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果蝇复眼病变诊断系统中光学图像的处理

2020-12-03阅读(603)

果蝇复眼病变诊断系统中光学图像的处理

论文摘要

一直以来,提高医学药品的开发速度是研究人员追求的目标。果蝇作为一种优秀的实验动物模型材料,被广泛应用于生物医学与新药研制。通过观察果蝇复眼在施药前后的变化,分析动物活体对药品的适应性。目前这些观察、判断的工作都是由人工完成,工作量大,诊断速度慢,准确率较低。本文研究果蝇复眼病变诊断系统中光学图像的处理,该项工作是光学图像采集技术、数字图像技术以及嵌入式计算机技术应用于医学显微图像领域,尤其是诸如果蝇一类细小生物样本方面的新尝试,并且是一个值得研究和开发商用产品的新方向。本文在果蝇复眼病变诊断研究方面取得了较有成效的进展,设计实现了基于嵌入式Linux系统的果蝇复眼病变智能检测系统的软件部分。针对果蝇复眼目标与背景的分割问题,提出一种基于色度、色饱和度和亮度(HSI)彩色空间的分割算法。该算法将果蝇复眼RGB图像中R分量代替B分量成RGR图像,并映射到HSI空间在饱和度S分量上分割果蝇复眼;并比较和分析了快速模糊C均值聚类(FFCM)灰度分割法和最大类间方差(OTSU)阈值化分割法在果蝇复眼目标提取上的性能,处理结果表明OTSU法分割果蝇复眼轮廓的优势最为明显。针对OTSU法计算量大,执行效率低的缺点,提出采用鲁棒性和并行性的遗传算法进行优化,并利用改进的遗传算法(IGA)快速的非线性搜索求解最优分割阈值,阐述了改进遗传算法和优化求解的过程,并给出优化实验结果。同时,归纳果蝇复眼的A、B两类病变,利用面积的特征和亮度的特征对复眼病变进行诊断。基于嵌入式Linux系统建立软件开发环境,设计包括基于光学图像采集技术的果蝇复眼显微图像的采集、果蝇复眼的病变诊断、诊断信息的管理以及批量图像的智能诊断等功能模块。最后以QT软件为平台,设计了系统的图形用户界面。测试结果表明,系统检测精度可达95%以上,响应时间＜0.1s,处理时间＜3s/张,具有友好的人机交互界面,与人工方式相比优势明显,为高效地检测果蝇一类药品检测实验对象提出行之有效的新方法。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 果蝇复眼病变诊断的研究意义与目的
  • 1.1.1 果蝇作为实验样本的优势
  • 1.1.2 课题研究目的
  • 1.2 基于光学的显微图像采集技术
  • 1.3 数字图像处理基础
  • 1.3.1 彩色图像与彩色空间
  • 1.3.2 图像处理的基本方法
  • 1.3.3 形态学方法
  • 1.4 嵌入式技术应用于果蝇复眼病变诊断研究
  • 1.4.1 嵌入式系统的概念
  • 1.4.2 嵌入式技术的发展
  • 1.4.3 果蝇复眼病变诊断系统与嵌入式技术的结合
  • 1.5 论文的主要工作及内容
  • 第二章 果蝇复眼目标提取算法研究
  • 2.1 引言
  • 2.2 果蝇复眼图像的预处理
  • 2.2.1 中值滤波
  • 2.2.2 形态学滤波
  • 2.3 基于HSI彩色空间的果蝇复眼图像特征提取
  • 2.3.1 HSI彩色模型的建立
  • 2.3.2 提取饱和度（S）为特征量
  • 2.4 果蝇复眼目标的提取
  • 2.4.1 一维最大类间方差阈值分割法
  • 2.4.2 快速模糊C均值聚类分割法
  • 2.4.3 实验分析
  • 2.5 基于改进的遗传算法（IGA）优化OTSU阈值分割算法
  • 2.5.1 简单遗传算法（GA）的基本原理
  • 2.5.2 自适应遗传算法原理
  • 2.5.3 遗传算法的改进并优化分割算法
  • 2.5.4 优化结果与性能分析
  • 2.6 本章小结
  • 第三章 果蝇复眼病变区识别算法研究
  • 3.1 形态学处理完善果蝇复眼目标
  • 3.1.1 完善复眼目标的目的
  • 3.1.2 形态学操作处理复眼目标
  • 3.2 基于特征的果蝇复眼病变识别算法
  • 3.2.1 A类病变诊断算法及病变区边缘标记
  • 3.2.2 B类病变诊断算法及病变区边缘标记
  • 3.3 本章小结
  • 第四章 基于嵌入式技术的果蝇复眼病变诊断系统软件设计
  • 4.1 引言
  • 4.2 系统功能需求分析
  • 4.2.1 系统功能分析
  • 4.2.2 系统软件平台实现流程
  • 4.3 果蝇复眼病变诊断系统开发平台搭建
  • 4.3.1 开发环境介绍
  • 4.3.2 交叉编译环境建立
  • 4.3.3 Linux系统下开发流程
  • 4.3.4 果蝇复眼病变智能诊断系统硬件平台介绍
  • 4.4 果蝇复眼显微图像采集模块应用软件设计
  • 4.4.1 果蝇复眼显微图像采集的硬件介绍
  • 4.4.2 Linux下USB摄像头的驱动实现
  • 4.4.3 V4L下的图像采集程序设计
  • 4.4.4 图像多种格式压缩存储实现
  • 4.5 数据库管理功能设计
  • 4.5.1 SQLite数据库系统概述
  • 4.5.2 SQLite数据管理功能的实现
  • 4.6 系统用户界面设计
  • 4.6.1 果蝇复眼图像采集界面
  • 4.6.2 果蝇复眼病变诊断界面
  • 4.6.3 数据库病变信息管理界面
  • 4.6.4 大量复眼图像批量化智能诊断界面
  • 4.7 本章小结
  • 第五章 果蝇复眼病变诊断系统软件功能测试
  • 5.1 果蝇复眼显微图像采集功能测试
  • 5.1.1 摄像头抓拍测试
  • 5.1.2 图像多格式压缩存储测试
  • 5.2 果蝇复眼病变诊断功能测试
  • 5.2.1 诊断准确性测试
  • 5.2.2 诊断效率测试
  • 5.3 SQLite数据库病变信息管理测试
  • 5.4 大量果蝇复眼图像批量化智能诊断测试
  • 5.5 本章小结
  • 第六章 总结与展望
  • 6.1 论文总结
  • 6.2 研究课题展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读学位期间的主要研究成果

    • 相关论文文献

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