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面向高通量植物表型测量的多模态图像结构化协同分析

批准号:
62076099
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
余晋刚
依托单位:
学科分类:
机器感知与机器视觉
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
余晋刚

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
植物图像分析是制约高通量植物表型测量发展的技术瓶颈。现有方法普遍缺乏对复杂植物结构进行建模分析的有效手段、且只能处理单一模态的植物图像,无法满足实际应用对表型参数精确性和多样性的需求。本项目拟面向高通量植物表型测量的实际应用,针对最典型的两类模式植,即阔叶植物和线状植物,围绕着单模态图像结构化分析和多模态图像协同分析两个方面的基础性科学问题开展研究。首先,建立多模态植物图像结构化协同分析的总体框架;其次,针对阔叶植物叶片实例分割、线状植物骨架结构重建、多模态植物结构对应、多模态植物图像视觉协同显著性分析等四个具体问题进行研究,提出有效的算法解决方案;最后,通过实际数据对算法进行性能评估,进一步优化完善所提出的算法。本项目将发展植物图像结构化协同分析的理论和方法,具有一定的学术研究价值;同时,将为高通量植物表型测量提供基础技术支撑,具有重要的应用价值和广阔的应用前景。
英文摘要
Plant image analysis is widely considered to be the bottleneck towards high-throughput plant phenotyping. Existing techniques commonly lack of effective measures to model and analyze the very complex structures of plants, and moreover, they mostly can only deal with one single modality of plant images, which thereby fail to satisfy the demands on the precision and diversity of plant phenotyping in realistic applications. Towards this end, this project aims to focus on two most typical model plants, i.e., broad-leaved plants and curvilinear plants, and study two aspects of fundamental problems in plant image analysis, i.e., structural analysis and multi-modal co-analysis. Firstly, an overall framework for co-analysis of multi-modal plant images will be established. Secondly, four particular problems will be studied in detail and new algorithms will be proposed accordingly, including leaf instance segmentation of broad-leaved plants, skeleton structure reconstruction of curvilinear plants, structure correspondence across multiple modalities and co-saliency analysis of multi-modal plant images. Finally, experiments on real dataset will be carried out to evaluate and further refine the proposed algorithms. This project will academically contribute by developing the theory and methodology of structural co-analysis of multi-modal plant images. Furthermore, it will also contribute practically by providing effective algorithms to enable the very wide applications of high-throughput plant phenotyping.
本项目面向高通量植物表型测量的实际需求,围绕着阔叶植物叶片实例分割、线状植物骨架结构重建、多模态植物结构对应、多模态植物图像视觉协同显著性分析等问题开展了系统深入的研究:(1)在阔叶植物叶片实例分割方面,针对标注成本高的问题,提出了一种基于完整实例挖掘的弱监督叶片实例定位算法,仅利用叶片图像的整体类别标签(无需实例级手工标注)即可进行模型训练;针对叶片类内差异较大导致模型泛化能力差的问题,提出了一种基于相对特征偏移学习的小样本叶片实例分类算法;(2)在线状植物骨架结构重建方面,针对骨架线条检测易受噪声干扰的问题,提出了一种基于形状先验假设的参数化结构检测方法;针对骨架拓扑结构重建中线状植物骨架线条之间存在交叉的问题,提出了一种基于主导集优化的线状植物骨架结构重建方法;(3)在多模态植物结构对应方面,提出了一种全局一致多图匹配方法,将全局一致多特征集对应的表示方法与基于核化的二图匹配相结合,建立全局一致多图匹配模型并进行求解;(4)提出了一种多模态植物图像协同显著性计算方法,利用单模态结构化分析结果定义模态内显著性,同时在多模态结构对应的基础上定义跨模态显著性,进而在结构层次上对二者进行融合,定义多模态协同显著性。此外,我们在本项目研究成果基础上,开展了两项应用研究:(1)与企业合作开展了田间农作物生长状态动态监测应用,为精准育种和田间精准管理提供了有力的决策支持;(2)将本项目所提出的弱监督实例分割算法扩展应用至病理图像分析任务,并对相关算法专利进行了转化应用。本项目探索和发展了多模态植物图像结构化协同分析的理论和方法,相关研究成果为高通量植物表型测量的应用提供了先进技术支撑。
面向乳腺癌HER2精准判读的免疫组化病 理图像分析方法研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    10.0万元
  • 批准年份:
    2025
  • 负责人:
    余晋刚
  • 依托单位:
面向乳腺癌精准诊疗的病理图像标注高效学习方法研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    15.0万元
  • 批准年份:
    2024
  • 负责人:
    余晋刚
  • 依托单位:
基于感知增强理论的视觉显著性计算
  • 批准号:
    61703166
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    余晋刚
  • 依托单位:
国内基金
海外基金