CN110782476B - 一种昆虫运动轨迹的测定方法及其测定装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种昆虫运动轨迹的测定方法，包括如下步骤：(1)建立一立体方形封闭空间，并建立XYZ坐标；(2)通过技术手段记录昆虫在每一时刻分别三坐标面上的投影坐标；(3)通过筛选手段使步骤(2)中的坐标满足下列条件：XA＝XB、YB＝YC、ZA＝ZC时；则某一昆虫在该时刻的三维空间运动坐标点为(XA、YB、ZC)；(4)连续测定某一昆虫的三维空间运动坐标点进而获得该昆虫在立体方形封闭空间内的运动轨迹。本发明还公开了上述测定方法所应用的测定装置，包括观察箱、摄像机、计算机；摄像机为三台、按照镜头两两相互垂直的方式架设在观察箱外，摄像机与计算机电连接。本发明中的测定方法计算量小，操作简单，可以快速获得昆虫在三维空间的运动轨迹。

Description

一种昆虫运动轨迹的测定方法及其测定装置
技术领域
本发明涉及昆虫行为学领域，具体涉及一种昆虫运动轨迹的测定方法及其测定装置。
背景技术
目前，一些昆虫(如果蝇)可作为模型动物来进行相关生物学功能的研究。其中，各种突变果蝇种能提供人类疾病模型的造模，而相对应的运动能力可以反映出人类疾病的病征；创造出来的疾病模型对于开发可用于人类疾病的药物筛选至关重要，是满足可用于人类药物开发无可避免的一环。
现有技术中有采用红外装置测定昆虫的运动轨迹例如专利号为20181057989158的一种无接触测定飞行昆虫飞行轨迹的测定装置及其测定方法，需要红外发射装置和接收装置，使该装置结构复杂，应用其方法的轨迹测定方法过程繁复；另外还有采用摄像机对昆虫运动轨迹的测定例如专利号为:2018115880924的一种基于动态轨迹分析的农业害虫检测方法，目前通用的方法是筛选选取一段摄像，将该段摄像内容转换为一帧一帧的图片，对图片内的害虫进行二维坐标标定，进而根据图片的时间连续性而获得害虫的掉落运动轨迹。但是对于害虫的三维坐标的标定，目前来说过程复杂，运算量大，运算时间长。
发明内容
本发明的目的是提供一种昆虫运动轨迹的测定方法，可以解决上述技术问题中的一个或是多个。
为了达到上述目的，本发明提出的技术方案如下：
一种昆虫运动轨迹的测定方法，包括如下步骤：
(1)建立一立体方形封闭空间，设原点O并建立XYZ坐标；则X轴与Y轴形成的面记做X0Y，
X轴与Z轴形成的面记做XOZ，Y轴与Z轴形成的面记做YOZ；
(2)通过技术手段记录昆虫在每一时刻分别在X0Y面上的投影坐标A(XA,YA)，在XOZ面上的投影坐标B(XB,ZB)，在YOZ面上的投影坐标C(YC,ZC)；
(3)通过筛选手段使步骤(2)中的坐标满足下列条件：XA＝XB、YB＝YC、ZA＝ZC时；则某一昆虫在
该时刻的三维空间运动坐标点为(XA、YB、ZC)；
(4)两只以上昆虫的区别，通过该昆虫的前后坐标连线的曲线连续性以区分；
(5)连续测定某一昆虫的三维空间运动坐标点进而获得该昆虫在立体方形封闭空间内的运动
轨迹。
进一步的：步骤(2)中的技术手段是通过摄像机录影或是照相机连续拍照获得的N帧昆虫图像。
对于每一图像的处理方式在图像处理领域是常规技术手段，是可实现的方式。例如在专利文本CN104881883B中对于图像的处理方式，可以作为本发明中一个摄像机的图片处理，这样可以获得在某一面上的昆虫运动坐标；然后将三面投影的坐标都输入到应用计算机中进行筛选。
另外，对于采用照相机连续拍照的话，就无需将视频转化为一帧帧的图片，可以直接获得时间连续的每一投影面上的坐标，采用记录的方式，将图片上的数据进行记录；然后将数据输入计算机中进行筛选。
因为在同一时刻，一只昆虫只会在一个地方出现，按照时间的顺序进行筛选是可行的。两只以上的昆虫就算是在某一时间点重合，下一点也是分开的，另外昆虫本身也占用有一定体积，因此也是可以通过坐标连线的曲线连续性将不同的昆虫做出区分的。筛选曲线连续性的条件，在本领域是常识，不用过多介绍。
进一步的：所述立体方形封闭空间是透明方形空间。最佳选项是正方体的立体方形封闭空间。可以是塑料、玻璃或是纱网组成的。
进一步的：所述步骤(3)中的筛选手段包括按照筛选条件使用计算机筛选。采用的计算机语言有C语言、C++语言、Python语言等编辑筛选程序；例如C语言中的if语句，首先输入各个面的坐标集合，每两个面的坐标一一配对，找到相同时间点坐标相同的，然后按照时间顺序输出符合条件的坐标集合。整个筛选过程快速可靠。
为了更简化计算筛选过程，可以对昆虫进行标色，这样在摄像过程中，就可以直接通过颜色判定不同时间点，该昆虫的位置，进而获得三维空间的运动轨迹。
另外，关于多只昆虫的区分，在计算筛选条件中增加一个曲线连续性的条件，这样在第三个坐标点出现的时候将会剔除掉大部分不符合连续性的坐标点；在不断的筛选过程中，可以获得全部的坐标点置，进而获得三维空间的运动轨迹。
然后可以通过简单的excel表格就可以获得每一昆虫在三维空间的运动轨迹。也可以通过其他绘图软件(例如matlab)获得空间三维坐标曲线图。
本发明的另外一个目的是提供一种昆虫运动轨迹的测定装置，可以解决上述技术问题中的一个或是多个。
一种昆虫运动轨迹的测定装置，包括观察箱、摄像机、计算机；所述观察箱为方形透明封闭箱，在箱体的一面上设置入口；所述摄像机为三台、按照镜头两两相互垂直的方式架设在观察箱外，所述摄像机与计算机电连接。
本测定装置结构简单，基本不需要人为如何操作，透明的箱体以及适合摄相机的架子，将三台摄像机两两垂直的方式对准观察箱的三个面进行拍摄。
这里架子不做限定，作为本领域的技术人员可以获得架子的具体结构，或是具有升降功能或是其他需要的功能。
在这里摄相机的的型号，计算机的型号不做限定，作为图像处理领域来说，选择合适的型号在这里使用，是本领域技术人员的常识。
另外观察箱是本领域的观测常用的工具，具体结构不做详细阐述。
本发明的技术效果是：
本发明中的昆虫可是飞虫或是爬虫，本昆虫轨迹测定方法计算量小，主要是依靠计算机做条件的筛选，就可以快速获得昆虫在三维空间的运动轨迹，计算结果更精准；相应的测定装置结构简单不说，操作也更简便，降低实验人员的工作量。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
在附图中：
图1是本发明测定方法的流程示意图。
图2是本发明测定装置的结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：观测箱1、摄像机2、电脑3。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的不当限定。
一种昆虫运动轨迹的测定装置：包括观察箱、摄像机、计算机；观察箱为方形透明封闭箱，在箱体的一面上设置入口；摄像机为三台、按照镜头两两相互垂直的方式架设在观察箱外，所述摄像机与计算机电连接。
上述装置用于测定昆虫运动轨迹的方法，包括如下步骤：
(1)建立一立体方形封闭空间，设原点O并建立XYZ坐标；则X轴与Y轴形成的面记做X0Y，
X轴与Z轴形成的面记做XOZ，Y轴与Z轴形成的面记做YOZ；
(2)通过通过摄像机录影或是照相机连续拍照获得的N帧昆虫图像，记录每一帧图像上昆虫在每一时刻分别在X0Y面上的投影坐标A(XA,YA)，在XOZ面上的投影坐标B(XB,ZB)，在YOZ面上的投影坐标C(YC,ZC)；
(3)通过计算机筛选使步骤(2)中的坐标满足下列条件：XA＝XB、YB＝YC、ZA＝ZC时；则某一昆虫在该时刻的三维空间运动坐标点为(XA、YB、ZC)；
(4)两只以上昆虫的区别，通过该昆虫的前后坐标连线的曲线连续性以区分；
(5)连续测定某一昆虫的三维空间运动坐标点进而获得该昆虫在立体方形封闭空间内的运动
轨迹。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种昆虫运动轨迹的测定方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)建立一立体方形封闭空间，设原点O并建立XYZ坐标；则X轴与Y轴形成的面记做XOY，X轴与Z轴形成的面记做XOZ，Y轴与Z轴形成的面记做YOZ；
(2)通过技术手段记录昆虫在每一时刻分别在X0Y面上的投影坐标A(XA,YA)，在XOZ面上的投影坐标B(XB,ZB)，在YOZ面上的投影坐标C(YC,ZC)；
(3)通过筛选手段使步骤(2)中的坐标满足下列条件：XA＝XB、YB＝YC、ZA＝ZC时；则某一昆虫在该时刻的三维空间运动坐标点为(XA、YB、ZC)；
(4)对昆虫进行标色，两只以上昆虫的区别，通过该昆虫的前后坐标连线的曲线连续性以区分；
(5)连续测定某一昆虫的三维空间运动坐标点进而获得该昆虫在立体方形封闭空间内的运动轨迹。
2.根据权利要求1所述的昆虫运动轨迹的测定方法，其特征在于：步骤(2)中的技术手段是通过摄像机录影或是照相机连续拍照获得的N帧昆虫图像。
3.根据权利要求1所述的昆虫运动轨迹的测定方法，其特征在于：所述立体方形封闭空间是透明方形空间。
4.根据权利要求1所述的昆虫运动轨迹的测定方法，其特征在于：所述步骤(3)中的筛选手段包括按照筛选条件使用计算机筛选。
5.根据权利要求1所述的一种昆虫运动轨迹的测定方法的测定装置，其特征在于：包括观察箱、摄像机、计算机；所述观察箱为方形透明封闭箱，在箱体的一面上设置入口；所述摄像机为三台、按照镜头两两相互垂直的方式架设在观察箱外，所述摄像机与计算机电连接。
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