基于鱼类耳石的同心圆切割半地标点的群体判别方法

摘要

本发明涉及一种基于鱼类耳石的同心圆切割半地标点的群体判别方法，属于鱼类耳石鉴别技术领域，所述方法采用系列同心圆和耳石听沟、边缘的交点作为地标点，所述系列同心圆最外圆是以耳石最长径为直径，在其内部将其半径等分为8～10份，构建最外圆的同心圆，选取同心圆与耳石听沟、轮廓的交点，用作地标点，进行统计分析。本发明方法对耳石进行了同心圆选点均分，能够增加标点的数量，提高通过耳石头判别鱼类群体的正确率。

说明书

技术领域

本发明属于鱼类耳石鉴别技术领域，具体的涉及一种基于鱼类耳石的同心圆切割半地标点的群体判别方法。

背景技术

鱼类耳石是硬骨鱼类内耳中起平衡和听觉作用的硬组织，主要由碳酸钙构成，其形态特征受遗传因子调控，具有种的特异性，常被用于鱼种或者种群的划分。耳石的形态研究早期侧重于度量指标测量，描述耳石的光滑度、突起程度等。20世纪80年代，形态分析方法及多元统计分析工具趋于成熟，几何形态测量学得以发展。几何形态测量学主要包括两种方法：轮廓线法和地标点法。标点法(landmark methods),是基于笛卡儿地标的形状统计方法,通过获取二维影像上的地标点X、Y坐标数据,将其进行相对扭曲(Relative Warp)和薄板样条分析,绘制网格变形图,分析耳石形态变异和进行多元统计分析,地标点是有着明显特征且容易辨别的点。目前，在生物学应用中，地标点常分为三类：I型地标点是不同组织之间的接触点、交点，如翅脉、叶脉的交点，鱼鳍与鱼身的交点等。II型地标点是结构中的凹陷或突起点，如牙齿的尖锐曲度，骨骼的突起等。III型地标点是结构中的最长点、最窄点、最宽点等端点或极点。地标点法首先获取耳石标志性地标点的X,Y坐标值，又称笛卡尔坐标(Cartesian coordinate data)，将坐标值通过置中(centering)、旋转(rotation)以及缩放(scaling)使运算结果表示为耳石纯粹的形态信息，消除了耳石位置、尺度、角度、拍摄倍数等非形状效应，进而量化研究对象的形态。除去这些非形状变异的干扰常用的是叠印法。其原理是通过最小二乘法准则(least-square criterion)找出坐标点之间的最小距离，然后进行置中、旋转以及缩放等，得到耳石样本的平均形态(mean shape)。薄板样条分析法理论则是利用了材料学中扭曲能量矩阵(bending energy matrix)的知识，物体产生的形变变化反映在对应函数的转换，函数转换涉及一系列复杂的步骤，其中包括主要扭曲(principal warp)、相对扭曲(relative warp)、部分扭曲(partial warp)等，生成相应的数据文件用统计学软件进行差异性比较。另外，通过薄板样条分析可直接视觉展示样本的形态变化。现有技术中，用tpsDig2软件在耳石上标地标点，生成“.tps文件”，然后将生成的“.tps文件”输入tpsrelw32软件，进行耳石特征信息提取，再结合统计学方法完成基于耳石特征的群体分析。

但是，现有技术中的地标点法用于鱼类耳石群体分类存在选点主观性强、可选地标点少的特点。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种基于鱼类耳石的同心圆切割半地标点的群体判别方法，所述方法对耳石进行了同心圆选点均分，能够增加标点的数量，提高通过耳石头判别鱼类群体的正确率。

本发明是通过如下技术方案来实现的

一种基于鱼类耳石的同心圆切割半地标点的群体判别方法，所述方法采用系列同心圆和耳石听沟、边缘的交点作为地标点，所述系列同心圆最外圆是以耳石最长径为直径，在其内部将其半径等分为8～10份，构建最外圆的同心圆，选取同心圆与耳石听沟、轮廓的交点，用作地标点，进行统计分析。

进一步，在最外圆内部将其半径等分为10份。

本发明与现有技术相比的有益效果：

本发明方法通过同心圆切割地标点方法，选取耳石边缘、听沟与同心圆的交点作为地标点，一方面增加了可选地标点的数量，另一方面，通过增加体现基页特征的补点，保证了耳石特征提取的完整性，提高群体的判别率。再者所选的点全部为客观点，避免了主观因素对选点位置的影响，实现了tpsrelw32软件选点过程的标准化，为建立地标点数据库和后续深入应用奠定了基础。

附图说明

图1为大泷六线鱼耳石图：右侧为耳石前端，左侧为耳石后端，上面为背侧，下面为腹侧，1、主凹槽也即听沟，2、听沟尾部，3、翼叶，4、基叶；

图2原始地标点取点示意图；

图3 10×1同心圆地标点取点图；

具体实施方式

下面通过实施例来对本发明的技术方案做进一步解释，但本发明的保护范围不受实施例任何形式上限制。

实施例1

选用采自7个野生群体连云港、青岛、威海、烟台、秦皇岛、大连、丹东和1个威海养殖区域的大泷六线鱼样本，测量鱼体体长、体质量等信息并摘取耳石。将耳石用超纯水清洗干净后放入烘箱中烘干至恒重，利用电子天平(分度值0.01mg)进行称重，并记录，将左右耳石放入干净的1.5ml离心管分开编号保存。

本实施例中左右矢耳石形态差异不明显，因此统一选取大泷六线鱼左侧矢耳石作为研究对象，耳石形态分析中采用OLYMPUS SZ61体视显微镜对矢耳石内侧面进行图像采集。个别左耳石缺失时使用右耳石代替。耳石的图像如图1所示，图右侧为耳石前端，左侧为耳石后端，上面为背侧，下面为腹侧，1为主凹槽也即听沟，2为听沟尾部，3为翼叶，4为基叶。

将采集的耳石图像分别按照原始地标点法和同心圆地标点法进行处理，具体方法和结果如下：

1、原始地标点法

原始地标点法，根据地标点同源性和特征性的要求，选取大泷六线鱼耳石形态上的耳石外部轮廓和听沟轮廓共14个地标点，按顺时针方向取点，所有样品的地标点数和顺序保持一致，并对14个地标点进行分类。I型地标点为6、11、12、13、14，II型地标点为2、4、8、10；III型地标点为1、3、5、7、9，建立相应的坐标点数值文件。最后找出的地标点如图2所示。

2、同心圆地标点法

采用同心圆和耳石听沟、边缘的交点作为地标点。以耳石最长径为直径做最外圆。在最外圆内部将其半径10等分，构建系列同心圆，选取系列同心圆与耳石听沟、轮廓的交点，用作地标点，进行统计分析，然而大泷六线鱼耳石的基叶、翼叶比例不一，并且为群体划分的重要特征之一，同心圆均分时会导致翼叶交点个数不一致的情况，而地标点用于耳石形态学分析时，必须保证每一个个体的耳石上取得点的个数统一，因此在分析时舍掉非共有交点。用50个点进行分析，如图3所示。用tpsDig2软件在耳石上标地标点，生成“.tps文件”，然后将生成的“.tps文件”输入tpsrelw32软件，进行耳石特征信息提取，再结合统计学方法完成基于耳石特征的群体分析。

两种方法对不同群体的大泷六线鱼的进行群体判断，结果如下表1所示。

表1.原始地标点法与10×1同心圆补点大泷六线鱼群体判别结果比较

实施例2

本实施例尝试对实施例1中的耳石样本，以耳石最长径为直径的同心圆的半径进行不同份数的均分，查看不同份数对判别结果的影响。对以最长径为直径的最大圆的半径分别均分为8、10份。以同心圆不人工补点法进行判别各群体，判别结果如表2：

表2.不同等分同心圆补点不补点大泷六线鱼群体判别结果比较

从上述实施例可以看出，当均分为10份时，判别结果的正确率达到98.4％，因此，将最外圆的半径均为为10份时，效果最佳。