[发明专利]一种旋转抛射式自动青蛙饲料投放器及视频分析方法

权利要求书

1.一种旋转抛射式自动青蛙饲料投放器，其特征在于，包括视频采集模块（1）、视频分析模块（2）、饲料存储器模块（3）、至少一个饲料投放器模块（4）和计算机及控制模块（5）；视频采集模块（1）包括视频采集通道（11）和主从旋转摄像头变焦系统（12），主从旋转摄像头变焦系统（12）包括第一摄像头（13）、第二摄像头（14）和第三摄像头（15），第一摄像头（13）、第二摄像头（14）和第三摄像头（15）用于监控设定好的目标区域，视频采集通道（11）用于特定距离与角度的工作区域内目标青蛙的视频采集；视频分析模块（2）用于检测采集到的视频中的青蛙存在状态及活动状态检测；通过视频分析模块分析出青蛙的数量和运动状态，根据青蛙的数量及运动的状态，进行饲料的数与量均可编程控制的自动投放；饲料存储器模块（3）包括饲料存储器（31），饲料存储器（31）为瓶状结构，饲料存储器（31）的顶部设有饲料存储器盖（32），饲料通过打开的饲料存储器盖（32）进入饲料存储器（31）内部，饲料存储器（31）的底部开有饲料出口（33），饲料出口（33）下部还设有可转动的饲料开关（34），饲料开关（34）控制饲料从饲料出口（33）漏出后进入饲料投放器模块（4）；

所述饲料投放器模块（4）包括至少一个可转动的饲料投放箱（41）和转动电机（42），饲料投放箱（41）与转动电机（42）的转动轴相连，饲料投放箱（41）的顶部开设有饲料进料口（46），饲料进料口（46）与饲料出口（33）相连，饲料投放箱（41）内的底部上还设有导料板（47），饲料投放箱（41）的底部安装有至少一个离心投料管（43），导料板（47）将饲料分入离心投料管（43）中；饲料投放箱（41）在转动过程中，离心投料管（43）会随着饲料投放箱（41）一起转动，离心投料管（43）转动时在离心力的作用下会上下摆动；

所述转动电机（42）与计算机及控制模块（5）相连，计算机及控制模块（5）控制转动电机（42）的转动；

所述饲料投放箱（41）的顶部还分别设有气压平衡孔（44）和红外对管组（45），红外对管组（45）还与计算机及控制模块（5）相连，红外对管组（45）用于检测饲料投放箱（41）内饲料的含量；

所述导料板（47）为圆盘状结构，导料板（47）中间为内凹结构；

所述转动电机（42）上套设有定向件（49），定向件（49）与离心投料管（43）相连，定向件（49）在转动电机（42）工作时能够沿竖直方向上下运动；

所述饲料开关（34）的四周安装有检测红外对管（48），检测红外对管（48）与计算机及控制模块（5）相连，检测红外对管（48）用于检测控制饲料出口（33）的打开与关闭；

所述饲料开关（34）包括叠加的第一开关叶片（341）和第二开关叶片（342），第一开关叶片（341）和第二开关叶片（342）呈扇形，第一开关叶片（341）固定，第二开关叶片（342）可绕自身圆弧所在的中心旋转；

视频分析方法包括以下步骤：

S1、获取若干不同角度、方位的青蛙样本图；

S2、将样本图进行预处理，首先将作为样本的青蛙图像中选取若干参考点组，保存参考点组的颜色与纹理信息；然后对于样本图中的青蛙图案，手工辅助选取较为精确的轮廓线；对青蛙背部若干较小的纹理及颜色特征，进行筛选消除；将保留下来较大区域的颜色与纹理，作为识别青蛙的主要颜色与纹理参数；对于样本图进行进一步处理，主要保留其大致的轮廓及最主要区域面积的颜色、纹理参数信息；

S3、依靠时间的不同，对应运动区域的变化，捕捉多帧之间的运动特征，获得不同帧之间青蛙跳动的轨迹；

S4、将满足跳动条件的各个运动特征区域的形状与颜色，选取一个完全独立不与其他样本重叠的区域，获得一个独立的青蛙身体区域的大致尺寸，获取该尺寸参数后，结合摄像头标定的若干物理参数，计算出使用样本图的缩放参数，该缩放参数即作为该摄像头获取帧的图像的全局缩放尺度；参照样本图大小，进行尺度缩放、旋转处理转化为样本图一样大小后，和预处理后的不同样本图，进行模板匹配，判定是否为运动中的青蛙；

S5、对于模板不能够完全匹配的大面积运动区域，有多个青蛙在进行运动，则经过全局缩放尺度处理后，将该区域面积除以样本图面积，再乘以经验系数，进行该区域青蛙数量的估计；

S6、对于步骤S5中若干具有跳动的运动特征，其区域较模板更小的，将模板进行缩小，将缩小后的模板与其匹配，如果面积与颜色组合误差小于阈值，即判定为运动中的一个青蛙；

结合不同时间序列的关联帧，辅以多个后台程序随机选定的、若干具有跳动的运动特征的不同运动目标区域，进行青蛙运动方向的预估，以多数青蛙运动方向为结果方向，为计算机控制模块提供青蛙运动方向的辅助信息；

S7、如果运算量较大，即采用主从旋转摄像头搭配的方法，主摄像头进行是否有运动特征的计算，而从摄像头则固定检测一个距离、角度、面积已知的小区域，在该小区域内，采用前述算法，进行青蛙运动特征的精确匹配，以降低运算量；

S8、如果通过检测青蛙的运动，进行青蛙数量、运动方向的预估，打开相应满足条件的控制装置。