一种基于单目近红外相机鱼类三维轨迹获取方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于单目近红外相机的鱼类三维轨迹获取方法及系统，利用水对近红外光的吸收作用，可以从单目近红外相机采集的水平面图像中获取鱼类精确的三维轨迹信息；包括获取鱼类水平面图像，建立鱼类亮度与鱼类真实深度关系映射模型；根据鱼类水平面图像对应的鱼类亮度及鱼类亮度与鱼类真实深度关系映射模型，得到鱼类真实深度；包括根据鱼类真实深度及鱼类水平面图像对应的鱼类水平面坐标，获取鱼类三维轨迹。本发明专利技术采用单目的近红外相机获取鱼类的精确的三维轨迹方法，所需硬件设备少，操作简单，成本低廉，且探测精度高，能准确实时地得到鱼类运动的三维轨迹。

【技术实现步骤摘要】
一种基于单目近红外相机鱼类三维轨迹获取方法及系统
本专利技术涉及鱼类轨迹获取领域，尤其涉及一种基于单目近红外相机鱼类三维轨迹获取方法及系统。
技术介绍
由于鱼类是一种在三维空间运动的生物，因此鱼类三维轨迹的获取对鱼类行为学研究具有非常重要的意义，而视频跟踪技术是获取鱼类游动的三维轨迹的主要技术手段。目前，获取鱼类三维轨迹的视频跟踪技术，主要包括以下几种：(1)单目镜像法，即单目摄像机结合平面镜辅助成像，因而只适用于实验室环境；(2)双目或多目法，通过同步两个或多个相机实现，但同步相机系统需要多个硬件设备和复杂软件配准，此外还需要获得相机的内部和外部参数以及对相机进行标定，该方法成本较高、数据配准量大，计算繁琐，很难实时；(3)结构光相机，该方法采用激光散斑作为光源，由于激光散斑是相干光照射到粗糙的散射面在空间上的随机叠加，因此成像距离小,图像的分辨率低。因此，目前的获取鱼类三维轨迹的视频跟踪技术，主要存在应用场景受限，需要多个硬件设备或成像距离小。
技术实现思路
为了解决单目近红外相机获取鱼类三维轨迹时深度探测精度较低的问题，一方面，本专利技术提供了一种鱼类三维轨迹获取方法，包括：建立鱼类亮度与鱼类真实深度关系映射模型；获取鱼类水平面图像，根据鱼类水平面图像对应的鱼类亮度及鱼类亮度与鱼类真实深度关系映射模型，得到鱼类真实深度；根据鱼类真实深度及鱼类水平面图像对应的鱼类水平面坐标，获取鱼类三维轨迹。优选地，建立鱼类亮度与鱼类真实深度关系映射模型，包括：对照明光源进行非均匀性校正，以使得照明光源照明均匀；获取鱼类垂直坐标；对鱼类垂直坐标进行失真校正，获取鱼类真实深度；根据鱼类亮度与鱼类真实深度的关系，建立鱼类亮度与鱼类真实深度关系映射模型。优选地，对鱼类垂直坐标进行失真校正，获取鱼类真实深度的计算式为：其中，z为鱼类真实垂直坐标，为鱼类垂直坐标，为鱼类在鱼缸水面上的坐标的值；a为鱼类真实位置和鱼类在鱼缸的前表面的成像点连线与第一视频获取装置的透镜的水平中心线的相交点，与鱼缸的前表面的水平距离；b为鱼类真实位置和鱼类在鱼缸内水面的成像点连线与第二视频获取装置的透镜的垂直中心线的相交点，与鱼缸内水面的垂直距离；第一视频获取装置透过鱼缸内水面拍摄鱼类，第二视频获取装置透过鱼缸的前表面拍摄鱼类。优选地，本方法还包括：根据鱼类水平面图像对应的的鱼类水平面坐标及鱼类真实深度，得到鱼类真实水平面坐标，包括：对鱼类水平面图像对应的鱼类水平面坐标进行失真校正，获取鱼类真实水平面坐标。优选地，对鱼类水平面图像对应的鱼类水平面坐标进行失真校正，获取鱼类真实水平面坐标的计算式为：其中，为鱼类水平面坐标，(x,y)为鱼类真实水平面坐标，为鱼类垂直坐标；Y为鱼缸的宽度，Z为鱼缸高度；a为鱼类真实位置和鱼类在鱼缸的前表面的成像点连线与第一视频获取装置的透镜的水平中心线的相交点，与鱼缸的前表面的水平距离；b为鱼类真实位置和鱼类在鱼缸内水面的成像点连线与第二视频获取装置的透镜的垂直中心线的相交点，与鱼缸内水面的垂直距离；第一视频获取装置透过鱼缸上方拍摄鱼类，第二视频获取装置透过鱼缸的前表面拍摄鱼类。优选地，根据鱼类亮度与鱼类真实深度的关系，建立鱼类亮度与鱼类真实深度关系映射模型，还包括：通过琅勃吸收定律对鱼类亮度与鱼类真实深度进行拟合。优选地，a的计算式为：其中，a为鱼类真实位置和鱼类在鱼缸的前表面的成像点连线与第一视频获取装置的透镜的水平中心线的相交点，与鱼缸的前表面的水平距离；为第一视频获取装置的光心到鱼缸的前表面的水平距离；nw为水的折射系数；为鱼类垂直坐标。优选地，b的计算式为：其中，b为鱼类真实位置和鱼类在鱼缸内水面的成像点连线与第二视频获取装置的透镜的垂直中心线的相交点，与鱼缸内水面的垂直距离；为第二视频获取装置的光心到鱼缸内水面的垂直距离；nw为水的折射系数；为鱼类在鱼缸水面上的坐标的值。另一方面，本专利技术还提供了一种鱼类三维轨迹获取系统，包括：互相连接的第一视频获取装置和视频处理装置，第一视频获取装置设于鱼缸的上方，第一视频获取装置用于透过鱼缸内的水面的上表面拍摄鱼类；视频处理装置用于分析第一视频获取装置拍摄的鱼类亮度。优选地，本鱼类三维轨迹获取系统还包括：第二视频获取装置，第二视频获取装置设于鱼缸的侧面，第二视频获取装置透过鱼缸的前表面拍摄鱼类。优选地，鱼缸无顶盖。本专利技术通过鱼缸上方获取的鱼类图像得到鱼类水平面坐标，再由鱼缸侧面获取的鱼类图像得到鱼类垂直坐标，将鱼类水平面坐标与鱼类垂直坐标进行失真校正，获取鱼类真实水平面坐标与鱼类真实深度；根据鱼类真实水平面坐标对应的鱼类亮度与鱼类真实深度的关系，建立鱼类亮度与鱼类真实深度关系映射模型。由此，由鱼缸上方获取鱼类水平图像，根据鱼类水平图像可知鱼类水平面坐标和鱼类亮度，然后基于鱼类亮度与鱼类真实深度关系映射模型可知鱼类真实深度；根据鱼类水平面坐标及鱼类真实深度，可知鱼类真实位置。随着鱼类实时活动，获取多个鱼类真实位置，从而获取鱼类的三维轨迹信息。本专利技术提供了一种鱼类三维轨迹方法及系统，可以采用单目的近红外传感器获取鱼类的三维轨迹方法。利用水对近红外光的吸收作用，当鱼在水中处于不同深度时，获取到的二维近红外图像中鱼体的亮度不同，然后基于建立的鱼类真实亮度与鱼类深度关系映射模型，可直接从单目近红外相机采集的二维图像中挖掘出3D位置信息，该方法及系统所需硬件设备少、操作简单，成本低廉，探测精度高，能准确地实时反应鱼类运动的三维轨迹。附图说明图1为本专利技术根据一个优选实施方式的鱼类三维轨迹获取方法的流程图；图2为本专利技术根据一个优选实施方式的鱼类坐标垂直方向上的失真校正示意图；图3为本专利技术根据一个优选实施方式的鱼类坐标水平方向上的失真校正示意图；图4为本专利技术根据一个优选实施方式的鱼类三维轨迹获取系统的结构示意图；图5为本专利技术根据一个优选实施方式的获取的鱼类三维轨迹图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。图1为本专利技术根据一个优选实施方式的鱼类三维轨迹获取方法的流程图，如图1所示，为了解决目前获取鱼类三维轨迹的方法成本较高、计算繁琐，难以实时或成像距离小、图像分辨率低的问题，一方面，本专利技术提供了一种鱼类三维轨迹获取方法，包括：建立鱼类亮度与鱼类真实深度关系映射模型；获取鱼类水平面图像，根据鱼类水平面图像对应的鱼类亮度及鱼类亮度与鱼类真实深度关系映射模型，得到鱼类真实深度；根据鱼类真实深度及鱼类水平面图像对应的鱼类真实水平面坐标，获取鱼类三维轨迹。具体地，本实施例从鱼类亮度与鱼类深度有关出发，建立鱼类亮度与鱼类真实深度关系映射模型，以使得根据鱼类亮度与鱼类真实深度关系映射模型，在已知鱼类亮度时，可得知鱼类真实深度。因此通过鱼类水平面图像，得知鱼类水平面图像对应的鱼类亮度，再根据鱼类亮度，得到鱼类真实深度。随着鱼类连续实时移动，根据鱼类在多个位置的鱼类真实深度和鱼类水平面坐标，可获取鱼类三维轨迹。本实施例通过建立鱼类亮度与鱼类真实深度关系映射模型，获取到鱼类水平面图像之后，由鱼类水平面图像对应的鱼类亮度得到鱼类真实深度，再根据鱼类水平面图像对应的鱼类水平面坐标以及鱼类真实深度，获取鱼类真实水平面坐标，而由鱼本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种鱼类三维轨迹获取方法，其特征在于，包括：建立鱼类亮度与鱼类真实深度关系映射模型；获取鱼类水平面图像，根据所述鱼类水平面图像对应的鱼类亮度及所述鱼类亮度与鱼类真实深度关系映射模型，得到鱼类真实深度；根据所述鱼类真实深度及所述鱼类水平面图像对应的鱼类水平面坐标，获取鱼类三维轨迹。

【技术特征摘要】
1.一种鱼类三维轨迹获取方法，其特征在于，包括：建立鱼类亮度与鱼类真实深度关系映射模型；获取鱼类水平面图像，根据所述鱼类水平面图像对应的鱼类亮度及所述鱼类亮度与鱼类真实深度关系映射模型，得到鱼类真实深度；根据所述鱼类真实深度及所述鱼类水平面图像对应的鱼类水平面坐标，获取鱼类三维轨迹。2.根据权利要求1所述的一种鱼类三维轨迹获取方法，其特征在于，所述建立鱼类亮度与鱼类真实深度关系映射模型，包括：对照明光源进行非均匀校正，以使得所述照明光源照射均匀；获取鱼类垂直坐标；对所述鱼类垂直坐标进行失真校正，获取所述鱼类真实深度；根据所述鱼类亮度与所述鱼类真实深度的关系，建立所述鱼类亮度与鱼类真实深度关系映射模型。3.根据权利要求2所述的一种鱼类三维轨迹获取方法，其特征在于，所述对所述鱼类垂直坐标进行失真校正，获取所述鱼类真实深度的计算式为：其中，z为鱼类真实垂直坐标，为鱼类垂直坐标，为鱼类在鱼缸水面上的坐标的值；a为鱼类真实位置和鱼类在鱼缸的前表面的成像点连线与第一视频获取装置的透镜的水平中心线的相交点，与鱼缸的前表面的水平距离；b为鱼类真实位置和鱼类在鱼缸内水面的成像点连线与第二视频获取装置的透镜的垂直中心线的相交点，与鱼缸内水面的垂直距离；所述第一视频获取装置透过鱼缸内水面拍摄鱼类，所述第二视频获取装置透过鱼缸的前表面拍摄鱼类。4.根据权利要求1所述的一种鱼类三维轨迹获取方法，其特征在于，还包括:根据所述鱼类水平面图像对应的的鱼类水平面坐标及所述鱼类真实深度，得到鱼类真实水平面坐标，包括：对所述鱼类水平面图像对应的鱼类水平面坐标进行失真校正，获取所述鱼类真实水平面坐标。5.根据权利要求4所述的一种鱼类三维轨迹获取方法，其特征在于，对所述鱼类水平面图像对应的鱼类水平面坐标进行失真校正，获取所述鱼类真实水...

【专利技术属性】
技术研发人员：吝凯，杨信廷，孙传恒，周超，徐大明，田洁，陈澜，
申请(专利权)人：北京农业信息技术研究中心，
类型：发明
国别省市：北京,11