[发明专利]一种用于实验小鼠的实时追踪照射装置

权利要求书

1.一种用于实验小鼠的实时追踪照射装置，包括摄像机、图像处理单元、控制器模块、工字导轨、滑块、固定架、导轨支撑架、可调节地脚、光线发生器、光线扩束器，其特征在于：

所述摄像机与图像处理单元和固定架相连，用于拍摄小鼠的图像信息并传输到图像处理单元；

所述图像处理单元分别与控制器模块、摄像机相连，用于使用图像处理方法计算小鼠头部的坐标，进而计算滑块位移矢量，并将滑块位移矢量传输给控制器模块；

所述控制器模块由微处理器、步进电机驱动器、步进电机组成，微处理器将接收到的位移矢量信号转化为脉冲的形式发送至步进电机驱动器，步进电机驱动器直接控制步进电机转动，步进电机用于驱动工字导轨；控制器模块与工字导轨、图像处理单元相连，用于根据接收到的位移矢量控制工字导轨，以达到间接控制导轨上的滑块移动的目的；

所述工字导轨与导轨支撑架、滑块、控制器模块相连，用于直接控制导轨上的滑块移动；

所述滑块与固定架、工字导轨相连，用于使固定架、摄像机、光线扩束器随滑块移动；

所述固定架与摄像机、光线扩束器、滑块相连，用于使摄像机随滑块移动且拍摄方向垂直于地面，使光线扩束器随滑块移动且光线照射方向垂直于地面；

导轨支撑架和工字导轨、可调节地脚相连，用于支撑工字导轨；

可调节地脚与导轨支撑架相连，用于调整装置的高度；

光线发生器与光线扩束器相连，用于产生光线；

光线扩束器与光线发生器、固定架相连，用于将输入光线变粗并照射,其中：包括如下步骤：

S1、使用摄像机获取待照射小鼠的图像，判断小鼠的当前姿态，确定小鼠的头部在图像中的区域；

S2、获取小鼠位置移动后的小鼠图像，根据步骤S1中确定的小鼠头部区域，使用目标跟踪算法确定新图像中的小鼠头部区域；

S3、计算小鼠头部的像素坐标，根据小鼠的当前姿态修正小鼠头部的像素坐标，然后基于该像素坐标，根据实际装置中摄像机与光线照射方向的位置关系计算需要光线移动的位移矢量；

S4、根据步骤S3的位移矢量，控制光线进行相应位移并照射小鼠头部；

S5、重复步骤S2至步骤S4。

2.根据权利要求1所述的一种用于实验小鼠的实时追踪照射装置，其特征在于：所述S3步骤中图像处理单元采用如下步骤实现对滑块进行移动：

3.1、测量摄像机拍摄图片的像素宽度与实际空间距离的比例K，调整光线扩束器使其照射光线的直径为R；

3.2、以工字导轨的导轨为x轴和y轴建立直角坐标系，测量摄像机镜头焦点与扩束器镜头焦点的在二维坐标系的位移差(a,b)；

3.3、在图像域中，以与工字导轨平行或垂直的两个方向作为x轴和y轴建立直角坐标系，以图像左下像素点为(0,0)，延坐标轴向右或向下则像素坐标增大，在第一帧图像中选取小鼠头部所在的矩形像素区域并绘制该区域的灰度直方图；

3.4、提取下一帧图像，识别小鼠当前姿态并设置修正值j，使用目标跟踪算法找到小鼠头部所在的矩形像素区域；

3.5、将小鼠头部所在的矩形像素区域的中心像素点作为小鼠头部的像素坐标(x1,x2)，将整个图像的中心像素点作为摄像机的像素坐标(y1,y2)，根据第1步的K值得到两者实际位移差，再根据第2步的位移差(a,b)计算滑块需要移动的位移矢量(m,n)；

(m,n)＝((y1-x1)-j,(y2-x2)-j)×K+(a,b)

3.6、设定距离阈值h，当位移矢量的距离小于h时不发送该位移矢量(m,n)，否则送该位移矢量(m,n)，等待t秒；

3.7、重复步骤3.4到步骤3.6。