结合显著性与GrabCut的无角毛类浮游植物显微图像分割.pdf

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1、第46卷第3期中国海洋大学学报46(3)．126～1332016年3月PERl0DICAL0F0CEANUNIⅦRSITY0FCHINAMar．，2016结合显著性与GrabCut的无角毛类浮游植物显微图像分割+于垄，赵红苗，姬光荣，郑海永”(中国海洋大学信息科学与工程学院，山东青岛266100)摘要：针对无角毛类浮游植物显微图像，结合显著区域检测和GrabCut算法，提出一种新颖的浮游植物细胞自动分割方法。首先，基于视觉注意机制的计算模型，检测输入图像的显著区域；然后，对生成的显著图进行预分割

2、以获得浮游植物细胞的位置；再把细胞的位置信息用于初始化Grabcut算法，并迭代执行Grabcut；最后，应用去噪和平滑技术来输出细胞。实验表明该方法提取的前景目标形态完整、轮廓清晰、边缘规则。关键词：浮游植物；显微图像分割；显著图；GrabCut中图法分类号：TP391．4文献标志码：A文章编号：1672—5174(2016)03—126一08DOI：10．16441／j．cnki．hdXb．20140214引用格式：于垄，赵红苗，姬光荣，等．结合显著与Grabcut的无角毛类浮游植物显微图像

3、分割[J]．中国海洋大学学报(自然科学版)，2016，46(3)：126—133．YUKun，ZHA0Hong_Miao，儿Guang-Rong，eta1．(乃mbiningsaliencywithGrabCutforphytoplanl【tonmicroscopicimagesegmentationofnon-setaespecies[J]。Periodicalof0ceanuniversityofChina，2016，46(3)：126—133．海洋浮游植物(藻类)是海洋生态系统中的初级生产

4、者，也是重要的海洋生物资源。快速有效的优势藻种鉴定是藻类监测的一个关键性环节。传统的藻种鉴定主要依赖藻类学工作者借助显微镜观察其形态以确定物种，这也是目前公认准确的分类手段。但是这一技术不但需要经验丰富的藻类学专家，而且耗时费力，难以满足对大量样品和现场及原位实时快速分析的要求。随着现场及原位浮游植物成像系统的发展[1]，藻类显微图像分析研究越来越受到重视‘2

5、。准确有效的图像细胞分割对于藻类分析来说至关重要。根据显微图像中角毛的特征，我们将浮游植物划分为2类；角毛藻和无角毛类藻[3]。针对角毛

6、藻，本课题组提出了一种灰度曲面方向角模型实现了有效的角毛分割[41；本文针对无角毛类藻，结合显著性与GrabCut算法，提出一种新颖的藻细胞自动分割方法，为进一步的藻类分析奠定基础。近年来，国内外在浮游植物显微图像细胞分割方面已开展了相关的研究。Jalba等[5]提出了一种标记控制的分水岭算法用于硅藻显微图像自动分割，该方法改进了ADIAC项目的初始分割结果[6]，并且被应用于硅藻图像分类系统中[7l。Blaschko等[8]针对流式影像仪采集的浮游生物图像采用基于snake的分割方法得到轮廓和

7、基于亮度的分割方法得到细节。Rodenacker等[9]利用阈值方法分割显微图像中的浮游生物。Sosik等[10]针对流式细胞仪采集的显微图像将基于阈值的边缘检测应用于相位一致性方法中提取细胞特征。Luo等[11]采用canny边缘检测及回归方法作为分割校准从显微图像中寻找圆形硅藻。Verikas等[12]应用模糊c均值聚类算法来分割显微图像中的圆形微小原甲藻。综上可知，目前浮游植物显微图像细胞分割大多基于基本的边缘(如Canny)和区域(如阈值和聚类)方法，并针对某些特定藻种类别开展研究。在无

8、角毛类藻显微图像中(如图1(a))，藻细胞个体微小(通常达微米级)，呈半透明状，具有横纵沟、尖顶刺等结构特征，形态细节复杂多样，以单体或细胞链形态生活；培养液背景经常存在细胞残骸、泥沙等杂质；背景区域与前景目标往往颜色相近；图像拍摄时藻细胞的自由活动易使其周围产生涡旋状的水渍噪声。这些特点导致分割过程中容易出现“欠分割”或“过分割”现象，难以实现快速、准确、高效的浮游植物显微图像细胞自动分割。交互式分割由于人为主观因素的介入使得分割效÷基金项目：国家自然科学基金项目(61301240；61271

9、406)资助SupportedbyNationalNaturalScienceFoundationofChina(61301240，61271406)收稿日期：2014—05—10；修订日期：2015一02—13作者简介：于垄(1986一)，男，博士生，主要从事计算机图像处理研究。E_mail：yukunemail@163．∞m÷*通讯作者：E-mail：zhenghaiyong@ouc．edu．cn结f}^^麓irf：‘o【洒∽⋯的无角毛类浮游植物显微图像分割127fa)原圈fb)Sc法(a)