动物行为红外视频分析系统技术方案

本发明专利技术公开了一种动物行为红外视频分析系统，涉及生命科学领域和电子信息技术领域，现有技术中的动物行为红外视频分析系统包括动物行为实验箱、红外摄像机、视频采集卡和计算机，红外摄像机安装在动物实验箱顶部，红外摄像机与视频采集卡通过视频信号线相连，视频采集卡与计算机通过数据接口相连，本发明专利技术在此基础上对动物行为实验箱作出改进，在实验箱顶部安装一个可见光光源，在其底部安装一个红外光源，在实验箱中间区域放置一个托盘，在托盘与可见光光源之间的区域放入一块遮光板，使其能够同时实现对动物在亮、暗区域行为的观察和视频图像采集，能够自动识别视频流中的动物，自动记录动物的位置坐标。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生命科学领域和电子信息
，尤其涉及一种通过红外成像和数 字图像处理技术进行动物行为跟踪、记录和分析的系统。
技术介绍
本专利技术用于研究光刺激对动物行为的影响。研究表明，动物对明或暗的环境有明 显不同的偏好。例如，果蝇幼虫只能感受到绿光和蓝光而不能感受到红光和红外线。因此， 将实验装置内的行为观察区域分为两个区域，其中一个区域用蓝光(或绿光)照射形成亮 区域，另一个区域遮蔽照射光线形成暗区域。果蝇幼虫在亮区和暗区之间呈现不同的偏好 行为，通过记录果蝇幼虫在亮、暗区域的停留时间、运动轨迹和路程、以及在两个区域交界 处的折返运动现象，可以为研究果蝇视觉相关的运动行为提供科学依据。目前的动物行为视频分析系统是通过可见光摄像机记录实验过程影像，再由计算 机自动记录动物的运动轨迹，并分析得到动物行为的各项数据指标。然而由于可见光摄像 机无法记录动物在暗区域的行为，因此该方法和设备不能用于上述动物行为的科学研究。
技术实现思路
本专利技术针对动物对明或暗的环境有明显不同的偏好，为克服现有技术只能记录可 见光环境下动物的行为，提出了一种红外视频分析动物行为的系统，能够同时自动跟踪、记 录和分析动物在亮区域和暗区域的行为。为实现上述目的，本专利技术提出的动物行为红外视频分析系统采取的技术方案如 下一种动物行为红外视频分析系统，包括动物行为实验箱、红外摄像机、视频采集卡和装 有动物行为视频分析软件的计算机，红外摄像机安装在动物实验箱顶部，红外摄像机与视 频采集卡通过视频信号线相连，视频采集卡与计算机通过数据接口相连，所述动物行为实 验箱中有托盘、可见光光源、红外光源、遮光板，在实验箱顶部安装可见光光源，在其底部安 装红外光源，在实验箱中间区域放置托盘，托盘在动物行为实验箱中的放置位置依据所拍 摄的图像能够完全包含实验所观察区域和成像清晰度进行调整。在托盘与可见光光源之间 的区域放入遮光板，所述遮光板可取为一块红外滤光片。动物行为实验箱为长方体形或圆 桶形或T型或八臂形。本专利技术的优点是能够同时实现对动物在亮、暗区域行为的观察和视频图像采集， 能够自动识别视频流中的动物，自动记录动物的位置坐标，能够自动统计动物在不同实验 区域的停留时间、路程和出入各区域的次数、静止等行为参数。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术的动物行为实验箱原理方框图。具体实施例方式如图1所示，本专利技术由以下部分组成动物行为实验箱100 ；红外摄像机200 ；视频采集卡300 ；计算机400 ；其中计算机400安装有动物行为视频分析软件500。红外摄像机 200安装在动物行为实验箱100上盖，将红外摄像机200与视频采集卡300通过视频信号线 相连，将视频采集卡300与计算机400通过数据接口相连。动物行为实验箱100的作用是为动物行为实验提供封闭实验环境。红外摄像机 200对准实验箱的观察区域进行拍摄，红外摄像机200通过视频信号线连接到视频采集卡 300，送入到计算机400，由动物行为视频分析软件系统500进行处理和存储。动物行为视频 分析软件系统500的作用是利用数字图像处理算法自动识别动物，自动记录动物的位置坐 标，从而分析得到动物在不同区域的时间、路程和轨迹等行为参数，并进行自动存储，使动 物行为实验过程自动化。本专利技术提出的动物行为红外视频分析系统，是在现有技术的基础上对动物行为实 验箱做了改进，在动物行为实验箱顶部即上盖安装一个可见光光源，在其底部安装一个红 外光源，在实验箱中间区域放置盛放实验动物的托盘，则托盘与可见光光源之间的区域即 为红外摄像机的观察区域，在观察区域的部分区域中加入一遮光板遮蔽部分可见光，从而 将观察区域分成了亮区和暗区两部分。具体工作原理如下由于红外光对大多数动物来讲 是一种不可见光，在实验装置中用可见光光源对观察区域施加光刺激，在观察区域的部分 区域用红外滤光片作为遮光板遮蔽可见光，形成暗区域，没有遮蔽的区域形成亮区域，同时 用红外光源照射整个观察区域，通过红外摄像机实时采集动物的运动图像，由于红外滤光 片能够透射红外光，红外摄像机只能感应红外光，消除可见光对成像的影响，因此该成像系 统能够同时采集动物在亮、暗区域的运动行为。利用数字图像处理技术自动识别动物，自动 记录动物的位置坐标，分析得到动物在不同区域的时间、路程和行为轨迹等参数，从而实现 对动物在暗区域的行为的观察，使动物行为实验过程自动化，并且大大减轻了实验操作人 员的劳动强度。一般动物行为实验箱有各种形状，如长方体、圆桶、T型、八臂等等形状，本实施 例以长方体形状的动物行为实验箱为例，如图2所示，各组成部分有托盘101、可见光光源 104、红外光源103、遮光板102。托盘的形状、尺寸和位置可以依具体实验要求而定，其上下位置调整的依据是所 拍摄的图像能够完全包含实验所观察区域和成像清晰度最好，本实施例中托盘101安装在 动物行为实验箱100的中部，作用是供动物在其上面运动。可见光光源104安装在动物行 为实验箱100的顶部，向托盘101发射可见光，作用是为动物行为实验箱100提供可见光刺 激。红外光源103安装在动物行为实验箱100的底部，向托盘101发射红外光，其作用是为 红外摄像机提供成像光源。托盘101与可见光光源104之间安装有一个遮光板102，能够透 过红外光，遮蔽可见光，形成暗区，无遮光板遮挡的区域，形成亮区。遮光板形状、尺寸和位 置依具体实验要求而定，在图2中，遮光板和托盘都取为长方体形状，且托盘与遮光板的长 度比例为2 1，由此在托盘上形成等大小的暗区和亮区。红外摄像机200对准托盘101进行拍摄，获得动物运动的红外图像。红外摄像机 200拍摄到的视频流送入到视频采集卡300，视频采集卡300将视频流转换为数据流，送入 到动物行为视频分析软件500，动物行为视频分析软件500对数据流进行显示、处理、分析和储存。利用本专利技术进行实验的操作过程如下1.将动物放入到实验箱内；2.施加可见光刺激，形成亮、暗区域；3.施加红外光源，采集红外图像，存储或不存储视频图像流；4.用动物行为视频分析软件自动识别动物的当前位置坐标；5.自动统计分析动物在各个区域内的停留时间、路程、进入区域的次数、静止等行为参数；6.存储动物的位置坐标和行为参数；7.实验结束，从实验箱取出动物；8.重复步骤1至步骤7，直至完成所有动物实验。权利要求一种动物行为红外视频分析系统，包括动物行为实验箱、红外摄像机、视频采集卡和计算机，红外摄像机安装在动物实验箱顶部，红外摄像机与视频采集卡通过视频信号线相连，视频采集卡与计算机通过数据接口相连，其特征在于所述动物行为实验箱中有托盘、可见光光源、红外光源、遮光板，可见光光源安装在实验箱顶部，红外光源安装在底部，在实验箱中间区域放置一个托盘，在托盘与可见光光源之间的区域放入一块遮光板。2.根据权利要求1所述的动物行为红外视频分析系统，其特征在于所述计算机装有动 物行为视频分析软件。3.根据权利要求1所述的动物行为红外视频分析系统，其特征在于所述遮光板为一块 红外滤光片。4.根据权利要求1所述的动物行为红外视频分析系统，其特征在于动物行为实验箱为 长方体形或圆桶形或T型或八臂形。5.根据权利要求1所述的动物行为红外视本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种动物行为红外视频分析系统，包括动物行为实验箱、红外摄像机、视频采集卡和计算机，红外摄像机安装在动物实验箱顶部，红外摄像机与视频采集卡通过视频信号线相连，视频采集卡与计算机通过数据接口相连，其特征在于：所述动物行为实验箱中有托盘、可见光光源、红外光源、遮光板，可见光光源安装在实验箱顶部，红外光源安装在底部，在实验箱中间区域放置一个托盘，在托盘与可见光光源之间的区域放入一块遮光板。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郝晓莉，龚哲峰，王昌利，
申请(专利权)人：北京交通大学，中国科学院生物物理研究所，北京天鸣宏远科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]