圖像處理和計(jì)算電磁學(xué)獲取生物信息研究.pdf

1、隨著生物學(xué)的不斷發(fā)展，越來越多的先進(jìn)技術(shù)被應(yīng)用到生物學(xué)的研究中來。本文將數(shù)字圖像處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)、電磁場理論以及計(jì)算電磁學(xué)與生物學(xué)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(jìn)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(shí)驗(yàn)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(gè)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(xí)性和生殖習(xí)性，在蟹苗發(fā)育的適宜時(shí)期，用低劑量的中子進(jìn)行處理，使其體內(nèi)酶的活性增強(qiáng)，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(duì)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(jìn)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(duì)規(guī)格統(tǒng)計(jì)的影響，成功地識(shí)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(biāo)。 電磁場理論的應(yīng)用與發(fā)展遍及地學(xué)、生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)和信息科學(xué)等幾乎所有的技術(shù)學(xué)科領(lǐng)域。計(jì)算電磁學(xué)是以電磁場理論為基礎(chǔ)，以高性能的計(jì)算技術(shù)為手段，運(yùn)用計(jì)算數(shù)學(xué)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(xué)。時(shí)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(shí)域計(jì)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(yuǎn)小于波長；另外為了滿足Courant穩(wěn)定性條件，時(shí)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?cái)[脫關(guān)于時(shí)間步長穩(wěn)定性條件的限制，從而明顯地節(jié)省計(jì)算時(shí)間。本文詳細(xì)介紹了該方法的計(jì)算迭代公式、連接邊界的使用以及時(shí)諧場的外推，證明了其無條件穩(wěn)定性。金屬方柱散射的計(jì)算結(jié)果表明，ADI-FDTD方法是一種較為準(zhǔn)確可靠的數(shù)值計(jì)算方法，它的時(shí)間步長突