7、数字同轴全息数据自动分析系统：微生物运动轨迹追踪与模式分类

数字同轴全息数据自动分析系统：微生物运动轨迹追踪与模式分类

在生物学研究中，分析微生物的复杂运动是一个重要且具有挑战性的任务。传统的手动分析方法不仅复杂且耗时，因此需要一种自动化的方法来处理大量的图像数据。本文将介绍一种用于数字同轴全息数据自动分析的完整系统，该系统能够实现微生物3D位置的检测、完整轨迹的追踪以及运动模式的分类。

1. 系统概述

系统的主要目标是对数字同轴全息数据进行自动分析，以研究微生物的复杂运动。该系统具有以下功能：
- 3D位置检测 ：利用数字同轴全息显微镜技术获取微生物的3D位置。
- 轨迹追踪 ：通过多级匈牙利算法补偿进出粒子、处理缺失数据和消除异常值，重建微生物的完整轨迹。
- 运动模式分类 ：使用隐马尔可夫模型对绿藻Ulva linza的四种运动模式进行分类，并能够在单个序列中找到和分离不同的模式。

2. 3D位置检测

2.1 数字同轴全息显微镜（DIHM）

数字同轴全息显微镜是一种无透镜的显微镜技术，它能够提供被研究体积的三维信息。该技术具有以下特点：
- 简单设置 ：不需要对运动进行反馈控制，只使用一个CCD芯片，设置简单。
- 全息图记录 ：通过激光从针孔衍射产生发散波前，CCD芯片记录全息图。
- 背景减除 ：从每个全息图中减去没有粒子存在时记录的全息图（源），以减少恒定照明背景和其他伪影。
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