CN104482860A - 鱼类形态参数自动测量装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水产品指标测量技术领域，尤其涉及一种鱼类形态参数自动测量装置和方法，它包括计算机、框架主体（1）、倾斜设置在框架主体（1）上的活鱼导流槽（2）以及设置在活鱼导流槽（2）下端用于拍摄鱼体图像的摄像装置，且所述活鱼导流槽（2）底部为透明平台（3），所述摄像装置包括设置在框架主体（1）上的支架（4）以及与支架（4）滑动连接的工业相机（5），所述工业相机（5）与计算机信号连接，所述计算机包括依次信号连接的参数设置模块、标定模块、图像采集模块、鱼体尺寸自动提取模块以及鱼体尺寸手动测量模块。采用这种装置与方法能实现快速、无损采集鱼类形态参数。
Description
技术领域
本发明涉及水产品指标测量技术领域，尤其涉及一种鱼类形态参数自动测量装置和方法。
背景技术
在鱼类学研究中，鱼的体型特征参数是渔业资源调查、鱼苗繁育、亲鱼选育的重要基础参数。现阶段，对这些特征参数的采集一般是人工通过用直尺、卷尺等进行测量，上述测量方法有以下缺点：1、形态指标需要测量的数据很多，手工测量、数据的记录往往需要两人进行配合才能完成，不但浪费人力和时间，而且工作效率低下，难以完成大规模样本数据采集，且持续重复劳动容易增大人为误差；2、由于手工测量耗时过长，且需要离水进行测量，所以往往会造成鱼死亡，或者严重损伤，如鳞片脱落，鱼鳍破损等；3、此外，手工采集无法直接实现对于某些特征数据的挖掘和测量，比如头部曲率，背部曲率等。
机器视觉是一项集合了数字图像处理、机械、控制、计算机软硬件等技术的综合技术，它是20世纪70年代在遥感图像处理和医学图像处理技术成功应用的基础上逐渐兴起的，是图像处理的一个分支学科。应用机器视觉进行产品检测的最大优点是与被检测的对象无接触，且速度高、信息量大、可以排除主管因素干扰，而且能对参数指标进行定量描述，具有人工检测所无法比拟的优越性。因此，利用机器视觉进行鱼类形态参数自动测量是一种非常有效的途径。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种自动测量鱼类形态参数的装置和方法，采用这种装置与方法能实现快速、无损采集鱼类形态参数。
本发明所采用的技术方案是：一种鱼类形态参数自动测量装置，它包括计算机、框架主体、倾斜设置在框架主体上的活鱼导流槽以及设置在活鱼导流槽下端用于拍摄鱼体图像的摄像装置，且所述活鱼导流槽底部为透明平台，所述摄像装置包括设置在框架主体上的支架以及与支架滑动连接的工业相机，所述工业相机与计算机信号连接，所述计算机包括依次信号连接的参数设置模块、标定模块、图像采集模块、鱼体尺寸自动提取模块以及鱼体尺寸手动测量模块，其中，
所述参数设置模块用于设定工业相机设备采集参数；
所述标定模块用于得到图像尺寸和标准尺寸的标定比例；
所述图像采集模块用于自动采集鱼体图像；
所述鱼体尺寸自动提取模块用于自动计算鱼体全长和全宽尺寸；
所述鱼体尺寸手动测量模块用于计算手工选定的鱼体任意特征点之间的直线尺寸。
所述框架主体顶部还设有作为拍摄背景的背景板，所述框架主体两侧还设有用于照明的照明灯。
一种鱼类形态参数自动测量方法，它包括以下步骤：
（1）、调整工业相机位置，使其位于活鱼导流槽透明平台下方，调整工业相机镜头焦距，设定工业相机设备采集参数；
（2）、对工业相机进行标定，得到被测物体图像尺寸/实际尺寸的标定比例值，并将其保存到计算机中；
（3）、将一条待测活鱼和水一起倒入活鱼导流槽，使其由高到低通过活鱼导流槽；
（4）、工业相机一直拍摄活鱼导流槽，当鱼体处于活鱼导流槽透明平台中间线时，计算机自动触发工业相机采集一帧所述鱼体图像并且进行保存；
（5）、提取步骤（4）采集图像中的鱼体轮廓最小外接矩形的长和宽的图像尺寸，再根据步骤（2）中得到的标定比例，计算得到实际鱼体的全长与全宽尺寸；
（6）、在步骤（4）的采集图像中手工设定鱼体特征点，提取特征点之间的图像尺寸，再根据步骤（2）中得到的标定比例，计算得到鱼体特征点之间实际尺寸。
所述步骤（4）的具体过程是：计算机中的图像采集模块采用Camshift算法跟踪定位视频图像中鱼体目标中心位置，当中心位置点处于活鱼导流槽透明平台中间线上时，自动触发工业相机采集一帧图像，并将采集图像传输至计算机进行保存。
所述步骤（5）的具体过程是：计算机中的鱼体尺寸自动提取模块采用Canny算法提取步骤（4）采集到的图像中的鱼体轮廓信息，然后再根据提取到的轮廓信息得到一个鱼体图像轮廓的最小外接矩形，接着自动测量得到最小外接矩形的长和宽图像尺寸，再根据步骤（2）中得到的标定比例，计算得到实际鱼体的全长与全宽尺寸。
采用以上结构和方法与现有技术相比，本发明具有以下优点：采用这种装置与方法总体上能实现鱼体的便捷、自动、快速、无损测量；与人工测量相比，本发明利用活鱼和水一起快速通过透明平台时进行图像采集，并自动测量尺寸，不会对被测活鱼产生损伤，适合活鱼大样本量检测。将工业相机设置在透明平台下部，使工业相机镜头和被测物之间保持固定距离，这样在进行实际尺寸计算时，不会因为不同鱼体的厚度不同而产生的计算误差；设置了照明灯，而且设置了背景板，使得采集图像效果更好，这样就可以提高鱼体轮廓提取处理效果；装置的硬件平台可以实现便捷拆装，便于到养殖现场组装代替手工进行快速现场测量；并且通过canny算法得到图像轮廓进而得到最小外接矩形，这样就能自动测得鱼体的全长与全宽，这两个参数是自动得出的，所以比较方便，而其它一些鱼体形态参数也只需要操作人员在计算机中通过设定一些鱼体特征点就能方便的得到，所以工作效率必定大大提高，操作人员的劳动强度也大大降低。
附图说明
图1为本发明鱼类形态参数自动测量装置的结构示意图。
图2为本发明鱼类形态参数自动测量装置中的计算机的模块连接框图。
图3为本发明鱼类形态参数自动测量方法特征点选取与标记的示意图。
如图所示：1、主体框架；2、活鱼导流槽；3、透明平台；4、支架；5、工业相机；6、背景板；7、照明灯；8、透明平台的中间线。
具体实施方式
以下结合附图与具体实施方式对本发明做进一步描述，但是本发明不仅限于以下具体实施方式。
如图1所示为本发明鱼类形态参数自动测量装置的结构示意图，以大黄鱼为例，其工作过程如下：调整工业相机5在支架4上的位置以及工业相机5的焦距，使工业相机5镜头的上边缘与透明平台3保持在一个水平面上，并使透明平台3中间线8处于工业相机5图像的中间，同时根据当前光照环境调整照明灯7的亮度，为测量提供稳定光照条件；计算机中的参数设置模块设定工业相机图像采集参数，计算机中的标定模块计算标定比例值，将一条被测大黄鱼和水一起倒入的活鱼导流槽2，当鱼体由高到低滑过透明平台3里的中间线时，计算机中的图像采集模块自动触发工业相机5采集一帧鱼体图像，然后工业相机5将采集到的鱼体图像传输给计算机；计算机中的鱼体尺寸自动提取模块根据鱼体图像数据自动计算鱼体全长和全宽尺寸，另外计算机9中的鱼体尺寸手动测量模块还可根据用户手工选定的鱼体图像特征点，自动计算得到鱼体特征点之间的直线尺寸；透明平台3上方设置了一块纯白色背景板5，这样可以提高采集图像的清晰度。
如图2所示为本发明鱼类形态参数自动测量装置中的计算机内的模块连接框图，利用计算机中的各个模块实现鱼体形态参数自动测量的具体过程如下：
1、首先由参数设置模块，对工业相机的最大帧率、分辨率、曝光方式参数进行设定，使图像采集效果最佳；
2、然后将一标准量块（50毫米*50毫米的正方形）放置于活鱼导流槽2的透明平台3上，在不改变工业相机设备采集参数的前提下，利用标定模块计算得到标定比例K=L/L0，保存到计算机，其中L为该量块边长的计算机图像尺寸，以图像中的像素点个数表示，L0为该量块边长的标准尺寸（实际尺寸：50毫米）。在后续测量中，利用被测物计算机图像尺寸/K，即可得到实际尺寸。
3、图像采集模块利用计算工业相机采集视频图像HSV空间下的HUE分量直方图，通过直方图反向投影得到鱼体目标像素的概率分布，然后通过调用Camshift算法，自动跟踪并调整视频图像中鱼体目标的中心位置与大小，当工业相机采集视频图像序列中鱼体目标的中心位置坐标处于活鱼导流槽透明平台的中间线上时，自动触发工业相机采集一帧图像，并将图像通过数据传输电缆传输至计算机保存。
4、接着鱼体尺寸自动提取模块采用Canny边缘检测算法提取采集图像中鱼体的轮廓信息，然后再根据提取到的轮廓信息构造一个鱼体轮廓的最小外接矩形，自动测量得到最小外接矩形的长和宽图像尺寸，再根据长和宽图像尺寸/标定比例(K)，计算得到实际鱼体的全长与全宽尺寸，保存结果。
然后可在活鱼导流槽中倒入另外一条大黄鱼，重复3-4过程，进行鱼体全长、全宽尺寸自动测量。
5、对于鱼体其它形态参数，可以在步骤（3）采集图像模块采集到的图像中手工标定鱼体特征点，鱼体尺寸手动测量模块提取特征点之间的图像尺寸，再根据特征点之间的图像尺寸/标定比例(K)，计算得到鱼体特征点之间实际尺寸。
图 3为手工标定鱼体特征点的示意。其中，AB 表示头长，AC 表示体长，AD 表示全长，CD 表示尾柄长，EF 表示背鳍前端处体宽，GH 表示体宽，MN 表示尾柄高。在计算机9中的鱼体尺寸手动测量模块中，标记好上述特点后，相关尺寸参数将自动根据标定比例(K)进行计算，实现尺寸测量。
本发明对鱼类尺寸测量具有通用型，但是由于鱼类品种很多，因此，本发明只举一个大黄鱼尺寸测量的实施实例，其它鱼类尺寸测量可以参照该实施实例的方法开展，具体针对不同外形规格的鱼类，只需要调整工业相机和透明平台之间的距离以及工业相机镜头焦距，标定比例，就可以对新种类的鱼进行尺寸测量。
以上所述仅是本发明的实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应当视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种鱼类形态参数自动测量装置，其特征在于：它包括计算机、框架主体（1）、倾斜设置在框架主体（1）上的活鱼导流槽（2）以及设置在活鱼导流槽（2）下端用于拍摄鱼体图像的摄像装置，且所述活鱼导流槽（2）底部为透明平台（3），所述摄像装置包括设置在框架主体（1）上的支架（4）以及与支架（4）滑动连接的工业相机（5），所述工业相机（5）与计算机信号连接，所述计算机包括依次信号连接的参数设置模块、标定模块、图像采集模块、鱼体尺寸自动提取模块以及鱼体尺寸手动测量模块，其中，
所述参数设置模块用于设定工业相机设备采集参数；
所述标定模块用于得到图像尺寸和标准尺寸的标定比例；
所述图像采集模块用于自动采集鱼体图像；
所述鱼体尺寸自动提取模块用于自动计算鱼体全长和全宽尺寸；
所述鱼体尺寸手动测量模块用于计算手工选定的鱼体任意特征点之间的直线尺寸。
2.根据权利要求1所述的鱼类形态参数自动测量装置，其特征在于：所述框架主体（1）顶部还设有作为拍摄背景的背景板（6），所述框架主体（1）两侧还设有用于照明的照明灯（7）。
3.一种鱼类形态参数自动测量方法，其特征在于，它包括以下步骤：
（1）、调整工业相机位置，使其位于活鱼导流槽透明平台下方，调整工业相机镜头焦距，设定工业相机设备采集参数；
（2）、对工业相机进行标定，得到被测物体图像尺寸/实际尺寸的标定比例值，并将其保存到计算机中；
（3）、将一条待测活鱼和水一起倒入活鱼导流槽，使其由高到低通过活鱼导流槽；
（4）、工业相机一直拍摄活鱼导流槽，当鱼体处于活鱼导流槽透明平台中间线时，计算机自动触发工业相机采集一帧所述鱼体图像并且进行保存；
（5）、提取步骤（4）采集图像中的鱼体轮廓最小外接矩形的长和宽的图像尺寸，再根据步骤（2）中得到的标定比例，计算得到实际鱼体的全长与全宽尺寸；
（6）、在步骤（4）的采集图像中手工设定鱼体特征点，提取特征点之间的图像尺寸，再根据步骤（2）中得到的标定比例，计算得到鱼体特征点之间实际尺寸。
4.根据权利要求3所述的鱼类形态参数自动测量方法，其特征在于：所述步骤（4）的具体过程是：计算机中的图像采集模块采用Camshift算法跟踪定位视频图像中鱼体目标中心位置，当中心位置点处于活鱼导流槽透明平台中间线上时，自动触发工业相机采集一帧图像，并将采集图像传输至计算机进行保存。
5.根据权利要求3所述的鱼类形态参数自动测量方法，其特征在于：所述步骤（5）的具体过程是：计算机中的鱼体尺寸自动提取模块采用Canny算法提取步骤（4）采集到的图像中的鱼体轮廓信息，然后再根据提取到的轮廓信息得到一个鱼体图像轮廓的最小外接矩形，接着自动测量得到最小外接矩形的长和宽图像尺寸，再根据步骤（2）中得到的标定比例，计算得到实际鱼体的全长与全宽尺寸。
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