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以光流法為基礎之即時細胞影像追蹤系統
Real-Time Cell Image Tracking System Based on Optical Flow
Technique
林志勳 陳培展
Chih- Hsun Lin Pei- Jarn Chen
南台科技大學電機工程研究所
Institute of Electrical Engineering, Southern Taiwan University
三、結果與討論
一、緣由與目的
本研究的主要目標是設計一套自動化的細胞影
像追蹤系統，來觀察細胞的移動方式、運動模式，
並使記錄其變化情形動作能更方便、簡單，分析其
運動模式中一些重要參數， 如速度、形變、群聚現
象等。傳統上細胞追蹤的技巧往往利用細胞結構之
特徵來進行追蹤，但是這種技術如果遇到細胞本身
具有變形或是分裂之特性時，往往效果不是很好 ，
為克服上述問題本研究嘗試利用連續兩張影像的計
算光流值(optical flow)的方法來判斷出觀察物所移
動的距離大小及方向，並利用其計算後之結果進一
步移動顯微鏡觀測平台達到自動追蹤之效果。
本研究初步所建構之細胞追蹤系統，是利用
MatLab做為控制攝影機來擷取影像，再透過光流計
算處理，將光流計算後所獲得的移動量經由RS232傳
輸到X-Y Table，X-Y Table (Tanlian E-O Co.,Ltd)進
而控制步進馬達移動來完成追蹤的動作。下圖五為
輪蟲細胞影像圖，圖六則為細胞移動後經光流計算
後之結果圖，圖片中紅點為所追蹤到物體移動最大
之座標點。圖七為我們利用所測得物體移動軌跡。
二、材料與方法
本系統之顯微細胞影像擷取的系統架構如下
圖一.所示，主要包含了三個子系統，分別為(1) 細
胞影像擷取系統 (2) 影像處理系統 (3) X-Y移動平台
系統。
圖一、系統架構圖
圖二、細胞影像追蹤
流程圖
上 圖 二 .為 本 系 統 之 流 程 圖 ， 本 工 作 平 台 以
MatLab作為我們主要的開發系統，利用它來進行
影像擷取的工作，當擷取到影像後再利用高斯金字
塔方法來節省計算時間的花費，如下圖三所示，之
後則是利用光流計算以得到物體移動後之座標位置，
進而得以移動平台達到追蹤目的。
圖五、輪蟲細胞影像圖
圖六、細胞影像結果圖
表一、光統法計算後
之相關數據
圖七、細胞移動之軌
跡圖
四、結論
由本研究的結果我們可以得知，在細胞追蹤的過程
中，假如影像背景有雜點或者是待測物體的移動量過大，
而超過光流能計算之範圍時，皆有可能會直接影響到光
流的計算結果。 在本研究中我們所選用方式是，經由光
流計算後判斷影像平面上最大移動量之座標點位置，來
做為追蹤的細胞移動的依據，由圖六我們就可清楚的看
到紅色點為我們所求得之座標位置，他皆能準確落在待
測物上。 目前整套系統在單一次循環遲作下所需花費的
時間大約 5 秒左右。
五、參考文獻
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圖三、高斯金字塔
圖四、即時細胞影像
追蹤系統平台
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Optical Flow,” Artificial Intelligence, Vol. 17, pp.185203, 1981.
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Workshop, pp. 121-130, 1981.
H. C. Kim, B. H. Han, C. H. Lee and S. Y. Lee,
“Registration of Sheep Brain MR Images for Cell
Tracking Using Ferrite-Composite Micro-Beads as
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