[发明专利]基于计算机视觉技术的鱼类摄食节律自动检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于水产养殖领域，涉及一种鱼类摄食节律检测装置和方法，具体涉及一种基于计算机视觉技术的鱼类摄食节律自动检测装置及方法。

背景技术

目前鱼类摄食节律的判定主要是通过日摄食率法、肠道充塞度法和活动检测法，前两种方法需要大量人力资源的投入，以及需要对鱼体进行解刨，忽略了实验鱼本身的福利；活动检测法目前主要使用的是咬食触动监测法，该监测法实现了鱼类摄食节律判定的半自动化，但需要事先对实验鱼进行驯化，费时费力；且鱼的摄食节律受群体中周边个体的影响，因此利用鱼群进行摄食节律实验比利用单条鱼进行摄食节律实验更具有说服力。本发明提出的基于计算机视觉技术的鱼类摄食节律自动检测装置及方法能实现鱼类摄食节律判定的自动化（尤其适合鱼群），且无需事先对实验鱼进行驯化处理。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效便捷的基于计算机视觉技术的鱼类摄食节律自动检测装置及方法，为水产养殖领域针对不同种鱼类的合理化投饲提供理论依据和技术支持。

本发明的基于计算机视觉技术的鱼类摄食节律自动检测装置，包括循环水养殖池、粪便分离器、生物滤池、水泵、紫外杀菌器、流量控制阀、两只LED灯、投饵器、摄像头、服务器、PLC 、DSP（数字信号处理器）及显示器；

循环水养殖池底部的地漏通过管道依次连接粪便分离器、生物滤池、水泵、紫外杀菌器和流量控制阀，流量控制阀的出水端连接水管的一端，水管的另一端封堵并沿循环水养殖池侧壁竖直伸入池中水体内，伸入水体内的水管上竖直的开有若干出水孔，出水孔与循环水养殖池侧壁切线方向呈15-30°角，出水孔直径不大于5mm，出水孔间的间距为1/4的水体高度；

摄像头固定于循环水养殖池正上方，摄像头上方固定有投饵器，投饵器的出料口朝向循环水养殖池的中心位置，摄像头与服务器的输入端连接，服务器的一个输出端与DSP 的输入端相连，服务器的另一个输出端与DSP 的输出端均与显示器连接；

投饵器包括盒体及置于盒体内的储料仓、过渡仓和电机，储料仓底部具有出口，出口处设有用于控制其开启闭合的电磁阀，过渡仓为上部开口的罐体，位于储料仓出口正下方，投饵器出料口设在盒体底部，位于过渡仓正下方，过渡仓底部设有重力传感器，电机的输出轴与过渡仓的侧壁固定，重力传感器的信号输出端与PLC 的输入端连接，PLC 的两个输出端分别与电机和电磁阀连接；

两只LED灯对称固定于循环水养殖池上方，LED灯发光面并朝向水面，PLC 的另两个输出端分别与两只LED灯连接。

应用上述的装置进行鱼类摄食节律自动检测的方法，包括如下步骤：

1）通过PLC 控制投饵器定时投饵，设定单次投料量为养殖池内鱼体总重的1%；

2）摄像头拍摄单次投料后鱼类摄食的画面，并将其传输至服务器；

3）服务器对接收的画面进行预处理，提取前30秒内的画面在色彩模型RGB中的R分量画面，对其进行高斯滤波处理，将处理后的帧画面传输至DSP ；

4）DSP 对接收的帧画面进行鱼体摄食活跃程度分析，具体如下：

① 采用无边界主动轮廓模型的图像分割方法圈出每帧画面中的光斑区域和倒影区域，对每帧画面中除光斑区域和倒影区域外的部分，利用灰度图像直方图统计法得出其出现概率由高到低的n个像素值，n＜5，取这n个像素值的平均值，用平均值取代相应帧画面中的光斑区域和倒影区域；

② 利用OSTU算法将经①处理后的每帧画面二值化，并利用无边界主动轮廓模型的图像分割方法分割出当前二值图像中的目标区域，并分别计算各个目标区域的面积，去除其中面积小于预先设定的最小面积阈值的区域；

③ 对经②处理后的前三帧画面采用Lucas-kanade光流法计算，对第一帧和第二帧画面计算得到一幅光流图，对第二帧和第三帧画面计算得到另一幅光流图，对两幅光流图中相应位置像素点的幅值取平均值得到该位置像素点的瞬时速度a，计算两幅光流图相应位置的像素点的矢量夹角得到该位置像素点的瞬时转角b，设两幅光流图中相应位置的像素点的矢量分别为p和q，则a=(|p|+|q|)/2；b=arccos(p_*q/|p||q|)；