[发明专利]一种外加磁场激励下鱼体行为响应观测系统及方法

说明书

本发明提供一种外加磁场激励下鱼体行为响应观测系统及方法，系统包括鱼缸、磁场发生单元、视觉观测单元以及服务器单元，所述磁场发生单元包括设置于鱼缸底部磁场发生装置、使所述磁场发生装置能够停留在所述平面任意位置的二维运动平台，以及嵌入式控制器；所述服务器单元包括视频处理与分析模块，通过预设的图像处理方法，对拍摄的磁场发生和终止变动的时间周期内鱼体的运动序列图像进行处理和分析。本发明可以拍摄、记录磁场发生和终止变动的时间周期内鱼体的运动影像，实现鱼体跟踪、轨迹绘制、鱼体子图序列图像抽取，支持数据文件可追溯、可回放、可打印，对研究磁场变化对水生动物行为的影响，具有重要意义。

技术领域

本发明涉及机器视觉技术领域，具体而言，尤其涉及一种外加磁场激励下鱼体行为响应观测系统及方法。

背景技术

研究磁场变化对鱼类行为的影响，对鱼类行为学、生理学和生态学的发展有着重要的意义。袁健美等人针对海上风电磁场对12种海洋生物存活率与行为的影响，研究不同生物种类对磁场耐受性和应激反应，但其研究方法局限于人眼观察记录。贾玉东等人提出了一种用于研究电磁场对鱼类影响的装置制造方法和图纸，借助变频电路控制磁场发生，但没有应用直观的行为分析技术；莫思特等人提出了鱼类行为与神经观察和研究装置及其方法，通过声音、光、电、药物刺激结合计算机视觉下鱼的行为分析，进行鱼类神经研究，虽刺激方式多样但缺少磁场刺激。张竞文等人提出了一种三轴方形亥姆霍兹线圈磁场发生装置设计，其仅由LabVIEW软件仅仅控制磁感应强度，没有整合视频行为分析技术。

发明内容

根据上述提出现有技术缺少利用视频数据记录分析人造磁场激励下鱼体行为响应的问题，而提供一种外加磁场激励下鱼体行为响应观测系统。本发明可以拍摄、记录磁场发生和终止变动的时间周期内鱼体的运动影像，实现鱼体跟踪、轨迹绘制、鱼体子图序列图像抽取，支持数据文件可追溯、可回放、可打印，对研究磁场变化对水生动物行为的影响，具有重要意义。

本发明采用的技术手段如下：

一种外加磁场激励下鱼体行为响应观测系统，包括：鱼缸、磁场发生单元、视觉观测单元以及服务器单元，所述服务器单元分别与所述磁场发生单元及视觉观测单元通信连接；所述磁场发生单元包括设置于鱼缸底部磁场发生装置、带动所述磁场发生装置在鱼缸底部正对的平面内运动并具有足够保持力使所述磁场发生装置能够停留在所述平面任意位置的二维运动平台，以及控制所述磁场发生装置改变磁场参数并且控制所述二维运动平台改变磁场发生装置位置的嵌入式控制器；所述视觉观测单元设置于所述鱼缸上方用以提取缸内鱼类活动的视频信息；所述服务器单元包括视频处理与分析模块，通过预设的图像处理方法，对拍摄的磁场发生和终止变动的时间周期内鱼体的运动序列图像进行处理和分析。

本发明还提供了一种基于上述系统的外加磁场激励下鱼体行为响应观测方法，包括：

(a)安装系统硬件和软件；

(b)通过服务器单元设置观测参数以及参数变化模式，所述观测参数包括磁场强度、方向、作用时间、二维运动平台移动位置，同时设置系统参数，所述系统参数包括延迟时间、视频文件名称以及局部边界矩形的长和宽，所述局部边界矩形是经视频摘要裁剪多余背景后，得到涵盖观测目标的图像框；

(c)通过服务器单元控制视觉观测单元开始采集并存储所拍摄的视频图像；

(d)在系统延迟时间到达后，服务器单元向嵌入式控制器发送控制指令，控制磁场按照指令参数产生变化；

(e)通过服务器单元向嵌入式控制器传发控制指令，停止产生人造磁场；

(f)在系统延迟时间到达后，停止采集和存储视频图像；

(g)对存储的视频文件进行灰度化处理，利用高斯滤波器降低背景，利用背景消减法在视频序列图像中检测运动鱼体目标，提取目标质心坐标；

(h)利用目标质心坐标绘制鱼体运动轨迹。