一种利用嗅觉信号增强的视觉感知式水质预警系统及方法技术方案

本发明专利技术提出了一种利用嗅觉信号增强的视觉感知式水质预警系统及方法，先通过视觉模型对目标鱼类行为特征进行持续性监测，实时判断目标鱼类行为是否异常；检测结果包含应激行为异常时激活进一步检测，对发生应激行为的鱼类水环境进行嗅觉检测；使用嗅觉检测的异常水质成分结果与计算的目标鱼类行为特征值修正数据集并保存在经验池中，不断地矫正目标鱼类因水质所含有害化合物导致的行为异常问题，达到视觉模型监测出的目标鱼类行为特征不断贴合真实水环境中鱼类行为特征曲线的效果。本发明专利技术通过利用嗅觉信号不断增强视觉模型在视觉上的感知能力，充分发挥异构数据信号的互补性，提高了水质预警模型的准确率、实时性和高效性，减少了时间、空间、人力资源上的消耗。人力资源上的消耗。人力资源上的消耗。

【技术实现步骤摘要】
一种利用嗅觉信号增强的视觉感知式水质预警系统及方法


[0001]本专利技术涉及信号处理
，具体涉及一种利用嗅觉信号增强的视觉感知式水质预警系统及方法。

技术介绍

[0002]生物学上，视觉和嗅觉信号常常对生物的感知能力具有协同作用。例如：生物学家发现果蝇在食物搜寻的过程中不仅融合了视觉与嗅觉信号的作用，并且通过研究得出经过嗅觉信号预处理的果蝇同时增强了自身捕捉视觉信号能力的结论。因此，受到生物学中嗅觉信号可以增强视觉感知作用的启发，本专利技术提出了一种应用于水质检测领域的通过利用嗅觉信号增强的视觉感知式水质预警方法。
[0003]在水质检测领域中，传统的使用嗅觉传感器对水质相关理化参数进行检测的方法虽然具有较高的准确率，但同时存在着耗费时间、人力资源，检测时效性较差的弊端；而使用计算机视觉领域的相关技术进行生物式水质检测的方法虽具有检测时效性高的特点，但仅根据生物行为特征对水质质量情况做出的判断并不准确。因此，本专利技术提出利用嗅觉信号增强的视觉感知式水质预警方法充分融合了多元数据信号的作用，发挥了不同检测信号数据的互补性，能够实时、有效、准确地对水质质量情况进行预警。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提出了一种利用嗅觉信号增强的视觉感知式水质预警方法。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种利用嗅觉信号增强的视觉感知式水质预警系统，包括视觉信号获取模块、视觉信息处理模块、嗅觉信号获取模块及融合模块；
[0007]视觉信号获取模块，所述视觉信号获取模块被配置为由媒介设备实时获取待测水质中指示生物的视觉信号；
[0008]视觉信息处理模块，所述视觉信息处理模块被配置为连接视觉信号获取模块，所述视觉信息处理模块获取视觉信号后计算提取指示生物的主要行为特征信息；
[0009]嗅觉信号获取模块，所述嗅觉信号获取模块被配置为由视觉信息处理模块输出结果激活，具备可用于待测水质预处理的密闭容器、获取气体嗅觉信号的相关探针；
[0010]嗅觉信息处理模块，所述嗅觉信息处理模块被配置为连接嗅觉信号获取模块，使用嗅觉技术对获取气体中的嗅觉信号进行气敏传感器阵列反应、物化反应、数字信号转换、模式识别操作得到水质成分及其浓度；
[0011]融合模块，所述融合模块被配置为决策融合模块和数据融合模块；
[0012]水环境，所述水环境包括正常水质环境和异常水质环境，所述异常水质环境包括多种含有不同种类超标有害化合物的水质环境；
[0013]水质结果，所述水质结果既包括水质预警依据的经决策融合后输出的水质正常结
果与异常结果，又包括经复杂的数据融合后仅使用视觉信号获取模块、视觉信息处理模块输出的导致指示生物行为异常的水质成分结果，如：水质所含超标理化成分。
[0014]所述的一种利用嗅觉信号增强的视觉感知式水质预警系统，其特征在于：
[0015]设定鱼类作为对水质可能异常进行检测的指示生物；
[0016]设定鱼类行为作为视觉信号获取模块所获取的视觉信号；视觉信号获取通过摄像头实时拍摄鱼类行为；视觉信息处理通过用于判断鱼类行为状态的视觉模型；视觉模型根据不同水环境下的视觉信号将鱼类行为预归类为行为正常、具体化合物异常结果；视觉模型通过比对鱼类行为特征在正常水质与异常水质下的行为差异值归类异常特征值的鱼类行为为应激行为异常结果；
[0017]设定视觉信息处理模块输出结果包含应激行为异常时激活嗅觉信号获取模块，获取进一步待测水质中的嗅觉信号；
[0018]嗅觉信息处理模块通过对获取的嗅觉信号进行系列处理提取嗅觉信号中所携带的水质信息，输出定性的水质结果及定量的水质所含成分、浓度；
[0019]设定预警依据的水质检测结果是由视觉信息处理模块输出结果和嗅觉信息处理模块输出结果决策融合后的水质合格情况：水质正常或水质异常，进行水质预警；
[0020]分别保存视觉信息处理模块的鱼类行为特征数据和嗅觉信息处理模块输出的异常水质具体成分结果，用于优化更新视觉信息处理模块未学习过的异常水质导致目标鱼类行为异常的问题。
[0021]所述的一种利用嗅觉信号增强的视觉感知式水质预警系统，其特征在于：
[0022]视觉信号包括单条鱼行为和多条鱼组合而成的群体行为；用于度量单条鱼的行为特征包括平均游速、平均加速度、平均角速度和尾频；用于度量多条鱼的行为特征包括平均游速、平均加速度、平均角速度、聚集度和位置。
[0023]所述的一种利用嗅觉信号增强的视觉感知式水质预警系统，其特征在于：
[0024]所述视觉信息处理模块在初始阶段的输出结果为鱼类行为正常、已学习过的水质所含具体化合物异常和应激行为异常；
[0025]所述视觉信息处理模块使用嗅觉信号优化更新后的输出结果包含更加广泛的异常水质所含具体成分导致的鱼类行为异常结果，包括鱼类行为正常、应激行为异常、化合物1异常、化合物2异常
…
化合物n异常；
[0026]所述视觉信息处理模块不断区分水质成分中具体化合物导致的行为异常和应激行为异常。
[0027]所述的一种利用嗅觉信号增强的视觉感知式水质预警系统，其特征在于：
[0028]所述嗅觉信息处理模块包含嗅觉信号与气敏传感器阵列反应，通过系列物化反应转换为电信号；
[0029]所述嗅觉信息处理模块包含通过放大电信号并转换为数字信号输入计算机中进行数据处理；
[0030]所述嗅觉信息处理模块包含处理后的信号通过模式识别系统，最终输出利用嗅觉信号的检测结果。
[0031]所述的一种利用嗅觉信号增强的视觉感知式水质预警系统，其特征在于：预警形式包括短信、响铃或电话提醒；
[0032]所述的一种利用嗅觉信号增强的视觉感知式水质预警系统，其特征在于：
[0033]所述分别保存的信息是从同一水质环境或通过对同一水质环境中的鱼类行为监测所获取的数据和结果；
[0034]所述保存的鱼类行为特征数据是由视觉信息处理模块输出结果包含应激行为异常时激活保存。
[0035]所述的一种利用嗅觉信号增强的视觉感知式水质预警系统，其特征在于：所述激活嗅觉信号获取模块进一步包括：
[0036]设定视觉信息处理模块输出结果包含应激行为异常时，水泵抽取适量待测水质于密闭容器中，每次抽取水质体积相同；
[0037]所述密闭容器于适量体积水质抽取结束时开始Tmin倒计时；设定Tmin计时结束时，采用顶空进样方式进样，将密闭容器中的顶空气体吸入到传感器气室内部，使得顶空气体中所携带的嗅觉信号与气敏传感器阵列进行充分反应；
[0038]所述气敏传感器阵列中的传感器元件对于不同气体具有不同等级的灵敏度和响应度，反应时传感器元件对接触的气体响应并产生一定的响应模式；
[0039]所述响应模式由于气味不同在气敏传感器阵列中产生的响应图案不同；
[0040]所述密闭容器具有两个小孔，一个小孔用于保证稳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用嗅觉信号增强的视觉感知式水质预警系统，其特征在于，包括视觉信号获取模块、视觉信息处理模块、嗅觉信号获取模块及融合模块；视觉信号获取模块，所述视觉信号获取模块被配置为由媒介设备实时获取待测水质中指示生物的视觉信号；视觉信息处理模块，所述视觉信息处理模块被配置为连接视觉信号获取模块，所述视觉信息处理模块获取视觉信号后计算提取指示生物的主要行为特征信息；嗅觉信号获取模块，所述嗅觉信号获取模块被配置为由视觉信息处理模块输出结果激活，具备可用于待测水质预处理的密闭容器、获取气体嗅觉信号的相关探针；嗅觉信息处理模块，所述嗅觉信息处理模块被配置为连接嗅觉信号获取模块，使用嗅觉技术对获取气体中的嗅觉信号进行气敏传感器阵列反应、物化反应、数字信号转换、模式识别操作得到水质成分及其浓度；融合模块，所述融合模块被配置为决策融合模块和数据融合模块。2.根据权利要求1所述的一种利用嗅觉信号增强的视觉感知式水质预警系统，其特征在于：设定鱼类作为对水质可能异常进行检测的指示生物；设定鱼类行为作为视觉信号获取模块所获取的视觉信号；视觉信号获取通过摄像头实时拍摄鱼类行为；视觉信息处理通过用于判断鱼类行为状态的视觉模型；视觉模型根据不同水环境下的视觉信号将鱼类行为预归类为行为正常、具体化合物异常结果；视觉模型通过比对鱼类行为特征在正常水质与异常水质下的行为差异值归类异常特征值的鱼类行为为应激行为异常结果；设定视觉信息处理模块输出结果包含应激行为异常时激活嗅觉信号获取模块，获取进一步待测水质中的嗅觉信号；嗅觉信息处理模块通过对获取的嗅觉信号进行系列处理提取嗅觉信号中所携带的水质信息，输出定性的水质结果及定量的水质所含成分、浓度；设定预警依据的水质检测结果是由视觉信息处理模块输出结果和嗅觉信息处理模块输出结果决策融合后的水质合格情况：水质正常或水质异常，进行水质预警；分别保存视觉信息处理模块的鱼类行为特征数据和嗅觉信息处理模块输出的异常水质具体成分结果，用于优化更新视觉信息处理模块未学习过的异常水质导致目标鱼类行为异常的问题。3.根据权利要求2所述的一种利用嗅觉信号增强的视觉感知式水质预警系统，其特征在于：视觉信号包括单条鱼行为和多条鱼组合而成的群体行为；用于度量单条鱼的行为特征包括平均游速、平均加速度、平均角速度和尾频；用于度量多条鱼的行为特征包括平均游速、平均加速度、平均角速度、聚集度和位置。4.根据权利要求2所述的一种利用嗅觉信号增强的视觉感知式水质预警系统，其特征在于：所述视觉信息处理模块在初始阶段的输出结果为鱼类行为正常、已学习过的水质所含具体化合物异常和应激行为异常；所述视觉信息处理模块使用嗅觉信号优化更新后的输出结果包含更加广泛的异常水
质所含具体成分导致的鱼类行为异常结果，包括鱼类行为正常、应激行为异常、化合物1异常、化合物2异常
…
化合物n异常；所述视觉信息处理模块不断区分水质成分中具体化合物导致的行为异常和应激行为异常。5.根据权利要求2所述的一种利用嗅觉信号增强的视觉感知式水质预警系统，其特征在于：所述嗅觉信息处理模块包含嗅觉信号与气敏传感器阵列反应，通过系列物化反应转换为电信号；所述嗅觉信息处理模块包含通过放大电信号并转换为数字信号输入计算机中进行数据处理；所述嗅觉信息处理模块包含处理后的信号通过模式识别系统，最终输出利用嗅觉信号的检测结果。6.根据权利要求2所述的一种利用嗅觉信号增强的视觉感知式水质预警系统，其特征在于：预警形式包括短信、响铃或电话提醒。7.根据权利要求2所述的一种利用嗅觉信号增强的视觉感知式水质预警系统，其特征在于：分别保存的信息是从同一水质环境或通过对同一水质环境中的鱼类行为监测所获取的数据和结果；保存的鱼类行为特征数据是由视觉信息处理模块输出结果包含应激行为异常时激活保存。8.根据权利要求2所述的一种利用嗅觉信号增强的视觉感知式水质预警系统，其特征在于：所述激活嗅觉信号获取模块进一步包括：设定视觉信息处理模块输出结果包含应激行为异常时，水泵抽取适量待测水质于密闭容器中，每次抽取水质体积相同；所述密闭容器于适量体积水质抽取结束时开始Tmin倒计时；设定Tmin计时结束时，采用顶空进样方式进样，将密闭容器中的顶空气体吸入到传感器气室内部，使得顶空气体中所携带的嗅觉信号与气敏传感器阵列进行充分反应；所述气敏传感器阵列中的传感器元件对于不同气体具有不同等级的灵敏度和响应度，反应时传感器元件对接触的气体响应并产生相应的响应模式；所述响应模式由于气味不同在气敏传感器阵列中产生的响应图案不同；所述密闭容器具有两个小孔，一个小孔用于保证稳定气流，另一个小孔用于插入前置进样针进样；所述密闭容器于设定温度下静置水浴加热进行预处理操作，密闭容器顶空气体需达到动态饱和后进样；后进样针于每次充分反应后抽取外部空气对传感器气室以及传感器表面进行清洗。9.根据权利要求2所述的一种利用嗅觉信号增强的视觉感知式水质预警系统，其特征在于：所述优化更新视觉信息处理模块进一步包括：优化更新视觉信息处理模块输出结果为应激行为异常而嗅觉信息处理模块输出结果为水质异常的情况，修正因未学习过的水质成分异常导致鱼类行为异常的问题；
保存视觉信息处理模...

【专利技术属性】
技术研发人员：李琴，刘星光，孟航程，余嘉豪，程振波，肖刚，姜红鑫，张皓鑫，王亚明，汤启喆，包洁，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：