海洋信息探测与处理专业毕业论文海洋信息探测与处理专业毕业论文 精品论文精品论文 基于生物形态学基于生物形态学的有害赤潮显微图像诊断研究的有害赤潮显微图像诊断研究关键词：生物形态学关键词：生物形态学 有害赤潮有害赤潮 显微图像诊断显微图像诊断摘要：近年来，近海海域赤潮频发，造成严重危害，引起了世界各国政府、公 众和科学家的关注。而我国近海赤潮问题也早已引起了公众、政府和科技界的 广泛关注，国家从基础研究、高技术发展等不同层面安排研究赤潮发生的机制、 预警、预报与防治方法，着手建立业务化的赤潮监测体系等。其中，快速有效 的鉴定赤潮主要藻种是赤潮自动监测中的一个重要环节。 本文主要针对我国 沿海常见有害赤潮藻，采集藻种不同生长时期、不同角度的多视点图像，建立 中国海常见有害赤潮显微图像数据库；以传统的生物形态分类学为依据，利用 图像分析、统计学习和模式识别技术，研究赤潮藻种的多视点综合表示特征， 建立赤潮藻显微图像识别系统；同时，构建一个基于 Web 的有害赤潮显微图像 采集与诊断系统，可对上传的显微光学图像提供远程处理、分析与反馈。主要 工作包括： 1中国海常见赤潮藻的生物形态学特征和分类学研究。结合中 国沿海近年来的赤潮发生情况，列出了中国海常见赤潮藻种名录(共 40 种，其 中包括 11 种重点藻种)；通过光学显微镜人工目视和拍照观察等手段，研究了 这 40 种赤潮藻的生物形态学特征；并在此基础上，初步设计了这 40 种赤潮藻 的形态学分类系统，从而为有害赤潮显微图像数据库系统和诊断系统的设计提 供了依据，同时为下一步显微图像识别系统的研究奠定了基础。 2有害赤 潮显微图像数据库系统和诊断系统的设计与实现。以 40 种所研究赤潮藻的生物 形态学分类特征为依据，结合显微图像识别系统的实际应用需求，设计并搭建 了有害赤潮显微图像数据库系统；结合 JAVA(J2EE)技术和 Web 数据库技术，设 计并实现了基于 Web 的有害赤潮显微图像采集与诊断系统。 截止目前，该有 害赤潮显微图像数据库已经收录课题所研究 40 种中国海常见赤潮藻中的 24 种 (其中包括 11 种重点藻种中的 10 种)，以甲藻为主，包括甲藻门 15 种、硅藻门 4 种、硅鞭藻纲 3 种、定鞭藻纲 1 种、蓝藻门 1 种，显微图像共计 3790 张；并 且，所建立的有害赤潮显微图像数据库系统和基于 Web 的有害赤潮显微图像诊 断系统已经分别正常运行一年和半年多。 3显微图像识别系统研究。基于 中国海常见赤潮藻的生物形态学分类知识，以已经设计实现并运行的有害赤潮 显微图像诊断系统为平台，提出了显微图像识别系统的技术路线，并针对显微 图像识别进行了如下工作： 提出了一种基于多方向投影的自动阈值方法进 行藻种显微图像分割，该方法能较好的用于无角毛类藻种显微图像的目标细胞 分割，不但能够提取藻种显微图像中的主要目标细胞，在此主要目的基础上尽 可能大的保留原图像中目标细胞的全部信息，而且由于采用了较多方向(八个方 向)进行投影，因此能够更为精确的定位细胞的位置，从而完全去除周围的杂质。 该工作为下一步藻种图像细胞特征提取和分类识别奠定了基础。 从理论上 分析了变分偏微分方程图像分解的 TV-L2 模型和 TV-G 模型及其数值解法，结合 这两种模型在藻种显微图像分解中的实际应用，进一步验证了 TV-G 模型中 G 空 间对纹理的描述优于 TV-L2 模型中的 L2 空间，从而能够较为精确的实现细胞图 像纹理与主体结构的分解；分别采用具有尺度、平移、旋转不变性的 Hu 不变矩 来描述藻种显微图像分解后的主体结构(形状)特征，具有多尺度多分辨率变化不变性的分形维数来描述藻种显微图像分解后的纹理(壳面花纹)特征，进行分 类识别，并通过实验验证了该方法的可行性。 改进了基于分形邻距的图像 匹配方法，针对藻种显微图像，改进方法较传统方法能够更为准确的实现目标 匹配，从而可较大程度提高藻种的识别准确率。正文内容正文内容近年来，近海海域赤潮频发，造成严重危害，引起了世界各国政府、公众 和科学家的关注。而我国近海赤潮问题也早已引起了公众、政府和科技界的广 泛关注，国家从基础研究、高技术发展等不同层面安排研究赤潮发生的机制、 预警、预报与防治方法，着手建立业务化的赤潮监测体系等。其中，快速有效 的鉴定赤潮主要藻种是赤潮自动监测中的一个重要环节。 本文主要针对我国 沿海常见有害赤潮藻，采集藻种不同生长时期、不同角度的多视点图像，建立 中国海常见有害赤潮显微图像数据库；以传统的生物形态分类学为依据，利用 图像分析、统计学习和模式识别技术，研究赤潮藻种的多视点综合表示特征， 建立赤潮藻显微图像识别系统；同时，构建一个基于 Web 的有害赤潮显微图像 采集与诊断系统，可对上传的显微光学图像提供远程处理、分析与反馈。主要 工作包括： 1中国海常见赤潮藻的生物形态学特征和分类学研究。结合中 国沿海近年来的赤潮发生情况，列出了中国海常见赤潮藻种名录(共 40 种，其 中包括 11 种重点藻种)；通过光学显微镜人工目视和拍照观察等手段，研究了 这 40 种赤潮藻的生物形态学特征；并在此基础上，初步设计了这 40 种赤潮藻 的形态学分类系统，从而为有害赤潮显微图像数据库系统和诊断系统的设计提 供了依据，同时为下一步显微图像识别系统的研究奠定了基础。 2有害赤 潮显微图像数据库系统和诊断系统的设计与实现。以 40 种所研究赤潮藻的生物 形态学分类特征为依据，结合显微图像识别系统的实际应用需求，设计并搭建 了有害赤潮显微图像数据库系统；结合 JAVA(J2EE)技术和 Web 数据库技术，设 计并实现了基于 Web 的有害赤潮显微图像采集与诊断系统。 截止目前，该有 害赤潮显微图像数据库已经收录课题所研究 40 种中国海常见赤潮藻中的 24 种 (其中包括 11 种重点藻种中的 10 种)，以甲藻为主，包括甲藻门 15 种、硅藻门 4 种、硅鞭藻纲 3 种、定鞭藻纲 1 种、蓝藻门 1 种，显微图像共计 3790 张；并 且，所建立的有害赤潮显微图像数据库系统和基于 Web 的有害赤潮显微图像诊 断系统已经分别正常运行一年和半年多。 3显微图像识别系统研究。基于 中国海常见赤潮藻的生物形态学分类知识，以已经设计实现并运行的有害赤潮 显微图像诊断系统为平台，提出了显微图像识别系统的技术路线，并针对显微 图像识别进行了如下工作： 提出了一种基于多方向投影的自动阈值方法进 行藻种显微图像分割，该方法能较好的用于无角毛类藻种显微图像的目标细胞 分割，不但能够提取藻种显微图像中的主要目标细胞，在此主要目的基础上尽 可能大的保留原图像中目标细胞的全部信息，而且由于采用了较多方向(八个方 向)进行投影，因此能够更为精确的定位细胞的位置，从而完全去除周围的杂质。 该工作为下一步藻种图像细胞特征提取和分类识别奠定了基础。 从理论上 分析了变分偏微分方程图像分解的 TV-L2 模型和 TV-G 模型及其数值解法，结合 这两种模型在藻种显微图像分解中的实际应用，进一步验证了 TV-G 模型中 G 空 间对纹理的描述优于 TV-L2 模型中的 L2 空间，从而能够较为精确的实现细胞图 像纹理与主体结构的分解；分别采用具有尺度、平移、旋转不变性的 Hu 不变矩 来描述藻种显微图像分解后的主体结构(形状)特征，具有多尺度多分辨率变化 不变性的分形维数来描述藻种显微图像分解后的纹理(壳面花纹)特征，进行分 类识别，并通过实验验证了该方法的可行性。 改进了基于分形邻距的图像 匹配方法，针对藻种显微图像，改进方法较传统方法能够更为准确的实现目标 匹配，从而可较大程度提高藻种的识别准确率。近年来，近海海域赤潮频发，造成严重危害，引起了世界各国政府、公众和科 学家的关注。而我国近海赤潮问题也早已引起了公众、政府和科技界的广泛关 注，国家从基础研究、高技术发展等不同层面安排研究赤潮发生的机制、预警、 预报与防治方法，着手建立业务化的赤潮监测体系等。其中，快速有效的鉴定 赤潮主要藻种是赤潮自动监测中的一个重要环节。 本文主要针对我国沿海常 见有害赤潮藻，采集藻种不同生长时期、不同角度的多视点图像，建立中国海 常见有害赤潮显微图像数据库；以传统的生物形态分类学为依据，利用图像分 析、统计学习和模式识别技术，研究赤潮藻种的多视点综合表示特征，建立赤 潮藻显微图像识别系统；同时，构建一个基于 Web 的有害赤潮显微图像采集与 诊断系统，可对上传的显微光学图像提供远程处理、分析与反馈。主要工作包 括： 1中国海常见赤潮藻的生物形态学特征和分类学研究。结合中国沿海 近年来的赤潮发生情况，列出了中国海常见赤潮藻种名录(共 40 种，其中包括 11 种重点藻种)；通过光学显微镜人工目视和拍照观察等手段，研究了这 40 种 赤潮藻的生物形态学特征；并在此基础上，初步设计了这 40 种赤潮藻的形态学 分类系统，从而为有害赤潮显微图像数据库系统和诊断系统的设计提供了依据， 同时为下一步显微图像识别系统的研究奠定了基础。 2有害赤潮显微图像 数据库系统和诊断系统的设计与实现。以 40 种所研究赤潮藻的生物形态学分类 特征为依据，结合显微图像识别系统的实际应用需求，设计并搭建了有害赤潮 显微图像数据库系统；结合 JAVA(J2EE)技术和 Web 数据库技术，设计并实现了 基于 Web 的有害赤潮显微图像采集与诊断系统。 截止目前，该有害赤潮显微 图像数据库已经收录课题所研究 40 种中国海常见赤潮藻中的 24 种(其中包括 11 种重点藻种中的 10 种)，以甲藻为主，包括甲藻门 15 种、硅藻门 4 种、硅 鞭藻纲 3 种、定鞭藻纲 1 种、蓝藻门 1 种，显微图像共计 3790 张；并且，所建 立的有害赤潮显微图像数据库系统和基于 Web 的有害赤潮显微图像诊断系统已 经分别正常运行一年和半年多。 3显微图像识别系统研究。基于中国海常 见赤潮藻的生物形态学分类知识，以已经设计实现并运行的有害赤潮显微图像 诊断系统为平台，提出了显微图像识别系统的技术路线，并针对显微图像识别 进行了如下工作： 提出了一种基于多方向投影的自动阈值方法进行藻种显 微图像分割，该方法能较好的用于无角毛类藻种显微图像的目标细胞分割，不 但能够提取藻种显微图像中的主要目标细胞，在此主要目的基础上尽可能大的 保留原图像中目标细胞的全部信息，而且由于采用了较多方向(八个方向)进行 投影，因此能够更为精确的定位细胞的位置，从而完全去除周围的杂质。该工 作为下一步藻种图像细胞特征提取和分类识别奠定了基础。 从理论上分析 了变分偏微分方程图像分解的 TV-L2 模型和 TV-G 模型及其数值解法，结合这两 种模型在藻种显微图像分解中的实际应用，进一步验证了 TV-G 模型中 G 空间对 纹理的描述优于 TV-L2 模型中的 L2 空间，从而能够较为精确的实现细胞图像纹 理与主体结构的分解；分别采用具有尺度、平移、旋转不变性的 Hu 不变矩来描 述藻种显微图像分解后的主体结构(形状)特征，具有多尺度多分辨率变化不变 性的分形维数来描述藻种显微图像分解后的纹理(壳面花纹)特征，进行分类识 别，并通过实验验证了该方法的可行性。 改进了基于分形邻距的图像匹配 方法，针对藻种显微图像，改进方法较传统方法能够更为准确的实现目标匹配， 从而可较大程度提高藻种的识别准确率。 近年来，近海海域赤潮频发，造成严重危害，引起了世界各国政府、公众和科 学家的关注。而我国近海赤潮问题也早已引起了公众、政府和科技界的广泛关注，国家从基础研究、高技术发展等不同层面安排研究赤潮发生的机制、预警、 预报与防治方法，着手建立业务化的赤潮监测体系等。其中，快速有效的鉴定 赤潮主要藻种是赤潮自动监测中的一个重要环节。 本文主要针对我国沿海常 见有害赤潮藻，采集藻种