圖像處理和計算電磁學獲取生物信息研究.pdf

1、隨著生物學的不斷發(fā)展，越來越多的先進技術(shù)被應(yīng)用到生物學的研究中來。本文將數(shù)字圖像處理技術(shù)、計算機視覺技術(shù)、電磁場理論以及計算電磁學與生物學結(jié)合起來，從而更好地解決生物問題。 中華絨鰲蟹是我國特有的珍貴水產(chǎn)品，但在養(yǎng)殖過程中性早熟比例與日俱增，在一定程度上制約了其生產(chǎn)效益的提高，如何控制性早熟已成為廣大生產(chǎn)者和科技工作者共同關(guān)注的問題。中華絨鰲蟹性早熟問題的研究一般都從生化方面著手，很少利用先進的物理技術(shù)，因其研究方法和手段的局限

2、，未能從根本上有所突破。實驗表明：蟹的性早熟與其規(guī)格大小密切相關(guān)，顏色也是性早熟的一個重要特征。作者和原子能所的部分專家合作，結(jié)合中華絨鰲蟹的生態(tài)習性和生殖習性，在蟹苗發(fā)育的適宜時期，用低劑量的中子進行處理，使其體內(nèi)酶的活性增強，抑制性腺發(fā)育，從而挖掘開發(fā)幼苗生長潛力。為了更好地判別性早熟蟹，本文利用數(shù)字圖像處理技術(shù)對經(jīng)過不同劑量中子處理的中華絨螯蟹蟹苗的規(guī)格及其顏色特征進行研究，克服了圖像中由天氣情況產(chǎn)生的噪聲、蟹苗殼上的水珠在圖像中

3、形成的亮斑、蟹腳對規(guī)格統(tǒng)計的影響，成功地識別了蟹苗的數(shù)量、規(guī)格以及顏色特征，從而為性早熟的判別提供客觀的指標。 電磁場理論的應(yīng)用與發(fā)展遍及地學、生命科學和醫(yī)學、材料科學和信息科學等幾乎所有的技術(shù)學科領(lǐng)域。計算電磁學是以電磁場理論為基礎(chǔ)，以高性能的計算技術(shù)為手段，運用計算數(shù)學提供的各種方法，解決復(fù)雜電磁場理論和工程問題的應(yīng)用科學。時域有限差分法是目前較為成熟地應(yīng)用于電磁場仿真的時域計算方法之一。然而，傳統(tǒng)方法也存在不足之處，首先，

4、為減小差分近似所帶來的數(shù)值色散，所取的空間網(wǎng)格尺寸必須遠小于波長；另外為了滿足Courant穩(wěn)定性條件，時間步長的選取又必須由空間步長的最小值決定。ADI-FDTD方法能夠令FDTD方法一定程度地擺脫關(guān)于時間步長穩(wěn)定性條件的限制，從而明顯地節(jié)省計算時間。本文詳細介紹了該方法的計算迭代公式、連接邊界的使用以及時諧場的外推，證明了其無條件穩(wěn)定性。金屬方柱散射的計算結(jié)果表明，ADI-FDTD方法是一種較為準確可靠的數(shù)值計算方法，它的時間步長突