[发明专利]一种基于水平鱼探仪影像的围网目标鱼群追踪方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种鱼群追踪方法，特别涉及一种基于水平鱼探仪影像的围网目标鱼 群追踪、预判，三维图像立体估算鱼群数量的方法。

背景技术

远洋渔业的捕捞作业方式主要有拖网、围网、延绳钓、鱿鱼钓等形式。针对金枪鱼类的 捕捞，围网是最主要的方式。由于金枪鱼游泳速度快、动作敏捷，因此当发现鱼群再进行围 捕，将导致高空网率，而不会有很好的收获。现有的水平鱼探仪仅仅可以探测水下鱼群的大 小和分布状况，缺乏对鱼群的有效追踪和对鱼群运动轨迹的预判，同时缺乏三维图像对鱼 群数量的立体估算功能。

发明内容

针对上述问题，本发明的主要目的在于提供一种基于水平鱼探仪影像的围网目标 鱼群追踪方法。

本发明主要构思：通过水平鱼探仪获取原始数据，利用滤波算法从中提取目标鱼 群信息，建立数学模型；通过数据处理算法实现鱼群运动状态的追踪；通过对鱼群运动状态 的实时分析，提取鱼群游泳速度和运动方向等信息，实现对鱼群运动轨迹的预判，从而达到 提高围网投网成功率的目的；同时通过改变声呐头的发射角度和方向，采集水下三维图像， 实现鱼群数量的立体估算功能。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

一种基于水平鱼探仪影像的围网目标鱼群追踪方法，所使用的系统主要包括装有水声 换能器的声呐头，数据采集卡，模数转换模块，PC机，陀螺仪，GPS和潮流计等。该方法具体 是：

第一步：通过装有水声换能器的声呐头获取原始信号，利用数据采集卡将原始信号调 理，再经过模数转换模块将模拟信号转换为数字信号，传入PC机。

第二步：开启陀螺仪、GPS获取航海信息，开启潮流计获取海流信息，并将数据实时 传入PC机。

第三步：将获取的水声信号和航海以及海流信息相结合，通过追踪系统的软件实 时显示出鱼群的大小和分布状态，追踪鱼群，并对鱼群的运动轨迹进行预判。

第四步：按照指定的扫描周期改变水平鱼探仪声呐头的发射角度和倾角方向，采 集360度全方位的三维空间数据，从而绘制三维图像，立体估算鱼群的数量。

本发明的具体实施例子中，在获取了原始声学信号之后，对鱼群进行追踪并对其 轨迹预判的实现流程如下：

第一步：水平鱼探仪图像预处理：由于图像中不可避免的存在着杂波等非回波成分，通 过图像预处理操作，降低杂波对有效鱼群信息的影响。

第二步：目标检测：将目标回波与原始图像背景分离开来，从原始图像中检测出运 动目标。建立目标跟踪系统对运动目标的跟踪处理模型，确定目标的运动状态，并优化目标 跟踪系统。

第三步：目标参数录取：结合海流和航海信息，确定目标的位置坐标参数，以及目 标的几何特征信息，以便于目标在显示终端的矢量化显示，获取目标的轮廓信息。然后将目 标在原始图像上的像素位置坐标转化为地理坐标，将目标面积信息转化为实际地理尺寸， 使录取到的目标参数和鱼群的大小对应上。

第四步：目标数据记录存储：保存规定时间段内所有目标的相关信息，包括目标录 取时间、目标位置及其特征信息等。存储的目标信息文件为后续的三维动态显示作基础。

第五步：目标运动轨迹的预测：对目标运动状态实时分析，提取目标的运动速度和 方向等信息，实现对目标运动轨迹的预判。

本发明的具体实施例子中，对多目标的跟踪与轨迹预判采用联合概率数据关联 （JPDA）和卡尔曼滤波（KF）算法，保证同源测量的正确划分和各目标的高精度位置融合估 计，提高系统对多目标的检测概率和跟踪性能。

本发明中的具体实施例子中，可以改变声纳头倾角和声波发射方向的立体扫描系 统具有两个旋转方向，其一为绕着竖直方向360度旋转，其二为在竖直平面内上下旋转，实 现水下立体扫描的具体流程如下：

第一步：以与水平面夹角为0度，与垂直向下为90度作为计算标准，声呐头先以一个较小的倾角、初始发射角向水中发射声波，并接收回波信号。

第二步：声呐头的倾角α固定，将发射角β增大一个固定角度，继续发射探测声波并接收回波。

第三步：重复第二步，直到360度全范围探测完毕。

第四步：改变声呐头的倾角α，增加度，重复第二、三步。

第五步：当倾角值α达到或超过度，一个全周期扫面结束。