专利名称：基于拓扑约束和匈牙利算法的高密度细胞追踪方法
技术领域：
本发明涉及的是一种细胞运动分析方法，具体地说是一种采用拓扑约束和匈牙利 算法相结合的方法实现高密度细胞追踪。
背景技术：
细胞运动分析通常是对目标细胞进行追踪，得到细胞的运动速度、位移、轨迹等信 息，在细胞行为、药物和疾病的研究中是至关重要的。我们对一个目标细胞进行详细和准 确的追踪，特别是对大量细胞进行追踪时，要尽量避免其他细胞的干扰，这是细胞追踪的难 点，也是近些年细胞追踪的研究热点。
本发明提到的追踪方法是基于拓扑约束和匈牙利算法相结合的追踪方法，是一 种基于分割的追踪方法。基于图论的细胞追踪方法是张乐林等人2007年在Proceedings of the 7thIEEE International Conference on BIBE 发表的论文"Graph Theory Application in Cellnuleus Segmentation,Tracking and Identification"胞追踪方法。该方法利用图模型描述细胞之间的拓扑关系，将分割图像中追踪细胞特征问 题转变为相似结构图之间顶点匹配问题。
图论的方法已经证实能够有效的追踪高密度细胞图像，且对于细胞的形变不敏 感。但该方法中几个关键参数的人工设定限制了其可适性，并且对于含有稀疏细胞的图像 或图像中的部分区域处理能力不强，尤其是当相邻细胞发生分裂时易造成细胞的错误追S示ο发明内容
本发明的目的在于提供一种能够实现较高效率的高密度细胞追踪方法基于拓扑 约束和匈牙利算法的高密度细胞追踪方法。
本发明的具体实现步骤如下
1、一种基于拓扑约束和匈牙利算法的高密度细胞追踪方法，其特征是
(1)、细胞分割采用水平集算法与局部灰度阈值法相结合的序列细胞图像分割方 法进行分割，然后将图像每一帧分割后的细胞初始标号，将第k帧中标号为i的细胞记录为 R(k，i)；
(2)、候选细胞的选取对第k帧中的任意待匹配细胞R(k，i)根据距离限制在k+1 帧中建立追踪的搜索区域，将区域中的细胞列为候选细胞；
(3)、系数矩阵的构建
①若第k+Ι帧中细胞R(k+1，j)是第k帧待匹配细胞R(k，i)的候选细胞，则根据 下式进行数据关联计算其相似程度Aj，
权利要求
1.一种基于拓扑约束和匈牙利算法的高密度细胞追踪方法，其特征是(1)、细胞分割采用水平集算法与局部灰度阈值法相结合的序列细胞图像分割方法进 行分割，然后将图像每一帧分割后的细胞初始标号，将第k帧中标号为i的细胞记录为R(k， i)；O)、候选细胞的选取对第k帧中的任意待匹配细胞R(k，i)根据距离限制在k+1帧中 建立追踪的搜索区域，将区域中的细胞列为候选细胞；(3)、系数矩阵的构建①若第k+Ι帧中细胞R(k+1，j)是第k帧待匹配细胞R(k，i)的候选细胞，则根据下式 进行数据关联计算其相似程度Aj，
2.在权利要求1所述的基于拓扑约束和匈牙利算法的高密度细胞追踪方法的特征中， 其中所述的未匹配细胞的具体分析方法为①丢失的细胞找出没有独立0元素的行i，表示该行所代表的细胞R(k，i)在第k+1 帧中没有找到与之相匹配的细胞，若该细胞不是位于图像边缘的细胞，首先找出该细胞的 候选细胞，如果所有的候选细胞都已经与别的待匹配目标细胞相匹配，则考虑这些已匹配 细胞对之间的关系，根据下面三个判断条件来判断是否是由于欠分割导致该细胞的丢失， 如果满足这些条件则认为是由于该细胞与其邻域细胞在下一帧中欠分割所造成的丢失R(k+1, j). area > 1. 7*R(k, 1). areaabs(fw_angle(R(k, i), R(k, 1))-R(k+1, j). Orientation) < 10 R(k+1, j) MajorAxisLength > 1. 7*R(k, DMajorAxisLength其中细胞R(k+1，j)是细胞R(k，i)的候选细胞，细胞R(k+1，j)与细胞R(k，l)相匹 K;fw_angle(R(k,i),R(k,l))表示的是细胞R(k，i)和R(k，l)的质心连线与χ轴的夹角； R(k+1, j). Orientation 表示的是细胞 R(k+1，j)的离心率；R (k，j). MajorAxisLength 表示 的是细胞R(k+1，j)的长轴；若由于细胞R(k，i)与R(k，l)在k+1帧中的欠分割导致细胞R(k，i)的丢失，则接着 判断细胞R(k，i)与R(k，l)是否是惰性细胞，若是惰性细胞，通过复制的方法将R(k，i)与 R(k，l)两细胞替代细胞R(k+1，j)，否则是由于该细胞图像边缘与背景的对比度的非常弱， 以致没有从背景中识别分割出来，从而导致该细胞的丢失，若细胞R(k，i)是位于图像边界 的细胞，则认为细胞移出边界，将该消失细胞的信息存储，以防细胞再一次出现；②新出现的细胞找出没有独立O元素的列j，则表示该列所代表的细胞R(k+1，j)在 第k帧中没有找到与之相匹配的细胞，为新出现的细胞，然后判断其新出现的原因；首先根据细胞生物分裂前后的特性判断该细胞是否是细胞分裂成的子细胞，接着查看 该新出现的细胞是否是位于边缘的细胞，若是，则认为细胞移入图像边界，然后将该细胞信 息与前几帧丢失的细胞信息进行对比，这里主要是对质心位置信息进行对比，若是前几帧 消失的细胞，则将消失细胞的ID号给该新出现的细胞，否则认为是新出现的细胞，给其赋 予一个新的ID号并存储。
全文摘要
本发明提供的是一种基于拓扑约束和匈牙利算法的高密度细胞追踪方法。(1)、采用水平集算法与局部灰度阈值法相结合的图像分割方法对细胞图像序列进行分割，并对每一帧分割后的细胞初始标号；(2)、对第k帧中的任意待匹配细胞根据距离限制在k+1帧中建立追踪的搜索区域，将区域中的细胞列为候选细胞；(3)、建立系数矩阵Q。若k+1帧中细胞j是第k帧中细胞i的候选细胞，则根据拓扑约束进行数据关联计算其相似度Qij，否则将其相似度赋一较大值。(4)、利用匈牙利算法对系数矩阵进行变换，找出独立零元素，其行列代表的细胞相匹配；(5)、找出矩阵变换后没有独立零元素的行列，对其所对应的细胞分别进行考虑；(6)、将k加1，跳到第2步，重复进行，直到图像序列的最后一帧。本发明能实现较高效率的细胞追踪。
文档编号G06T7/20GK102034246SQ20101059846
公开日2011年4月27日 申请日期2010年12月21日 优先权日2010年12月21日
发明者崔颖, 汤春明, 董莎莎, 许东滨, 陈立伟 申请人:哈尔滨工程大学