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《南京农业大学》 2006年
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图像处理和计算电磁学获取生物信息研究

张云  
【摘要】:随着生物学的不断发展,越来越多的先进技术被应用到生物学的研究中来。本文将数字图像处理技术、计算机视觉技术、电磁场理论以及计算电磁学与生物学结合起来,从而更好地解决生物问题。 中华绒鳌蟹是我国特有的珍贵水产品,但在养殖过程中性早熟比例与日俱增,在一定程度上制约了其生产效益的提高,如何控制性早熟已成为广大生产者和科技工作者共同关注的问题。中华绒鳌蟹性早熟问题的研究一般都从生化方面着手,很少利用先进的物理技术,因其研究方法和手段的局限,未能从根本上有所突破。实验表明:蟹的性早熟与其规格大小密切相关,颜色也是性早熟的一个重要特征。作者和原子能所的部分专家合作,结合中华绒鳌蟹的生态习性和生殖习性,在蟹苗发育的适宜时期,用低剂量的中子进行处理,使其体内酶的活性增强,抑制性腺发育,从而挖掘开发幼苗生长潜力。为了更好地判别性早熟蟹,本文利用数字图像处理技术对经过不同剂量中子处理的中华绒螯蟹蟹苗的规格及其颜色特征进行研究,克服了图像中由天气情况产生的噪声、蟹苗壳上的水珠在图像中形成的亮斑、蟹脚对规格统计的影响,成功地识别了蟹苗的数量、规格以及颜色特征,从而为性早熟的判别提供客观的指标。 电磁场理论的应用与发展遍及地学、生命科学和医学、材料科学和信息科学等几乎所有的技术学科领域。计算电磁学是以电磁场理论为基础,以高性能的计算技术为手段,运用计算数学提供的各种方法,解决复杂电磁场理论和工程问题的应用科学。时域有限差分法是目前较为成熟地应用于电磁场仿真的时域计算方法之一。然而,传统方法也存在不足之处,首先,为减小差分近似所带来的数值色散,所取的空间网格尺寸必须远小于波长;另外为了满足Courant稳定性条件,时间步长的选取又必须由空间步长的最小值决定。ADI-FDTD方法能够令FDTD方法一定程度地摆脱关于时间步长稳定性条件的限制,从而明显地节省计算时间。本文详细介绍了该方法的计算迭代公式、连接边界的使用以及时谐场的外推,证明了其无条件稳定性。金属方柱散射的计算结果表明,ADI-FDTD方法是一种较为准确可靠的数值计算方法,它的时间步长突破了CFL条件限制,从而显著地节约了计算时间。最后利用ADI-FDTD技术模拟了电磁波辐射动物肢体时空间中电场的分布,并分析了电磁波辐射对动物的影响。
【学位授予单位】:南京农业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:Q64

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【参考文献】
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