46、多领域图像分析技术的应用与成果

多领域图像分析技术的应用与成果

1. 光学叶片生长分析

1.1 问题陈述

生长是生物体的主要特征之一。在植物中，生长以模块化方式进行，这使植物的结构和功能能够适应环境限制，同时满足植物不同部分功能协调的内在需求。例如，叶片获取碳和能量，而根获取养分。由于环境条件和生长组织都在动态变化，生长分析必须同时考虑空间和时间方面。

1.2 所用算法

• 在重型支架的设置中（图A.43 a），捕获生长叶片的延时序列（图A.43 b）。
• 使用结构张量技术分析这些序列。
• 对获得的叶片表面位移矢量场（DVF）（图A.44 a）进行正则化和归一化卷积插值（图A.44 b）。
• DVF的散度是叶片生长的映射（图A.45 a）。速度估计误差为每帧0.01像素，误差传播提供5分钟的时间分辨率，同时在100×80 mm的视野内具有5×5 mm的空间分辨率。

1.3 结果

• 验证了植物叶片仅在一天的有限时间内在叶基部生长的推测。
• 生长分布地图揭示了从叶基部到叶尖的基部向梯度（图A.45 a和b）。
• 可用于与未来其他生理数据进行比较。
• 获得了关于根压实验中行为的全新见解。目前该新技术用于实验室的系统研究。

2. 运动分析数据的分析

2.1 问题陈述

心脏和骨骼肌的收缩能力基于肌动蛋白和肌球蛋白这两种收缩蛋白的基本相互作用。体外运动分析实验可研究这种相互作用。准确自动分析肌动蛋白丝的运动