本實(shí)用新型涉及養(yǎng)殖技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種養(yǎng)殖魚(yú)類游動(dòng)方向測(cè)定系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖規(guī)模的擴(kuò)大和信息技術(shù)的發(fā)展，有必要對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖過(guò)程中的養(yǎng)殖對(duì)象的實(shí)時(shí)行為進(jìn)行監(jiān)控。其中，魚(yú)類的游動(dòng)方向是衡量魚(yú)類群體行為的一個(gè)重要指標(biāo)。因此，及時(shí)準(zhǔn)確獲取魚(yú)類的游動(dòng)方向信息可以為后續(xù)行為監(jiān)控分析提供重要方法依據(jù)，對(duì)后續(xù)研究魚(yú)類疾病預(yù)警、投飼控制等有重要意義。

目前魚(yú)類游動(dòng)方向的測(cè)定主要是利用傳統(tǒng)機(jī)器視覺(jué)的方法。通常對(duì)圖像進(jìn)行建模分析處理，此種方法成本低，但是也存在很多不足之處。例如，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖車(chē)間一般光線比較暗，為獲得較好的效果，需要增加光源或者額外補(bǔ)光，有可能會(huì)影響魚(yú)類的正常生長(zhǎng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)以上缺陷，本實(shí)用新型提供一種養(yǎng)殖魚(yú)類游動(dòng)方向測(cè)定系統(tǒng)，適用于光線條件暗的工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖中，而且不會(huì)對(duì)魚(yú)類的正常生長(zhǎng)造成影響。

本實(shí)用新型提供的養(yǎng)殖魚(yú)類游動(dòng)方向測(cè)定系統(tǒng)包括近紅外相機(jī)和與所述近紅外相機(jī)連接的主控器，其中：

所述主控器用于控制所述近紅外相機(jī)采集魚(yú)池內(nèi)魚(yú)類的近紅外圖像，并根據(jù)所述近紅外圖像確定所述魚(yú)類的游動(dòng)方向。

可選的，所述系統(tǒng)還包括與所述主控器連接的近紅外光源；

所述主控器還用于控制所述近紅外光源的開(kāi)啟和關(guān)閉；

所述近紅外光源用于在開(kāi)啟時(shí)為所述近紅外相機(jī)補(bǔ)光。

可選的，所述近紅外光源包括圍設(shè)在所述近紅外相機(jī)周?chē)娜舾蓚€(gè)近紅外燈，各個(gè)近紅外燈的光軸與所述近紅外相機(jī)的光軸平行，且各個(gè)近紅外燈的焦點(diǎn)在同一平面上。

可選的，所述系統(tǒng)還包括：

水處理裝置，用于對(duì)所述魚(yú)池內(nèi)的養(yǎng)殖用水進(jìn)行物理過(guò)濾和/或生化過(guò)濾。

可選的，所述主控器具體用于：

根據(jù)所述近紅外圖像中各像素點(diǎn)的亮度差異，確定背景圖像；

根據(jù)所述近紅外圖像中各個(gè)像素點(diǎn)的亮度與所述背景圖像中對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的亮度，確定各條魚(yú)所在的位置；

根據(jù)邊緣計(jì)算算法，對(duì)確定出位置的魚(yú)進(jìn)行邊緣分割；

確定所分割得到的魚(yú)的頭部和質(zhì)心；

根據(jù)該魚(yú)的頭部相對(duì)于質(zhì)心的方向，確定該魚(yú)的游動(dòng)方向。

可選的，所述主控器還用于：

在確定所分割得到的魚(yú)的頭部和質(zhì)心之前，根據(jù)所分割得到的各條魚(yú)進(jìn)行過(guò)濾，將像素點(diǎn)個(gè)數(shù)大于預(yù)設(shè)的最小閾值且小于預(yù)設(shè)的最大閾值的魚(yú)作為需要確定頭部和質(zhì)心的魚(yú)。

可選的，所述主控器具體用于：所述確定所分割得到的魚(yú)的頭部，包括：

確定所分割得到的魚(yú)的最小外接矩形；

將所述最小外接矩形等分為三個(gè)子矩形，該三個(gè)子矩形沿所述最小外接矩形的長(zhǎng)度方向排列；

計(jì)算該三個(gè)子矩形中第一個(gè)子矩形的各個(gè)像素點(diǎn)的平均亮度值和該子矩形內(nèi)魚(yú)的寬度；

計(jì)算該三個(gè)子矩陣中第三個(gè)子矩陣的各個(gè)像素點(diǎn)的平均亮度值和該子矩陣內(nèi)魚(yú)的寬度；

將所述第一個(gè)子矩形和所述第三個(gè)子矩陣中平均亮度值和寬度均較大的子矩陣作為魚(yú)頭的位置；

其中，所述寬度為沿所述最小外接矩形的寬度方向的長(zhǎng)度大小。

本實(shí)用新型提供的養(yǎng)殖魚(yú)類游動(dòng)方向測(cè)定系統(tǒng)，采用近紅外相機(jī)采集魚(yú)類的游動(dòng)方向，然后采用主控器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，進(jìn)而得到游動(dòng)方向。由于采用的是近紅外相機(jī)進(jìn)行圖像采集，而近紅外波段處于非可見(jiàn)光范圍，非常適合應(yīng)用于光線條件暗的工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖中。同時(shí)，不會(huì)對(duì)魚(yú)類的正常生長(zhǎng)造成影響。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本公開(kāi)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本公開(kāi)的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些圖獲得其他的附圖。

圖1示出了本實(shí)用新型一實(shí)施例中養(yǎng)殖魚(yú)類游動(dòng)方向測(cè)定系統(tǒng)的安裝示意圖；

圖2示出了本實(shí)用新型一實(shí)施例中魚(yú)的最小外接矩形的等分示意圖；

附圖標(biāo)記說(shuō)明：

1-近紅外相機(jī)；2-主控器；3-近紅外光源；4-魚(yú)池；5-水處理裝置。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本公開(kāi)實(shí)施例中的附圖，對(duì)本公開(kāi)實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒竟_(kāi)中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本公開(kāi)保護(hù)的范圍。

本實(shí)用新型提供一種養(yǎng)殖魚(yú)類游動(dòng)方向測(cè)定系統(tǒng)，如圖1所示，該系統(tǒng)包括近紅外相機(jī)1和與所述近紅外相機(jī)1連接的主控器2，其中：

所述主控器2用于控制所述近紅外相機(jī)1采集魚(yú)池4內(nèi)魚(yú)類的近紅外圖像，并根據(jù)所述近紅外圖像確定所述魚(yú)類的游動(dòng)方向。

在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可將所述近紅外相機(jī)1設(shè)置在魚(yú)池4的上方，以采集魚(yú)類的近紅外圖像。此時(shí)，可將紅外相機(jī)的光軸垂直于魚(yú)池4水面。

本實(shí)用新型提供的游動(dòng)方向測(cè)定系統(tǒng)中，采用近紅外相機(jī)1采集魚(yú)類的游動(dòng)方向，然后采用主控器2進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，進(jìn)而得到游動(dòng)方向。由于采用的是近紅外相機(jī)1進(jìn)行圖像采集，而近紅外波段處于非可見(jiàn)光范圍，非常適合應(yīng)用于光線條件暗的工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖中?；谒畬?duì)近紅外波段光的強(qiáng)烈吸收能力，浸沒(méi)在水中的物體的亮度取決于光從光源到目標(biāo)物體又返回到相機(jī)的路徑長(zhǎng)度，進(jìn)而確定游動(dòng)方向。同時(shí)，不會(huì)對(duì)魚(yú)類的正常生長(zhǎng)造成影響。

在具體實(shí)施時(shí)，本實(shí)用新型提供的游動(dòng)方向測(cè)定系統(tǒng)還可以包括與所述主控器2連接的近紅外光源3；對(duì)應(yīng)的，所述主控器2還用于控制所述近紅外光源3的開(kāi)啟和關(guān)閉；所述近紅外光源3用于在開(kāi)啟時(shí)為所述近紅外相機(jī)1補(bǔ)光。這里，利用近紅外光源3對(duì)近紅外相機(jī)1進(jìn)行補(bǔ)光，以改善采集的圖像畫(huà)質(zhì)。

其中，近紅外光源3的具體結(jié)構(gòu)和設(shè)置方式可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇。例如，近紅外光源3包括圍設(shè)在所述近紅外相機(jī)1周?chē)娜舾蓚€(gè)近紅外燈，各個(gè)近紅外燈的光軸與所述近紅外相機(jī)1的光軸平行，且各個(gè)近紅外燈的焦點(diǎn)在同一平面上。這樣的話，各個(gè)近紅外燈可以對(duì)近紅外相機(jī)1在任何方向的補(bǔ)光量相同。

其中，近紅外燈的數(shù)量、近紅外燈發(fā)射光的波長(zhǎng)、近紅外燈的功率等可以自行選擇，例如為8個(gè)，波長(zhǎng)為820nm，功率為3W，整個(gè)近紅外光源3的功率為24W，這幾個(gè)遠(yuǎn)紅外燈與相機(jī)之間的距離為5cm。

在具體實(shí)施時(shí)，為了對(duì)魚(yú)池4內(nèi)的養(yǎng)殖用水進(jìn)行凈化，本實(shí)用新型提供的游動(dòng)方向測(cè)定系統(tǒng)還可以包括：水處理裝置5，用于對(duì)所述魚(yú)池4內(nèi)的養(yǎng)殖用水進(jìn)行物理過(guò)濾和/或生化過(guò)濾。

其中，物理過(guò)濾是指去除水中的糞便、殘餌等大顆粒雜質(zhì)。

其中，生化過(guò)濾是指分離水中的氨氮和亞硝酸鹽，紫外線消毒殺菌等。

在具體實(shí)施時(shí)，魚(yú)池4的大小和材質(zhì)可以根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇，例如，1.2m高，直徑為1.5m的玻璃缸魚(yú)池4。

在具體實(shí)施時(shí)，主控器2可以采用PC機(jī)、工控機(jī)。

在具體實(shí)施時(shí)，所述主控器2根據(jù)近紅外圖像確定游動(dòng)方向的方式有多種，其中一種方式為：

S1、根據(jù)所述近紅外圖像中各像素點(diǎn)的亮度差異，確定背景圖像；

S2、根據(jù)所述近紅外圖像中各個(gè)像素點(diǎn)的亮度與所述背景圖像中對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的亮度，確定各條魚(yú)所在的位置；

S3、根據(jù)邊緣計(jì)算算法，對(duì)確定出位置的魚(yú)進(jìn)行邊緣分割；

S4、確定所分割得到的魚(yú)的頭部和質(zhì)心；

S5、根據(jù)該魚(yú)的頭部相對(duì)于質(zhì)心的方向，確定該魚(yú)的游動(dòng)方向。

主控器2在上述處理過(guò)程中，通過(guò)確定背景圖像，然后基于背景圖像確定各條魚(yú)的位置，并將各條魚(yú)作為目標(biāo)，進(jìn)行邊緣分割、確定質(zhì)心和頭部，然后根據(jù)質(zhì)心和頭部的相對(duì)位置，確定游動(dòng)方向。當(dāng)然，還可以采用其他的方式確定游動(dòng)方向，這里不一一贅述。

可理解的是，至于采集到的每一幀近紅外圖像，均可以通過(guò)上述過(guò)程確定魚(yú)的游動(dòng)方向。

近紅外圖像中魚(yú)的亮度要比魚(yú)池4壁返回來(lái)亮度高，基于此，在S1中，背景圖像的確定過(guò)程可以為：當(dāng)某個(gè)位置的(x，y)的平均像素亮度大于δI_x,y(0<δ<1，I_x,y為此處的像素亮度)時(shí)，此時(shí)背景亮度為I_x,y，反之背景亮度為從而可以去除背景中的魚(yú)類以獲得圖像背景。其中，系數(shù)δ需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況多次試驗(yàn)取得。

在S2中，對(duì)于位置(x,y)，,和σ_x,y為平均亮度和背景方差，I_x,y為像素點(diǎn)的亮度。如果則此點(diǎn)為背景，反之則為探測(cè)到的目標(biāo)。

在S3中，魚(yú)體深度不同，亮度不同，此特征可用于上下重疊的魚(yú)體邊緣分割。其中，邊緣計(jì)算算法，例如為基于Roberts算子的邊緣計(jì)算算法。

在S5中，相比于魚(yú)其他部分，魚(yú)頭部反射回來(lái)光的亮度亮且和寬度寬，可用來(lái)確定魚(yú)的運(yùn)動(dòng)方向。

在具體實(shí)施時(shí)，本實(shí)用新型提供的游動(dòng)方向測(cè)定系統(tǒng)中的主控器2還可以用于：在確定所分割得到的魚(yú)的頭部和質(zhì)心之前，根據(jù)所分割得到的各條魚(yú)進(jìn)行過(guò)濾，將像素點(diǎn)個(gè)數(shù)大于預(yù)設(shè)的最小閾值且小于預(yù)設(shè)的最大閾值的魚(yú)作為需要確定頭部和質(zhì)心的魚(yú)。

這里，通過(guò)過(guò)濾過(guò)程可以根據(jù)像素點(diǎn)數(shù)量去除與魚(yú)相比過(guò)大或者過(guò)小的物體，濾除噪聲、以及沒(méi)有分離的重疊的斑點(diǎn)。其中，最小閾值可以為根據(jù)最大的20條魚(yú)的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)的平均值，最大閾值可以是根據(jù)最小的20條魚(yú)的像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)的平均值。

在具體實(shí)施時(shí)，所述主控器2所執(zhí)行的S4可以具體包括：

確定所分割得到的魚(yú)的最小外接矩形；

將所述最小外接矩形等分為三個(gè)子矩形，該三個(gè)子矩形沿所述最小外接矩形的長(zhǎng)度方向排列；

計(jì)算該三個(gè)子矩形中第一個(gè)子矩形的各個(gè)像素點(diǎn)的平均亮度值和該子矩形內(nèi)魚(yú)的寬度；

計(jì)算該三個(gè)子矩陣中第三個(gè)子矩陣的各個(gè)像素點(diǎn)的平均亮度值和該子矩陣內(nèi)魚(yú)的寬度；

將所述第一個(gè)子矩形和所述第三個(gè)子矩陣中平均亮度值和寬度均較大的子矩陣作為魚(yú)頭的位置；

其中，所述寬度為沿所述最小外接矩形的寬度方向的長(zhǎng)度大小。

這里，如圖2所示，將每個(gè)目標(biāo)的劃分為三部分并計(jì)算前后三分之一的亮度和寬度，寬且亮的三分之一魚(yú)部分被認(rèn)為是魚(yú)頭，從而可以確定魚(yú)運(yùn)動(dòng)方向。

在具體實(shí)施時(shí)，主控器2在質(zhì)心位置的確定時(shí)可以采用下述方式：

利用圖像矩計(jì)算目標(biāo)區(qū)域的質(zhì)心，利用一階距計(jì)算目標(biāo)質(zhì)心，對(duì)于目標(biāo)圖像，其階距可以表示為：

其中，p和q為非負(fù)整數(shù)，i和j為圖像像素索引，其目標(biāo)質(zhì)心得坐標(biāo)公式為：

在具體實(shí)施時(shí)，如果亮度較亮且寬度較寬部分落在質(zhì)心一側(cè)，則該側(cè)端部的子矩陣被認(rèn)為是魚(yú)的頭部，另一側(cè)端部的子矩陣為魚(yú)的尾部。

需要注意的是，盡管本實(shí)用新型中的主控器涉及到數(shù)據(jù)處理流程，但是本實(shí)用新型的改進(jìn)之處并不在此，而且主控器的數(shù)據(jù)處理過(guò)程比較簡(jiǎn)單，可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的硬件模塊實(shí)現(xiàn)，因此并不涉及計(jì)算機(jī)程序的改進(jìn)。

本實(shí)用新型的說(shuō)明書(shū)中，說(shuō)明了大量具體細(xì)節(jié)。然而，能夠理解，本實(shí)用新型的實(shí)施例可以在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)踐。在一些實(shí)例中，并未詳細(xì)示出公知的方法、結(jié)構(gòu)和技術(shù)，以便不模糊對(duì)本說(shuō)明書(shū)的理解。

以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解；其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實(shí)用新型各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。