Background: The quantitative analysis of microscope videos often requires instance segmentation and tracking of cellular and subcellular objects. The traditional method consists of two stages: (1) performing instance object segmentation of each frame, and (2) associating objects frame-by-frame. Recently, pixel-embedding-based deep learning approaches these two steps simultaneously as a single stage holistic solution. In computer vision, annotated training data with consistent segmentation and tracking is resource intensive, the severity of which is multiplied in microscopy imaging due to (1) dense objects (e.g., overlapping or touching), and (2) high dynamics (e.g., irregular motion and mitosis). Adversarial simulations have provided successful solutions to alleviate the lack of such annotations in dynamics scenes in computer vision, such as using simulated environments (e.g., computer games) to train real-world self-driving systems. Methods: In this paper, we propose an annotation-free synthetic instance segmentation and tracking (ASIST) method with adversarial simulation and single-stage pixel-embedding based learning. Contribution: The contribution of this paper is three-fold: (1) the proposed method aggregates adversarial simulations and single-stage pixel-embedding based deep learning; (2) the method is assessed with both the cellular (i.e., HeLa cells) and subcellular (i.e., microvilli) objects; and (3) to the best of our knowledge, this is the first study to explore annotation-free instance segmentation and tracking study for microscope videos. Results: The ASIST method achieved an important step forward, when compared with fully supervised approaches: ASIST shows 7% to 11% higher segmentation, detection and tracking performance on microvilli relative to fully supervised methods, and comparable performance on Hela cell videos.


翻译:对显微镜视频的定量分析往往要求对细胞和子细胞对象进行试测分解和跟踪。传统方法包括两个阶段:(1) 执行每个框架的试选对象分解,和(2) 将对象逐个框架联系起来。最近,以像素聚集为基础的深层学习同时作为单一阶段的整体解决方案。在计算机视觉中,带有一致分解和跟踪的附加说明的培训数据是资源密集的,其严重程度在显微镜成像中成倍增长,因为(1) 密集的物体(例如,重叠或触摸)和(2) 高动态(例如,不规则的运动和线性硬化)。 自动模拟结果模拟提供了成功的解决办法,以缓解计算机视觉中动态场景中缺少这种说明的情况,例如使用模拟环境(例如,计算机游戏)来培训真实世界的自我驱动系统。在本文中,我们建议一种无说明性能的合成分解和跟踪(ASIST) 方法, 包括对抗性模拟和单级的微集细胞学习。 贡献: 纸面的相对性分析: 一种模拟, 亚性分析; 亚性分析; 亚性分析; 亚性分析; 亚性分析; 亚性分析; 亚性分析; 亚性分析; 亚性分析; 算; 算; 亚性分析; 算; 研算; 算; 算; 系统; 算; 算; 算; 算; 算; 算; 算; 方法; 算; 算;

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