量相對應(yīng)的模擬信號，當(dāng)過渡倉20內(nèi)的餌料重量達(dá)到預(yù) 設(shè)值后，PLC 15控制電磁閥16關(guān)閉停止投料，并觸發(fā)電機(jī)18轉(zhuǎn)動180°，將過渡倉20中的 餌料倒入投餌器8底部的出料口21進(jìn)行投餌，PLC控制電機(jī)停頓5-20秒，再轉(zhuǎn)動180°回 到起始位置，完成一次投餌動作。
[0013] 兩只LED燈14對稱固定于循環(huán)水養(yǎng)殖池1上方，LED燈發(fā)光面并朝向水面，PLC 15 的另兩個輸出端分別與兩只LED燈14連接。通過PLC可以準(zhǔn)確控制LED的開和關(guān)來模仿 每天的光照周期；并且可通過調(diào)整PLC電壓模擬量輸出大小來控制LED燈的亮度，使其逐漸 變亮或熄滅以模仿清晨或黃昏的光照狀態(tài)； 應(yīng)用上述的裝置自動檢測魚類攝食節(jié)律的方法，包括如下步驟： 1)通過PLC 15控制投餌器8定時投餌，設(shè)定單次投料量為養(yǎng)殖池1內(nèi)魚體總重的1%; 2) 攝像頭11拍攝單次投料后魚類攝食的畫面，并將其傳輸至服務(wù)器6 ; 3)服務(wù)器6對接收的畫面進(jìn)行預(yù)處理，提取前30秒內(nèi)的畫面在色彩模型RGB中的R分 量畫面，對其進(jìn)行高斯濾波處理，將處理后的幀畫面?zhèn)鬏斨罝SP 7 ; 4) DSP 7對接收的幀畫面進(jìn)行魚體攝食活躍程度分析，具體如下： ① 在無LED光照的條件下，攝像頭的紅外燈會在水面形成光斑，在采用LED光照的條 件下，LED燈會在水面形成倒影，因此采用無邊界主動輪廓模型的圖像分割方法(ACWE)圈 出每幀畫面中的光斑區(qū)域和倒影區(qū)域，對每幀畫面中除光斑區(qū)域和倒影區(qū)域外的部分，利 用灰度圖像直方圖統(tǒng)計法得出其出現(xiàn)概率由高到低的個像素值，《<5,取這個像素值 的平均值，用平均值取代相應(yīng)幀畫面的光斑區(qū)域和倒影區(qū)域； ② 利用0STU算法將經(jīng)①處理后的每幀畫面二值化，并利用ACWE分割出當(dāng)前二值圖像 中的目標(biāo)區(qū)域，并分別計算各個目標(biāo)區(qū)域的面積；去除其中面積小于預(yù)先設(shè)定的最小面積 閾值的區(qū)域； ③ 對經(jīng)②處理后的前三幀畫面采用Lucas-kanade光流法計算，對第一幀和第二幀畫 面計算得到一幅光流圖，對第二幀和第三幀畫面計算得到另一幅光流圖，對兩幅光流圖中 相應(yīng)位置像素點的幅值取平均值得到該位置像素點的瞬時速度a，計算兩幅光流圖相應(yīng)位 置的像素點的矢量夾角得到該位置像素點的瞬時轉(zhuǎn)角表設(shè)兩幅光流圖中相應(yīng)位置的像素 點的矢量分別為/?和<7，則<3=(|/7| + |<7|)/2;/^11'(^〇8(>*<?/|/7||<7|); 統(tǒng)計a>c且辦啲像素點的個數(shù)，并計算其占總像素點個數(shù)的比值，得到聯(lián)合分布 概率e，其中C、￡/分別為預(yù)先設(shè)定的速度閾值和轉(zhuǎn)角閾值； ④ 對經(jīng)②處理后的每幀畫面進(jìn)行魚群的攝食面積計算： I計算出當(dāng)前幀畫面中每個目標(biāo)區(qū)域的質(zhì)心； II在當(dāng)前幀畫面內(nèi)所有橫坐標(biāo)或縱坐標(biāo)為最大或最小的質(zhì)心中，任取三個依次連接 構(gòu)成三角形w1;判斷其余質(zhì)心是否在W:內(nèi)，若在則標(biāo)記該質(zhì)心，并判斷下一質(zhì)心，若不在則 將該質(zhì)心與三角形Wi頂點中距其最近的兩個質(zhì)心相連，構(gòu)成四角形W2;再判斷其余未標(biāo)記 質(zhì)心是否在1內(nèi)，若在則標(biāo)記該質(zhì)心，并判斷下一質(zhì)心，若不在則將該質(zhì)心與四角形1頂點 中距其最近的兩個質(zhì)心相連，構(gòu)成五角形w3;以此類推至所有質(zhì)心均被判斷過； III經(jīng)II處理最終得到的由個質(zhì)心構(gòu)成的角形，其面積即為當(dāng)前幀畫面對應(yīng)的魚 群攝食面積私n彡3,此面積M可以采用如下公式進(jìn)行計算：
【主權(quán)項】
1. 一種基于計算機(jī)視覺技術(shù)的魚類攝食節(jié)律自動檢測裝置，其特征在于包括循環(huán)水 養(yǎng)殖池（1)、糞便分離器（2)、生物濾池（3)、水泵（10)、紫外殺菌器（4)、流量控制閥（13)、 兩只LED燈（14)、投餌器（8)、攝像頭（11)、服務(wù)器（6)、PLC(15)、DSP(7)及顯示器（9); 循環(huán)水養(yǎng)殖池（1)底部的地漏（12)通過管道依次連接糞便分離器（2)、生物濾池（3)、 水泵（10)、紫外殺菌器（4)和流量控制閥（13)，流量控制閥（13)的出水端連接水管的一 端，水管的另一端封堵并沿循環(huán)水養(yǎng)殖池（1)側(cè)壁堅直伸入池中水體內(nèi)，伸入水體內(nèi)的水管 上堅直的開有若干出水孔（5)，出水孔與循環(huán)水養(yǎng)殖池側(cè)壁切線方向呈15-30°角，出水孔 (5)直徑彡5mm，出水孔（5)間的間距為1/4的水體高度； 攝像頭（11)固定于循環(huán)水養(yǎng)殖池（1)正上方，攝像頭（11)上方固定有投餌器（8)，投餌器（8)的出料ロ（21)朝向循環(huán)水養(yǎng)殖池（1)的中心位置，攝像頭（11)與服務(wù)器（6)的輸入 端連接，服務(wù)器（6)的ー個輸出端與DSP(7)的輸入端相連，服務(wù)器（6)的另ー個輸出端和 DSP(7)的輸出端均與顯示器（9)連接； 投餌器（8)包括盒體及置于盒體內(nèi)的儲料倉（19)、過渡倉（20)和電機(jī)（18)，儲料倉 (19) 底部具有出口，出口處設(shè)有用于控制其開啟閉合的電磁閥（16)，過渡倉（20)為上部 開ロ的罐體，位于儲料倉（19)出口正下方，投餌器出料ロ（21)設(shè)在盒體底部，位于過渡倉 (20) 正下方，過渡倉（20)底部設(shè)有重力傳感器（17)，電機(jī)（18)的轉(zhuǎn)軸與過渡倉（20)的側(cè) 壁固定，重力傳感器（17)的信號輸出端與PLC(15)的輸入端連接，PLC(15)的兩個輸出端 分別與電機(jī)（18 )和電磁閥（16 )連接； 兩只LED燈（14)對稱固定于循環(huán)水養(yǎng)殖池（1)上方，LED燈（14)的發(fā)光面朝向水面，PLC(15)的另兩個輸出端分別與兩只LED燈（14)連接。
2. 應(yīng)用如權(quán)利要求1所述的裝置自動檢測魚類攝食節(jié)律的方法，其特征在于包括如 下步驟： 1)通過PLC(15)控制投餌器（8)定時投餌，設(shè)定單次投料量為養(yǎng)殖池（1)內(nèi)魚體總重 的1% ; 2 )攝像頭（11)拍攝單次投料后魚類攝食的畫面，并將其傳輸至服務(wù)器（6 ); 3) 服務(wù)器（6)對接收的畫面進(jìn)行預(yù)處理，提取前30秒內(nèi)的畫面在色彩模型RGB中的R 分量畫面，對其進(jìn)行高斯濾波處理，將處理后的幀畫面?zhèn)鬏斨罝SP(7); 4. DSP(7)對接收的幀畫面進(jìn)行魚體攝食活躍程度分析，具體如下： ① 采用無邊界主動輪廓模型的圖像分割方法圈出每幀畫面中的光斑區(qū)域和倒影區(qū) 域，對每幀畫面中除光斑區(qū)域和倒影區(qū)域外的部分，利用灰度圖像直方圖統(tǒng)計法得出其出 現(xiàn)概率由高到低的/？個像素值，《<5,取這/7個像素值的平均值，用平均值取代相應(yīng)幀畫面 中的光斑區(qū)域和倒影區(qū)域； ② 利用OSTU算法將經(jīng)①處理后的每幀畫面二值化，并利用無邊界主動輪廓模型的圖 像分割方法分割出當(dāng)前二值圖像中的目標(biāo)區(qū)域，井分別計算各個目標(biāo)區(qū)域的面積，去除其 中面積小于預(yù)先設(shè)定的最小面積閾值的區(qū)域； ③ 對經(jīng)②處理后的前三幀畫面采用Lucas-kanade光流法計算，對第一幀和第二幀畫 面計算得到一幅光流圖，對第二幀和第三幀畫面計算得到另一幅光流圖，對兩幅光流圖中 相應(yīng)位置像素點的幅值取平均值得到該位置像素點的瞬時速度a，計算兩幅光流圖相應(yīng)位 置的像素點的矢量夾角得到該位置像素點的瞬時轉(zhuǎn)角ん設(shè)兩幅光流圖中相應(yīng)位置的像素 點的矢量分別為/?和<7，則<3=(|/7| + |<7|)/2;/^11'(^〇8(>*<?/|/7||<7|); 統(tǒng)計a>c且ゐ> 啲像素點的個數(shù)，并計算其占總像素點個數(shù)的比值，得到聯(lián)合分布 概率e，其中c、(6/分別為預(yù)先設(shè)定的速度閾值和轉(zhuǎn)角閾值； ④對經(jīng)②處理后的每幀畫面進(jìn)行魚群的攝食面積計算： I計算出當(dāng)前幀畫面中每個目標(biāo)區(qū)域的質(zhì)心； II在當(dāng)前幀畫面內(nèi)所有橫坐標(biāo)或縱坐標(biāo)為最大或最小的質(zhì)心中，任取三個依次連接 構(gòu)成三角形W1;判斷其余質(zhì)心是否在Wi內(nèi)，若在則標(biāo)記該質(zhì)心，并判斷下ー質(zhì)心，若不在則 將該質(zhì)心與三角形1頂點中距其最近的兩個質(zhì)心相連，構(gòu)成四角形W2;再判斷其余未標(biāo)記 質(zhì)心是否在W2內(nèi)，若在則標(biāo)記該質(zhì)心，并判斷下ー質(zhì)心，若不在則將該質(zhì)心與四角形ル頂點 中距其最近的兩個質(zhì)心相連，構(gòu)成五角形W3;以此類推至所有質(zhì)心均被判斷過； III經(jīng)II處理最終得到的由/7個質(zhì)心構(gòu)成的/7角形Wfl，其面積即為當(dāng)前幀畫面對應(yīng)的魚 群攝食面積私n>3 ; 1對各幀畫面對應(yīng)的魚群攝食面積進(jìn)行比較，設(shè)最小面積對應(yīng)的幀畫面為第4貞，則 魚群攝食變化幀數(shù)/=; .3:計算投料后魚體攝食活躍程度尤I=W/; 5)DSP(7)將每次投料后的魚體攝食活躍程度T進(jìn)行對比，得出養(yǎng)殖池內(nèi)魚體的攝食 節(jié)律數(shù)據(jù)，并傳輸給顯示器（9)進(jìn)行顯示。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于計算機(jī)視覺技術(shù)的魚類攝食節(jié)律自動檢測裝置，包括循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)、DSP、服務(wù)器、PLC、顯示器、LED燈、投餌器和攝像頭；采用該裝置進(jìn)行魚類攝食節(jié)律檢測的方法是采用PLC控制投餌器定時定量投餌，攝像頭將每次餌料投喂后的視頻畫面?zhèn)鬏斨练?wù)器，服務(wù)器對視頻畫面進(jìn)行預(yù)處理，繼而DSP對魚類攝食活躍程度進(jìn)行分析；在實驗周期內(nèi)，對每次投喂后魚類攝食活躍程度進(jìn)行分析即可獲得魚類的攝食節(jié)律數(shù)據(jù)。采用本發(fā)明的裝置進(jìn)行魚類攝食節(jié)律檢測的工序簡單，快捷高效，可極大程度上避免人為活動對魚類攝食的干擾，再且循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)能保證養(yǎng)殖水體質(zhì)量及魚類良好生長，為魚類長期的攝食節(jié)律的檢測提供較佳的福利條件。
【IPC分類】A01K61-00, A01K63-04
【公開號】CN104621021
【申請?zhí)枴緾N201510097609
【發(fā)明人】葉章穎, 趙建, 裴洛偉, 高薇珊, 王朔, 朱松明, 盧煥達(dá)
【申請人】浙江大學(xué)
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年3月5日