CN103808308A - 一种家蚕吐丝行为数据的自动采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种家蚕吐丝行为数据的自动采集方法，该方法利用双目视觉技术，将两个摄像头固定于同一方向或不同方向来自动采集家蚕吐丝行为的数据。该行为数据主要包括家蚕吐丝过程中家蚕头部吐丝口的运动速度及轨迹等。利用摄像头采集家蚕吐丝过程中家蚕头部运动的图像序列，然后根据采集到的图像序列求出家蚕吐丝口运动的三维坐标,从而可以根据三维坐标数据分析出家蚕吐丝的速度和轨迹等行为数据，并保存这些行为数据。该方法减轻了家蚕吐丝行为数据采集的人工劳动量，并提高了数据采集的精确性。

Description

一种家蚕吐丝行为数据的自动采集方法

技术领域

本发明属于数据自动采集领域，具体涉及一种家蚕吐丝行为数据的自动采集方法。

背景技术

蚕丝是自然界中最轻最柔最细的天然纤维，撤销外力后可轻松恢复原状，内胎不结饼，不发闷，不缩拢，均匀柔和，可永久免翻使用。然而，蚕丝的吐丝速度在不同的家蚕个体是不同的，并且蚕丝的性能与成丝条件也有关系，已有研究证明，如果蚕丝是在连续稳定的成丝情况下得到的，其综合力学性能可与蜘蛛丝媲美。同样，家蚕吐丝的轨迹也被认为对蚕丝的理化性能有直接影响，因此，对家蚕吐丝行为与蚕丝理化性能之间的关联性的研究，将有利于实现蚕丝理化性能的提升。所以，首先得需要采集家蚕吐丝行为的数据，传统的数据采集都是利用人手工采集，并且采集的数据的精确性还不是很高。为了减轻人工劳动量以及提高采集数据的精确性，利用计算机视觉技术来实现数据的自动采集将有利于避免这些问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种家蚕吐丝行为数据的自动采集方法，该方法能够减轻家蚕吐丝行为数据采集的人工劳动量，以及提高采集数据的精确性。

本发明的技术方案如下:

一种家蚕吐丝行为数据的自动采集方法，在放置家蚕的平台上设置两个摄像头，将摄像头固定于同一方向或不同方向，利用摄像头采集家蚕吐丝过程中家蚕吐丝口的图像序列，然后对采集到的图像序列进行处理并利用视差原理求出家蚕头部吐丝口的三维坐标,最后根据三维坐标数据分析出家蚕吐丝过程中家蚕头部吐丝口运动的速度和轨迹等行为数据，并保存这些行为数据。

所述行为数据包括家蚕吐丝过程中家蚕头部运动的速度、轨迹。

所述的两个摄像头的放置位置没有固定，既可以平行放置，也可以垂直放置，根据两个摄像头能同时观察到目标物的最佳位置来调整。

所述的图像序列的处理主要是利用家蚕吐丝口的颜色信息不同于家蚕身体其他部位的特征，根据颜色信息从背景中分割出家蚕吐丝口。在分割家蚕吐丝口的过程中，可以对图像序列进行去噪等预处理以便于更好的分割目标。如果家蚕吐丝口的颜色与背景或家蚕身体其他部位的颜色特征不明显，则可以在图像采集前对家蚕吐丝口作标记，标记点的颜色应该比较易于区分，比如：黑色的圆形标记点。

所述的三维坐标的求取利用了立体视觉的技术，其步骤如下：

(Ⅰ)利用两个摄像头同时采集到的多幅图像，对摄像机进行标定，得到摄像机的内外参数；

(Ⅱ)利用摄像机的内外参数对图像进行畸变矫正，使用数学方法消除径向和切线方向上的镜头畸变，得到无畸变图像；

(Ⅲ)分割出家蚕吐丝口，分别提取两个摄像头采集到的家蚕吐丝口的特征点；

(Ⅳ)查找两个摄像机视场中的相同特征，求取匹配特征点的视差；

(Ⅴ)最后利用图像坐标系与世界坐标系之间的转换关系和得到的视差值，求出该点在世界坐标系中的三维坐标。

所述的家蚕吐丝过程中家蚕头部吐丝口运动的速度V可以根据家蚕吐丝过程中的前一时刻t₁和当前时刻t₂，以及前一时刻吐丝口所在的位置S₁(x₁,y₁,z₁)和当前时刻的位置S₂(x₂,y₂,z₂)来计算，计算公式为:

$V=\frac{\sqrt{{(x_1-x_1)}^2+{(y_2-y_1)}^2+{(z_2-z_1)}^2}}{t_2-t_1}$

所述的家蚕吐丝过程中家蚕头部吐丝口的运动轨迹根据求出的家蚕吐丝口的三维坐标数据进行绘制。

所述的家蚕吐丝过程中家蚕吐丝口的三维坐标及其行为数据都要实时保存。

本发明具有以下特点：

1.本采集方法所使用的系统简单，效率高，数据精确性高。

2.本采集方法中的摄像头固定位置和方向都可根据实际的需要选择或确定。

3.本采集方法中的数据采集是实时的，并且可以将采集到的数据保存下来。

附图说明

图1是一种家蚕吐丝行为数据的自动采集方法装置示意图；

图2是另一种家蚕吐丝行为数据的自动采集方法装置示意图；

图中：1摄像头1，2摄像头2，3平板，4家蚕，5家蚕头部，6吐丝口，7摄像头支架

具体实施方法

下面结合图1的具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。也就是说，本发明除了图1、图2所示的装置之外，其他等价形式的装置也同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

如图1所示：

首先，将熟蚕(4)放置于平板(3)上面，在平板上还应铺一层利于蚕丝附着的介质，为熟蚕(4)吐丝做好准备；

其次，将两个摄像头(1)、(2)平行固定于摄像头支架(7)上，将支架置于平板上，其宽度要大于平板的宽度，具体放置方法如图所示；

然后，当平台搭建好并且熟蚕开始吐丝时，利用摄像头(1)、(2)实时采集家蚕吐丝时吐丝口(6)运动的图像信息，并求出吐丝口(6)吐丝过程中的三维坐标数据，其具体方法是：

1、利用两个平行放置的摄像头(1)、(2)采集多幅9×7大小的棋盘格图像，利用matlab标定工具箱对两个摄像头分别标定，然后再立体标定，求出两个摄像头的内外参数和它们之间的旋转和平移关系。

2、利用标定好的两个摄像头(1)、(2)同时采集蚕吐丝图片，对两个摄像头采集到的每一帧图片都进行去噪处理，然后利用颜色信息分割出家蚕吐丝口；如果家蚕吐丝口的颜色与背景或家蚕身体其他部位的颜色特征不明显，则可以在图像采集前对家蚕吐丝口作标记，标记点的颜色应该比较易于区分，比如：黑色的圆形标记点。

3、找出两个摄像头(1)、(2)同时采集到的两幅图像中经过图像处理后家蚕吐丝口的相同特征点，其中要先对两个摄像头进行校正，使两个摄像头采集到的图片的行是对准的，以便利用极线约束能更快、更准确得找出两幅图像中的匹配点。

4、根据找出的匹配点之间的视差值和图像坐标系与世界坐标系之间的转换关系求出三维坐标。

5、重复步骤3和4，求出一系列三维坐标点。

6、根据求出的一系列三维坐标点利用matlab进行绘制家蚕吐丝轨迹；家蚕吐丝口的速度数据V根据家蚕吐丝过程中吐丝口在前一时刻t₁和当前时刻t₂所在的位置S₁(x₁,y₁,z₁)和S₂(x₂,y₂,z₂)来计算，计算公式为:

$V=\frac{\sqrt{{(x_1-x_1)}^2+{(y_2-y_1)}^2+{(z_2-z_1)}^2}}{t_2-t_1}.$

Claims (7)

1.一种家蚕吐丝行为数据的自动采集方法，其特征在于：所述方法是在放置家蚕的平台上设置两个摄像头，同时采集家蚕吐丝过程中家蚕头部吐丝口的图像序列，然后对采集到的图像序列进行处理，并利用视差原理求出家蚕头部吐丝口的一系列三维坐标点,最后根据三维坐标数据分析出家蚕吐丝的速度和轨迹等行为数据，并保存三维坐标和这些行为数据。

所述对图像序列的处理是利用家蚕吐丝口的颜色信息不同于家蚕身体其他部位的特点，根据颜色信息从背景中分割出家蚕头部吐丝口。

所述的三维坐标点的求取步骤如下：

（1）利用两个摄像头同时采集到的多幅图像，对摄像机进行标定，得到摄像机的内外参数；

（2）利用摄像机的内外参数对图像进行畸变矫正，使用数学方法消除径向和切线方向上的镜头畸变，得到无畸变图像；

（3）对通过图像序列处理后分割出的家蚕头部吐丝口，分别提取两个摄像头采集到的家蚕吐丝口的特征点；

（4）查找两个摄像机视场中家蚕头部吐丝口的相同特征，求取相匹配的相同特征点的视差；

（5）最后利用图像坐标系与世界坐标系之间的转换关系和得到的视差值，求出该点在世界坐标系中的三维坐标。

2.根据权利要求1所述的家蚕吐丝行为数据的自动采集方法，其特征在于：所述行为数据包括家蚕吐丝过程中家蚕头部吐丝口运动的速度、轨迹。

3.根据权利要求2所述的家蚕吐丝行为数据的自动采集方法，其特征在于：所述的家蚕吐丝过程中家蚕头部吐丝口运动的速度V根据家蚕吐丝过程中的前一时刻t₁和当前时刻t₂，以及前一时刻吐丝口所在的位置S₁(x₁,y₁,z₁)和当前时刻的位置S₂(x₂,y₂,z₂)来计算，计算公式为:

$V=\frac{\sqrt{{(x_1-x_1)}^2+{(y_2-y_1)}^2+{(z_2-z_1)}^2}}{t_2-t_1}.$

4.根据权利要求2所述的家蚕吐丝行为数据的自动采集方法，其特征在于：所述的家蚕吐丝的运动轨迹根据家蚕吐丝过程中吐丝口的三维坐标数据进行绘制。

5.根据权利要求1-4之任一所述的家蚕吐丝行为数据的自动采集方法，其特征在于：所述的两个摄像头的放置位置既可以平行放置，也可以垂直放置，以两个摄像头能同时观察到目标物的最佳位置来调整。

6.根据权利要求1-4之任一所述的家蚕吐丝行为数据的自动采集方法，其特征在于：在分割家蚕吐丝口的过程中，对图像序列进行去噪处理。

7.根据权利要求1-4之任一所述的家蚕吐丝行为数据的自动采集方法，其特征在于：如果家蚕吐丝口的颜色与背景或家蚕身体其他部位的颜色特征不明显，则可以在图像采集前对家蚕吐丝口作标记，标记点的颜色应该比较易于区分。

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