专利名称：两凝胶图像间的蛋白质点自动匹配方法
技术领域：
本发明涉及图像配准技术领域，特别是一种两凝胶图像间的蛋白质点自动匹配方 法。
背景技术：
基于凝胶图像的蛋白质点分析方法是分子生物学研究领域的重要内容之一，不同 凝胶图像间的蛋白质点匹配是蛋白质点分子分析的关键环节，是样本中差异蛋白质点的提 取和质谱分析的前提，在人类心血管疾病、神经系统疾病、传染病、肿瘤等重大疾病诊断中 有广泛的应用前景。差异蛋白质点的提取和质谱分析的前提是两凝胶图像间的蛋白质点匹配，匹配的 精度直接影响了后续的分析和疾病的诊断。医学影像设备由于不同时间、不同传感器或不 同视角下获取的同一场景图像，或多或少会给图像带来一定的形变，给凝胶图像间的蛋白 质点自动匹配带来了一定的难度。凝胶图像间蛋白质点的自动匹配精度决定于特征蛋白质点的匹配，错误的特征蛋 白质点匹配影响整个匹配精度。传统特征点匹配通常采用不相似测度SSD(sum of square
differences—误差平方和)和相似测度 NCC (normalized cross correlartion-归一
化互相关)来匹配，对疏松的特征点匹配效果很好，但对密集的特征点匹配效果不佳，由于 凝胶图像的特征蛋白质点分布疏密不均，传统的匹配方法很难适用，容易造成特征蛋白质 点的误匹配，进而影响两凝胶图像间蛋白质点的匹配精度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种两凝胶图像间的蛋白质点自动 匹配方法，该方法不仅鲁棒性、精度高，而且智能化程度高。为实现上述目的，本发明的技术方案是一种两凝胶图像间的蛋白质点自动匹配 方法，其特征在于该方法包括如下步骤
(1)分别对两凝胶图像的蛋白质点进行检测与量化；
(2)两凝胶图像中任选一副，在中间区域中统计所有两邻近蛋白质点间的距离，并以它 们的均值作为匹配距离的阈值；
(3)提取两凝胶图像的特征蛋白质点；
(4)利用特征蛋白质点间线段距离和角度，结合统计方法对两凝胶图像间的特征蛋白 质点进行匹配；
(5)利用邻近已匹配到的特征蛋白质点进行局部坐标变换，将两凝胶图像间的蛋白质 点变换到同一坐标系中；
(6)两凝胶图像间蛋白质点的匹配。本发明的有益效果是利用特征蛋白质点间线段距离和角度，结合统计方法对特 征蛋白质点进行匹配，从而改善了特征蛋白质点匹配的鲁棒性，提高了特征蛋白质点的匹
3配精度。同时，将两凝胶图像间的蛋白质点基于邻近匹配到的特征蛋白质点进行局部坐标 变换，降低了因图像局部扭曲形变带来的匹配误差，提高了两凝胶图像间的蛋白质点的匹 配精度。因此，本发明的自动匹配方法具有鲁棒性好、精度高、智能化等优点，应用前景广 阔。
图1是本发明的工作流程图。
具体实施例方式本发明的两凝胶图像间的蛋白质点自动匹配方法，如图1所示，该方法包括如下 步骤
(1)分别对两凝胶图像的蛋白质点进行检测与量化；
(2)两凝胶图像中任选一副，在中间区域中统计所有两邻近蛋白质点间的距离，并以它 们的均值作为匹配距离的阈值；
(3)提取两凝胶图像的特征蛋白质点；
(4)利用特征蛋白质点间线段距离和角度，结合统计方法对两凝胶图像间的特征蛋白 质点进行匹配；
(5)利用邻近已匹配到的特征蛋白质点进行局部坐标变换，将两凝胶图像间的蛋白质 点变换到同一坐标系中；
(6)两凝胶图像间蛋白质点的匹配。在步骤(3)中，两凝胶图像间特征蛋白质点的提取方法如下利用体积排序法分 别对两凝胶图像的蛋白质点按体积从大到小进行排序，在其中一副凝胶图像A中提取前 m个特征蛋白质点/^ (O^i < )，在另一副凝胶图像B中提取前个特征蛋白质点/^ (S) ( j < n，m ( m\在步骤(4)中，为提高特征蛋白质点的匹配精度，两凝胶图像间特征蛋白质点的匹 配方法具体如下首先，利用特征蛋白质点间线段距离和角度进行线段匹配，并以匹配到的 线段对为基准进行特征蛋白质点匹配，根据匹配特征蛋白质点的统计结果排除误匹配的线 段对；然后，以匹配到的线段对为基准变换包括所有特征蛋白质点的外接矩形中心坐标，并 采用网格区域划分法，利用变换后的矩形中心坐标计算每个网格节点的累积得分和得分最 高的网格节点，利用得分最高的网格节点及邻近的四个网格节点计算加权中心坐标，通过 中心坐标与加权中心坐标的欧式距离去除误匹配的线段对；最后，以匹配到的线段对为基 准，进行特征蛋白质点匹配，统计并选择特征蛋白质点匹配对。下面对本发明涉及的各个步骤作进一步说明。本发明的工作流程如图1所示，其具体实施步骤如下。1、凝胶图像的蛋白质点检测与量化
本发明利用分水岭方法，分别对凝胶图像A和凝胶图像B进行蛋白质点检测，得到蛋白 质点的坐标、体积、面积和峰度等信息的量化值。2、匹配距离阈值的计算
在两凝胶图像中任选一副图像，在中间区域中统计所有两邻近蛋白质点间的距离，并以它们的均值作为匹配距离的阈值，匹配距离阈值 DT, Dt的计算公式如下
其中F表示区域中的蛋白质点总数1表示蛋白质点i与其最近蛋白质点间的距离。3、两凝胶图像的特征蛋白质点提取
本发明利用蛋白质点的体积分别对两凝胶图像的蛋白质点进行从大到小排序，在凝胶 图像A中提取前《个特征蛋白质点< 1在凝胶图像B中提取前《个特征蛋白质
点 P錄(0 < j <n,m< n)。4、两凝胶图像间的特征蛋白质点匹配
1)构造特征蛋白质点线段构造凝胶图像A中特征蛋白质点的所有线段^
(0<I <ClCi为凝胶图像A中,《个特征蛋白质点构成的线段总数)，同样的方法构造凝胶 图像B中的特征蛋白质点的所有线段( 0<j<C^ )。2)线段“ (0<;<C^ )与线段~ ( 0<j<(^ )进行匹配，匹配包括长度和角 度匹配，根据线段相似因子(足功，两线段匹配到的条件为
为4与h的夹角
3)若2)中的4与匹配到了，同时以和 为基准进行特征点的匹配。计算匹 配到的特征蛋白质点数目 ，若 <m/2则认为L虫与、为误匹配的线段对；否则以和 ~为基准将矩形(包括图像个特征点的外接矩形)的中心坐标变换到凝胶 图像 A 的坐标系内(0<I<C10<J< C2X)。 4)计算加权中心坐标C'Cva):将包含所有的4(不少)(0< <m,0<j < )矩形 划分为网格，共有节点，用&j) (0<i <m,Q<j <n)表示节点(i,力的累积 得分,对(0<2 < ,0<j <n)所落在方格子的四个网格节点进行Sbpre^j)累积得 分，Score(iJ)得分的原理若点户落在矩形中，点f将矩形划分的四个小矩形分 别为、、及加k和，则点a、6、e和，的得分分别为矩形面积即为、 、&胃和“。利用中最高的网格节点及其周围四个网格节点计算加权中心坐标CV(AV，凡)，Ch)的计算公式为
其中(0 < -T <m 0 <<m )
5)利用《江力和间的欧式距离再次排除3)中的误匹配线段对计算
与间的欧式距离}若rf >20Dr ,则与为误 匹配的线段对。 6)以4 ( OA <勻)和％ ( 0<J<CM2 )中的匹配到的线段对为基准进行特征 蛋白质点的匹配，并统计特征蛋白质点☆ 与特征蛋白质点^ < )匹配到 的次数若巧则认为特征点PJOA < )与< )为特征蛋白质点的配对5、基于邻近特征蛋白质点的局部坐标变换
将凝胶图像B中的所有蛋白质点的坐标尽(x，j) ( 0<j,铷《3表示图像B中
所有的蛋白质点总数)以邻近匹配到的特征点为基准变换到凝胶图像A的坐标系内，变换 后的坐标为( 0<j <SumE )。在图像B中若蛋白质点尽的坐标为而,为)，与它邻近的匹配到的特征蛋白 质点4的坐标为i^O^h),在凝胶图像A中与4对应的特征蛋白质点乙的坐标为
，则蛋白质点A经过局部偏移变换后的坐标迄(4，夂)为
6、两凝胶图像间的蛋白质点匹配
在同一坐标系内，利用欧式距离在蛋白质点( 0<j<tas )中寻找蛋白质点& (0<1<^, 表示凝胶图像A中所有的蛋白质点总数)的最近蛋白质点和在& (0<i<SumA)中寻找& ()邻近的蛋白质点，若&与&互为邻近蛋白质点
且之间的欧式距离小于各，则尽与&为配对蛋白质点。 以上是本发明的较佳实施例，凡依 发明技术方案所作的改变，所产生的功能作 用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
权利要求
一种两凝胶图像间的蛋白质点自动匹配方法，其特征在于该方法包括如下步骤(1)分别对两凝胶图像间的蛋白质点进行检测与量化；(2)两凝胶图像中任选一副，在中间区域中统计所有两邻近蛋白质点间的距离，并以它们的均值作为匹配距离的阈值；(3)提取两凝胶图像的特征蛋白质点；(4)利用特征蛋白质点间线段距离和角度，结合统计方法对两凝胶图像间的特征蛋白质点进行匹配；(5)利用邻近已匹配到的特征蛋白质点进行局部坐标变换，将两凝胶图像间的蛋白质点变换到同一坐标系中；(6)两凝胶图像间蛋白质点的匹配。
2.根据权利要求1所述的一种两凝胶图像间的蛋白质点自动匹配方法，其特征在于 在步骤(3)中，两凝胶图像间特征蛋白质点的提取方法如下利用体积排序法分别对两凝 胶图像的蛋白质点按体积从大到小进行排序，在其中一副凝胶图像A中提取前《个特征蛋 白质点(0 ( i < )，在另一副凝胶图像B中提取前个特征蛋白质点/、(0O<n， m ( m\
3.根据权利要求1或2所述的一种两凝胶图像间的蛋白质点自动匹配方法，其特征在 于在步骤(4)中，两凝胶图像间特征蛋白质点的匹配方法如下首先，利用特征蛋白质点 间线段距离和角度进行线段匹配，并以匹配到的线段对为基准进行特征蛋白质点匹配，根 据匹配特征蛋白质点的统计结果排除误匹配的线段对；然后，以匹配到的线段对为基准变 换包括所有特征蛋白质点的外接矩形中心坐标，并采用网格区域划分法，利用变换后的矩 形中心坐标计算每个网格节点的累积得分和得分最高的网格节点，利用得分最高的网格节 点及邻近的四个网格节点计算加权中心坐标，通过中心坐标与加权中心坐标的欧式距离去 除误匹配的线段对；最后，以匹配到的线段对为基准，进行特征蛋白质点匹配，统计并选择 特征蛋白质点匹配对。
全文摘要
本发明涉及图像配准技术领域，特别是一种两凝胶图像间的蛋白质点自动匹配方法，其特征在于该方法包括如下步骤1)分别对两凝胶图像的蛋白质点进行检测与量化；2)两凝胶图像中任选一副，在中间区域中统计所有两邻近蛋白质点间的距离，并以它们的均值作为匹配距离的阈值；3)提取两凝胶图像的特征蛋白质点；4)利用特征蛋白质点间线段距离和角度，结合统计方法对两凝胶图像间的特征蛋白质点进行匹配；5)利用邻近已匹配到的特征蛋白质点进行局部坐标变换，将两凝胶图像间的蛋白质点变换到同一坐标系中；6)两凝胶图像间蛋白质点的匹配。该方法不仅鲁棒性、精度高，而且智能化程度高。
文档编号G06T7/00GK101894272SQ201010248588
公开日2010年11月24日 申请日期2010年8月10日 优先权日2010年8月10日
发明者何华勤, 吴槐, 熊邦书 申请人:福州展旭电子有限公司