[发明专利]基于蚂蚁自调整觅食行为的多细胞跟踪方法及系统

权利要求书

1.一种基于蚂蚁自调整觅食行为的多细胞跟踪方法，其特征在于包括如下步骤：

蚁群及信息素场双预测步骤，输入原始图像，基于前一帧蚁群及结果信息素场，利用高斯模型对当前帧蚁群及信息素场进行预测；

蚂蚁自调整觅食步骤，在基于指数形式的蚂蚁工作模式下利用三种策略，即限定蚁群觅食范围、蚁群重采样机制、蚁群觅食停止准则构建信息素场，实现形变、数目变化、运动状态不定和近邻细胞跟踪；

细胞状态估计步骤，基于结果信息素场和启发式函数计算每个子蚁群的存在概率，删除存在概率小于阈值的蚁群，融合相似蚁群并考虑存在概率大于阈值的蚁群进行多细胞状态估计；

其中蚂蚁自调整觅食步骤，具体为：

1)输入细胞图像序列，构建信息素场中的基于指数形式的蚂蚁工作模式；蚂蚁的觅食行为限定在规定范围内并根据概率选择邻域内像素进行搜索；假如第v组蚁群中的蚂蚁l处于像素(i′,j′)所在位置，考虑指数形式对变量的变化比较敏感，则该蚂蚁选择其可用邻域内某一像素(i,j)的概率为：

其中为第v组蚁群像素(i,j)上第t次迭代的信息素，η_i,j是像素(i,j)的启发式函数；α和β是信息素和启发式函数η_i,j之间的调节参数，Ω(i′,j′)是像素(i′,j′)的可用邻域集合；Ω(i′,j′)是限定蚂蚁觅食范围与像素(i′,j′)邻域的交集；

启发式函数η_i,j定义为其中ΔI_i,j和ΔA_i,j分别表示像素(i,j)邻域内的像素强度差分和平均值；λ是调节系数，决定ΔI_i,j和ΔA_i,j两个变量对启发式函数值的影响，定义为λ＝I_mean/I_max，其中I_mean和I_max分别表示当前帧像素的平均强度和最大强度；γ和κ都是调节系数保证启发式函数值在区间[0,1]之间变化；如果图像背景的启发式函数值大于前景的，则γ＝1，否则γ＝2；同样如果启发式函数值大于1，则κ＝1，否则，κ＝0；

2)当所有蚂蚁完成搜索后，对像素(i,j)上的信息素量进行更新其中为第ν组蚁群第t次迭代在像素(i,j)上的信息素量，ρ(0＜ρ＜1)表示信息素残留系数，为第t-1次迭代蚂蚁l在像素(i,j)上释放的信息素量；

3)当第ν组蚁群中所有蚂蚁完成第t次迭代后，对第ν组信息素场进行高斯拟合，得到第ν组高斯信息素场，信息素变量服从均值为协方差为的高斯分布τ^(ν)(t)≈N(τ(t)；其中τ^(ν)(t)为第t次迭代后第ν组高斯信息素场，τ(t)表示信息素变量，和分别为第t次迭代后第ν组高斯信息素场信息素量的均值及协方差；

4)计算第t次迭代后第ν组高斯信息素场和第t-1次迭代后第ν组高斯信息素场之间的KL距离D^τ(t)，如果D^τ(t)大于阈值ε，则对第t次迭代后第ν组蚁群进行高斯重采样，得到高斯蚁群为第t+1次迭代第ν组蚁群的初始分布，其中x^(ν,l)(t+1)表示第t+1次迭代第ν组蚁群蚂蚁l的状态，而且x^(ν,l)(t+1)服从均值为协方差为的高斯分布，x^(ν,l)(t+1):同时根据第t次迭代后第ν组高斯信息素场重构第ν组蚁群在第t+1次迭代中的蚂蚁觅食范围；

5)继续上述步骤1)-4)，直至D^τ(t)小于阈值ε，达到迭代终止条件。