FossilMorph數字圖像處理流程圖
絲狀體類型的算法示意圖
FossilMorph單圖處理模式（A）和批量處理模式（B）界面截圖
FossilMorph數據定量分析的圖件展示
（神秘的地球uux.cn）據中國科學院南京地質古生物研究所：大數據與人工智能是驅動地球科學研究范式革新的重要手段。其在古生物學研究中也有著越來越多的世界石自應用，如利用卷積神經網絡進行化石圖像的動測定量的新智能識別分類、采用數字圖像處理技術進行化石形態特征數據的量和自動獲取和分析等。
隨著古生物化石樣品采集精度的分析提高和科研與生產實踐中對樣品分析更加高效的需求，科研人員通常需要在較短時間內處理大量化石圖像。工具其中對其進行形態學特征的遠古測量與分析是圖像處理的主要工作之一。目前化石的世界石自形態學數據主要依賴于手動操作測量軟件，如Image J等。動測定量的新這樣不僅繁瑣耗時，量和而且具有一定的分析主觀性，容易產生人為誤差。工具
近期，遠古中國科學院南京地質古生物研究所早期生命研究團隊的世界石自萬斌副研究員指導碩士研究生鄭文濤，與東南大學、動測定量的新上海交通大學、南京大學的研究人員合作，設計開發了一款化石圖像測量分析的可視化操作界面—“FossilMorph”工具軟件。該軟件可用于進行化石圖像形態特征的自動測量和定量分析。研究成果近期發表于地學期刊《遠古世界》（Palaeoworld）。
該軟件版本主要是基于OpenCV-Python快速圖像處理的計算機視覺工具，使用了多種圖像處理技術，包括灰度轉換、圖像濾波、圖像二值化、連通域分析等，并采用了OCR字符識別技術對化石圖像比例尺進行自動識別以及換算，實現了對橢球形、絲狀體、部分破損等類型的有機壁微體化石形態特征進行自動化批量提取和定量分析。分析結果可以Excel數據（.xlsx格式）導出或以箱線圖、散點圖、直方圖、聚類圖等多種類型圖件呈現。
該軟件的應用可大幅節省科研人員的時間與精力，明顯提升化石圖像形態特征的數據化和準確率。目前批處理模式可在1分鐘內完成2000個化石圖像形態數據的采集和分析。該技術在一定程度上表明了數字圖像處理技術在有機質壁微體化石研究中具有很大潛力。
目前，該軟件版本對于個體保存、形態相對簡單、且主體與背景對比強烈的化石圖像（如光學顯微鏡下的孢粉和疑源類酸蝕處理的薄片照片）具有較好的處理效果。未來隨著算法的創新，FossilMorph將不斷優化，致力于處理形態更為復雜的化石類型和集群保存化石組合等，并與卷積神經網絡應用相結合，依據化石定量化的形態和結構特征，進行化石圖像的智能識別和定量分析，從而挖掘化石背后的更多真實有效數據信息，為揭示生命演化提供數據支撐。
相關軟件已申請中國版權保護中心的計算機軟件著作權。
該研究受到國家自然科學基金項目、中國科學院先導專項B類和前沿重點部署項目、現代古生物學與地層學國家重點實驗室項目、香港特別行政區博士后獎學金聯合資助。
論文相關信息：Zheng Wentao#, Lou Zhouwei#, Yu Yefeng, Tang Qing, Wang Xiaopeng, Zhao Xianye, Shi Hongyi, Wan Bin*. FossilMorph: A new tool for fossil automatic measurement and statistical analysis. Palaeoworld. 2022. https://doi.org/10.1016/j.palwor.2022.11.001. |
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