一种工厂化循环水养殖鱼类游动速度估算系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种工厂化循环水养殖鱼类游动速度估算系统及方法。该估算系统包括：近红外相机、近红外光源和处理设备；其中近红外相机、近红外光源设置在鱼池的上方，两者的光轴光线垂直于鱼池的水面，并且均与处理设备连接；近红外光源，用于在处理设备的控制下为近红外相机补光；红外相机，用于在处理设备的控制下采集鱼体的近红外图像；处理设备，还用于接收近红外图像进行处理以获取鱼的游动速度。所述估算方法用于计算鱼的游动速度。本发明专利技术可以光线较暗的工厂化循环水养殖车间使用，不会改变鱼类的生长环境即对其生长不会造成影响。还能实时监控鱼的游动速度，为监控鱼类行为提供可靠依据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及渔业信息化技术，具体涉及一种工厂化循环水养殖鱼类游动速度估算系统及方法。
技术介绍
随着工厂化水产养殖规模的增大，有必要对养殖对象的行为实时监控。其中，鱼类的游动速度是衡量鱼类群体行为的一个重要指标，因此及时准确的获取鱼类的游动速度可以为后续行为分析(例如鱼类疾病预警、投饲控制等)提供重要依据。现有技术中估算鱼类的游动速度主要是利用传统机器视觉的方法，包括对图像进行建模分析处理。例如，于欣等人的“基于光流法与特征统计的鱼群异常行为检测”(《农业工程学报》，2014，30(02):162-168)文献，利用机器视觉的光流法提取鱼类的运动矢量，从而获取鱼群的异常行为，这种方法的成本较低。但是在实际生产过程中，工厂化循环水养殖车间一般光线比较暗，为获得较好的效果，需要增加光源或者额外补光，有可能会影响鱼类的正常生长
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种工厂化循环水养殖鱼类游动速度估算系统及方法，以解决现有技术中光线较暗环境获取鱼类游动速度时需要增加光源或者额外补光而影响鱼类正常生长的问题。第一方面，本专利技术实施例提供了一种工厂化循环水养殖鱼类游动速度估算系统，包括：近红外相机、近红外光源和处理设备；其中所述近红外相机、所述近红外光源设置在鱼池的上方，两者的光轴光线垂直于所述鱼池的水面，并且均与所述处理设备连接；所述近红外光源，用于在所述处理设备的控制下为所述近红外相机补光；所述近红外相机，用于在所述处理设备的控制下采集鱼体的近红外图像；所述处理设备，还用于接收所述近红外图像进行处理以获取所述鱼的游动速度。可选地，所述近红外光源为点光源，且其焦点与所述近红外相机镜头的焦点重合。可选地，所述近红外相机的型号为MantaG-223BNIR近红外工业相机，且其镜头型号为ComputarM0814-MP2。可选地，所述红外光源由多颗环绕分布在所述近红外相机周围的近红外灯组成。可选地，所述近红外灯所发出光线的中心波长为820nm，功率为3W。可选地，所述处理设备为PC机或工控机。第二方面，本专利技术实施例还提供了一种工厂化循环水养殖鱼类游动速度估算方法，包括：从近红外图像中获取并去除图像背景；在去除图像背景的近红外图像中检测并分割目标物体的边缘以得到多个目标物体的像素点；去除像素点数量位于最小预设像素值和最大预设像素值之外的目标物体，以获取剩余目标物体即鱼体；将第n+1帧近红外图像中与根据第n-1帧近红外图像和第n帧近红外图像中估算出的估算位置最近的鱼体匹配为同一鱼体；根据两幅近红外图像中同一鱼体的位置计算欧氏距离以及所述鱼体游动的相对速度即鱼的游动速度。可选地，所述最小预设像素值和所述最大预设像素值通过以下步骤获取包括：将所有鱼体的像素点数量按照由大到小的顺序进行排序；分别从前面和后面获取预设数量的鱼体的像素点数量并计算平均值作为最大预设像素值和最小预设像素值。可选地，所述将第n+1帧近红外图像中与根据第n-1帧近红外图像和第n帧近红外图像中估计出的位置最近的鱼体匹配为同一鱼体的步骤包括：根据鱼体在所述第n-1帧近红外图像和所述第n帧近红外图像中的位置，利用线性外推法计算所述鱼体中像素点在所述第n+1帧近红外图像中的估算位置；计算所述第n+1帧近红外图像中鱼体像素点的估算位置与所有探测到的鱼体的像素点的欧氏距离；利用Kuhn-Munkras算法计算完备匹配下的最大权匹配，以获取最近的鱼体目标；将所述第n+1帧近红外图像中最近的鱼体像素点与所述第n帧近红外图像中鱼体像素点进行匹配。可选地，若第n帧近红外图像中没有确定的最近的鱼体则被认为该鱼体消失；或者，若连接两帧检测不到所述鱼体像素点，则停止计算。由上述技术方案可知，本专利技术通过设置近红外相机以及近红外光源获取鱼体的近红外图像，然后由处理设备分析处理近红外图像获取鱼的游动速度。本专利技术可以光线较暗的工厂化循环水养殖车间使用，无需增加补光灯，不会改变鱼类的生长环境即对其生长不会造成影响。还能实时监控鱼的游动速度，为监控鱼类行为提供可靠依据。附图说明通过参考附图会更加清楚的理解本专利技术的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本专利技术进行任何限制，在附图中：图1是本专利技术提供的一种工厂化循环水养殖鱼类游动速度估算系统结构示意图；图2是图1中近红外光源与近红外相机的位置关系示意图；图3是本专利技术提供的一种工厂化循环水养殖鱼类游动速度估算方法流程示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，本实施例公开一种工厂化循环水养殖鱼类游动速度估算系统，包括：近红外光源1、近红外相机2和处理设备3。其中近红外光源1和近红外相机2设置在鱼池0的上方，两者的光轴光线垂直于鱼池0的水面，并且均与处理设备3连接。近红外光源1，用于在处理设备3的控制下启动为近红外相机2补光，以获取到高质量的近红外图像；近红外相机2，用于在处理设备3的控制下采集鱼体的近红外图像；处理设备3，还用于接收近红外图像进行处理以获取鱼的游动速度。需要说明的是，本专利技术实施例中，近红外光源1为点光源，且设置其焦点与近红外相机镜头的焦点重合。可选地，如图2所示，本专利技术实施例中该近红外光源1由多颗环绕分布在近红外相机2周围的近红外灯组成，例如，近红外灯的数量可以为8颗，每颗近红外灯与近红外相机2的距离r为5cm。并且，每颗近红外灯所发出光线的中心波长为820nm，功率为3W，即近红外光源的功率为24W。另外，该近红外光源1与近红外相机2的光轴光线互相平时并且垂直于鱼池0中的水面。需要说明的是，近红外相机2所采集的近红外图像与该近红外相机2物理像素上接收的光线的反射强度线性分布。实际应用中，相对于鱼池中的水对光线的吸收情况，由空气和水中小颗粒引起的光线散射可以忽略。可选地，本专利技术中近红外相机采用德国AVT生产的，型号为MantaG-223BNIR近红外工业相机，且其镜头型号为ComputarM0814-MP2，其对角D、水平H、垂直V方向上的视场角分别为67.1°、56.3°、43.7°。实际应用中，由于水对近红外光有强烈的吸收能力，水中目标越深，光线经过折射反射后，反射回来光线的亮度越小，因此可以利用近红外图像中目标的亮度来计算其深度信息。本专利技术实施例中处理设备3可采用现有技术中的图像处理方法获取鱼体的位置坐标，通过利用多帧近红外图像中鱼体位置的变化计算得到鱼的游动速度。该处理设备3可以是PC机或工控机。当然，处理设备3也可以采用其他处理器，选择不同的图像处理方法得到上述位置坐标，同样可以实现本专利技术的技术方案，得到基本相同的技术效果，同样落入本专利技术的保护范围。为提高计算精度，本专利技术实施例还提供了一种工厂化循环水养殖鱼类游动速度估算方法，如图3所示，包括：S1、从近红外图像中获取并去除图像背景；S2、在去除图像背景的近红外图像中检测并分割目标物体的边缘以得到多个目标物体的像素点；S3、去除像素点数量位于最小预设像素值和最大预设像本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种工厂化循环水养殖鱼类游动速度估算系统，其特征在于，包括：近红外相机、近红外光源和处理设备；其中所述近红外相机、所述近红外光源设置在鱼池的上方，两者的光轴光线垂直于所述鱼池的水面，并且均与所述处理设备连接；所述近红外光源，用于在所述处理设备的控制下为所述近红外相机补光；所述近红外相机，用于在所述处理设备的控制下采集鱼体的近红外图像；所述处理设备，还用于接收所述近红外图像进行处理以获取所述鱼的游动速度。

【技术特征摘要】
1.一种工厂化循环水养殖鱼类游动速度估算系统，其特征在于，包括：近红外相机、近红外光源和处理设备；其中所述近红外相机、所述近红外光源设置在鱼池的上方，两者的光轴光线垂直于所述鱼池的水面，并且均与所述处理设备连接；所述近红外光源，用于在所述处理设备的控制下为所述近红外相机补光；所述近红外相机，用于在所述处理设备的控制下采集鱼体的近红外图像；所述处理设备，还用于接收所述近红外图像进行处理以获取所述鱼的游动速度。2.根据权利要求1所述的工厂化循环水养殖鱼类游动速度估算系统，其特征在于，所述近红外光源为点光源，且其焦点与所述近红外相机镜头的焦点重合。3.根据权利要求1所述的工厂化循环水养殖鱼类游动速度估算系统，其特征在于，所述近红外相机的型号为MantaG-223BNIR近红外工业相机，且其镜头型号为ComputarM0814-MP2。4.根据权利要求1所述的工厂化循环水养殖鱼类游动速度估算系统，其特征在于，所述红外光源由多颗环绕分布在所述近红外相机周围的近红外灯组成。5.根据权利要求4所述的工厂化循环水养殖鱼类游动速度估算系统，其特征在于，所述近红外灯所发出光线的中心波长为820nm，功率为3W。6.根据权利要求1～5任一项所述的工厂化循环水养殖鱼类游动速度估算系统，其特征在于，所述处理设备为PC机或工控机。7.一种工厂化循环水养殖鱼类游动速度估算方法，其特征在于，包括：从近红外图像中获取并去除图像背景；在去除图像背景的近红外图像中检测并分割目标物体的边缘以得到多个目标物体的像素点；去除像素点数量位于最小预设像素...

【专利技术属性】
技术研发人员：周超，杨信廷，孙传恒，吝凯，解菁，徐大明，陈彩文，郭强，
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