بررسی الگوریتم های کارآمد در آشکارسازی و ردیابی اسپرم ها در تصاویر ویدئویی برای دسته بندی قدرت باروری اسپرم ها
چکیده
ناباروری یکی از بیماری های قابل توجه در زندگی افراد در سال های اخیر بوده است. به طور متوسط 40 تا 60 درصد علت ناباروری مربوط به مردان است. عوامل و بیماری های زیادی می توانند در ناباروری مردان تاثیر گذار باشند. اولین و غیر تهاجمی ترین قدم در تشخیص میزان باروری فرد بررسی میکروسکوپی مایع منی یا اسپرم نگار است. از حدود 15 سال پیش برای استاندارد سازی و کاهش عوامل انسانی بر نتایج اسپرم نگار، سیستم های کامپیوتری تحلیل اسپرم معرفی شدند. ارزیابی سلامت اسپرم یکی از پارامترهای ضروری در تعیین میزان باروری مردان است. از مشخصات میکروسکوپی که عموما جهت تعیین سلامت اسپرم استفاده می شود می توان به چگالی اسپرم ها، قابلیت تحرک آن ها، میزان حرکت پیش رونده، مورفولوژی اسپرم ها و وجود سلول های نامناسب در مایع منی اشاره کرد. سازمان جهانی بهداشت (who) محدوده سلامت یک اسپرم را برای هریک از این تست ها به صورت کمی مشخص کرده است. یکی از پر کاربردترین این ویژگی ها، تحرک اسپرم ها است. بدست آوردن ویژگی های حرکتی اسپرم ها نیازمند ردیابی دقیق آنها است. اما تاکنون پژوهش های اندک شماری در زمینه اتوماتیک نمودن ردیابی اسپرم ها از روی تصاویر ویدئویی میکروسکوپی انجام شده است. در این پژوهش در بخش اول به بررسی روش های حذف پس زمینه، که یکی از پرکاربردترین روش های آشکارسازی اشیاء متحرک است می پردازیم و ساده ترین و سریع ترین روش از میان آن ها یعنی تفاضل فریم های متوالی را به عنوان پایه اصلی روش آشکارسازی در نظر گرفته و با استفاده از الگوریتم فیلترینگ انتشار غیر خطی که یک الگوریتم هموار سازی تصویر برای حذف نویز بدون از بین بردن لبه ها است، وابستگی روش حذف پس زمینه به آستانه انتخابی را از بین خواهیم برد. در بخش دوم به بررسی روش های ردیابی می پردازیم و آن ها را به سه دسته ردیابی نقطه، ردیابی کرنل و ردیابی کانتور دسته بندی نموده و با بیان معایب و مزایای هر دسته، عملکرد آن ها را در موضوع این پایان نامه به طور کیفی ارزیابی می نماییم با توجه به این ارزیابی در مرحله ردیابی از میان روش های ردیابی روش ردیابی براساس مطابقت قطعی نقاط انتخاب شده است. مرکز هر اسپرم به عنوان نقطه مورد ردیابی درنظر گرفته شده است و با توجه به ماهیت این روش تابع هزینه ای برای مطابقت مرکز اسپرم ها بر اساس محدودیت سرعت آن ها در فریم های متوالی معرفی می نمائیم و با استفاده از الگوریتم جستجوی مجارستانی، بهترین مطابقت را از میان تمام مطابقت های ممکن انتخاب می کنیم. در نهایت روش ارائه شده را در دو بخش ارزیابی نموده ایم. در بخش اول، برای ردیابی یک اسپرم به طور میانگین با استفاده از دو معیار mse و خطا بر اساس فریم به ترتیب مقادیر 62/2 با انحراف استاندارد 27/1 و 52/2 % با انحراف استاندارد 74/1 بدست آمده اند که به ترتیب معادل دقت های 38/97 و 48/97 هستند. در بخش دوم برای ردیابی چند اسپرم با استفاده از معیاری مشابه خطا براساس فریم به طور میانگین برای تصاویری با تعداد اسپرم کمتر از 10 خطای 24/3 با واریانس 24/0 بدست آمده است.