一种基于游泳型鱼类行为特征反馈的智能投饲系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于游泳型鱼类行为特征反馈的智能投饲系统，主要包括投饲机、轨道、滑块、称重传感器、摄像头、控制器、语音报警器；通过控制器分析摄像头所采集的视频信息，实时计算鱼群动能Ek，进而分析鱼类的饥饿情况，从而判断何时停止投喂，进行有反馈性地投饲工作，达到适时适量的投喂目的。本发明专利技术系统简单，操作方便，可极大程度上避免、节省人工成本，饵料成本，为实现养殖鱼类的高效益化、福利化提供技术支持。

An intelligent feeding system based on feedback of behavior characteristics of swimming fish

The invention relates to a feeding system of intelligent feedback type based on the features of swimming fish behavior, including feeding machine, rail, slide, weighing sensor, camera, camera controller, voice alarm; analysis of the collected information through the video controller, real time calculation and analysis of kinetic energy Ek of fish, hungry fish, in order to determine when stop feeding, with feedback to the feeding work, achieve timely and appropriate feeding purpose. The invention has the advantages of simple system, convenient operation, and can largely avoid the labor cost and the bait cost, and provide technical support for realizing the high benefit and welfare of the cultured fish.

【技术实现步骤摘要】
一种基于游泳型鱼类行为特征反馈的智能投饲系统
本专利技术属于水产养殖领域，涉及一种室内循环水养殖的智能投饵系统，具体涉及一种基于机器视觉技术和鱼类行为特征的智能投饵系统。
技术介绍
中国是水产养殖大国，占全球70％的水产养殖市场份额，据中国渔业统计年鉴调查显示，2015年我国水产品养殖总量达到4937.90万吨，约占国内水产品生产总量的73.70％，，而游泳型鱼类在其中占有很大的比重。目前对于工厂化养殖，饵料投喂主要依靠人工投饵以及机器定时定量投饵，人工投喂虽能较好地依靠人工经验对养殖对象的摄食欲望进行判断，提高饵料的利用率，但人工成本较高，费时费力；而一般的机器定时定量投喂虽然在一定程度上节省了人工成本，但其一般只能实现自动化，即定时定量投喂，而在鱼类的不同生长阶段都需要手动更改投饲量与投饲时间，无法自动、及时地进行调整，同时，投饲间隔时间与投饲量的确定也是按照前人经验，并不能最佳的适应鱼类生长。投喂不足会使鱼群抢食严重，造成鱼之间相互擦伤；而投喂过多，则会浪费饲料、污染水质，引发鱼类疾病。基于此类问题的存在，本专利技术提出的基于游泳型鱼类行为特征反馈的智能投饲系统，可以适时适量的进行投喂，形成的反馈机制可以保证投喂的合理性，能在人工成本被有效降低的情况下，提高饵料的利用，保证养殖鱼虾的福利化生长。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术和设备的不足，提供一种高效便捷的基于机器视觉技术和游泳型鱼类行为特征的智能投饲系统，节约饲料成本和人力成本，实现鱼类福利化养殖。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于游泳型鱼类行为特征反馈的智能投饲系统，包括：投饲机、轨道、滑块、称重传感器、摄像头、控制器、语音报警器；所述轨道水平布置在养殖池上方，滑块通过伺服电机的驱动在轨道内滑动，投饲机与滑块连接，称重传感器用于检测投饲机重量，摄像头位于投饲机底部中间位置；所述投饲机包括落料管、螺旋输送器、饲料储存仓、散料盘；饲料储存仓内的饲料通过螺旋输送器流动至落料管中，并通过散料盘将饲料均匀地抛撒至养殖池中。所述摄像头、螺旋输送器的电机、伺服电机、称重传感器、语音报警器分别与控制器相连；摄像头获取鱼群的视频信号，控制器根据视频信号进行鱼群动能Ek的计算，并与设定的动能阈值进行比较，根据比较结果对投饲机进行控制，当鱼群的动能高于设定阈值时，则投饲机继续进行投饲，即保持螺旋输送器工作；当鱼群动能等于或低于设定阈值时，表明鱼群的摄食行为已经不明显，则控制投饲机停止投喂。称重传感器检测投饲机重量，控制器根据重量数据获得其中储存的饲料量，当饲料储存仓内的饵料量小于设定余量阈值时，控制语音报警器进行报警。进一步地，所述摄像头、螺旋输送器的电机、伺服电机、称重传感器、语音报警器分别与控制器连接。本专利技术的有益效果是：本专利技术是基于机器视觉技术和游泳型鱼类行为特征反馈的智能投饲系统，结构简单，操作方便，智能化程度较高，所采用的机器视觉技术可以提取鱼类行为特征，并由控制器进行鱼群动能Ek的计算，从而判断是否继续投喂，达到适时适量的投喂目的。本专利技术可以在保证较低的人工成本以及较高饵料利用率的前提下实现游泳型鱼类的福利化生长。同时，当喂养鱼苗时，因为鱼苗不能引起较为明显的水面反光现象，鱼类行为特征提取较为困难，故不能采用智能投饲模式，因此设有定时定量投喂的自动模式。综上所述，本专利技术具有较强的适应性，可以较好的为鱼类福利化养殖提供技术支持。附图说明图1为本专利技术的主视图；图2为投饲机的三维轴测图；图中：养殖池1、散料盘2、投饲机3、轨道4、滑块5、称重传感器6、摄像头7、落料管8、螺旋输送器9、饲料储存仓10。具体实施方式本专利技术以提高水产饲料利用率、降低人力投入从而提高经济效益为目的，提供了一种基于游泳型鱼类行为特征反馈的智能投饲系统，可实现全自动投饲，利用机器视觉技术对鱼群行为进行实时监控、分析，通过抛撒诱饵得到鱼群行为信息并判断鱼群是否饱食，从而保证投喂的适量。如图1和2所示，上述智能投饲系统，包括：投饲机3、轨道4、滑块5、称重传感器6、摄像头7、控制器、语音报警器；所述轨道4水平布置在养殖池1上方，滑块5通过伺服电机的驱动在轨道4内滑动，投饲机3与滑块5连接，称重传感器6用于检测投饲机3重量，摄像头7位于投饲机底部中间位置；所述投饲机3包括落料管8、螺旋输送器9、饲料储存仓10、散料盘2；饲料储存仓13内的饲料通过螺旋输送器11流动至落料管8中，并通过散料盘2将饲料均匀地抛撒至养殖池1中。其中，摄像头7、螺旋输送器11的电机、伺服电机、称重传感器6、语音报警器分别与控制器相连。根据《循环水养殖游泳型鱼类摄食活动强度评估方法研究》的记载，由鱼群摄食活动引起的水面反光区域的变化特征能在一定程度上反映鱼群摄食活动的强度。因此，本专利技术从养殖水体的水面反光区域变化特征角度进行鱼群摄食活动强度的分析。摄像头7将鱼群实时摄食画面传输至控制器进行鱼群摄食动能Ek计算，具体为：1、控制器首先对接收到的图像进行从RGB空间到HSV空间的转换，之后依据以下公式对图像进行水面反光区域的提取式中，Is(x，y)和Iv(x，y)分别表示图像在(x，y)处的饱和度和亮度，Ts和Tv分别为饱和度阈值和亮度阈值，f(x，y)表示经二值化处理之后像素点(x，y)的取值.2、之后利用Lucas-Kanade光流算法对当前提取画面中鱼群的变化特征信息进行提取。设连续2帧图像之间的光流为F，则目标区域的变化幅度表示为公式中1080与1920为提取出的图像的宽度与长度，实际运行中考虑到机能限制可减小图像的大小。3、将变化速度分为若干个角度区间，然后将连续2帧目标图像中的运动矢量速度幅值归类到不同区间进行统计。不同速度出现的概率计算公式为其中H(j)=k(j)k为落入速度区间内运动矢量个数的统计；N'是当前帧中非零运动矢量总数。4、利用信息熵对水体反光区域变化特征分布概率的无规律程度进行衡量，从而实现鱼群运动不规律程度的分析，公式为5、经过以上处理后，进行鱼群摄食动能Ek计算，公式如下：再将计算结果与输入动能阈值进行实时比较，当Ek达到动能阈值时，控制器便控制投饲机停止投喂。这样就形成了一个完整的反馈调节系统，可以防止定时定量投喂所造成的鱼群过度饥饿、过度饱腹现象。同时，养殖者可以通过安装在投饲机上的摄像头进行远程监控。称重传感器6检测投饲机3重量，控制器根据重量数据获得其中储存的饲料量，当饲料储存仓13内的饵料小于设定的阈值时，控制语音报警器进行报警，用以提醒使用者进行加料或维护。本专利技术是这样工作的(对于单个养殖池，实际运用中可将方法平行扩展至多个养殖池)：(1)建立鱼群动能模型(动能的详细计算方法见
技术实现思路
)，并设定鱼群动能阈值和抛撒诱饵间隔时间；(2)当到达设定好的抛撒诱饵时间时，控制投饲机3启动，并通过轨道4使投饲机移至相应养殖池1上方，抛撒诱饵，通过摄像头7进行视频采集，并将采集到的信息传送给控制器，由控制器进行鱼群动能Ek的实时计算，得到鱼群的饥饿程度信息，判断鱼群的状态(饥饿或饱腹)；(3)根据鱼群动能决定是否继续投喂，若鱼群动能Ek比设定动能阈值大，表明鱼群摄食活动显著，需要继续进行投饲；若鱼群动能Ek小于或等于设定动能阈值时，表明鱼群摄食活动不显著，可以停止进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于游泳型鱼类行为特征反馈的智能投饲系统，其特征在于，包括：投饲机(3)、轨道(4)、滑块(5)、称重传感器(6)、摄像头(7)、控制器、语音报警器；所述轨道(4)水平布置在养殖池(1)上方，滑块(5)通过伺服电机的驱动在轨道(4)内滑动，投饲机(3)与滑块(5)连接，称重传感器(6)用于检测投饲机(3)重量，摄像头(7)位于投饲机底部中间位置；所述投饲机(3)包括落料管(8)、螺旋输送器(9)、饲料储存仓(10)、散料盘(2)；饲料储存仓(10)内的饲料通过螺旋输送器(9)流动至落料管(8)中，并通过散料盘(2)将饲料均匀地抛撒至养殖池(1)中。所述摄像头(7)、螺旋输送器(11)的电机、伺服电机、称重传感器(6)、语音报警器分别与控制器相连；摄像头(7)获取鱼群的视频信号，控制器根据视频信号进行鱼群动能Ek的计算，并与设定的动能阈值进行比较，根据比较结果对投饲机(3)进行控制，当鱼群的动能高于设定阈值时，则投饲机(3)继续进行投饲，即保持螺旋输送器(11)工作；当鱼群动能等于或低于设定阈值时，表明鱼群的摄食行为已经不明显，则控制投饲机停止投喂。称重传感器(6)检测投饲机(3)重量，控制器根据重量数据获得其中储存的饲料量，当饲料储存仓(10)内的饵料量小于设定余量阈值时，控制语音报警器进行报警。...

【技术特征摘要】
1.一种基于游泳型鱼类行为特征反馈的智能投饲系统，其特征在于，包括：投饲机(3)、轨道(4)、滑块(5)、称重传感器(6)、摄像头(7)、控制器、语音报警器；所述轨道(4)水平布置在养殖池(1)上方，滑块(5)通过伺服电机的驱动在轨道(4)内滑动，投饲机(3)与滑块(5)连接，称重传感器(6)用于检测投饲机(3)重量，摄像头(7)位于投饲机底部中间位置；所述投饲机(3)包括落料管(8)、螺旋输送器(9)、饲料储存仓(10)、散料盘(2)；饲料储存仓(10)内的饲料通过螺旋输送器(9)流动至落料管(8)中，并通过散料盘(2)将饲料均匀地抛撒至养殖池(1)中。所述摄像头(7)、螺旋输送器(11)的电机、伺服电机、称重传感器(6...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱松明，张丰登，叶章颖，赵建，季柏民，王珂宇，文彦慈，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33