基于条件随机场的植物细胞追踪算法研究

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1、学校代号10532学号S150900789分类号TP391密级公开硕士学位论文基于条件随机场的植物细胞追踪算法研究学位申请人姓名韦杨柳培养单位电气与信息工程学院导师姓名及职称刘敏教授学科专业控制科学与工程研究方向模式识别与图像处理论文提交日期2018年5月11日学校代号：10532学号：S150900789密级：公开湖南大学硕士学位论文基于条件随机场的植物细胞追踪算法研究学位申请人姓名：韦杨柳导师姓名及职称：刘敏教授培养单位：电气与信息工程学院专业名称：控制科学与工程论文提交日期：2018年5月11日论文答辩日期：2018年5月

2、15日答辩委员会主席：刘小燕教授RobustPlantCellTrackinginImageSequencesUsingConditionalRandomFieldbyWEIYangliuB.E.(HunanUniversity)2015AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinControlScienceandEngineeringintheGraduateSchoolofHunanUnive

3、rsitySupervisorProfessor:LiuMinMay,2018湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版

4、，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密□，在______年解密后适用本授权书。2、不保密□。(请在以上相应方框内打“√”)作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日I基于条件随机场的植物细胞追踪算法研究摘要基于光学显微成像技术的植物活细胞生长发育规律的研究，对生命科学基础研究具有重大的意义。因此，对共聚焦显微镜图像中细胞追踪算法的研究具有非常重要的理论和应用价值。本论文研究的对象是由共聚焦显微

5、镜采集的植物顶端分生组织(ShootApicalMeristems，SAM)的细胞图像，植物体的其他组织和器官均由顶端分生组织的细胞增生和分化而来，对它的研究有利于人类进一步掌握农作物的生长发育规律。本文对植物细胞图像的分割、配准和细胞追踪进行了深入的研究，其主要难点在于：①细胞呈高度密集蜂窝状排布，且图像中噪声较多；②细胞的形状大小具有随机性，且颜色和灰度信息也非常相似，因此很难提取到有明显区分度的特征；③前期算法在匹配过程中，易出现错误积累的问题；④细胞在分裂时，自身特征发生了跳跃性的变化，对追踪造成一定的困难。因此，针对上

6、述难点，本文完成的主要工作如下：首先，使用分水岭算法对图像进行分割，该算法能有效分割出大部分细胞的边界。其次，本文提出了一种基于局部拓扑结构的特征点提取方法，并使用基于特征点匹配的配准方法进行配准，该方法有效避免了因图像旋转导致的邻细胞标号对应错误的问题，提高了所找到特征点的准确性，有效的配准工作为细胞追踪打下了坚实基础。最后，在细胞追踪方面，本文提出了一种基于条件随机场的动态调整匹配算法对含有噪声的细胞图像进行细胞追踪：(1)在蜂窝状结构的细胞图像中建立条件随机场模型，利用细胞与其相邻细胞在空间上的紧密拓扑关系，以及时域中相邻

7、帧图像间的相互关系作为上下文信息对细胞进行追踪；(2)本文针对含有噪声的细胞图像追踪易出现匹配错误的问题，提出了动态调整匹配的算法，即在每次匹配的过程中，选取已匹配细胞的邻细胞作为候选细胞，然后只匹配其中最优的那一对细胞。该方法有效改善了先前方法在匹配过程中错误累积的问题，提高了追踪的准确率。本文提出的追踪算法充分利用了细胞自身的特征、细胞与邻细胞之间的空间结构信息、以及时域上前后两帧细胞的约束条件。实验证明，该算法在原图像含有噪声情况下，具有较高追踪准确率和稳定性。与之前提出的方法相比，本文所提出的方法在噪声细胞图像中追踪正确

8、率提高了约10%。关键词：细胞追踪；条件随机场；动态调整；噪声细胞图像序列II硕士学位论文AbstractTheresearchonplantgrowthbasedonopticalmicroscopicimagingtechnologyisofhugesign