[發(fā)明專利]一種魚(yú)類活體的三維跟蹤系統(tǒng)及其跟蹤方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811549745.8
• 申請(qǐng)日: 2018-12-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109389623A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭金存;劉永建;陳演桐
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 玉林師范學(xué)院
• 主分類號(hào): G06T7/246
• 分類號(hào): G06T7/246;G06T7/292;G06T7/514;G06T7/90;H04N5/225;H04N13/271;H04N5/33
• 代理公司: 廣州市越秀區(qū)海心聯(lián)合專利代理事務(wù)所(普通合伙) 44295
• 代理人: 王洪娟;冼俊鵬

本發(fā)明公開(kāi)了一種魚(yú)類活體的三維跟蹤系統(tǒng)及其跟蹤方法，包括：一承載箱體和一架設(shè)在承載箱體上方的體感攝像頭；所述的承載箱體包括上箱體和下箱體，所述的上箱體下端口與下箱體上端口對(duì)應(yīng)，且在上箱體和下箱體之間設(shè)置透明隔板隔開(kāi)；所述的上箱體下端口與透明隔板水密性連接；所述的上箱體和下箱體四邊側(cè)壁為不透明材料。在上箱體內(nèi)放置一條以上的魚(yú)類活體及其存活的水體；獲取平面二維坐標(biāo)和深度坐標(biāo)；整合得到所述魚(yú)類活體的三維運(yùn)動(dòng)軌跡。優(yōu)點(diǎn)在于，利用體感攝像頭和特定結(jié)構(gòu)的承載箱體配合，在壓縮魚(yú)類活動(dòng)空間的情況下也能得到準(zhǔn)確的三維坐標(biāo)。成本低，而跟蹤的精度高，后期的數(shù)據(jù)運(yùn)算量也能得到有效減少。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種生物體的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法，尤其涉及一種用于魚(yú)類活體的三維跟蹤系統(tǒng)及其跟蹤方法。

背景技術(shù)

科學(xué)家對(duì)于水生物的研究越來(lái)越細(xì)，而魚(yú)類活動(dòng)的軌跡是觀察水體環(huán)境對(duì)魚(yú)類影響的直接參數(shù)。其中對(duì)斑馬魚(yú)的觀察更是深入，斑馬魚(yú)是一種常見(jiàn)的熱帶魚(yú)，體型纖細(xì)，體長(zhǎng)約3-4cm，斑馬魚(yú)和人類基因有著87％的高度同源性。近年來(lái)被廣泛用于不同場(chǎng)景的模式生物。斑馬魚(yú)長(zhǎng)期生活于水中，其器官經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期進(jìn)化，對(duì)水體的物理變化及化學(xué)變化能產(chǎn)生靈敏的應(yīng)急響應(yīng)，其最直觀的輸出結(jié)果就是魚(yú)的運(yùn)動(dòng)行為會(huì)發(fā)生改變，對(duì)魚(yú)的運(yùn)動(dòng)行為的分析可以有效地反映出水體的整體狀況。利用這個(gè)特點(diǎn)，斑馬魚(yú)的運(yùn)動(dòng)行為常用于水體的水質(zhì)預(yù)警，藥物開(kāi)發(fā)，安全藥理學(xué)，行為遺傳學(xué)和生理節(jié)律等相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用研究；還用于魚(yú)類的社會(huì)行為，群聚行為的研究。

采用機(jī)器視覺(jué)的方法跟蹤魚(yú)類的運(yùn)動(dòng)行為是一種非接觸、對(duì)動(dòng)物無(wú)損的有效方法，是當(dāng)前研究魚(yú)的運(yùn)動(dòng)行為最常用的技術(shù)手段。然而當(dāng)前研究魚(yú)的運(yùn)動(dòng)行為多采用單臺(tái)的攝像頭，只能在二維的平面上刻畫(huà)出魚(yú)的運(yùn)動(dòng)軌跡，而難以真實(shí)地反映出實(shí)際在三維空間中游動(dòng)的魚(yú)的行為。為了更真實(shí)地反映出三維運(yùn)動(dòng)信息，一些研究團(tuán)隊(duì)在養(yǎng)殖容器的側(cè)面再增加一臺(tái)攝像頭：一臺(tái)從側(cè)面拍攝，一臺(tái)從頂部往下俯拍，然后用算法合成魚(yú)的運(yùn)動(dòng)軌跡，獲取三維運(yùn)動(dòng)信息。為了獲取更好的三維效果，有的研究團(tuán)隊(duì)采用三臺(tái)攝像頭從不用的角度進(jìn)行拍攝，然后將數(shù)據(jù)進(jìn)行合成，獲取三維軌跡。但是此類通過(guò)增加攝像頭數(shù)目的方法會(huì)增加系統(tǒng)的復(fù)雜性，使圖像處理的計(jì)算量大大增加，難以做到實(shí)時(shí)跟蹤，并且從不同角度所獲取的圖像，很難實(shí)現(xiàn)各角度的圖像配準(zhǔn)。

另外箱體的結(jié)構(gòu)對(duì)于視覺(jué)捕捉的效果也有很大影響，魚(yú)類運(yùn)動(dòng)空間越大則檢測(cè)系統(tǒng)成本越高，計(jì)算量越大。而捕捉的空間縮小則使得取景深度不夠?qū)е聹?zhǔn)確性降低。目前的檢測(cè)設(shè)備并沒(méi)有符合低成本高精度的魚(yú)類承載箱體。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明目的在于提供一種低成本高精度的魚(yú)類活體的三維跟蹤系統(tǒng)及其跟蹤方法。

本發(fā)明所述的一種魚(yú)類活體的三維跟蹤系統(tǒng)，包括：一承載箱體和一架設(shè)在承載箱體上方的體感攝像頭；所述的承載箱體包括上箱體和下箱體，所述的上箱體下端口與下箱體上端口對(duì)應(yīng)，且在上箱體和下箱體之間設(shè)置透明隔板隔開(kāi)；所述的上箱體下端口與透明隔板水密性連接；所述的上箱體和下箱體四邊側(cè)壁為不透明材料。

所述的一種魚(yú)類活體的三維跟蹤系統(tǒng)包括設(shè)置在承載箱體外側(cè)的支架，所述的支架用于將體感攝像頭架設(shè)于承載箱體上方。

所述的透明隔板下端面和下箱體上端口固定連接。

所述的下箱體高度為30cm-50cm。

所述的體感攝像頭與上箱體上端口距離為40cm-60cm。

所述的透明隔板為亞克力板。

所述的透明隔板水平設(shè)置。

一種魚(yú)類活體的三維跟蹤方法，設(shè)置所述的三維跟蹤系統(tǒng)；在上箱體內(nèi)放置一條以上的魚(yú)類活體及其存活的水體；利用二維成像方法連續(xù)獲取任一魚(yú)類活體平面二維坐標(biāo)，利用光飛行時(shí)間方法連續(xù)獲取所述魚(yú)類活體的深度坐標(biāo)；將所述的平面二維坐標(biāo)和所述的深度坐標(biāo)整合得到所述魚(yú)類活體的三維運(yùn)動(dòng)軌跡。