Обработка микроскопических изображений волокон для анализа структуры древесины

  • Ольга Валерьевна Недзьведь Белорусский государственный медицинский университет, пр. Дзержинского, 83, 220116, г. Минск, Беларусь
  • Сергей Владимирович Абламейко Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Ксения Радотич Хаджи-Манич Институт мультидисциплинарных исследований Белградского университета, бульвар Стефана, 142, 11060, г. Белград, Сербия
  • Александр Савич Институт мультидисциплинарных исследований Белградского университета, бульвар Стефана, 142, 11060, г. Белград, Сербия

Аннотация

Предложен алгоритм анализа смещения волокон и изменения структуры древесины при деформации. Представленный алгоритм предназначен для определения изменений в структуре клеток растений, испытывающих стресс, и изучения механических свойств волокон. Алгоритм основан на определении сдвига между слоями при помощи вычисления оптических потоков для последовательности статичных микроскопических изображений. Применение оптических потоков в данном случае дает возможность выявить особенности структурной деформации в объеме тканей растений. Алгоритм состоит из двух частей, что обусловливает ускорение вычислительного процесса за счет параллельных вычислений. Результатом работы алгоритма является построение векторных полей оптического потока в трехмерном пространстве. Использование трех различных типов изображений позволяет определить деформацию, химический сдвиг и поворот волокон. По результатам работы алгоритма можно оценить физиологические процессы, происходящие в деформированной ткани растения, а также проконтролировать результат работы математического моделирования. 

Биографии авторов

Ольга Валерьевна Недзьведь, Белорусский государственный медицинский университет, пр. Дзержинского, 83, 220116, г. Минск, Беларусь

старший преподаватель кафедры медицинской и биологической физики фармацевтического факультета

Сергей Владимирович Абламейко, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

академик НАН Беларуси, доктор технических наук, профессор; профессор кафедры информационных систем управления факультета прикладной математики и информатики

Ксения Радотич Хаджи-Манич, Институт мультидисциплинарных исследований Белградского университета, бульвар Стефана, 142, 11060, г. Белград, Сербия

кандидат наук (биофизика растений и биохимия); профессор кафедры естественных наук

Александр Савич, Институт мультидисциплинарных исследований Белградского университета, бульвар Стефана, 142, 11060, г. Белград, Сербия

кандидат наук (физическая химия); научный сотрудник кафедры естественных наук

Литература

  1. Ortega J. K. E. Plant Cell Growth in Tissue. Plant Physiol. 2010. Vol. 154, issue 3. P. 1244 –1253. DOI: 10.1104/pp.110.162644.
  2. Selig B., Luengo Hendriks C. L., Bardage S., et al. Automatic measurement of compression wood cell attributes in fluorescence microscopy images. J. Microscopy. 2012. Vol. 246, issue 3. P. 298–308. DOI: 10.1111/j.1365-2818.2012.03621.x.
  3. Meinhardt-Llopis E., Pérez J. S., Kondermann D. Horn-Schunck optical flow with a multi-scale strategy. Image Process. On Line. 2013. No. 3. P. 151–172. DOI: 10.5201/ipol.2013.20.
  4. Wayne R. O. Light and Video Microscopy. San Diego ; London ; Waltham : Academic Press, 2013.
  5. Kanade T., Yin Z., Bise R., et al. Cell image analysis: Algorithms, system and applications. Applications of Computer Vision : IEEE Workshop (Kona, 5–7 January, 2011). Kona, 2011. P. 374 –381.
  6. Tao M., Bai J., Kohli P., et al. SimpleFlow: A Non-iterative, sublinear optical flow algorithm. Comput. Graph. Forum. 2012. Vol. 31. P. 345–353.
  7. Sun D., Roth S., Black M. J. Secrets of optical flow estimation and their principles. Computer Vision and Pattern Recognition : IEEE Comput. soc. conf. (San Francisco, 13–15 June, 2010). San Francisco, 2010. P. 2432–2439.
  8. Gonzalez R. C., Woods R. E. Digital Image Processing. 3rd ed. New Jersy : Prentice-Hall, 2008.
Опубликован
2018-05-05
Ключевые слова: оптический поток, микроскопические изображения, анализ структуры древесины
Поддерживающие организации Работа поддержана грантом 173017 Министерства образования, науки и технологий Республики Сербии. Изображения для анализа предоставлены Институтом междисциплинарных исследований (IMSI) Белградского университета (Сербия) и Институтом биологии растений Венгерской академии наук как результат выполнения проекта «Структурная анизотропия клеточных стенок растений различного происхождения и их составных полимеров с использованием дифференциально-поляризованной лазерной сканирующей микроскопии (DP-LSM)». Описанный алгоритм разработан в рамках двустороннего проекта «Расширенный анализ микроскопических изображений в биологии и медицине», выполняемого IMSI и Институтом проблем информатики НАН Беларуси. Авторы выражают благодарность за предоставленные изображения и материалы Александре Мит рович, Елене Богданович-Пристовой и Ясне Симонович из IMSI и Габору Штайнбаху из Центра биологических исследований Венгерской академии наук (Сегед).
Как цитировать
Недзьведь, О. В., Абламейко, С. В., Хаджи-Манич, К. Р., & Савич, А. (2018). Обработка микроскопических изображений волокон для анализа структуры древесины. Журнал Белорусского государственного университета. Математика. Информатика, 1, 95-104. Доступно по https://journals.bsu.by/index.php/mathematics/article/view/890
Выпуск
№ 1 (2018): Журнал Белорусского государственного университета. Математика. Информатика
Раздел
Теоретические основы информатики

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).