【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于粒子運動軌跡識別，具體涉及基于圖像識別的大量運動顆粒的追蹤方法。
技術介紹
1、活物質由大量具有持續運動的單體組成，是非平衡系統的一種典型代表，屬于國際前沿的熱點研究對象。對活物質的研究已經對傳統統計物理產生了沖擊，從而衍生了含主動壓力、有效溫度在內的新型熱力學概念；而且，對活物質的研究還有助于幫助我們理解主動向列相中的拓撲缺陷的演變、細菌聚集、細胞趨化性等基本科學問題，為在工程材料領域有重要應用的智能活材料、微納機器的設計制造提供寶貴思路。
2、長期以來，經歷主動布朗運動的粒子是研究活物質的重要工具，研究方法以計算機模擬為主，但實驗方法的研究發展卻明顯滯后。同時，高效的粒子追蹤和圖像分析技術卻是從實驗層面研究活性顆粒的運動和集體行為的前提和基礎。
3、對于單個活性顆粒的運動，可通過簡單熒光標記并利用顯微鏡實現顆粒追蹤，然而，對于大量顆粒，熒光標記將顯著提高顆粒制備的復雜性，導致額外的時間和經濟成本；同時，熒光淬滅也會影響該方法的穩定性和可重復性。
4、因此，一種穩定且可重復性高的可追蹤大量顆粒運動軌跡的方法成為必需。
技術實現思路
1、為解決現有技術中存在的上述問題，本專利技術提供了基于圖像識別的大量運動顆粒的追蹤方法，旨在解決現有技術中經歷布朗運動的顆粒運動軌跡追蹤穩定性和可重復性不高的技術問題。
2、為實現上述目的，本專利技術提供如下技術方案：基于圖像識別的大量運動顆粒的追蹤方法，該方法適用的運動顆粒為不發生翻轉的
3、步驟一：運動顆粒的識別；
4、1、在每個運動顆粒上做相同形狀、相同尺寸和相同顏色的標記（如彩色膠帶標記或基于動顆粒表面自有的穩定存在的結構特征的標記），并通過圖像采集設備進行運動顆粒的圖像采集；
5、2、將采集到的運動顆粒的圖像導入計算機，設置rgb值，識別每個運動顆粒上顏色標記對應的像素點團簇；
6、3、設置像素點團簇中尺寸的上限閾值和下限閾值，確定像素點數目位于上限閾值和下限閾值之間的像素點團簇，排除其他像素點團簇，位于上限閾值和下限閾值之間的像素點團簇即對應運動顆粒上的顏色標記；
7、其中，具體為，基于matlab或python開發算法，在任一顏色標記對應的像素點團簇中任選一像素點，記錄其二維坐標，找出所有在橫縱方向上與其相鄰的像素點，并以此類推，定位該像素點團簇內的所有像素點的二維坐標；再在任一顏色標記對應的像素點團簇中，將所有像素點的二維坐標取平均值，得到一個唯一二維坐標，該二維坐標即為該像素點團簇的位置，即該像素點團簇對應的運動顆粒的位置。
8、4、確定所有顏色標記對應的像素點的位置，取所有位置數據的平均值位置對應的像素點作為運動顆粒的位置；
9、步驟二、運動顆粒軌跡的識別：定位不同時間點下，每個運動顆粒的位置，記錄所有運動顆粒一段時間段內的運動軌跡。
10、其中，所述圖像采集設備的分辨率與運動顆粒的粒徑及顏色標記的尺寸呈負相關。
11、與現有技術相比，本專利技術的有益效果是：
12、現有技術，對于經歷布朗運動的活性顆粒的運動研究還較為基礎，單個活性顆粒的運動，可通過簡單熒光標記并利用顯微鏡實現顆粒追蹤，對于大量顆粒，熒光標記將顯著提高顆粒制備的復雜性，將會導致額外的時間和經濟成本，同時，熒光淬滅也會影響該方法的穩定性和可重復性。而本專利技術中，通過在運動顆粒上引入穩定且顯著存在的顏色標記（如彩色膠帶等），開發算法實現對該顏色標記的識別，計算并記錄顏色標記所對應像素點的平均位置，從而實現對經歷主動布朗運動的顆粒的穩定追蹤，尤為重要的是，該彩色標記可穩定存在且互不干擾，從而確保大量運動顆粒可被長時間追蹤。
本文檔來自技高網...【技術保護點】
1.基于圖像識別的大量運動顆粒的追蹤方法，該方法適用的運動顆粒為不發生翻轉的、不發生顆粒重疊的、經歷主動布朗運動的顆粒，其特征在于：該方法通過顯微鏡或錄像機作為圖像采集設備，該方法包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的追蹤方法，其特征在于：每個所述運動顆粒的顏色標記均為相同形狀、相同尺寸和相同顏色。
3.根據權利要求2所述的追蹤方法，其特征在于：每個所述運動顆粒的顏色標記為長度相同的彩色膠帶。
4.根據權利要求1所述的追蹤方法，其特征在于：每個所述運動顆粒的顏色標記還可采用運動顆粒表面自有的穩定存在的結構特征，即運動顆粒表面固有顏色、運動顆粒表面不同部位的亮度差異。
5.根據權利要求1所述的追蹤方法，其特征在于：所述步驟Sp1-4中，
6.根據權利要求1所述的追蹤方法，其特征在于：所述步驟Sp1-3中，還需要設置像素點團簇的形狀吻合度閾值，當像素點團簇的形狀吻合度小于像素點團簇的形狀吻合度閾值時，排除該像素點團簇。
7.根據權利要求1所述的追蹤方法，其特征在于：所述步驟Sp1-2中，將采集到的運動顆粒的圖像
8.根據權利要求7所述的追蹤方法，其特征在于：所述步驟Sp1-3中，置像素點團簇中尺寸的上限閾值和下限閾值，確定像素點數目位于上限閾值和下限閾值之間的像素點團簇，排除其他像素點團簇，位于上限閾值和下限閾值之間的像素點團簇即對應運動顆粒上的顏色標記，包括：
9.根據權利要求1所述的追蹤方法，其特征在于：所述圖像采集設備的分辨率與運動顆粒的粒徑及顏色標記的尺寸呈負相關。
10.根據權利要求7或8所述的追蹤方法，其特征在于：所述像素點團簇中像素點識別和像素點團簇排除方法，基于MATLAB或Python運行。
...【技術特征摘要】
1.基于圖像識別的大量運動顆粒的追蹤方法，該方法適用的運動顆粒為不發生翻轉的、不發生顆粒重疊的、經歷主動布朗運動的顆粒，其特征在于：該方法通過顯微鏡或錄像機作為圖像采集設備，該方法包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的追蹤方法，其特征在于：每個所述運動顆粒的顏色標記均為相同形狀、相同尺寸和相同顏色。
3.根據權利要求2所述的追蹤方法，其特征在于：每個所述運動顆粒的顏色標記為長度相同的彩色膠帶。
4.根據權利要求1所述的追蹤方法，其特征在于：每個所述運動顆粒的顏色標記還可采用運動顆粒表面自有的穩定存在的結構特征，即運動顆粒表面固有顏色、運動顆粒表面不同部位的亮度差異。
5.根據權利要求1所述的追蹤方法，其特征在于：所述步驟sp1-4中，
6.根據權利要求1所述的追蹤方法，其特征在于：所述步驟sp1-3中，還需要設置像素點團簇的形狀吻合度閾...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張莉平，張利城，蔣保江，于洋，
申請(專利權)人：深圳北理莫斯科大學，
類型：發明
國別省市：
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