一種魚缸魚類活動(dòng)軌跡記錄方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及魚缸魚類活動(dòng)軌跡領(lǐng)域，尤其涉及一種基于圖像技術(shù)的魚缸魚類活動(dòng) 軌跡記錄方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在魚類科學(xué)研宄中，比如魚類攝食學(xué)、魚類行為學(xué)以及魚類生理學(xué)等領(lǐng)域的科研 實(shí)驗(yàn)，常常需要準(zhǔn)確地監(jiān)測、量化并記錄魚類的活動(dòng)情況及其行為參數(shù)，比如魚的位置坐 標(biāo)、運(yùn)動(dòng)軌跡以及游動(dòng)速度等。目前魚類行為活動(dòng)的常規(guī)研宄手段主要有以下兩種：1、直接 觀察法：實(shí)驗(yàn)人員通過直接觀察或觀看錄制的魚類活動(dòng)視頻錄像，來人為地獲取并分析魚 類的行為活動(dòng)情況。這種方法需要耗費(fèi)實(shí)驗(yàn)人員大量時(shí)間精力，而且難以精確地量化魚類 的行為數(shù)據(jù)。2、標(biāo)簽植入法：在魚體內(nèi)植入PIT或RFID標(biāo)記物，通過PIT、RFID等技術(shù)，來 記錄魚的活動(dòng)軌跡，從而量化其行為參數(shù)。但是這類方法檢測距離有限，而且對(duì)于小型魚和 幼魚等體型較小的魚類來說，難以植入標(biāo)記物，或其植入對(duì)魚會(huì)產(chǎn)生刺激甚至傷害。
[0003] 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，圖像技術(shù)越來越多地應(yīng)用于各種檢測、識(shí)別技術(shù)中?；?于CCD攝像的圖像檢測技術(shù)具有非接觸、精度高、實(shí)時(shí)性好等特點(diǎn)，適用于監(jiān)測、識(shí)別 魚類行為活動(dòng)?，F(xiàn)有的中國專利名稱為一種斑馬魚溫敏行為軌跡監(jiān)測儀（申請(qǐng)?zhí)枮?201320780260. 6)，該實(shí)用新型是通過攝錄裝置來獲取斑馬魚活動(dòng)的視頻數(shù)據(jù)，然后人為地 察看視頻數(shù)據(jù)并進(jìn)行行為學(xué)分析，并沒有運(yùn)用圖像分析等技術(shù)來自動(dòng)量化和輸出魚類的 行為數(shù)據(jù)?，F(xiàn)有的中國專利名稱為基于計(jì)算機(jī)視覺的水下魚蝦蟹苗數(shù)量估計(jì)與行為監(jiān)測 裝置及方法（申請(qǐng)?zhí)枮?01410007771. 3)，該發(fā)明是通過圖像處理技術(shù)來估算養(yǎng)殖池中魚 蝦蟹苗的數(shù)目、密度以及其趨光能力，但是該裝置沒有對(duì)魚蝦蟹苗的活動(dòng)軌跡進(jìn)行監(jiān)測記 錄。現(xiàn)有的中國專利名稱為一種基于計(jì)算機(jī)視覺的斑馬魚群檢測與跟蹤方法（申請(qǐng)?zhí)枮?201410213890. 4)，該發(fā)明是通過計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)來檢測與跟蹤斑馬魚群，但均是基于魚群 的，并沒有對(duì)魚只個(gè)體進(jìn)行識(shí)別、跟蹤和行為記錄。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于圖像技術(shù)的魚缸魚類活動(dòng)軌 跡記錄方法與系統(tǒng)，該方法實(shí)現(xiàn)了魚的重心定位，魚活動(dòng)軌跡的記錄、魚的運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng) 方向及朝向的確定。
[0005] 本發(fā)明的目的通過以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[0006] 一種魚缸魚類活動(dòng)軌跡記錄方法，該方法基于圖像技術(shù)，包括：
[0007] A獲取魚圖像樣本；
[0008]B采集圖像，并將魚圖像樣本與采集到的圖像進(jìn)行匹配，獲得匹配區(qū)域；
[0009] C通過匹配區(qū)域的位置確定魚所在的區(qū)域、魚的重心位置及魚的朝向；
[0010]D通過獲取不同時(shí)刻魚的重心位置得到魚的活動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度及運(yùn)動(dòng)方向。與現(xiàn) 有技術(shù)相比，本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例可以具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0011] 實(shí)現(xiàn)了魚的重心定位、魚活動(dòng)軌跡的記錄、魚的運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)方向及朝向的確 定。
【附圖說明】
[0012] 圖1是魚缸魚類活動(dòng)軌跡記錄方法流程圖；
[0013] 圖2是魚缸魚類活動(dòng)軌跡記錄方法獲得的最終匹配區(qū)域結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā) 明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0015] 如圖1所示，為魚缸魚類活動(dòng)軌跡記錄方法，該方法基于圖像技術(shù)，所述方法包括 如下步驟：
[0016] 步驟10獲取魚圖像樣本；
[0017] 當(dāng)魚頭朝上時(shí)獲取一張魚的圖像樣本，當(dāng)魚頭朝下時(shí)獲取一張魚的圖像樣本，用 矩陣形式表示SAmixnl。
[0018] 步驟20采集圖像，并將魚圖像樣本與采集到的圖像進(jìn)行匹配，獲得匹配區(qū)域；
[0019] 從采集到的圖像中第一個(gè)元素開始，提取一個(gè)和魚圖像樣本一樣大小的區(qū)域，通 過比較來得到和魚圖像樣本匹配的區(qū)域：
[0020] 1、用攝像機(jī)開始采集圖像，用矩陣形式表示為Bm2xn2:
[0021] 2、從采集到的圖像Bm2xn2中第一個(gè)元素開始，提取一個(gè)和魚圖像樣本Amixnl-樣大 小的矩陣Ci，然后做相減處理：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種魚缸魚類活動(dòng)軌跡記錄方法，其特征在于，所述方法基于圖像技術(shù)，包括： A獲取魚圖像樣本； B采集圖像，并將魚圖像樣本與采集到的圖像進(jìn)行匹配，獲得匹配區(qū)域； C通過匹配區(qū)域的位置確定魚所在的區(qū)域、魚的重心位置及魚的朝向； D通過獲取不同時(shí)刻魚的重心位置得到魚的活動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度及運(yùn)動(dòng)方向。
2. 如權(quán)利要求1所述的魚缸魚類活動(dòng)軌跡記錄方法，其特征在于，所述步驟A中：獲取 兩張魚圖像樣本，其中一張為魚頭朝上時(shí)的圖像樣本，另一張為魚頭朝下時(shí)的圖像樣本，用 矩陣形式表示為A mixnl。
3. 如權(quán)利要求1所述的魚缸魚類活動(dòng)軌跡記錄方法，其特征在于，所述步驟B具體包 括，將魚圖像樣本繞中心點(diǎn)依次旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度Θ，并依次與采集到的圖像進(jìn)行匹配，獲得匹 配區(qū)域。
4. 如權(quán)利要求1所述的魚缸魚類活動(dòng)軌跡記錄方法，其特征在于，所述步驟B中：將魚 圖像樣本與采集到的圖像進(jìn)行匹配，其匹配方法為： 魚樣本圖像為矩陣Aniixnl，采集到的圖像為矩陣Bni2xn2 (ml〈m2, nl〈n2)，從矩陣B中的第 一個(gè)元素開始依次提取和矩陣A大小一樣的舉證Ci i = 1,2,…，（m2-ml) (n2-nl)
將矩陣Ci與矩陣A相減得到矩陣D ρ
將Di中的每一個(gè)元素進(jìn)行平方然后求和，可得： 然后在這些％中求取最小值a， a = min (a1； a2, ···, a(m2_ml) (n2-nl))； 則a所對(duì)應(yīng)的矩陣C為匹配區(qū)域。
5. 如權(quán)利要求3所述的魚缸魚類活動(dòng)軌跡記錄方法，其特征在于，所述將魚樣本圖像 旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度Θ方法為： 設(shè)（χ。]。）為旋轉(zhuǎn)前的坐標(biāo)，（x'，y'）為旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)，則：
6. 如權(quán)利要求3所述的魚缸魚類活動(dòng)軌跡記錄方法，其特征在于，對(duì)兩張不同的魚圖 像樣本分別與采集到的圖像進(jìn)行匹配，選取匹配區(qū)域1和匹配區(qū)域2,然后對(duì)匹配區(qū)域1和 匹配區(qū)域2進(jìn)行比較，選擇其中一個(gè)作為最終匹配區(qū)域。
7. 如權(quán)利要求6所述的魚缸魚類活動(dòng)軌跡記錄方法，其特征在于，選取匹配區(qū)域1或匹 配區(qū)域2的方法為： 設(shè)Ri為將魚圖像樣本第i次旋轉(zhuǎn)后與采集到的圖像進(jìn)行匹配獲得的匹配區(qū)域，A i為相 應(yīng)的魚圖像樣本，F(xiàn)i為矩陣R ,與矩陣A ,相減所得到的矩陣，r ,為F ,矩陣每個(gè)元素的平方 和，則：
然后在這些:Ti中求取最小值r， r = min (r" r2，…，(n2_nl)) 則所對(duì)應(yīng)的矩陣Rj為匹配區(qū)域1或匹配區(qū)域2。
8. 如權(quán)利要求6所述的魚缸魚類活動(dòng)軌跡記錄方法，其特征在于，在匹配區(qū)域1和匹配 區(qū)域2中選擇最終的匹配區(qū)域方法為： 將采集到的圖像轉(zhuǎn)換為二值圖，魚像所在區(qū)域的像元取值為1，其余區(qū)域的像元取值為 0,比較匹配區(qū)域1與匹配區(qū)域2中像元取值為1的個(gè)數(shù)，像元取值為1的個(gè)數(shù)較多的那個(gè) 區(qū)域即為最終匹配區(qū)域。
9. 如權(quán)利要求1所述的魚缸魚類活動(dòng)軌跡記錄方法，其特征在于，所述步驟C中：魚所 在的區(qū)域就是最終匹配區(qū)域，魚的重心位置為最終匹配區(qū)域的中心線的位置，魚的朝向?yàn)?最終匹配區(qū)域的方向。
10. 如權(quán)利要求1所述的魚缸魚類活動(dòng)軌跡記錄方法，其特征在于，所述步驟D中：魚 的活動(dòng)軌跡為不同時(shí)刻魚的重心位置的連線，魚的運(yùn)動(dòng)速度為兩時(shí)刻魚重心位置的距離與 對(duì)應(yīng)時(shí)間的比值，魚的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)轸~活動(dòng)軌跡的切線方向。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種魚缸魚類活動(dòng)軌跡記錄方法，該方法基于圖像技術(shù)，包括：獲取魚圖像樣本；采集圖像，并將魚圖像樣本與采集到的圖像進(jìn)行匹配，獲得匹配區(qū)域；通過匹配區(qū)域的位置確定魚所在的區(qū)域、魚的重心位置及魚的朝向；通過獲取不同時(shí)刻魚的重心位置得到魚的活動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度及運(yùn)動(dòng)方向。本發(fā)明提供的方法實(shí)現(xiàn)了魚的重心定位、魚活動(dòng)軌跡的記錄、魚的運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)方向及朝向的確定。
【IPC分類】A01K61-00
【公開號(hào)】CN104872025
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510308465
【發(fā)明人】劉少昱, 黃燕華
【申請(qǐng)人】廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧研究所
【公開日】2015年9月2日
【申請(qǐng)日】2015年6月8日