專利名稱：基于數(shù)碼攝像裝置的水迷宮動物實驗系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及動物能力行為測試技術領域，具體涉及一種水迷宮動物實驗系 統(tǒng)。
背景技術：
Morris水迷宮(Morris water maze,MWM)實驗是一種強迫實驗動物(大鼠、小鼠) 游泳，學習尋找隱藏在水中平臺的一種實驗，主要用于測試實驗動物對空間位置感和方向 感(空間定位)的學習記憶能力。被廣泛應用于學習記憶、老年癡呆、海馬/外海馬研究、 智力與衰老、新藥開發(fā)/篩選/評價、藥理學、毒理學、預防醫(yī)學、神經(jīng)生物學、動物心理學及 行為生物學等多個學科的科學研究和計算機輔助教學等領域，在世界上已經(jīng)得到廣泛地認 可，是醫(yī)學院校開展行為學研究尤其是學習與記憶研究的首選經(jīng)典實驗?，F(xiàn)有的水迷宮系統(tǒng)多以直接觀察和手工記錄為主，客觀性較差，耗時費力，指標較 少。

實用新型內(nèi)容有鑒于此，為了解決上述問題，為此，本實用新型提出一種無需人工觀察、記錄的 水迷宮系統(tǒng)。本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的基于數(shù)碼攝像裝置的水迷宮動物實驗系統(tǒng)，包 括水迷宮、數(shù)碼攝像裝置和數(shù)據(jù)處理裝置，所述數(shù)碼攝像裝置正對水迷宮的頂部，數(shù)碼攝像 裝置的數(shù)據(jù)輸出端與數(shù)據(jù)處理裝置的數(shù)據(jù)輸入端電連接。進一步，所述數(shù)據(jù)處理裝置為PC機；進一步，所述數(shù)碼攝像裝置與數(shù)據(jù)處理裝置通過USB接口電連接；進一步，所述水迷宮外設置有環(huán)繞水迷宮的遮光罩。進一步，所述遮光罩為布罩。本實用新型相對于現(xiàn)有技術，具有如下優(yōu)點通過數(shù)碼攝像頭采集水迷宮的圖像 數(shù)據(jù)，由數(shù)據(jù)處理裝置進行自動記錄和處理，可無需人工值守觀察、記錄，并可通過數(shù)據(jù)處 理裝置對圖像進行分析，獲得動物的運動軌跡，獲得動物潛伏期、路程、初始朝向角、各象限 時間、在某區(qū)間活動頻率等，以為后期研究提供豐富、準確的數(shù)據(jù)。本實用新型的其他優(yōu)點、目標，和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡 述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領域技術人員而言將是顯而易見的，或 者可以從本實用新型的實踐中得到教導。本實用新型的目標和其他優(yōu)點可以通過下面的說 明書，權利要求書，以及附圖中所特別指出的結構來實現(xiàn)和獲得。

為了使本實用新型的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本實用 新型作進一步的詳細描述CN 201893060 U
說明書
2/3頁圖1示出了基于數(shù)碼攝像裝置的水迷宮動物實驗系統(tǒng)的結構示意圖；圖2示出了運動檢測模型示意圖。
具體實施方式
以下將參照附圖，對本實用新型的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。參見圖1，包括水迷宮1、數(shù)碼攝像裝置2、數(shù)據(jù)處理裝置3和遮光罩(圖中未示 出)，所述數(shù)碼攝像裝置正對水迷宮的頂部，所述數(shù)據(jù)處理裝置可選用PC機，所述數(shù)碼攝像 裝置與數(shù)據(jù)處理裝置通過USB接口電連接，所述水迷宮外設置有環(huán)繞水迷宮四周的布質遮 光罩，所述布質遮光罩頂部開口，優(yōu)選為藍布。在使用時，調整好水色與老鼠的顏色反差，使用深色布罩遮擋外界光線干擾，以數(shù) 碼攝像裝置效果對比度明顯、沒有其他波紋反光為佳。保持此狀態(tài)，取出老鼠，采集一張沒 有實驗動物的場景照片，作為背景圖片。然后，在水迷宮中放入老鼠，根據(jù)既定實驗計劃，開 始實驗，并用數(shù)碼攝像裝置同步采集圖像。將圖像中的每幀分別提取出來，用差影法與背景 圖片進行比對，從而提取出老鼠當前的實際運動位置。差影法公式如下C (x, y) = fl(x, y)-f2(x, y)由于外界的干擾和電子產(chǎn)品自身精度的影響，同一場景間也存在一些誤差，都可 能導致相鄰兩幀圖像中，空間矩陣上一些像素點的灰度差異。為了解決此誤差，我們給差影 法公式中，選定一個閾值M，這個閾值通過實驗動物顏色的預識別得到。兩圖相減，低于此閾 值的為0，高于此閾值的為1。從而將提取的運動目標圖轉變?yōu)橐粋€二值圖。[0021]為了進一步提高運動目標的檢測精度，同時為了檢測是否真的有運動發(fā)生而非波 紋反光或電子干擾，我們將連續(xù)兩幀圖像和背景與當前幀圖像分別通過上述選定閾值的改 進差影法運算后直接相乘，則此時得到的二值化圖像不但能夠去除因為一段實驗時間后幀 圖像與背景圖像間的誤差，而且通過統(tǒng)計該二值圖中像素點為1的個數(shù)可以很好的判斷是 否實驗動物的運動發(fā)生，并提取運動中的老鼠目標，予以臨時儲存或永久儲存。即只記錄其 運動幀，而不記錄的幀則說明老鼠是不運動的，與上一個運動幀保持同樣狀態(tài)。這樣在保證 運動目標軌跡恢復的前提下既可以減少存儲資源，也為后續(xù)的進一步去噪與提取運動軌跡 運算減少了運算量。最終建立起一個運動檢測模型，如圖2所示，fl、f2為連續(xù)兩幀，f2為當前幀，bk 為背景圖像，m為閾值后的二值化運算。(8)圖像矩陣相乘運算。通過此模型，可以比較精確地去除可能出現(xiàn)的反光干擾，得到真實的運動目標動 態(tài)幀。并將該動態(tài)幀進行二值化存儲，為下一步精確提取運動目標位置做準備。雖然經(jīng)過上述處理，運動目標提取經(jīng)過實驗得到了很好的效果，但考慮到水池環(huán) 境的復雜性，如水池環(huán)境過于粗糙，老鼠在運動中因為泛起水波而造成局部反光的問題依 然可能存在，會造成提取后的二值圖像出現(xiàn)一些小的雜點。因此，本系統(tǒng)采用連通區(qū)域標記 的方式檢測像素點為1的區(qū)域，并將這些區(qū)域的面積(連通像素點數(shù))進行比較，若發(fā)現(xiàn)像 素值為1的區(qū)域多于一個，則把具有最大面積的區(qū)域視為目標，而把小面積的區(qū)域視為噪 聲，將其去除。除使用遮光罩外，還通過如下手段抑制光線干擾(1)在實驗準備步驟中對水迷宮位置的校準，限定了分析計算的范圍，使得軟件不計算水迷宮外的圖像，從而可以排除水 迷宮外的光線干擾；(2)引入差影法原理，并通過實驗動物顏色的預識別，通過設定識別閾 值。利用兩幀相乘思路建立起的運動檢測模型，在很大程度上減少了實驗背景的干擾；(3) 引入4鄰域連通算法，通過計算疑似運動目標位點的像素個數(shù)進一步去除運動目標下的波 紋等噪聲，完整提取運動目標。從檢測的結果看，這些措施成功地抑制了光線干擾，使本系 統(tǒng)具有較強的抗干擾能力。通過運動檢測模型的建立和4鄰域連通運算處理后的動態(tài)目標二值圖，可以很容 易的明確像素點為1的面積最大區(qū)域位置為運動中的老鼠在該幀的位置。同時，通過用4 鄰域連通標記方式還可以明確運動目標所占區(qū)域的上下左右點坐標，對四個點計算中心點 即為老鼠實際位點。而未記錄的幀則是老鼠處于前面記錄的動態(tài)幀的相同位置。從而可以 輕松的還原老鼠運動時間與路徑軌跡。根據(jù)系統(tǒng)提供的實驗范圍勾畫模板和實驗條件標注模板，可以根據(jù)實驗者設計的 實驗要素(如劃分的象限、區(qū)間、安全島的設置，在水池中可以用物塊對應放置，在軟件中 虛擬標注)進行相應的數(shù)據(jù)分析，比如可以計算潛伏期、路程、初始朝向角、各象限時間等 水迷宮參數(shù)并對潛伏期內(nèi)任意時間段時行以上參數(shù)的計算，統(tǒng)計在某浮出水面的某木塊 (安全島)上停留時間，攀上該木塊的次數(shù)，在某區(qū)間活動頻率等。并可以導入excel文檔 做進一步的分析。以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例，并不用于限制本實用新型，顯然，本領域 的技術人員可以對本實用新型進行各種改動和變型而不脫離本實用新型的精神和范圍。這 樣，倘若本實用新型的這些修改和變型屬于本實用新型權利要求及其等同技術的范圍之 內(nèi)，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權利要求1.基于數(shù)碼攝像裝置的水迷宮動物實驗系統(tǒng)，其特征在于包括水迷宮、數(shù)碼攝像裝 置和數(shù)據(jù)處理裝置，所述數(shù)碼攝像裝置正對水迷宮的頂部，數(shù)碼攝像裝置的數(shù)據(jù)輸出端與 數(shù)據(jù)處理裝置的數(shù)據(jù)輸入端電連接。
2.根據(jù)權利要求1所述基于數(shù)碼攝像裝置的水迷宮動物實驗系統(tǒng)，其特征在于所述 數(shù)據(jù)處理裝置為PC機。
3.根據(jù)權利要求2所述基于數(shù)碼攝像裝置的水迷宮動物實驗系統(tǒng)，其特征在于所述 數(shù)碼攝像裝置與數(shù)據(jù)處理裝置通過USB接口電連接。
4.根據(jù)權利要求1至3中任一項所述基于數(shù)碼攝像裝置的水迷宮動物實驗系統(tǒng)，其特 征在于所述水迷宮外設置有環(huán)繞水迷宮的遮光罩。
5.根據(jù)權利要求4所述基于數(shù)碼攝像裝置的水迷宮動物實驗系統(tǒng)，其特征在于所述 遮光罩為布罩。
專利摘要本實用新型涉及動物能力行為測試技術領域，具體涉及一種水迷宮動物實驗系統(tǒng)，包括水迷宮、數(shù)碼攝像裝置和數(shù)據(jù)處理裝置，所述數(shù)碼攝像裝置正對水迷宮的頂部，數(shù)碼攝像裝置的數(shù)據(jù)輸出端與數(shù)據(jù)處理裝置的數(shù)據(jù)輸入端電連接，可通過數(shù)碼攝像頭采集水迷宮的圖像數(shù)據(jù)，由數(shù)據(jù)處理裝置進行自動記錄和處理，可無需人工值守觀察、記錄，并可通過數(shù)據(jù)處理裝置對圖像進行分析，獲得動物的運動軌跡，獲得動物潛伏期、路程、初始朝向角、各象限時間、在某區(qū)間活動頻率等，以為后期研究提供豐富、準確的數(shù)據(jù)。
文檔編號G09B23/28GK201893060SQ20102054307
公開日2011年7月6日 申請日期2010年9月26日 優(yōu)先權日2010年9月26日
發(fā)明者喬梁, 何穎, 劉淵, 宋文強, 申華 申請人:中國人民解放軍第三軍醫(yī)大學