CN114994242B - 基于鱼类耳石的同心圆切割半地标点补点的群体判别方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于鱼类耳石的同心圆切割半地标点补点的群体判别方法，属于鱼类耳石鉴别领域，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，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；同时对非共有交点，在缺失的耳石上近似位置上的地标点重复记一个点，然后将所有地标点输入tpsrelw32软件进行群体判别；本发明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。

Description

基于鱼类耳石的同心圆切割半地标点补点的群体判别方法

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补点的群体判别方法

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(RelativeWarp)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 (meanshape)。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 energymatrix)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 切割半地标点补点的群体判别方法，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补点的群体判别方法， 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；同时对非共有交点，在缺失的耳石 上近似位置上的地标点重复记一个点，命名为所述非共有交点，然后 将所有地标点输入tpsrelw32软件进行群体判别；所述的非共有交点 是指不是在所有耳石上都出现的地标点。

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补点方法，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为原始地标点取点示意图；

图3为10×1同心圆地标点取点图；

图4为同心圆地标点补点位置图。

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、同心圆地标点法(不 人工补点)和同心圆地标点法(人工补点)进行处理，具体方法和结果 如下：

1、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个地标点进行分类见表 1。I型地标点是6、11、12、13、14，II型地标点是2、4、8、10，III型地标点是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。

表1地标点的类型与定义

2、同心圆地标点法(不人工补点)

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，如图3所示。然而大泷六线鱼耳石的基叶、翼叶比例不一，并且 这一特点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，因此在分析时会舍掉非共有交点。 如图(4)中a中51号点并不是所有的耳石都有这个交点，之前分析 中均选择舍弃，只用50个点进行分析，将50个地标点输入tpsrelw32 软件进行耳石特征分析。

3、同心圆地标点法(人工补点)

本方法对非共有点进行人工补点，比如图4中的a出现了地标点 51，但在右图中没有地标点51，这是通过人工在点8位置再多加一 个点为点51，实际上点51与点8是重合在一起的，但为了在图上能 表示清楚，特地将点51与点8分开。

三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. 10×1同心圆补点不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。同样以大泷六线鱼的 耳石为例，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

8×1同心圆地标点法群体判别成功率为88％，8×1同心圆加补 点地标点法的群体判别成功率略有提升，为91.8％，而10×1同心圆 地标点法群体判别成功率为98.4％大大高于8×1同心圆的成功率， 而10×1同心圆加补点地标点法的正确率已高达99.5％，再增加地表 点对群体判别的贡献率提升有限，因此选择10×1同心圆加补点地标 点法。

Claims (2)

1.一种基于鱼类耳石的同心圆切割半地标点补点的群体判别方法，其特征在于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；同时对非共有交点，在缺失的耳石上近似位置上的地标点重复记一个点，命名为所述非共有交点，然后将所有地标点输入tpsrelw32软件进行群体判别；所述的非共有交点是指不是在所有耳石上都出现的地标点。

2.根据权利要求1所述的一种基于鱼类耳石的同心圆切割半地标点补点的群体判别方法，其特征在于在最外圆内部将其半径等分为10份。