[发明专利]基于视觉感知鱼类行为的生物水质监测系统

摘要

一种基于视觉感知鱼类行为的生物水质监测系统，包括用于盛放鱼类的透明鱼缸、用于监视鱼类行为的摄像机、视频采集卡和水质监测中心，所述鱼缸位于摄像机的视觉范围内，各个摄像机均通过视频采集卡与水质监测中心数据通信连接，水质监测中心包括图像采集模块、图像处理模块、目标跟踪模块和鱼类行为数据分析模块，鱼类行为数据分析模块包括数据建模部分和数据匹配部分，获取待分析水域的图像帧序列的数据，并代入到模型公式(6)、(7)中匹配，若当前计算值与正常行为值之间的差值在预设阈值范围内，表明鱼类行为属于正常的，判定水质状况良好；若差值超出预设阈值范围，则判定水质受到污染。本发明降低成本、适合大规模实施、实时性良好。

主权项

1.一种基于视觉感知鱼类行为的生物水质监测系统，其特征在于：包括用于盛放鱼类的透明鱼缸、用于监视鱼类行为的摄像机、视频采集卡和水质监测中心，所述鱼缸位于所述摄像机的视觉范围内，各个摄像机均通过视频采集卡与水质监测中心数据通信连接，所述水质监测中心包括：图像采集模块，用于采集摄像机拍摄的图像帧序列信息；图像处理模块，用于对采集到的图像帧进行预处理，并对鱼类进行目标检测；目标跟踪模块，用于采用CamShift目标跟踪算法实现单目标跟踪，并计算单目标的运动速度和加速度，采用基于多目标交互观测模型的粒子滤波算法进行多目标跟踪；鱼类行为数据分析模块，用于根据图像帧序列信息进行鱼类行为分析，包括：数据建模部分，用于依照历史数据，建立鱼类正常行为的PTW模型，设定鱼类的坐标信息(s(t)，(t))，其中，s(t)表示从t=0时刻起的轨迹长度，(t)则是t=0时刻起的转动角度；在计算每点坐标时同时选取该点前后两个点的位置，连续的三点为P_i-1，P_i，P_i+1，瞬时速度Vi和角速度Wi通过下面公式计算：在P_i的s(t)和(t)是随时间变化计算出来的，其相应的公式为：转角的范围并非[-π,+π]；建立一个动力学模型，其模型公式为：其中，bi是一个均值为0、方差为s的随机高斯变量，α则为单步长角速度之间的关联系数；公式（6）在统计学中称为一阶自回归过程，它的参数α和s通过下列公式计算的：(7)、(8)计算出α和s后代入公式(6)中，即得出每步长角速度之间的关系；数据匹配部分，用于获取待分析水域的图像帧序列的数据，并代入到模型公式(5)、(6)中匹配，若当前计算值与正常行为值之间的差值在预设阈值范围内，表明鱼类行为属于正常的，判定水质状况良好；若差值超出预设阈值范围，则判定水质受到污染。