一种运动轨迹检测方法、装置及其存储介质

1.本发明属于运动轨迹技术领域，具体涉及一种运动轨迹检测方法、装置及其存储介质。


背景技术：

2.在动物行为学实验中，常常需要获取小动物的运动信息。目前大多数实验室对动物行为的监测大多采用了近红外摄像头作为解决方案。但是，在大多数情况下，如果只有视频信息，研究者只能依据视频，凭经验来对某一行为的发生与否进行主观评判，这对于非典型行为的评判来说，由于缺乏定量描述，会给实验带来误差并降低工作效率。从视频中提取出运动轨迹，需要对视频文件逐帧进行繁杂的数字图像处理工作，对实验动物的识别率通常不高，且在观察动物行为这一方面浪费了不必要的时间，另安置摄像头较为麻烦，过程繁琐。同时，由于实验室常用的行为实验动物大多是小鼠，小鼠的自然生存环境是低照度的，而普通摄像头在黑暗处无法使用，近红外摄像头在拍摄中也存在模糊等问题，这就限制了严格的行为实验要最大程度地模拟动物自然生存环境的需求，增加了实验的无关变量，降低了实验结果的可信度。


技术实现要素：

3.为了克服上述技术缺陷，本发明提供一种运动轨迹检测方法、存储介质以及分布式存储系统，旨在提供一种更为有效的运动轨迹检测方法。
4.为了解决上述问题，本发明是按以下技术方案予以实现的：
5.第一方面，本发明提供的一种运动轨迹检测方法，应用于运动轨迹检测装置，所述运动轨迹检测装置包括用于放置待测对象的支撑座，所述支撑座的下表面与第一压力传感器a、第二压力传感器b和第三压力传感器c连接，所述第一压力传感器a、所述第二压力传感器b和所述第三压力传感器c分别作为顶点构成等边三角形，所述检测方法包括：
6.分别获取所述第一压力传感器a、所述第二压力传感器b和所述第三压力传感器c的第一参考电压值va(ref)、第二参考电压值vb(ref)和第三参考电压值vc(ref)；其中，所述第一参考电压值va(ref)、所述第二参考电压值vb(ref)和所述第三参考电压值vc(ref)均为所述支撑座分别对所述第一压力传感器a、所述第二压力传感器b和所述第三压力传感器c的压力转化成的参考电压信号；
7.分别获取该时刻对应的第一电压值va(t)、第二电压值vb(t)和第三电压值vc(t)；其中，所述第一电压值va(t)、所述第二电压值vb(t)和所述第三电压值vc(t)均为该时刻所述待测对象和所述支撑座分别对所述第一压力传感器a、所述第二压力传感器b和所述第三压力传感器c的压力转化成的电压信号；
8.分别计算所述第一压力传感器a、所述第二压力传感器b和所述第三压力传感器c的第一电压差δva(t)、第二电压差δvb(t)、第三电压差δvc(t)，其中第一电压差δva(t)＝va(t)
‑
va(ref)，第二电压差δvb(t)＝vb(t)
‑
vb(ref)，第三电压差δvc(t)＝vc(t)
‑
vc
(ref)；
9.根据所述第一电压差δva(t)、所述第二电压差δvb(t)和所述第三电压差δvc(t)计算待测对象分别对应于第一压力传感器a、第二压力传感器b和第三压力传感器c的第一作用力δfa(t)、第二作用力δfb(t)和第三作用力δfc(t)；
10.根据所述第一作用力δfa(t)、所述第二作用力δfb(t)和所述第三作用力δfc(t)计算待测对象该时刻的坐标；
11.通过所述坐标得到待测对象的运动轨迹。
12.作为本发明的进一步改进，所述根据所述第一作用力δfa(t)、所述第二作用力δfb(t)和所述第三作用力δfc(t)计算待测对象该时刻的坐标的步骤，之后还包括：
13.通过所述坐标得到待测对象的运动速度。
14.作为本发明的进一步改进，所述根据所述第一电压差δva(t)、所述第二电压差δvb(t)和所述第三电压差δvc(t)计算待测对象分别对应于第一压力传感器a、第二压力传感器b和第三压力传感器c的第一作用力δfa(t)、第二作用力δfb(t)和第三作用力δfc(t)的步骤，包括：
15.根据第一电压值va(t)、第二电压值vb(t)和第三电压值vc(t)，分别计算该时刻对应的所述第一压力传感器a、所述第二压力传感器b和所述第三压力传感器c所承受的压力fa(t)、fb(t)、fc(t)，其中，fa(t)＝kva(t)+m，fb(t)＝kvb(t)+m，fc(t)＝kvc(t)+m，k，m均为常数；
16.根据所述第一参考电压值va(ref)、所述第二参考电压值vb(ref)和所述第三参考电压值vc(ref)，分别计算该时刻对应的所述第一压力传感器a、所述第二压力传感器b和所述第三压力传感器c所承受的压力fa(ref)、fb(ref)、fc(ref)，fa(ref)＝kva(ref)+m，fb(ref)＝kvb(ref)+m，fc(ref)＝kvc(ref)+m；
17.根据所述第一电压差δva(t)、所述第二电压差δvb(t)和所述第三电压差δvc(t)，计算第一作用力δfa(t)、第二作用力δfb(t)和第三作用力δfc(t)，公式为：δfa(t)＝kδva(t)，δfb(t)＝kδvb(t)，δfc(t)＝kδvc(t)。
18.作为本发明的进一步改进，所述根据所述第一作用力δfa(t)、所述第二作用力δfb(t)和所述第三作用力δfc(t)计算待测对象该时刻的坐标的步骤，包括：
19.以所述第一压力传感器a、所述第二压力传感器b和所述第三压力传感器c为分别作为顶点构成的等边三角形的中心为原点，建立xy坐标系；
20.计算得到所述待测对象该时刻的坐标公式：
[0021][0022]
由坐标与原点构成位置向量
[0023]
作为本发明的进一步改进，所述通过所述坐标得到待测对象的运动轨迹的步骤，包括：
[0024]
依次连接各个时刻待测对象的位置向量，得到待测对象的运动轨迹。
[0025]
作为本发明的进一步改进，通过所述坐标得到待测对象的运动速度的计算公式：
[0026]
作为本发明的进一步改进，所述分别获取所述第一压力传感器a、所述第二压力传感器b和所述第三压力传感器c的第一参考电压值va(ref)、第二参考电压值vb(ref)和第三参考电压值vc(ref)的步骤，之前还包括：
[0027]
预先对所述第一压力传感器a、所述第二压力传感器b和所述第三压力传感器c进行调整。
[0028]
第二方面，本发明提供的一种存储介质，所述存储介质是计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有运动轨迹检测程序，所述运动轨迹检测程序被处理器运行时实现如第一方面所述的运动轨迹检测方法的步骤。
[0029]
第三方面，本发明提供的运动轨迹检测装置，所述运动轨迹检测装置包括处理器和存储器，所述存储器上存储有在所述处理器上运行的运动轨迹检测程序，所述运动轨迹检测程序被所述处理器执行时实现如第一方面所述的运动轨迹检测方法的步骤。
[0030]
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
[0031]
本发明公开了一种运动轨迹检测方法、装置及其存储介质；其中，运动轨迹检测方法能够实时检测实验动物的坐标，进而得到实验动物的运动轨迹，实现了对实验动物的低照度运动轨迹监测和定量分析，可得到更为丰富的运动学信息，灵敏度高，精度高，成本低，体积小，操作简单，可广泛用于小动物行为实验。
附图说明
[0032]
为了更清楚地说明本技术实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0033]
图1是本发明实施例1所述运动轨迹检测方法的流程图；
[0034]
图2是本发明实施例1支撑座与压力传感器的连接示意图；
[0035]
图3是本发明实施例1中待测对象放置在支撑座的示意图；
[0036]
图4是本发明实施例1中建立xy坐标系的数学示意图。
具体实施方式
[0037]
下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0038]
附图中所示的流程图仅是示例说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解、组合或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
[0039]
实施例1
[0040]
本实施例公开了一种运动轨迹检测方法，应用于运动轨迹检测装置，运动轨迹检测装置包括用于放置待测对象的支撑座，支撑座的下表面与第一压力传感器a、第二压力传感器b和第三压力传感器c连接，第一压力传感器a、第二压力传感器b和第三压力传感器c分别作为顶点构成等边三角形，
[0041]
具体的，参考图2，三个压力传感器分别作为顶点构成等边三角形，三个压力传感器上部分别设有一个锥形头，支撑座设置有三个凹槽，凹槽与锥形头配合，使支撑座的重力均匀地落到了三个压力传感器上。
[0042]
如图1所示，运动轨迹检测方法的步骤包括：
[0043]
s01、预先对第一压力传感器a、第二压力传感器b和第三压力传感器c进行调整。
[0044]
具体的，本实施例采用性能一致的第一压力传感器a、第二压力传感器b和第三压力传感器c，三个压力传感器的型号可以是但不限制于czl
‑
6390，三个压力传感器的电压信号经放大器放大，放大后的模拟信号，再经过压力信号采集模块，转换为数字信号，传至计算机处理。计算机为普通的个人计算机，主要工作是利用配套的labview软件对接收到的数字信号进行采样设置和可视化，用matlab软件将记录的数据按照上述公式进行坐标转换、图形呈现和运动轨迹分析。
[0045]
更具体的，由于本实施例采用的ad620模块放大倍数为手动调节，为保证三个传感器性能一致，精确地使三个放大器获得相等的放大倍数，引入参数k对公式进行调整。调整后的公式如下：
[0046][0047]
1)放大倍数最优化：
[0048]
a)取下支撑座和锥形头，将砝码1置于第一压力传感器a上，观察电脑端labview软件上第一压力传感器a所对应的通道的电压值，砝码1质量为：
[0049]
b)转动ad620
‑
a的调零旋钮,使电压输出最小；
[0050]
c)将砝码1换成砝码2，观察电脑端labview软件上第一压力传感器a所对应的通道的电压值，砝码2质量为：其中，50为预估实验对象的最大质量；
[0051]
d)转动ad620
‑
a的放大旋钮,使电压输出最大；
[0052]
e)再次将砝码1置于第一压力传感器a上，观察电脑端labview软件上第一压力传感器a所对应的通道的电压值；
[0053]
f)转动ad620
‑
a的调零旋钮,使电压输出为零；
[0054]
g)按上述步骤依次对ad620
‑
b、ad620
‑
c进行调节；
[0055]
2)定标：
[0056]
a)将适量(此处为24个)不同质量的砝码放在第一压力传感器a上，从labview软件上读出相应的电压值v1、v2、v3......v24，砝码质量为：
[0057][0058]
其中，m
i
依次为：2g、4g、6g......48g；
[0059]
b)用matlab对砝码质量m砝码i和电压值vi作线性拟合v
i
＝k
a
m
砝码i
+b，求拟合系数
[0060]
c)按上述步骤依次求出拟合系数
[0061]
3)小动物当前时刻t的坐标公式可表示为
[0062][0063]
4)当小动物在运动时，其瞬时速度可由坐标差分得到，可表示为
[0064]
5)在matlab 2014a中将小动物位置坐标按时间轴描绘可得小动物运动轨迹。
[0065]
具体的，对第一压力传感器a、第二压力传感器b和第三压力传感器c进行调整后，第一压力传感器a、第二压力传感器b和第三压力传感器c及其调理与传输模块性能一致。
[0066]
s10、分别获取第一压力传感器a、第二压力传感器b和第三压力传感器c的第一参考电压值va(ref)、第二参考电压值vb(ref)和第三参考电压值vc(ref)；其中，第一参考电压值va(ref)、第二参考电压值vb(ref)和第三参考电压值vc(ref)均为支撑座分别对第一压力传感器a、第二压力传感器b和第三压力传感器c的压力转化成的参考电压信号；
[0067]
s20、分别获取该时刻对应的第一电压值va(t)、第二电压值vb(t)和第三电压值vc(t)；其中，第一电压值va(t)、第二电压值vb(t)和第三电压值vc(t)均为该时刻待测对象和支撑座分别对第一压力传感器a、第二压力传感器b和第三压力传感器c的压力转化成的电压信号；
[0068]
s30、分别计算第一压力传感器a、第二压力传感器b和第三压力传感器c的第一电压差δva(t)、第二电压差δvb(t)、第三电压差δvc(t)，其中第一电压差δva(t)＝va(t)
‑
va(ref)，第二电压差δvb(t)＝vb(t)
‑
vb(ref)，第三电压差δvc(t)＝vc(t)
‑
vc(ref)；
[0069]
s40、根据第一电压差δva(t)、第二电压差δvb(t)和第三电压差δvc(t)计算待测对象分别对应于第一压力传感器a、第二压力传感器b和第三压力传感器c的第一作用力δfa(t)、第二作用力δfb(t)和第三作用力δfc(t)；
[0070]
具体的，根据第一电压值va(t)、第二电压值vb(t)和第三电压值vc(t)，分别计算该时刻对应的第一压力传感器a、第二压力传感器b和第三压力传感器c所承受的压力fa(t)、fb(t)、fc(t)，其中，fa(t)＝kva(t)+m，fb(t)＝kvb(t)+m，fc(t)＝kvc(t)+m，k，m均为
常数；
[0071]
根据第一参考电压值va(ref)、第二参考电压值vb(ref)和第三参考电压值vc(ref)，分别计算该时刻对应的第一压力传感器a、第二压力传感器b和第三压力传感器c所承受的压力fa(ref)、fb(ref)、fc(ref)，fa(ref)＝kva(ref)+m，fb(ref)＝kvb(ref)+m，fc(ref)＝kvc(ref)+m；
[0072]
根据第一电压差δva(t)、第二电压差δvb(t)和第三电压差δvc(t)，计算第一作用力δfa(t)、第二作用力δfb(t)和第三作用力δfc(t)，公式为：δfa(t)＝kδva(t)，δfb(t)＝kδvb(t)，δfc(t)＝kδvc(t)。
[0073]
s50、根据第一作用力δfa(t)、第二作用力δfb(t)和第三作用力δfc(t)计算待测对象该时刻的坐标；
[0074]
具体的，参考图4，以第一压力传感器a、第二压力传感器b和第三压力传感器c为分别作为顶点构成等边三角形的中心为原点，建立xy坐标系；
[0075]
分别在xy坐标系的x方向和y方向上运用力学杠杆原理，a为第一压力传感器a的纵坐标，可得：
[0076][0077]
化简得：
[0078][0079]
也可表示为：
[0080][0081]
计算得到待测对象该时刻的坐标公式：
[0082][0083]
根据坐标与原点构成位置向量
[0084]
在一些实施例中，步骤s50之后，还包括：
[0085]
s51、通过坐标得到待测对象的运动速度。通过坐标得到待测对象的运动速度的计
card，smc)，安全数字(secure digital，sd)卡，闪存卡(flash card)等。
[0096]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。