一种养殖鱼类图像增强装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及渔业信息化技术领域，公开了一种养殖鱼类图像增强装置及方法，所述方法为，控制处理器接收来自近红外相机拍摄的原始图像，并计算原始图像的灰度值；根据原始图像的灰度值对原始图像进行初步增强，消除光照不均匀和变化的影响，得到反射图像的灰度值；对反射图像的灰度值进行非线性变换得到最终的增强图像。本发明专利技术提供的养殖鱼类图像增强方法，提高了图像的对比度，可以为后续的图像处理提供准确的、连续一致的分割的基础。

Image enhancement device and method for cultured fish

The present invention relates to fishery information technology field, discloses a fish image enhancement device and method, the method for control of the processor receives the original image from the near infrared camera, and calculate the gray value of the original image; according to the gray value of the original image of the original image of enhancement, eliminate uneven illumination effect and change the gray value of the image are reflected on the reflection image; gray value of nonlinear transform to get the final enhanced image. The fish image enhancement method provided by the invention improves the contrast of the image and provides the basis for accurate, continuous and consistent segmentation of the subsequent image processing.

【技术实现步骤摘要】
一种养殖鱼类图像增强装置及方法
本专利技术涉及渔业信息化
，尤其涉及一种养殖鱼类图像增强装置及方法。
技术介绍
近年来，计算机视觉技术在循环水养殖中一直是研究的热点领域，由于循环水养殖现场光线一般都比较暗，而基于近红外视觉获取到的近红外图像不受可见光强度的影响，其成像效果相比普通机器视觉效果要好，非常适合用于循环水养殖过程中。但是，总之还是在一个光照条件相对不足的条件下，其采集的近红外图像总体偏暗，加之部分鱼有随环境改变体色的情况，难免会造成图像整体偏暗，对比度低的情况，给目标识别带来了很大的困难，因此需要经过增强处理改善图像质量。常用的图像增强方法主要有直方图均衡算法、小波变换法、Retinex算法、线性增强法等。但以上增强方法在处理采集到的近红外图像时，或多或少存在计算量大，不宜于实时处理的问题，算法的智能型和自适应性差或者容易丢失图像的细节信息。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术提供一种养殖鱼类图像增强装置及方法，针对光线较暗的循环水养殖现场的鱼类图像的采集现状而进行的设计，解决了近红外视觉图像采集过程中存在的偏暗、对比度低的问题，且不影响鱼类正常生长。(二)技术方案为解决上述问题，本专利技术提供了一种养殖鱼类图像增强装置，包括近红外相机、近红外光源、光照度变送器以及控制处理器，其中，近红外相机、近红外光源和光照度变送器设置在养殖鱼的水槽上方，所述控制处理器与所述近红外相机、近红外光源和光照度变送器分别连接；所述近红外相机能够在所述控制处理器的控制下采集鱼群的近红外图像，所述近红外光源用于为所述近红外相机补光，所述光照度变送器能够感应环境的光线强度并将光线强度信息传送给所述控制处理器，所述控制处理器根据光线强度信息控制所述近红外光源开关以及光照强度，且所述控制处理器能接收近红外相机采集的图像并对图像进行对比度增强处理。进一步地，所述光照度变送器包括依次光照度传感器、微控制器以及通信接口，所述微控制器与所述光照度传感器和通信接口分别相连，所述微控制器能够控制光照度传感器采集数据，并通过通信接口将光照度传感器采集的数据传递给控制处理器。为了解决上述技术问题，本专利技术还提供了一种养殖鱼类图像增强方法，包括如下步骤：步骤1：控制处理器接收来自近红外相机拍摄的原始图像，并计算原始图像的灰度值；步骤2：根据原始图像的灰度值对原始图像进行初步增强，消除光照不均匀和变化的影响，得到反射图像的灰度值；步骤3：对反射图像的灰度值进行非线性变换得到最终的增强图像。进一步地，所述步骤3的具体过程为：步骤3-1：对反射图像的每个灰度值进行归一化变换；步骤3-2：根据归一化变换后的灰度值选取灰度拉伸的非线性变换函数；步骤3-3：利用粒子群算法自动选取最优的所述非线性变换函数的关键参数；步骤3-4：对归一化变换后的图像利用非线性变换函数进行灰度变换；步骤3-5：将非线性变换后的图像反归一化处理，得到对比度增强后的图像。进一步地，所述计算原始图像的灰度值的具体步骤为：获取原始图像的大小，计算其像素点数和其长宽，然后分别读取其每个像素点的灰度值，存入灰度值矩阵，完成原始图像的各个像素点的灰度值I(x,y)计算。进一步地，所述根据原始图像的灰度值对原始图像进行初步增强，消除光照不均匀和变化的影响，得到反射图像的灰度值的公式为：其中，原始图像在(x,y)点的灰度值为I(x,y)，反射图像在(x,y)的灰度值为f(x,y),F(x,y,ck)为中心环绕函数，Q为高斯中心环绕函数的个数，ck为尺度，wK为每个尺度的权重，为卷积。进一步地，所述对反射图像的每个灰度值进行归一化变换的公式为：f′(x,y)＝(f(x,y)-Lmin)/(Lmax-Lmin)其中，f'(x,y)为(x,y)点的归一化变换后的灰度值，Lmax和Lmin分别为反射图像所有像素点的灰度值的最大灰度值和最小灰度值。进一步地，所述非线性变换函数为：其中，B(α,β)表示为：其中，F(μ)为非线性变换后的灰度值，u为归一化后的灰度值且0<μ<1,0<α,β<10。进一步地，所述关键参数为(α,β)，所述利用粒子群算法自动选取最优的非线性变换函数的关键参数的公式为：其中，M和N为图像的宽和高，i为(x,y)点的某粒子，f”(x,y)为经过非线性变换函数F处理后得到的图像在(x,y)点的灰度值。进一步地，所述将非线性变换后的图像反归一化处理，得到对比度增强后的图像的公式为f″′(x,y)＝(Lmax′-Lmin′)f″(x,y)+Lmin′其中，f”(x,y)为经过非线性变换函数F处理后得到的图像在(x,y)点的灰度值，f″′(x,y)为反归一处理后(x,y)点的灰度值，Lmax′和Lmin′分别为影像灰度值范围中的最大和最小灰度值。(三)有益效果本专利技术的上述技术方案具有如下优点：本专利技术养殖鱼类图像增强方法，通过控制处理器对近红外图像进行对比度增强处理，首先初步增强，消除光照不均匀和变化的影响。但是初步增强后的图像会变灰，此后又对初步增强后的图像进行灰度的非线性变换，显示淹没的细节，得到对比度高的图像。本专利技术可以在光线较暗的水产养殖现场使用，不改变鱼类的生长环境，不会对其生长造成影响。可以对采集的循环水养殖现场的图像进行对比度增强，为后续图像处理和目标识别提取提供基础。本专利技术养殖鱼类图像增强装置通过设置近红外相机以及近红外光源获取鱼群的近红外图像，然后由控制处理器对近红外图像进行对比度增强处理，提高了图像的对比度。除了上面所描述的本专利技术解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本专利技术的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明。附图说明图1是本专利技术实施例1养殖鱼类图像增强方法的流程图；图2是本专利技术实施例1养殖鱼类图像增强方法的对反射图像的灰度值进行非线性变换得到最终的增强图像的流程图；图3是本专利技术实施例2养殖鱼类图像增强装置的示意图；图4是本专利技术实施例2养殖鱼类图像增强装置的光照度变送器示意图。图中：1：近红外相机；2：近红外光源；3：光照度变送器，31：光照度传感器，32：微控制器；33：通信接口；4：控制处理器；5：水槽；6：水处理设备。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的一部分实施例，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做出创造性劳动的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。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。此外，在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。如图1所示，本专利技术实施例提供的养殖鱼类图像本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种养殖鱼类图像增强装置，其特征在于：包括近红外相机、近红外光源、光照度变送器以及控制处理器，其中，近红外相机、近红外光源和光照度变送器设置在养殖鱼的水槽上方，所述控制处理器与所述近红外相机、近红外光源和光照度变送器分别连接；所述近红外相机能够在所述控制处理器的控制下采集鱼群的近红外图像，所述近红外光源用于为所述近红外相机补光，所述光照度变送器能够感应环境的光线强度并将光线强度信息传送给所述控制处理器，所述控制处理器根据光线强度信息控制所述近红外光源开关以及光照强度，且所述控制处理器能接收近红外相机采集的图像并对图像进行对比度增强处理。

【技术特征摘要】
1.一种养殖鱼类图像增强装置，其特征在于：包括近红外相机、近红外光源、光照度变送器以及控制处理器，其中，近红外相机、近红外光源和光照度变送器设置在养殖鱼的水槽上方，所述控制处理器与所述近红外相机、近红外光源和光照度变送器分别连接；所述近红外相机能够在所述控制处理器的控制下采集鱼群的近红外图像，所述近红外光源用于为所述近红外相机补光，所述光照度变送器能够感应环境的光线强度并将光线强度信息传送给所述控制处理器，所述控制处理器根据光线强度信息控制所述近红外光源开关以及光照强度，且所述控制处理器能接收近红外相机采集的图像并对图像进行对比度增强处理。2.根据权利要求1所述的养殖鱼类图像增强装置，其特征在于：所述光照度变送器包括依次光照度传感器、微控制器以及通信接口，所述微控制器与所述光照度传感器和通信接口分别相连，所述微控制器能够控制光照度传感器采集数据，并通过通信接口将光照度传感器采集的数据传递给控制处理器。3.一种养殖鱼类图像增强方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：控制处理器接收来自近红外相机拍摄的原始图像，并计算原始图像的灰度值；步骤2：根据原始图像的灰度值对原始图像进行初步增强，消除光照不均匀和变化的影响，得到反射图像的灰度值；步骤3：对反射图像的灰度值进行非线性变换得到最终的增强图像。4.根据权利要求3所述的养殖鱼类图像增强方法，其特征在于：所述步骤3的具体过程为：步骤3-1：对反射图像的每个灰度值进行归一化变换；步骤3-2：根据归一化变换后的灰度值选取灰度拉伸的非线性变换函数；步骤3-3：利用粒子群算法自动选取最优的所述非线性变换函数的关键参数；步骤3-4：对归一化变换后的图像利用非线性变换函数进行灰度变换；步骤3-5：将非线性变换后的图像反归一化处理，得到对比度增强后的图像。5.根据权利要求3所述的养殖鱼类图像增强方法，其特征在于：所述计算原始图像的灰度值的具体步骤为：获取原始图像的大小，计算其像素点数和其长宽，然后分别读取其每个像素点的灰度值，存入灰度值矩阵，完成原始图像的各个像素点的灰度值I(x,y)计算。6.根据权利要求3所述的养殖鱼类图像增强方法，其特征在于：所述根据原始图像的灰度值对原始图像进行初步增强，消除光照不均匀和变化的影响，得到反射图像的灰度值的公式为：

【专利技术属性】
技术研发人员：杨信廷，周超，孙传恒，吝凯，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