Application of ant colony optimization for image segmentation

Abstract

Ant colony optimization application for two-dimensional electrophoresis gel image segmentation is investigated. Standard ACO model with one ants’ colony is presented also provided ants’ colony size control method. Presented modified ACO model for twodimensional electrophoresis gel image segmentation. Created synthetic image and experimentally estimated model parameters for segmentation are provided. Image pre-processing operations and processing results for decrease of processing time and increase segmentation accuracy are presented. Obtained results show that model is suitable for overlapped protein spots segmentation. Was reached average segmentation result that depends on number of overlapped spots and how close they centers are to each other. Model parameters and their influence on ant’s behaviour and segmentation results are provided. Segmentation dynamics analyzed and intermediate segmentation results are provided. Population changes analyzed and population size change is proposed as a stopping parameter for segmentation process. Segmentation accuracy was about 67% improve over simple threshold function segmentation. Processing times are commented. Segmentation result can be improved by the use of real electrophoresis images for parameters estimation, also by the use of more effective optimal model parameters estimation algorithm.

Tiriamas optimizavimo skruzdėlių kolonijomis taikymas dvimatės elektroforezės gelių vaizdams segmentuoti. Pateiktas standartinis optimizavimo su viena skruzdėlių kolonija modelis bei skruzdėlių kolonijos populiacijos kontrolės metodas. Pasiūlytos vaizdams segmentuoti tinkamos standartinio modelio modifikacijos. Sukurtas dirbtinis vaizdas ir eksperimentiškai nustatyti modifikuoti skruzdėlių kolonijos modelio parametrai, tinkami dvimatės elektroforezės vaizdams segmentuoti. Pateiktas pirminio vaizdo apdorojimo operacijų nuoseklumas ir apdorojimo pavyzdžių, siekiant sumažinti segmentavimo trukmę ir pagerinti jo tikslumą. Taikant pasiūlytą modelį gauti eksperimentų rezultatai, kurie rodo modelio tinkamumą susiliejusių dvimatės elektroforezės dėmių vaizdams segmentuoti. Gautas segmentavimo rezultatas priklausė nuo susiliejusių dėmių skaičiaus ir jų sanklotos. Atskirai aptarti modelio parametrai ir jų įtaka skruzdėlių elgesiui bei segmentavimo rezultatams. Aptarta segmentavimo dinamika ir pateikti tarpiniai segmentavimo vaizdai. Išanalizuoti populiacijos pokyčiai. Populiacijos dydžio svyravimas pasiūlytas kaip tinkamas kriterijus segmentavimui stabdyti. Gauti 67 % geresni segmentavimo rezultatai nei taikant slenksčio funkciją. Segmentavimo rezultatai gali būti pagerinti, parenkant parametrus pagal realius vaizdus ir naudojant efektyvesnį optimalių parametrų parinkimo algoritmą.