Xây dựng ứng dụng đếm tế bào từ ảnh phôi dựa trên xác định biên tế bào cho điện thoại thông minh : Luận văn thạc sĩ - Chuyên ngành: Khoa học máy tính

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRẦN VĂN NINH

XÂY DỰNG ỨNG DỤNG ĐẾM TẾ BÀO TỪ ẢNH

PHÔI DỰA TRÊN XÁC ĐỊNH BIÊN TẾ BÀO

CHO ĐIỆN THOẠI THÔNG MINH

Chuyên ngành: KHOA HỌC MÁY TÍNH

Mã chuyên ngành: 60480101

LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2019

Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Công nghiệp tp. Hồ Chí Minh.

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Phạm Thế Bảo

Người phản biện 1: TS. Lê Thành Sách

Người phản biện 2: Trần Anh Tuấn

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn thạc sĩ Trường Đại

học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ngày 12 tháng 04 năm 2019.

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1. PGS.TS. Huỳnh Trung Hiếu - Chủ tịch Hội đồng

2. TS. Lê Thành Sách - Phản biện 1

3. TS. Trần Anh Tuấn - Phản biện 2

4. TS. Phạm Văn Chung - Ủy viên

5. TS. Phạm Thị Thiết - Thư kí

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA CNTT

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Trần Văn Ninh MSHV:15118291

Ngày, tháng, năm sinh: 06-11-1989 Nơi sinh: Thái Bình

Chuyên ngành: Khoa Học Máy Tính Mã chuyên ngành: 60480101

I. TÊN ĐỀ TÀI:

Xây dựng ứng dụng đếm tế bào từ ảnh phôi dựa trên xác định biên tế bào cho điện

thoại thông minh.

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

Nhiệm vụ nghiên cứu giải thuật xử lý ảnh để đếm tế bào trên điện thoại thông minh.

Nội dung nghiên cứu tập trung vào giải thuật xử lý ảnh tìm biên, để phân tách được

tế bào khỏi nền từ đó làm căn cứ xây dựng lên giải thuật đếm phù hợp cho ứng dụng.

II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Theo quyết định số 3441/QĐ-DHCN 26/12/2017

III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 26/6/2018

IV. NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. Phạm Thế Bảo

Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 20 …

NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TRƯỞNG KHOA

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

i

LỜI CẢM ƠN

Trước hết tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tập thể các thầy cô giáo trong Khoa

Công nghệ Thông tin, Trường Đại học Công Nghiệp TP. Hồ Chí Minh đã giúp đỡ tận

tình và chu đáo để tôi có môi trường tốt học tập và nghiên cứu.

Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy PGS.TS. Phạm Thế Bảo, người

đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tôi tận tình trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn

thiện luận văn này.

Một lần nữa tôi xin được gửi lời cảm ơn đến tất cả các thầy cô giáo, bạn bè, gia đình

và cơ quan đã giúp đỡ tôi trong thời gian vừa qua.

ii

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Trong lĩnh vực sinh học số lượng tế bào được sử dụng như một chỉ số để đánh giá sự

phát triển của sinh vật, kết quả nếu đếm thủ công tốn thời gian và sai sót. Bài viết này

đã đi tìm và đề xuất một phương pháp để đếm tổng số tế bào trong hình ảnh qua kính

hiển vi bằng cách sử dụng phương pháp tìm biên. Quá trình này bao gồm tiền xử lý

và phân đoạn một hình ảnh sau khi cắt nó để có được vùng chọn phù hợp. Sau đó,

phương pháp tìm biên được áp dụng để phát hiện và đếm số lượng tế bào dựa trên

kích thước của nó. Kết quả cho thấy từ mười sáu mẫu hình ảnh tế bào phần mềm đếm

tế bào có độ chính xác là 87,31%.

iii

ABSTRACT

In the field of biology the number of cells is used as an indicator to assess the growth

of organisms, resulting if manual counting takes time and errors. This article has

sought and proposed a method to count the total number of cells in the image through

a microscope using the finding Contours method. This process includes preprocessing

and segmenting an image after cutting it to get the right selection. After that, the

finding Contour method was applied to detect and count the number of cells based on

its size. The results showed that from sixteen samples of cell images the accuracy of

using Contours method was 87.31%.

iv

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan nội dung của luận văn “xây dựng ứng dụng đếm tế bào từ ảnh phôi

dựa trên xác định biên tế bào cho điện thoại thông minh” là do tôi thực hiện dưới sự

hướng dẫn của thầy PGS.TS. Phạm Thế Bảo. Những nội dung được trình bày trong

luận văn hoặc là của cá nhân hoặc là được tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu khác nhau.

Tất cả các tài liệu tham khảo đều có xuất xứ rõ ràng và được trích dẫn đầy đủ.

Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm và chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định cho

lời cam đoan của mình.

Học viên

Trần Văn Ninh

v

MỤC LỤC

MỤC LỤC...................................................................................................................v

DANH MỤC HÌNH ẢNH ...................................................................................... viii

DANH MỤC BẢNG BIỂU .......................................................................................xi

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT....................................................................................xii

MỞ ĐẦU.....................................................................................................................1

1. Đặt vấn đề ...............................................................................................................1

2. Mục tiêu nghiên cứu................................................................................................1

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu...........................................................................2

4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu .............................................................2

5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài.....................................................................................2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN..................................................................................4

1.1 Bài toán đếm tế bào...............................................................................................4

1.2 Khó khăn và thách thức.........................................................................................5

1.2.1 Các vấn đề cần giải quyết...................................................................................5

1.2.2 Khó khăn và thách thức......................................................................................5

1.3 Các hướng tiếp cận................................................................................................8

1.3.1 Phương pháp tạo mẫu và đếm thủ công .............................................................8

1.3.2 Sử dụng thiết bị đếm ........................................................................................10

1.3.3 Phần mềm đếm trên máy tính ..........................................................................11

1.3.4 Phần mềm trên điện thoại thông minh .............................................................14

1.4 Hướng giải quyết.................................................................................................15

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT.....................................................................18

2.1 Thiết bị nghiên cứu .............................................................................................18

2.1.1 Kính hiển vi......................................................................................................18

2.1.2 Thiết bị di động ................................................................................................22

2.1.3 Ngôn ngữ lập trình ...........................................................................................24

2.2 Giới thiệu ảnh số .................................................................................................26

2.2.1 Ảnh kĩ thuật số .................................................................................................26

2.2.2 Ảnh tế bào ........................................................................................................28

2.3 Phân đoạn ảnh .....................................................................................................28

vi

2.3.1 Biến đổi ảnh xám .............................................................................................28

2.3.2 Biến đổi ảnh đen trắng .....................................................................................29

2.3.3 Biểu đồ phân bố tần số.....................................................................................30

2.3.4 Lọc thông số cao ..............................................................................................31

2.3.5 Ngưỡng màu.....................................................................................................33

2.4 Xử lý hình thái học..............................................................................................35

2.5 Phép biến đổi Hough Circle ................................................................................36

2.5.1 Khái niệm.........................................................................................................36

2.5.2 Nguyên lý hoạt động của thuật toán.................................................................36

2.6 Tìm tế bào dựa vào biên......................................................................................38

2.6.1 Khái niệm.........................................................................................................38

2.6.2 Nguyên lý hoạt động của thuật toán.................................................................38

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG THUẬT GIẢI ..........................................................41

3.1 Giới thiệu các vấn đề cần xử lý...........................................................................41

3.2 Tiền xử lý ............................................................................................................42

3.3 Phân đoạn ảnh .....................................................................................................44

3.3.1 Biến đổi ảnh xám .............................................................................................44

3.3.2 Biến đổi ảnh đen trắng .....................................................................................46

3.4 Xử lý hình thái học..............................................................................................47

3.5 Xác định ứng viên tế bào ....................................................................................50

3.5.1 Hướng tiếp cận Hough Circle Transform ........................................................50

3.5.2 Hướng tiếp cận dựa vào tìm biên .....................................................................53

3.6 Loại ứng viên có diện tích nhỏ............................................................................55

3.7 Loại ứng viên có hình dạng không phải tế bào ...................................................56

3.8 Tách các đối tượng chồng lấp .............................................................................57

3.9 Giải thuật đếm tế bào ..........................................................................................58

3.10 Cấu trúc phần mềm ...........................................................................................60

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ & PHÁT TRIỂN..........................................................63

4.1 Môi trường thực nghiệm .....................................................................................63

4.2 Quy trình sử dụng phần mềm..............................................................................66

4.3 Tập dữ liệu ..........................................................................................................72