CN102657115B - 基于3d视觉和无线传感技术的水生动物行为监测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了属于水产养殖技术及水生动物行为监测设备领域的一种基于3D视觉和无线传感技术的水生动物行为监测装置。由底部隔离板将隔离箱体分成上下两部分，在隔离箱体上部的顶部装有顶部摄像；在隔离箱体的上部四周侧面壁上固定灯座及其滑动导轨，灯管拧进灯座内，实验水缸放置在离箱体的底部隔离板上；传感器槽、景观石放在实验水缸内；配水箱、过滤桶和过滤网与阀门连接器连接；稳压电源、UPS电源与配电箱连接。配电箱为整套装置中各用电组件配电。本发明能够做到对水生动物生存环境高精度模拟；能够保障在封闭环境下对水生动物行为进行3D视频监测，有效解决了过去类似装置采集视频信息不全面的缺点。

Description

基于3D视觉和无线传感技术的水生动物行为监测装置
技术领域
本发明属于水产养殖技术及水生动物行为监测设备领域，特别涉及一种基于3D视觉和无线传感技术的水生动物行为监测装置。
背景技术
我国是水产养殖大国，同时又是水产养殖弱国，水产养殖业主要沿用大量消耗资源和粗放式经营的传统方式。随着人们对水产品需求的持续增大，集约化水产养殖是必然趋势。但是由于缺乏相应的水生动物行为的科学资料和知识将会增大集约化养殖的风险和难度，这成为制约集约化水产养殖发展和推广的重要瓶颈。
目前，已经有基于视频技术、无线传感技术的动物行为监测装置，但是多数是用于陆生动物和人，而水生动物其生存环境和陆生动物差异巨大，使得现有装置无法有效的得到水生生物的行为资料，这使得对水生动物行为的研究只能由人工去完成观察、记录和统计，不能有效地避免动物行为的偶然性，也无法进行重复实验或胁迫环境实验，极大地限制了对水生动物行为的研究，同时也使水产养殖缺乏相应的科学资料。
现有专利文献CN201020643843.0公开了一种水生动物受盐度胁迫时的行为测定装置，主要红外视频2D采集技术实现对水生动物行为在盐度胁迫时的行为，但其存在以下缺点：(1)采集的行为信息类型为2D红外视频信息，缺失了许多动物本身与动物行为特征参数，不能有效对水生动物行为分析；(2)只能在盐度胁迫环境下的水生动物行为进行监测，不能涵盖水生动物主要面临的胁迫环境，这是今后水生动物行为的研究亟需进行的相关工作包括：
(1)如何在保证系统封闭的情况下，做到水生动物行为的3D视频监测和无线传感监测；
(2)如何使装置能够进行水生动物生存环境(正常环境和胁迫环境)的多组合、高精度模拟。
本发明建立了可调节环境下，使用视频采集技术及无线传感技术，利用高清摄像机、水生动物无线微传感器对水生生物分别进行3D视频监测和无线传感监测，为以后水生动物行为研究提供了准确的数字化3D影像信息和传感信息。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于3D视觉和无线传感技术的水生动物行为监测装置，其特征在于，该装置包括：底部隔离板28将隔离箱体1分成上下两部分，隔离箱体1的顶部装有像机滑动导轨2，顶部摄像机座3卡在摄像机滑动导轨2上，顶部摄像，4固定于顶部摄像机座3上；灯座滑动导轨7固定在隔离箱体1的上部四周侧面壁上，灯座5卡在灯座滑动导轨7上、灯管6拧进灯座5内，实验水缸11放置在离箱体1的底部隔离板28上；传感器槽10在实验水缸11的一个侧壁上，景观石9放在实验水缸11底部中央；在传感器槽10内插入水质参数传感器8；过滤桶14放置在隔离箱体1下部右侧底板上，配水箱17放置在隔离箱体1下部左侧底板上，水泵18支持在配水箱17上方支架上，水泵18的进水口连接配水箱17的出水口，水泵18的出水口连接阀门连接器13，阀门连接器安装在实验水缸11的底面中心；配水箱17进水口和过滤桶14进水口与阀门连接器13连接；在实验水缸11与阀门连接器13相连的换水口位置放置过滤网12、并使用带孔的底部镂空的景观石9覆盖在上面；水质参数传感器8连接到电脑主机20；正面摄像机26固定于隔离箱体1前面放置的三脚架27上。
所述电脑主机还与无线数据采集器21、网络硬盘22、显示器24、顶部摄像机4和正面摄像机26连接。
所述在隔离箱体1下部中部放置配电箱15和稳压电源16。
所述在实验水缸11中放入水生动物，并在不影响水生动物正常运动的位置固定于水生动物微传感器23。
所述稳压电源16、UPS电源19与配电箱15连接。配电箱15为整套装置中各用电组件配电。
所述在隔离箱体1前面顶端和底部隔离板28之间固定封闭布卷25。
本发明的有益效果在于：
(1)能够做到对水生动物生存环境(正常环境和胁迫环境)的多组合、高精度模拟；
(2)能够保障在封闭环境下对水生动物行为进行3D视频监测，有效解决了过去类似装置采集视频信息不全面的缺点。
(3)同时提供了3D视频监测数据和无线传感监测数据，使研究人员可以将两种技术采集的数据进行对比、分析，起到修正和互补的作用并可用于进一步的研究。
(4)能够将装置采集的信息快速的共享给网络中的其他研究人员，降低了研究的实验成本，提高了研究效率。
附图说明
图1为基于3D视觉和无线传感技术的水生动物行为监测装置正视示意图。
图2为基于3D视觉和无线传感技术的水生动物行为监测装置左视剖面示意图。
具体实施方式
本发明的目的是提供一种基于3D视觉和无线传感技术的水生动物行为监测装置，下面结合附图予以说明。
在图1、图2所示的基于3D视觉和无线传感技术的水生动物行为监测装置结构示意图中，底部隔离板28将隔离箱体1分成上下两部分，在隔离箱体1下部中部放置配电箱15和稳压电源16；在隔离箱体1的顶部装有像机滑动导轨2，顶部摄像机座3卡在摄像机滑动导轨2上，顶部摄像，4固定于顶部摄像机座3上，摆放在距实验水缸11的80厘米到95厘米处，可以根据相机和镜头型号调节顶部相机所在水平和竖直位置；正面摄像机26固定于隔离箱体1前面放置的三脚架27上，三角架27可依据镜头型号、相机型号和视场范围摆放在距实验水缸11的80厘米到95厘米处，此处使用焦距为5毫米镜头，视场为长1米、宽30厘米的矩形范围，故摆放在距实验水缸11的80厘米处，形成如图2所示即可；顶部摄像机4和正面摄像机26连接电脑主机20上。灯座滑动导轨7固定在隔离箱体1的上部四周侧面壁上，灯座5卡在灯座滑动导轨7上、灯管6拧进灯座5内，灯管6使用稳压电源16供电。在实际的水生动物监测过程中，可以提供不同水生动物所需的光源类型与光源强度。对于多数水生动物而言，可以使用2根或4根T5HO24W的日光灯管，提供日光光源；对于特殊的水生动物，也可将其更换为2根或4根紫外灯管，进行荧光标记监测。同时，该子装置中的灯管高度可调节，以适应不同的相机或者拍摄需求。实验水缸11放置在离箱体1的底部隔离板28上；传感器槽10在实验水缸11的一个侧壁上，景观石9放在实验水缸11底部中央；在传感器槽10内插入水质参数传感器8；过滤桶14放置在隔离箱体1下部右侧底板上，配水箱17放置在隔离箱体1下部左侧底板上，水泵18支持在配水箱17上方支架上，水泵18的进水口连接配水箱17的出水口，水泵18的出水口连接阀门连接器13，阀门连接器安装在实验水缸11的底面中心；配水箱17进水口和过滤桶14进水口与阀门连接器13连接；在实验水缸11与阀门连接器13相连的换水口位置放置过滤网12、并使用带孔的底部镂空的景观石9覆盖在上面；水质参数传感器8连接到电脑主机20；电脑主机还与无线数据采集器21、网络硬盘22和显示器24连接。在配置所需的实验用水环境(通常为胁迫水环境)时，将配置液放入配水箱17中，此时关闭阀门连接器13上连接过滤桶14的阀门，同时关闭过滤桶14，打开水泵18，根据显示器24所示的水质参数传感器8对应的水质参数指示，确定是否关闭水泵18，停止配水；待实验结束后，将配水箱17中换入经日光照晒过的清水，按照同样方法更换水，之后打开过滤桶14，打开阀门连接器13与过滤桶14连接的阀门，关闭阀门连接器13与水泵18和阀门连接器13与配水箱17进水口相连的阀门，保障水质优良。以上所述可以完成调配溶解氧、温度、氨氮、盐度、pH等对水生动物产生主要影响的水质参数；过滤网12和景观石9底部的镂空区域自然的组成了配水缓冲区域，可以保证在水环境调配的过程中不对水生动物造成因水环境的突然变化而产生生理损坏，过滤网12可以防止水中的沙石造成的换水口堵塞，景观石9的小孔可以保证正常的水交换且仿真了水生动物的生存环境，在非胁迫环境实验时，实验水缸11中的水不断经过滤桶14循环，进行杀菌、过滤、除浮游生物、加氧处理，保证水环境的清洁和水质的优良得同时不产生水中气泡，减小视频采集信息中的噪声。
实验水缸11长1.1米、宽0.5米、高0.5米；在实验水缸11中放入水生动物，并在不影响水生动物正常运动的位置固定于水生动物微传感器23，如鱼类可以固定于鱼腹部，蟹类可以固定于蟹壳；该水生动物微传感器23使用纽扣电池供电，能够监测到携带该传感器的水生动物所处的水位、水温、三向加速度信息，并通过无线传感技术传送到无线数据采集器21上。
本发明使用的隔离箱体1为高1.2米、长1.2米、宽0.6米的不锈钢箱体，正面和底面为全空，其他四面使用金属板密闭，底部隔离板长1米、宽1.2米的厚金属板制成；封闭布卷25使用一级遮光布制作，主体为长1.4米，宽1.6米的矩形，同时在主体的左右两侧分别缝合一个底边长1米、高1.2米的直角三角形，使用直角三角形斜边为缝合边；封闭布卷25一端与隔离箱体1顶部卡扣连接，封闭布卷25另一端卷起；在进行实验数据采集时，将封闭布卷25卷起一端打开至合适位置，使用卡扣扣在底部隔离板28的对应位置上，形成如图2所示的封闭状态，使外界干扰被有效屏蔽在装置外，使被监测水生动物及实验环境最大限度上减小了由非自然因素造成的干扰。
将无线数据采集器21、网络硬盘22、显示器24和电脑主机20连接。电脑主机20负责将水质参数传感器8数据显示到显示器24上，将顶部摄像机4、正面摄像机26和无线数据采集器21采集的视频数据和无线传感数据存储到本地硬盘；同时，将采集数据转存到网络硬盘22上。这样可保证在实验过程中，既能在线处理采集的视频数据和无线传感数据，又能快速有效地将采集的视频、传感数据和水质数据备份和共享，提供给网络中存在数据需求的其他研究人员，大大提高了信息处理和共享的能力。
稳压电源16、UPS电源19与配电箱15连接。配电箱15为整套装置中各用电组件配电，并将大功率或者有供电特殊需求的组件单独配电，降低各组件的用电干扰和用电风险；同时配电箱中设有总空气开关和大功率用电组件空气开关，方便使用，增加安全系数；稳压电源16是用以对灯管6提供直流供电，避免由灯管6发光频闪而造成的视频采集图像噪声过多的现象的产生，，同时稳定的光源也减小了装置本身对水生动物的光干扰，使得实验结果更加准确；UPS电源19是为了避免电脑主机20、无线数据采集器21和网络硬盘22在使用过程中，因不可预见的各种断电情况造成的信息错误、丢失和损坏等问题的发生。
基于3D视觉和无线传感技术的水生动物行为监测装置的工作过程如下
将配电箱15与外部电源连接，保持装置供电。在非实验时，关闭阀门连接器13与配水箱17和阀门连接器13与水泵18的连接阀门，打开过滤桶14，并保证实验水缸11中的正常水循环。并将封闭布卷25卷起，放置于隔离箱体1的顶部，将底部隔离板28推放入隔离箱体内，并将正面摄像机26、三角架27收起。在进行实验时，关闭过滤桶14和阀门连接器13与过滤桶14连接阀门，使用配水箱17、水泵18配置好对应的水环境，调节好灯座5的高度以及灯管6的型号，将正面摄像机24安装在三角架25上，并放置在合适位置，将封闭布卷25卷起的一端打开至合适位置，与抽出的底部隔离板28上的对应卡扣卡紧，形成封闭状态，并开始视频采集。采集结束后，将视频影像数据、无线传感数据和水质数据同步到网络硬盘22中进行网络共享。

Claims (6)

1.一种基于3D视觉和无线传感技术的水生动物行为监测装置，其特征在于，底部隔离板（28）将隔离箱体（1）分成上下两部分，隔离箱体（1）的顶部装有摄像机滑动导轨（2），顶部摄像机座（3）卡在摄像机滑动导轨（2）上，顶部摄像机（4）固定于顶部摄像机座（3）上，实验水缸（11）放置在隔离箱体（1）的底部隔离板（28）上；灯座滑动导轨（7）固定在隔离箱体（1）的上部四周侧面壁上，灯座（5）卡在灯座滑动导轨（7）上、灯管（6）拧进灯座（5）内；传感器槽（10）在实验水缸（11）的一个侧壁上，景观石（9）放在实验水缸（11）底部中央；在传感器槽（10）内插入水质参数传感器（8）；过滤桶（14）放置在隔离箱体（1）下部右侧底板上，配水箱（17）放置在隔离箱体（1）下部左侧底板上，水泵（18）支持在配水箱（17）上方支架上，水泵（18）的进水口连接配水箱（17）的出水口，水泵（18）的出水口连接阀门连接器（13），阀门连接器安装在实验水缸（11）的底面中心；配水箱（17）进水口和过滤桶（14）进水口与阀门连接器（13）连接；在实验水缸（11）与阀门连接器（13）相连的换水口位置放置过滤网（12）、并使用带孔的底部镂空的景观石（9）覆盖在上面；水质参数传感器（8）连接到电脑主机（20）；正面摄像机（26）固定于隔离箱体（1）前面放置的三脚架（27）上。
2.根据权利要求1所述基于3D视觉和无线传感技术的水生动物行为监测装置，其特征在于，所述电脑主机还与无线数据采集器（21）、网络硬盘（22）、显示器（24）、顶部摄像机（4）和正面摄像机（26）连接。
3.根据权利要求1所述基于3D视觉和无线传感技术的水生动物行为监测装置，其特征在于，在所述隔离箱体（1）下部中部放置配电箱（15）和稳压电源（16）。
4.根据权利要求1所述基于3D视觉和无线传感技术的水生动物行为监测装置，其特征在于，在所述实验水缸（11）中放入水生动物，并在不影响水生动物正常运动的位置固定于水生动物微传感器（23）。
5.根据权利要求3所述基于3D视觉和无线传感技术的水生动物行为监测装置，其特征在于，所述稳压电源（16）、UPS电源（19）与配电箱（15）连接，配电箱（15）为整套装置中各用电组件配电。
6.根据权利要求1所述基于3D视觉和无线传感技术的水生动物行为监测装置，其特征在于，在所述隔离箱体（1）前面顶端和底部隔离板（28）之间固定封闭布卷（25）。
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