Wybrane metody poprawy wyników segmentacji obiektów w postaci skupisk na przykładzie obrazów kometowych

W pracy przedstawiono metody poprawy wyników segmentacji obiektów w postaci skupisk. Poprawa jakości segmentacji dla takich obiektów może być uzyskana m.in. poprzez odpowiednie połączenie filtracji dolnoprzepustowej (np. filtracji medianowej) z metodami pozwalającymi na określenie przynależności poszczególnych obszarów uzyskanych po segmentacji wybraną metodą do obszarów wynikowych reprezentujących obiekty interesujące z punktu widzenia celu segmentacji (w pracy zastosowano w tym celu operację morfologicznego zamknięcia oraz metodę grafową wykorzystującą koncepcję minimalnego drzewa rozpinającego). W pracy zwrócono także uwagę na możliwość poprawy wyników segmentacji poprzez wyznaczenie otoczki wypukłej rozpiętej na obszarach spełniających określone wymagania. Wyniki działania opisanych metod przedstawiono na przykładzie poprawy wyników segmentacji obrazów otrzymanych w wyniku jednokomórkowej elektroforezy żelowej.

This paper deals with the problem of segmentation of cluster-structured objects, that is the objects which are formed by a set of unconnected elements smaller than the object. Images representing such objects are very difficult for segmentation. A good example of cluster-structured objects are “comet” images from Single Cell Gel Electrophoresis (comet assay). In the analysis of comet assay images a pivotal role plays the detection of comet regions - the comet region is formed by unconnected fragments of DNA (Fig. 1) which originate from the same cell nucleus. Because those regions are not solid, the usage of standard segmentation methods leads to poor results (Fig. 2). Pre- and post-processing methods can be used for improvement of segmentation results. Some of them are presented in the paper. The aim of the work was not the selection of the best improvement method of the comet assay segmentation results but the presentation of different approaches which could be used in the case of segmentation of this kind of objects. The first presented method is based on the idea of artificial removing of connectivity lack - this is done by the usage of a low-pass filter with large window before segmentation (Fig. 3). The next method uses the morphological closing for assignment of regions ri to the metaregion Rk which represent one comet (Fig. 4). For improving Rk shape the idea of convex hull spanned on ri ∈ Rk is used (Fig. 5). In this method the assignment condition is enclosed in structuring elements - because of limitations of the discrete space, in which the structuring element is defined, there are also some limitations of conditions which can be used. This drawback does not exist in the last of the presented method which uses the conception of the minimum spanning tree for assignment of regions ri to Rk. In this method the segmentation result is represented by graph G, whose vertexes vi represent regions ri, and length dij of edge eij between vertexes vi, and vj is equal to the closest distance between pixels of ri and rj (distances dij in general case can be variously defined). In G the minimum spanning trees Tk are searched, such that ∀eij ∈ Tk : dij ≤ ε, then for each Tk its convex hull is created - it defines the region of comet Kp (Fig. 6).