收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于视频的鱼类行为自动观测系统

徐盼麟  
【摘要】:鱼类行为的研究是搞清鱼类洄游路线、提高捕捞效率、保护渔业资源的重要基础。鱼类行为的研究需要大量鱼类应激反应、集群、洄游等实测数据,但这些数据的获取却是一个费时的过程。在实验室中,鱼类行为一般都以视频的形式记录,因此如何高效地从视频中提取鱼类行为数据一直是鱼类行为研究的主要问题。本文成功尝试将军事上雷达跟踪多机动目标的先进技术用于鱼类行为的研究,提出了一种基于视频的鱼类行为自动观测系统的新方法。本文的研究对于进一步研究鱼类群体行为有着重要的意义。 本文选取红鼻鱼(Hemigrammus rhodostomus)作为研究对象,以单摄像机结合镜面成像的方法进行观察视频拍摄,通过鱼类行为自动观测系统对鱼类行为数据实现自动化提取。鱼类行为自动观测系统的重点内容分为四个部分:(1)对摄像系统进行畸变校正;(2)鱼类图像坐标到三维坐标的计算方法;(3)鱼类运动的自动化追踪算法;(4)鱼类行为数据的自动化输出。 主要研究重点有: (1)对摄像系统进行畸变校正:绘制一张8X10,格子均匀的密封防水纸张贴到平板上,然后一起放到实验水箱里,用本研究所使用的Canon ISU1200 IS通过不同拍摄距离对其进行拍摄,不断调整平板的角度,再从拍摄好的视频中截取20张不同角度的图像,把这些图像导入Camera Calibration by Matlab工具箱,可以得到以下结论:当摄像机的镜头焦点处于水箱正前方时误差较小。经验证得摄像机和水箱间的最适的距离为1.5米,标定后得到像素误差为0.1。 (2)鱼类图像坐标到三维坐标的计算方法:本文以背景去除时检测出来的鱼的质心为鱼的2D位置。坐标系以水箱左下前表面顶点O为原点,X轴向右,Y轴向里,Z轴向上。实验时由于摄像机略微倾斜,导致拍摄画像中水箱的形状发生了改变,需要根据自由变形处理理论,对拍摄的图像画面进行变形校正。通过像素到厘米的比例换算,鱼的三维坐标中X轴和Z轴的值可直接从拍摄的图像坐标中得到。鱼的三维坐标中Y轴坐标可从镜像的Z轴坐标算得。 (3)鱼类运动的自动化追踪算法:把交互式多模型算法(Interacting MultipleModel Algorithm,IMM)和联合概率数据关联方法(Joint Probabilistic Data Association,JPDA)结合到一起,成功尝试将军事上雷达跟踪多机动目标的先进技术用于鱼类行为的研究,提出了一种基于单摄像机的鱼类行为自动观测系统。鱼的三维跟踪可分为三部分,一是鱼的运动估计模型确定:由于鱼的运动复杂,单一的运动模式不足以描述,故使用多模型的IMM算法;二是每一帧之间鱼的数据关联:运用JPDA算法将同一条鱼上一帧的位置和下一帧的位置关联起来,以便得到鱼的运动轨迹;三是Kalman滤波:运用Kalman滤波对跟踪鱼的运动进行预测和修正。 (4)鱼类行为数据的自动化输出:本文建立的鱼类行为自动化观测系统以高效地得到复数供试鱼的运动参数为目的,特别是鱼的三维位置,实时速度和方向等。在鱼的三维坐标计算阶段得到鱼的三维坐标算法,借助VC编程实现自动跟踪鱼类行为的同时,实时输出鱼的鱼类行为数据。数据的保存格式为txt文本、excel表格和jpg图片。 结果表明: 基于视频的鱼类行为自动观测系统成功尝试将IMM和JPDA算法应用到鱼类行为研究中,并且应用效果良好。IMM和JPDA算法结合可以较好地处理鱼的跟踪中的关键问题。JPDA算法的计算量与鱼数量的阶乘成正比,在密集回波多目标环境下,计算负荷呈指数规律增长,针对其计算量大的问题,我们用NN和JPDA相结合的算法加以解决。即先用NN进行关联,NN解决不了的关联用JPDA进行处理。 在鱼的跟踪过程中,鱼画像有时由于光线暗等原因会变弱而出现漏检现象,本文通过放低检测阈值在其预测位置附近进行进一步搜索而提高目标检测率;当两条鱼短时互相遮挡时,本文基于JPDA算法对它们分别进行数据关联直到两者分离。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 赵宁;;吸血鬼鲇[J];水族世界;2006年04期
2 姚玉刚;张一平;于贵瑞;沙丽清;邓云;谭正洪;;热带雨林土壤呼吸测定代表性时段研究[J];南京林业大学学报(自然科学版);2011年04期
3 ;[J];;年期
4 ;[J];;年期
5 ;[J];;年期
6 ;[J];;年期
7 ;[J];;年期
8 ;[J];;年期
9 ;[J];;年期
10 ;[J];;年期
11 ;[J];;年期
12 ;[J];;年期
13 ;[J];;年期
14 ;[J];;年期
15 ;[J];;年期
16 ;[J];;年期
17 ;[J];;年期
18 ;[J];;年期
19 ;[J];;年期
20 ;[J];;年期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李盛林;胡天玉;梅华;;自动观测系统的采样间隔时间研究[A];“2010年北京气象学会中青年优秀论文评选”学术研讨会论文集[C];2011年
2 韩金涛;;机场跑道视程自动观测系统的维护[A];首届气象仪器与观测技术交流和研讨会学术论文集[C];2001年
3 慕新仓;李盛林;胡天玉;;自动观测系统的采样间隔时间研究[A];第三届长三角气象科技论坛论文集[C];2006年
4 黎家宜;胡萌琦;林宗桂;;广西都安农业气象自动观测站的建设和管理[A];2008年滇黔桂三省区七州市气象协作区交流会特刊[C];2008年
5 李盛林;胡天玉;;自动观测系统的采样间隔时间研究[A];中国气象学会2008年年会大气物理学分会场论文集[C];2008年
6 江航东;罗忠红;;一次冬季冰雹天气过程分析[A];2005年泛珠三角气象学术研讨会论文选集[C];2005年
7 卢会国;郭金慧;;基于无线传输系统的气象自动观测站探讨[A];中国气象学会2005年年会论文集[C];2005年
8 袁娴;;2006年6月22日飑线天气过程的综合分析和数值模拟[A];第四届长三角科技论坛论文集(下册)[C];2007年
9 张俊波;梁振林;黄六一;唐衍力;杨晨星;;人工瓦片参礁对刺参诱集效果的初步研究[A];2009年中国水产学会学术年会论文摘要集[C];2009年
10 肖汉强;;基于C/S模式的气象观测辅助系统[A];中国气象学会2006年年会“航空气象探测、预报、预警技术进展”分会场论文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 徐建瑜;基于计算机视觉的急性应激条件下尼罗罗非鱼的行为研究[D];浙江大学;2005年
2 王安志;森林蒸散模型与模拟研究[D];中国科学院研究生院(沈阳应用生态研究所);2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 徐盼麟;基于视频的鱼类行为自动观测系统[D];上海海洋大学;2011年
2 郭强;现代水库自动观测系统的设计与实现[D];东北大学;2009年
3 张迎霞;面向水质监测的鱼类行为异常识别方法研究[D];浙江工业大学;2011年
4 江浩;民航气象自动观测系统中央处理单元的设计与实现[D];电子科技大学;2011年
5 张文;鱼类行为视频在线监测若干关键技术研究[D];浙江工业大学;2012年
6 杨俊贤;基于CAN总线的海洋水文气象自动观测系统的设计[D];中国海洋大学;2008年
7 胡轶群;基于单片机的海洋站自动观测系统数据采集技术的研究[D];国家海洋技术中心;2009年
8 张运鹏;近地面层气象要素梯度观测系统设计及实现[D];北京邮电大学;2011年
9 刘义;Ku频段卫星通信链路特性分析[D];吉林大学;2007年
10 吴健;基于PC/104平台嵌入式Linux研制[D];天津大学;2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 付芳芳简菊芳;CAWS1000——GWS型梯度自动观测系统问世[N];中国气象报;2008年
2 王元红;珠峰立体气象自动观测系统建成[N];中国气象报;2007年
3 王连鹏;华丰煤矿科技兴安“软硬兼施”[N];经理日报;2007年
4 游雪晴;国产首款风能资源监测系统新产品问世[N];科技日报;2008年
5 本报通讯员 于红伟 王红 何莹;情系蓝天雄鹰[N];中国民航报;2009年
6 本报记者 郭永跃 通讯员 李瑞红;让幸福“来敲门”[N];中国煤炭报;2011年
7 记者 田丕通讯员 郭邦胜;汉滨区着力构筑安全防汛体系[N];安康日报;2008年
8 ;临汾市安全生产百日督查专项行动报道[N];临汾日报;2008年
9 何婷婷通讯员 林海 侯国娇;船舶安全航行更有保障[N];中国水运报;2007年
10 万辉明 吴瑕 记者 范嘉欣;水稻生长自动观测系统在昌试运行[N];南昌日报;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978