一种鱼缸鱼类活动轨迹记录方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及鱼缸鱼类活动轨迹领域，尤其涉及一种基于图像技术的鱼缸鱼类活动 轨迹记录方法。
【背景技术】
[0002] 在鱼类科学研宄中，比如鱼类摄食学、鱼类行为学以及鱼类生理学等领域的科研 实验，常常需要准确地监测、量化并记录鱼类的活动情况及其行为参数，比如鱼的位置坐 标、运动轨迹以及游动速度等。目前鱼类行为活动的常规研宄手段主要有以下两种：1、直接 观察法：实验人员通过直接观察或观看录制的鱼类活动视频录像，来人为地获取并分析鱼 类的行为活动情况。这种方法需要耗费实验人员大量时间精力，而且难以精确地量化鱼类 的行为数据。2、标签植入法：在鱼体内植入PIT或RFID标记物，通过PIT、RFID等技术，来 记录鱼的活动轨迹，从而量化其行为参数。但是这类方法检测距离有限，而且对于小型鱼和 幼鱼等体型较小的鱼类来说，难以植入标记物，或其植入对鱼会产生刺激甚至伤害。
[0003] 随着科学技术的发展，图像技术越来越多地应用于各种检测、识别技术中。基 于CCD摄像的图像检测技术具有非接触、精度高、实时性好等特点，适用于监测、识别 鱼类行为活动。现有的中国专利名称为一种斑马鱼温敏行为轨迹监测仪（申请号为 201320780260. 6)，该实用新型是通过摄录装置来获取斑马鱼活动的视频数据，然后人为地 察看视频数据并进行行为学分析，并没有运用图像分析等技术来自动量化和输出鱼类的 行为数据。现有的中国专利名称为基于计算机视觉的水下鱼虾蟹苗数量估计与行为监测 装置及方法（申请号为201410007771. 3)，该发明是通过图像处理技术来估算养殖池中鱼 虾蟹苗的数目、密度以及其趋光能力，但是该装置没有对鱼虾蟹苗的活动轨迹进行监测记 录。现有的中国专利名称为一种基于计算机视觉的斑马鱼群检测与跟踪方法（申请号为 201410213890. 4)，该发明是通过计算机视觉技术来检测与跟踪斑马鱼群，但均是基于鱼群 的，并没有对鱼只个体进行识别、跟踪和行为记录。
【发明内容】
[0004] 为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于图像技术的鱼缸鱼类活动轨 迹记录方法与系统，该方法实现了鱼的重心定位，鱼活动轨迹的记录、鱼的运动速度、运动 方向及朝向的确定。
[0005] 本发明的目的通过以下的技术方案来实现：
[0006] 一种鱼缸鱼类活动轨迹记录方法，该方法基于图像技术，包括：
[0007] A获取鱼图像样本；
[0008]B采集图像，并将鱼图像样本与采集到的图像进行匹配，获得匹配区域；
[0009] C通过匹配区域的位置确定鱼所在的区域、鱼的重心位置及鱼的朝向；
[0010]D通过获取不同时刻鱼的重心位置得到鱼的活动轨迹、运动速度及运动方向。与现 有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点：
[0011] 实现了鱼的重心定位、鱼活动轨迹的记录、鱼的运动速度、运动方向及朝向的确 定。
【附图说明】
[0012] 图1是鱼缸鱼类活动轨迹记录方法流程图；
[0013] 图2是鱼缸鱼类活动轨迹记录方法获得的最终匹配区域结果图。
【具体实施方式】
[0014] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例及附图对本发 明作进一步详细的描述。
[0015] 如图1所示，为鱼缸鱼类活动轨迹记录方法，该方法基于图像技术，所述方法包括 如下步骤：
[0016] 步骤10获取鱼图像样本；
[0017] 当鱼头朝上时获取一张鱼的图像样本，当鱼头朝下时获取一张鱼的图像样本，用 矩阵形式表示SAmixnl。
[0018] 步骤20采集图像，并将鱼图像样本与采集到的图像进行匹配，获得匹配区域；
[0019] 从采集到的图像中第一个元素开始，提取一个和鱼图像样本一样大小的区域，通 过比较来得到和鱼图像样本匹配的区域：
[0020] 1、用摄像机开始采集图像，用矩阵形式表示为Bm2xn2:
[0021] 2、从采集到的图像Bm2xn2中第一个元素开始，提取一个和鱼图像样本Amixnl-样大 小的矩阵Ci，然后做相减处理：
【主权项】
1. 一种鱼缸鱼类活动轨迹记录方法，其特征在于，所述方法基于图像技术，包括： A获取鱼图像样本； B采集图像，并将鱼图像样本与采集到的图像进行匹配，获得匹配区域； C通过匹配区域的位置确定鱼所在的区域、鱼的重心位置及鱼的朝向； D通过获取不同时刻鱼的重心位置得到鱼的活动轨迹、运动速度及运动方向。
2. 如权利要求1所述的鱼缸鱼类活动轨迹记录方法，其特征在于，所述步骤A中：获取 两张鱼图像样本，其中一张为鱼头朝上时的图像样本，另一张为鱼头朝下时的图像样本，用 矩阵形式表示为A mixnl。
3. 如权利要求1所述的鱼缸鱼类活动轨迹记录方法，其特征在于，所述步骤B具体包 括，将鱼图像样本绕中心点依次旋转一个角度Θ，并依次与采集到的图像进行匹配，获得匹 配区域。
4. 如权利要求1所述的鱼缸鱼类活动轨迹记录方法，其特征在于，所述步骤B中：将鱼 图像样本与采集到的图像进行匹配，其匹配方法为： 鱼样本图像为矩阵Aniixnl，采集到的图像为矩阵Bni2xn2 (ml〈m2, nl〈n2)，从矩阵B中的第 一个元素开始依次提取和矩阵A大小一样的举证Ci i = 1,2,…，（m2-ml) (n2-nl)
将矩阵Ci与矩阵A相减得到矩阵D ρ
将Di中的每一个元素进行平方然后求和，可得： 然后在这些％中求取最小值a， a = min (a1； a2, ···, a(m2_ml) (n2-nl))； 则a所对应的矩阵C为匹配区域。
5. 如权利要求3所述的鱼缸鱼类活动轨迹记录方法，其特征在于，所述将鱼样本图像 旋转一个角度Θ方法为： 设（χ。]。）为旋转前的坐标，（x'，y'）为旋转后的坐标，则：
6. 如权利要求3所述的鱼缸鱼类活动轨迹记录方法，其特征在于，对两张不同的鱼图 像样本分别与采集到的图像进行匹配，选取匹配区域1和匹配区域2,然后对匹配区域1和 匹配区域2进行比较，选择其中一个作为最终匹配区域。
7. 如权利要求6所述的鱼缸鱼类活动轨迹记录方法，其特征在于，选取匹配区域1或匹 配区域2的方法为： 设Ri为将鱼图像样本第i次旋转后与采集到的图像进行匹配获得的匹配区域，A i为相 应的鱼图像样本，Fi为矩阵R ,与矩阵A ,相减所得到的矩阵，r ,为F ,矩阵每个元素的平方 和，则：
然后在这些:Ti中求取最小值r， r = min (r" r2，…，(n2_nl)) 则所对应的矩阵Rj为匹配区域1或匹配区域2。
8. 如权利要求6所述的鱼缸鱼类活动轨迹记录方法，其特征在于，在匹配区域1和匹配 区域2中选择最终的匹配区域方法为： 将采集到的图像转换为二值图，鱼像所在区域的像元取值为1，其余区域的像元取值为 0,比较匹配区域1与匹配区域2中像元取值为1的个数，像元取值为1的个数较多的那个 区域即为最终匹配区域。
9. 如权利要求1所述的鱼缸鱼类活动轨迹记录方法，其特征在于，所述步骤C中：鱼所 在的区域就是最终匹配区域，鱼的重心位置为最终匹配区域的中心线的位置，鱼的朝向为 最终匹配区域的方向。
10. 如权利要求1所述的鱼缸鱼类活动轨迹记录方法，其特征在于，所述步骤D中：鱼 的活动轨迹为不同时刻鱼的重心位置的连线，鱼的运动速度为两时刻鱼重心位置的距离与 对应时间的比值，鱼的运动方向为鱼活动轨迹的切线方向。
【专利摘要】本发明公开了一种鱼缸鱼类活动轨迹记录方法，该方法基于图像技术，包括：获取鱼图像样本；采集图像，并将鱼图像样本与采集到的图像进行匹配，获得匹配区域；通过匹配区域的位置确定鱼所在的区域、鱼的重心位置及鱼的朝向；通过获取不同时刻鱼的重心位置得到鱼的活动轨迹、运动速度及运动方向。本发明提供的方法实现了鱼的重心定位、鱼活动轨迹的记录、鱼的运动速度、运动方向及朝向的确定。
【IPC分类】A01K61-00
【公开号】CN104872025
【申请号】CN201510308465
【发明人】刘少昱, 黄燕华
【申请人】广东省农业科学院畜牧研究所
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年6月8日