高效率的高密度細(xì)胞追蹤方法基于拓?fù)?約束和匈牙利算法的高密度細(xì)胞追蹤方法。
本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下
1、一種基于拓?fù)浼s束和匈牙利算法的高密度細(xì)胞追蹤方法，其特征是
(1)、細(xì)胞分割采用水平集算法與局部灰度閾值法相結(jié)合的序列細(xì)胞圖像分割方 法進(jìn)行分割，然后將圖像每一幀分割后的細(xì)胞初始標(biāo)號(hào)，將第k幀中標(biāo)號(hào)為i的細(xì)胞記錄為 R(k，i)；
(2)、候選細(xì)胞的選取對(duì)第k幀中的任意待匹配細(xì)胞R(k，i)根據(jù)距離限制在k+1 幀中建立追蹤的搜索區(qū)域，將區(qū)域中的細(xì)胞列為候選細(xì)胞；
(3)、系數(shù)矩陣的構(gòu)建
①若第k+Ι幀中細(xì)胞R(k+1，j)是第k幀待匹配細(xì)胞R(k，i)的候選細(xì)胞，則根據(jù) 下式進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)計(jì)算其相似程度Aj，
權(quán)利要求
1.一種基于拓?fù)浼s束和匈牙利算法的高密度細(xì)胞追蹤方法，其特征是(1)、細(xì)胞分割采用水平集算法與局部灰度閾值法相結(jié)合的序列細(xì)胞圖像分割方法進(jìn) 行分割，然后將圖像每一幀分割后的細(xì)胞初始標(biāo)號(hào)，將第k幀中標(biāo)號(hào)為i的細(xì)胞記錄為R(k， i)；O)、候選細(xì)胞的選取對(duì)第k幀中的任意待匹配細(xì)胞R(k，i)根據(jù)距離限制在k+1幀中 建立追蹤的搜索區(qū)域，將區(qū)域中的細(xì)胞列為候選細(xì)胞；(3)、系數(shù)矩陣的構(gòu)建①若第k+Ι幀中細(xì)胞R(k+1，j)是第k幀待匹配細(xì)胞R(k，i)的候選細(xì)胞，則根據(jù)下式 進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)計(jì)算其相似程度Aj，
2.在權(quán)利要求1所述的基于拓?fù)浼s束和匈牙利算法的高密度細(xì)胞追蹤方法的特征中， 其中所述的未匹配細(xì)胞的具體分析方法為①丟失的細(xì)胞找出沒(méi)有獨(dú)立0元素的行i，表示該行所代表的細(xì)胞R(k，i)在第k+1 幀中沒(méi)有找到與之相匹配的細(xì)胞，若該細(xì)胞不是位于圖像邊緣的細(xì)胞，首先找出該細(xì)胞的 候選細(xì)胞，如果所有的候選細(xì)胞都已經(jīng)與別的待匹配目標(biāo)細(xì)胞相匹配，則考慮這些已匹配 細(xì)胞對(duì)之間的關(guān)系，根據(jù)下面三個(gè)判斷條件來(lái)判斷是否是由于欠分割導(dǎo)致該細(xì)胞的丟失， 如果滿足這些條件則認(rèn)為是由于該細(xì)胞與其鄰域細(xì)胞在下一幀中欠分割所造成的丟失R(k+1, j). area > 1. 7*R(k, 1). areaabs(fw_angle(R(k, i), R(k, 1))-R(k+1, j). Orientation) < 10 R(k+1, j) MajorAxisLength > 1. 7*R(k, DMajorAxisLength其中細(xì)胞R(k+1，j)是細(xì)胞R(k，i)的候選細(xì)胞，細(xì)胞R(k+1，j)與細(xì)胞R(k，l)相匹 K;fw_angle(R(k,i),R(k,l))表示的是細(xì)胞R(k，i)和R(k，l)的質(zhì)心連線與χ軸的夾角； R(k+1, j). Orientation 表示的是細(xì)胞 R(k+1，j)的離心率；R (k，j). MajorAxisLength 表示 的是細(xì)胞R(k+1，j)的長(zhǎng)軸；若由于細(xì)胞R(k，i)與R(k，l)在k+1幀中的欠分割導(dǎo)致細(xì)胞R(k，i)的丟失，則接著 判斷細(xì)胞R(k，i)與R(k，l)是否是惰性細(xì)胞，若是惰性細(xì)胞，通過(guò)復(fù)制的方法將R(k，i)與 R(k，l)兩細(xì)胞替代細(xì)胞R(k+1，j)，否則是由于該細(xì)胞圖像邊緣與背景的對(duì)比度的非常弱， 以致沒(méi)有從背景中識(shí)別分割出來(lái)，從而導(dǎo)致該細(xì)胞的丟失，若細(xì)胞R(k，i)是位于圖像邊界 的細(xì)胞，則認(rèn)為細(xì)胞移出邊界，將該消失細(xì)胞的信息存儲(chǔ)，以防細(xì)胞再一次出現(xiàn)；②新出現(xiàn)的細(xì)胞找出沒(méi)有獨(dú)立O元素的列j，則表示該列所代表的細(xì)胞R(k+1，j)在 第k幀中沒(méi)有找到與之相匹配的細(xì)胞，為新出現(xiàn)的細(xì)胞，然后判斷其新出現(xiàn)的原因；首先根據(jù)細(xì)胞生物分裂前后的特性判斷該細(xì)胞是否是細(xì)胞分裂成的子細(xì)胞，接著查看 該新出現(xiàn)的細(xì)胞是否是位于邊緣的細(xì)胞，若是，則認(rèn)為細(xì)胞移入圖像邊界，然后將該細(xì)胞信 息與前幾幀丟失的細(xì)胞信息進(jìn)行對(duì)比，這里主要是對(duì)質(zhì)心位置信息進(jìn)行對(duì)比，若是前幾幀 消失的細(xì)胞，則將消失細(xì)胞的ID號(hào)給該新出現(xiàn)的細(xì)胞，否則認(rèn)為是新出現(xiàn)的細(xì)胞，給其賦 予一個(gè)新的ID號(hào)并存儲(chǔ)。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種基于拓?fù)浼s束和匈牙利算法的高密度細(xì)胞追蹤方法。(1)、采用水平集算法與局部灰度閾值法相結(jié)合的圖像分割方法對(duì)細(xì)胞圖像序列進(jìn)行分割，并對(duì)每一幀分割后的細(xì)胞初始標(biāo)號(hào)；(2)、對(duì)第k幀中的任意待匹配細(xì)胞根據(jù)距離限制在k+1幀中建立追蹤的搜索區(qū)域，將區(qū)域中的細(xì)胞列為候選細(xì)胞；(3)、建立系數(shù)矩陣Q。若k+1幀中細(xì)胞j是第k幀中細(xì)胞i的候選細(xì)胞，則根據(jù)拓?fù)浼s束進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)計(jì)算其相似度Qij，否則將其相似度賦一較大值。(4)、利用匈牙利算法對(duì)系數(shù)矩陣進(jìn)行變換，找出獨(dú)立零元素，其行列代表的細(xì)胞相匹配；(5)、找出矩陣變換后沒(méi)有獨(dú)立零元素的行列，對(duì)其所對(duì)應(yīng)的細(xì)胞分別進(jìn)行考慮；(6)、將k加1，跳到第2步，重復(fù)進(jìn)行，直到圖像序列的最后一幀。本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)較高效率的細(xì)胞追蹤。
文檔編號(hào)G06T7/20GK102034246SQ20101059846
公開(kāi)日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月21日
發(fā)明者崔穎, 湯春明, 董莎莎, 許東濱, 陳立偉 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)