一种利于进行精子活性分析的DVS数据处理方法与流程

本发明属于机器视觉技术领域，具体涉及一种利于进行精子活性分析的dvs数据处理方法。

背景技术：

21世纪越来越多的机器视觉替代了人类的眼睛，它们帮助人类进行视觉信息的获取，并且不断有先进的机器出现，以便应用到各行各业，如工业上自动化的检测代替人工检测、使用消防无人机对森林进行灾情巡查和辅助救援等。无论在哪一个领域，都能出现机器视觉的身影。为了让机器能更快地处理数据、更准确地跟踪物体，人们往往是在算法上不断升级，但是在现实中面对错综复杂的环境时，计算机在进行数据处理的时候依然会面临庞大的计算量，造成误差大、功耗大等诸多问题。为了解决这些问题，一种新概念的相机/摄像机横空出世——“event-basedcamera”(基于事件的相机)。dvs摄像机(dynamicvisionsensor，动态视觉传感器)就是其中一类，该摄像机改变了传统摄像机记录图像的方式，从源头入手，只记录下有用的数据，从而解决了传统摄像机功耗大、响应慢等一系列问题。

动态视觉传感器是类视网膜器件，其模拟视网膜的特点记录图像，在获取图像数据的方式上与传统视觉传感器有本质区别。传统摄像机通过记录每一帧来进行录制，而dvs摄像机与人眼相似，记录的是画面中的变化，视野无变化时不会产生新的数据。即每当画面中的物体发生移动或是光线改变时便会在当前像素位置产生脉冲，相当于对画面上的每一个像素点，只有在光线强度发生变化时，即灰度级变化，才会有事件的信号输出。比如说在录制一个静止画面时，dvs摄像机不会留下任何记录，但当有一束光线投射在画面中的一个位置时，这个位置的亮度便会增加并且当超过一个阈值时，dvs摄像机便会生成一个时间片来记录该事件，这个事件包括光变化的位置信息、光强信息和发生时间信息。因此相比传统的摄像机，dvs摄像机在响应时间、传输数据的速度、动态范围等方面具有很大的优势，可大幅度节省后期分析、计算和能耗资源的开销。

另一方面，科技发展的同时也导致环境受到污染，其中有一种类似雌激素特性的化学物质，如果它进入了人体，会在精子发育各个阶段破坏精子的活性，再加上人们不健康的作息生活习惯，从而多因素造成男性精子发育畸形，影响精子的数量和质量，严重时还会让男性完全丧失生育能力。据世界卫生组织(who，worldhealthorganization)评估，正常生育的夫妻与存在生殖障碍的夫妻比例为6:1，即七分之一的夫妇存在生殖障碍。这使得人类辅助生殖技术(即试管婴儿技术)应运而生，精子活性的研究自然是试管婴儿技术中最重要的环节。对精子活性深入的研究后不仅能降低试管婴儿死亡率，还能降低培育成本，可以说精子的活性研究与人类生存息息相关。

精子活力(spermmotility)是指精液中呈前进运动精子所占的百分率。由于只有具有前进运动的精子才可能具有正常的生存能力和受精能力，所以其活力与雌性受孕率密切相关，是目前评定精子优劣的主要指标之一。精子活力检测目前主要靠人工在显微镜下进行定性观察，其检测速度较慢，检测通量低。目前引入的自动化检测主要基于传统相机拍照，通过照片或者视屏的每一帧进行图像识别，再对其进行定性及定量分析。这样无论是录制过程还是后期活性分析过程都会存在数据冗杂、处理资源需求量大和输出处理结果较慢等问题，不利于人们开展精子活性分析工作或研究。

技术实现要素：

为了解决现有精子活性分析过程中所存在的检测速度慢、数据冗杂、处理资源需求量大和输出处理结果较慢等问题，本发明目的在于提供一种基于dvs摄像机的采集数据实现利于进行精子活性分析的dvs数据处理方法。

本发明所采用的技术方案为：

一种利于进行精子活性分析的dvs数据处理方法，包括如下步骤：

s101.导入通过dvs摄像机对处于显微镜下的新鲜精液进行录制而得到的精子活跃事件记录文件；

s102.针对所述精子活跃事件记录文件中的各个时间片，读取在时间片中记录的精子活跃事件列地址x、精子活跃事件行地址y和精子活跃事件激活时间点t；

s103.将所有的精子活跃事件列地址x、精子活跃事件行地址y和精子活跃事件激活时间点t按照时间顺序依次写入到具有3×n个元素的数据矩阵中，其中，n为不小于1万的自然数；

s104.通过三维视图输出显示在所述数据矩阵中且在第一目标时间段内连续记录的所有精子活跃事件列地址x、精子活跃事件行地址y和精子活跃事件激活时间点t，其中，所述三维视图中的三维坐标轴分别为对应精子活跃事件列地址x的横坐标轴x、对应精子活跃事件行地址y的纵坐标轴y和对应精子活跃事件激活时间点t的时间轴time；

s105.通过二维视图输出显示在所述数据矩阵中且在第二目标时间段内连续记录的所有精子活跃事件列地址x和精子活跃事件行地址y，其中，所述二维视图中的二维坐标轴分别为对应精子活跃事件列地址x的横坐标轴x和对应精子活跃事件行地址y的纵坐标轴y，所述二维视图的数目为多个，并与等时长的且处于不同时间的多个第二目标时间段一一对应。

优化的，在所述步骤s105之后还包括如下步骤：

s106.应用聚类算法在二维视图中查找精子活跃区域，并在查找到精子活跃区域后，在对应的二维视图中标识该精子活跃区域。

进一步优化的，在所述步骤s106中还包括如下步骤：

s600.若查找到至少一个精子活跃区域，则将精子活跃事件总数最多的精子活跃区域作为精子最活跃区域，并在对应的二维视图中标识该精子最活跃区域。

详细优化的，在各个二维视图中，以第一颜色标识处于精子最活跃区域中的所有精子活跃事件，以第二颜色标识处于其它精子活跃区域中的所有精子活跃事件，以第三颜色标识剩余的所有精子活跃事件。

详细优化的，通过折线图输出显示在各个二维视图中的精子活跃事件总数以及进一步在对应精子最活跃区域中的精子活跃事件总数。

进一步优化的，所述聚类算法为meanshift算法，包括如下步骤：

s601.在二维视图中，设置其中一个坐标为起始点；

s602.以所述起始点为中心确定预设区域，统计该预设区域内所有精子活跃事件坐标相对于该起始点的偏移均值；

s603.将所述起始点移动到对应所述偏移均值的坐标位置，然后返回执行步骤s602，直到预设区域中精子活跃事件的分布密度函数达到最大值；

s604.若最后预设区域内的精子活跃事件总数超过预设的精子活跃度阈值，则将该最后预设区域作为精子活跃区域。

详细优化的，针对二维视图中的每一个坐标，分别执行步骤s601～s604，然后针对部分区域重叠的两精子活跃区域，仅将精子活跃事件总数较多的精子活跃区域继续作为精子活跃区域。

优化的，在所述步骤s102中，按照如下步骤对所述精子活跃事件记录文件中的各个时间片进行去噪点处理：

s201.读取时间片中的行事件字段，获取精子活跃事件行地址x和精子活跃事件激活时间点t；

s202.读取时间片中的列事件字段，获取精子活跃事件行地址y；

s203.若当前时间片的精子活跃事件行地址x不等于前一个时间片的精子活跃事件行地址xprev和/或当前时间片的精子活跃事件列地址y不等于前一个时间片的精子活跃事件行地址yprev，则在时间段t-δτ～t+δτ内查找是否存在其它时间片的精子活跃事件坐标落在噪点检测区间[x-1～x+1,y-1～y+1]内，其中，δτ为预设的时间阈值；

s204.若不存在，则将当前时间片作为噪点，并从所述精子活跃事件记录文件中剔除。

优化的，所述第一目标时间段的时长介于3～10秒之间。

优化的，所述第二目标时间段的时长介于0.015～0.025秒之间。

本发明的有益效果为：

(1)本发明创造提供了一种基于dvs摄像机的采集数据实现利于进行精子活性分析的dvs数据处理方法，即在获取通过dvs摄像机对处于显微镜下的新鲜精液进行录制而得到的精子活跃事件记录文件后，从该精子活跃事件记录文件中读取所有精子活跃事件的激活位置信息和激活时间信息，并通过三维视图和二维视图对读取信息进行局部输出显示，使得医务工作人员或研究人员能够直观感受到精子活动情况，大大方便人们根据前述多维视图进行精子活性定性及定量分析，利于快速和准确地得到精子活性分析结果，促进生殖医学领域的长足发展；

(2)所述dvs数据处理方法还具有输出显示数据详备、自动去噪和易于实现等优点，便于实际推广和应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的dvs数据处理方法的流程示意图。

图2是本发明提供的精子活跃事件记录文件的数据结构示意图。

图3是本发明提供的三维视图的第一示例图。

图4是本发明提供的三维视图的第二示例图。

图5是本发明提供的二维视图的第一示例图。

图6是本发明提供的二维视图的第二示例图。

图7是本发明提供的二维视图的第三示例图。

图8是本发明提供的二维视图的第四示例图。

图9是本发明提供的二维视图的第五示例图。

图10是本发明提供的二维视图的第六示例图。

图11是本发明提供的二维视图的第七示例图。

图12是本发明提供的二维视图的第八示例图。

图13是本发明提供的折线图的示例图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，单独存在b，同时存在a和b三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，a/和b，可以表示：单独存在a，单独存在a和b两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

实施例一

如图1～13所示，本实施例提供的所述利于进行精子活性分析的dvs数据处理方法，包括如下步骤。

s101.导入通过dvs摄像机对处于显微镜下的新鲜精液进行录制而得到的精子活跃事件记录文件。

在所述步骤s101中，所述dvs摄像机可以但不限于采用来自hillhouse公司的celex系列摄像机，在将所述dvs摄像机连接上计算机电脑后，通过运行配套的录制软件(该录制软件提供有三种数据显示模式：fullpicture——此模式显示了摄像机所看到的真实场景，然而图片是从事件数据流重建的；eventonly——此模式直接显示相机原始流数据，也就是说，只有场景的变化才会显现出来，亮度将由变化发生的计数/数目来计算和归一化，在短时间内，变化越多，像素就越亮；eventmarkeronfullpicture——此模式显示了全貌和变化，绿色标记是当前实际产生的原始数据，fullpicture背景为之前产生的数据)，即可导出得到所述精子活跃事件记录文件。

此外，在所述步骤s101之前的整个录制过程可以但不限于如下：(1)对成年雄性小鼠断颈处死后，取出小鼠附睾尾部，并破坏表面，吸取少量精液置于表面皿；(2)打开所述dvs摄像机对准显微镜的目镜，然后将表面皿放到显微镜下进行动态事件录制。在整个录制过程中，环境温度可维持在25摄氏度左右。

s102.针对所述精子活跃事件记录文件中的各个时间片，读取在时间片中记录的精子活跃事件列地址x、精子活跃事件行地址y和精子活跃事件激活时间点t。

在所述步骤s102中，通过阅读所述dvs摄像机的开发文档可知，其录制文件是将时间轴分成若干个时间片来一一对应地记录各次精子活跃事件。如图2所示，每个时间片都包含有三个事件来代表镜头捕捉的一个像素点变化(也即一次精子活跃事件)：行事件——英文名rowevent，对应图2中的行事件字段，其用4个字节记录精子活跃事件行地址和精子活跃事件激活时间点；列事件——英文名columnevent，对应图2中的列事件字段，其用4个字节记录精子活跃事件列地址和精子活跃事件激活位置的像素亮度信息；特殊事件——英文名specialevent，对应图2中的特殊事件字段，其用4个字节表示当前时间片结束。此外，如图2所示，在所述行事件字段之前，还用具有6个字节长度的时间片持续时长字段记录当前时间片的持续时长。因此通过现有常规识别代码即可读取在各个时间片中记录的精子活跃事件列地址x、精子活跃事件行地址y和精子活跃事件激活时间点t。

考虑在原始录制过程中存在不可避免的干扰噪点情况，因此在读取之前有必要对所述精子活跃事件记录文件中的各个时间片进行去噪点处理。即优化的，所述去噪点处理的方法可以但不限于包括如下步骤：s201.读取时间片中的行事件字段，获取精子活跃事件行地址x和精子活跃事件激活时间点t；s202.读取时间片中的列事件字段，获取精子活跃事件行地址y；s203.若当前时间片的精子活跃事件行地址x不等于前一个时间片的精子活跃事件行地址xprev和/或当前时间片的精子活跃事件列地址y不等于前一个时间片的精子活跃事件行地址yprev，则在时间段t-δτ～t+δτ内查找是否存在其它时间片的精子活跃事件坐标落在噪点检测区间[x-1～x+1,y-1～y+1]内，其中，δτ为预设的时间阈值；s204.若不存在，则将当前时间片作为噪点，并从所述精子活跃事件记录文件中剔除。其中，所述时间阈值可以人工提前设定也可以默认为当前时间片持续时长的整数倍。

s103.将所有的精子活跃事件列地址x、精子活跃事件行地址y和精子活跃事件激活时间点t按照时间顺序依次写入到具有3×n个元素的数据矩阵中，其中，n为不小于1万的自然数。

s104.通过三维视图输出显示在所述数据矩阵中且在第一目标时间段内连续记录的所有精子活跃事件列地址x、精子活跃事件行地址y和精子活跃事件激活时间点t，其中，所述三维视图中的三维坐标轴分别为对应精子活跃事件列地址x的横坐标轴x、对应精子活跃事件行地址y的纵坐标轴y和对应精子活跃事件激活时间点t的时间轴time。

在所述步骤s104中，所述第一目标时间段可以为人工预设时间段也可以为默认时间段，例如，如图3所示具体为第7～8秒的时间段，或者如图4所示为第37～42秒的时间段。如图3和4所示，通过输出这些三维视图，可使人们轻松观察到在对应第一目标时间段内，精子都保持有一定的活跃度，并在各个地方都维持着小范围的移动，并且呈集群式分布，同时还可以通过旋转三维视图，观察到精子集群的迁移情况，进而利于医务工作人员或研究员快速展开精子活性定性分析。此外，所述第一目标时间段的时长优选介于3～10秒之间；当然也可以输出多个对应不同第一目标时间段的三维视图，以便进行全录制时段的片段式定性分析。

s105.通过二维视图输出显示在所述数据矩阵中且在第二目标时间段内连续记录的所有精子活跃事件列地址x和精子活跃事件行地址y，其中，所述二维视图中的二维坐标轴分别为对应精子活跃事件列地址x的横坐标轴x和对应精子活跃事件行地址y的纵坐标轴y，所述二维视图的数目为多个，并与等时长的且处于不同时间的多个第二目标时间段一一对应。

在所述步骤s105中，所述第二目标时间段可以为人工预设时间段也可以为默认时间段，例如，如图5所示具体为第5秒中的部分时间段；如图6所示为第10秒中的部分时间段；如图7所示具体为第15秒中的部分时间段；如图8所示为第20秒中的部分时间段；如图9所示具体为第25秒中的部分时间段；如图10所示为第30秒中的部分时间段；如图11所示具体为第35秒中的部分时间段；如图12所示为第40秒中的部分时间段。如图5～12所示，通过输出这些二维视图，可使人们轻松观察到精子的运动状态及分布情况，进而利于医务工作人员或研究员快速展开精子活性定量分析。此外，所述第二目标时间段的时长优选介于0.015～0.025秒之间，如此可在每个二维视图中得到足量的精子活跃事件样本，方便进行定量分析。

由此通过前述步骤s101～s105的详细描述，可提供一种基于dvs摄像机的采集数据实现利于进行精子活性分析的dvs数据处理方法，即在获取通过dvs摄像机对处于显微镜下的新鲜精液进行录制而得到的精子活跃事件记录文件后，从该精子活跃事件记录文件中读取所有精子活跃事件的激活位置信息和激活时间信息，并通过三维视图和二维视图对读取信息进行局部输出显示，使得医务工作人员或研究人员能够直观感受到精子活动情况，大大方便人们根据前述多维视图进行精子活性定性及定量分析，利于快速和准确地得到精子活性分析结果，促进生殖医学领域的长足发展。

优化的，在所述步骤s105之后还包括如下步骤：s106.应用聚类算法在二维视图中查找精子活跃区域，并在查找到精子活跃区域后，在对应的二维视图中标识该精子活跃区域。

在所述步骤s106中，所述聚类算法可以但不限于为meanshift算法，其具体可包括如下步骤：s601.在二维视图中，设置其中一个坐标为起始点；s602.以所述起始点为中心确定预设区域，统计该预设区域内所有精子活跃事件坐标相对于该起始点的偏移均值；s603.将所述起始点移动到对应所述偏移均值的坐标位置，然后返回执行步骤s602，直到预设区域中精子活跃事件的分布密度函数达到最大值；s604.若最后预设区域内的精子活跃事件总数超过预设的精子活跃度阈值，则将该最后预设区域作为精子活跃区域。其中，所述精子活跃度阈值可以人工提前设定也可以默认为80。由此通过前述步骤s106及s601～s604，可进一步利于人们观察到精子活跃中心，详细且快递地了解精子活跃情况。

详细优化的，为了保障准确性和避免精子活跃区域出现重叠情况，针对二维视图中的每一个坐标，分别执行步骤s601～s604，然后针对部分区域重叠的两精子活跃区域，仅将精子活跃事件总数较多的精子活跃区域继续作为精子活跃区域，也即针对精子活跃事件总数较少的精子活跃区域，取消其作为精子活跃区域的认定。

在所述步骤s106中，进一步优化的，还包括如下步骤：s600.若查找到至少一个精子活跃区域，则将精子活跃事件总数最多的精子活跃区域作为精子最活跃区域，并在对应的二维视图中标识该精子最活跃区域。由此通过本步骤s600，可进一步利于人们快速观察到精子最活跃中心。此外，为了方便识别不同区域的精子活跃事件，详细优化的，在各个二维视图中，以第一颜色标识处于精子最活跃区域中的所有精子活跃事件，以第二颜色标识处于其它精子活跃区域中的所有精子活跃事件，以第三颜色标识剩余的所有精子活跃事件。其中，所述第一颜色、所述第二颜色和所述第三颜色为不同的颜色，例如分别为红色、黄色和灰色。

详细优化地，通过折线图输出显示在各个二维视图中的精子活跃事件总数以及进一步在对应精子最活跃区域中的精子活跃事件总数。如图13所示，可以丰富输出显示数据的内容，方便人们更加精准地观察到精子活跃情况。

综上，采用本实施例所提供的利于进行精子活性分析的dvs数据处理方法，具有如下技术效果：

(1)本实施例提供了一种基于dvs摄像机的采集数据实现利于进行精子活性分析的dvs数据处理方法，即在获取通过dvs摄像机对处于显微镜下的新鲜精液进行录制而得到的精子活跃事件记录文件后，从该精子活跃事件记录文件中读取所有精子活跃事件的激活位置信息和激活时间信息，并通过三维视图和二维视图对读取信息进行局部输出显示，使得医务工作人员或研究人员能够直观感受到精子活动情况，大大方便人们根据前述多维视图进行精子活性定性及定量分析，利于快速和准确地得到精子活性分析结果，促进生殖医学领域的长足发展；

(2)所述dvs数据处理方法还具有输出显示数据详备、自动去噪和易于实现等优点，便于实际推广和应用。

本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。