大壁虎脑切片显微图像区域轮廓提取及性信息素差异性研究

论文摘要

生物机器人比起仿生机器人而言,在电源能量、运动控制灵活性等方面有很大的优势,因此,近年来它有广阔的应用前景。壁虎由于其独特的生理特征成为生物机器人的理想模型,对壁虎运动神经空间编码的研究是研制壁虎生物机器人的关键。因此在首先必须对壁虎的脑和行为进行认识和研究。针对壁虎脑部的研究,课题组制作了完备的大壁虎脑切片显微图像,作者首次利用数字图像处理技术对其进行处理提取区域轮廓,打破了传统的手工绘制的方法。由于没有专门针对脑切片显微图像的处理软件,因此利用Visual C++ 6.0开发了软件系统。文中第二章首先简要地产述了实验对象和脑切片的制作过程以及显微图像的采集过程,其次对图像进行预处理,改善图像的质量;第三章利用边缘检测技术得到不同区域的边界。第四章在边缘图像的基础上作了以下处理:将原图与边缘融合显示来观察检测效果;利用Snake算法提取轮廓坐标;利用OpenGL将轮廓在三维空间中显示出来,同时将轮廓点导入Excel,拟合出轮廓图形;利用中脑区域连续的160张图像的外轮廓,将其导入软件Geomage重构出中脑区域的三维轮廓。第五章介绍了开发的脑切片显微图像处理系统,展示了软件系统的界面和功能。在行为研究部分,作者主要研究了嗅觉在繁殖行为中作用。通过大量的社会行为观察,发现雄性壁虎在繁殖行为前先做刮舌运动—TF（tongue-flick）来识别对方性别,部位集中于背部和尾根部,推测壁虎泄殖腔分泌物中可能存在标识性别及个体的特异性物质—性信息素,它通过嗅觉干预壁虎的繁殖行为。性信息素的采样分析未曾见报。实验中提取了各8只雌雄壁虎的泄殖腔分泌物作为样品,采用气相色谱仪分析,并利用浙大相似度软件对色谱图分析,上述在第六章中详细介绍。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外生物机器人的研究概况
• 1.2.1 国外研究状况
• 1.2.2 国内研究状况
• 1.3 脑图谱的研究
• 1.4 本课题的内容
• 第二章 脑切片显微图像的制作及预处理
• 2.1 研究对象
• 2.2 脑切片显微图像的制作简述
• 2.2.1 手术前准备工作
• 2.2.2 头部固定和脑内标记点
• 2.2.3 脑组织的处理
• 2.2.4 切片和染色工艺
• 2.2.5 切片的数字采集
• 2.3 图像的预处理
• 2.3.1 均值滤波
• 2.3.2 中值滤波
• 2.3.3 矢量中值滤波方法
• 2.3.4 滤波结果
• 2.4 本章小结
• 第三章 彩色脑切片显微图像的边缘检测
• 3.1 边缘检测的发展
• 3.1.1 灰度图像边缘检测
• 3.1.2 彩色图像边缘检测
• 3.2 微分算法
• 3.2.1 一阶微分算子
• 3.2.2 二阶微分算子
• 3.2.3 检测结果
• 3.3 Canny 准则及Canny 算法的分割实现
• 3.3.1 Canny 准则
• 3.3.2 Canny 边缘检测算法
• 3.3.3 Canny 算法的实现及改进
• 3.3.4 边界跟踪
• 3.3.5 剔除孤立点噪声
• 3.3.6 边缘检测结果
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于边缘图的融合显示及轮廓提取
• 4.1 边缘图与原图的融合显示
• 4.1.1 GDI+的新增功能
• 4.1.2 在VC++6.0 中集成GDI+
• 4.1.3 实现图像的融合显示
• 4.2 基于边缘图的轮廓提取
• 4.2.1 连续主动轮廓模型
• 4.2.2 主动轮廓模型离散化
• 4.2.3 本文所采用的snake 算法及区域轮廓提取
• 4.3 轮廓对感兴趣区定位的辅助
• 4.4 基于外轮廓的三维重构
• 4.4.1 利用Geomage 重构轮廓图
• 4.4.2 开发的软件预留的三维重构功能
• 4.5 本章小结
• 第五章 脑切片显微图像处理软件系统开发
• 5.1 开发工具的选择及Windows 图像编程介绍
• 5.1.1 软件开发工具的选择
• 5.1.2 Windows 图像编程的特点
• 5.2 脑切片显微图像处理系统的设计
• 5.2.1 系统的设计原则
• 5.2.2 系统的结构
• 5.2.3 系统结构的实现
• 5.3 本章小结
• 第六章 性信息素差异性的研究
• 6.1 研究背景
• 6.1.1 嗅觉对捕食的作用介绍
• 6.1.2 嗅觉对信息素刺激的反应介绍
• 6.2 行为学观察实验
• 6.2.1 与壁虎繁殖相关的行为
• 6.2.2 实验中观察的行为
• 6.3 利用气相色谱法对壁虎性信息素的研究
• 6.3.1 气相色谱法介绍
• 6.3.2 实验方法
• 6.3.3 实验结果及分析
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 论文总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果