CN111256598B - 活体对虾生长表型高精度测量系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种活体对虾生长表型高精度测量系统及方法，采集对虾的侧面图像和背面图像；通过所述侧面图像判断所述对虾的姿态是否满足图像采集条件；确定所述对虾的姿态满足图像采集条件时的背面图像；基于所述背面图像对所述对虾的长度和宽度指标进行测量。因而，本发明测量数据是基于对虾姿态满足图像采集条件的测量，能够真实反映对虾的各项指标，实现对虾个体生长表型参数的高精度测量。

Description

活体对虾生长表型高精度测量系统和方法

技术领域

本发明属于水产动物经济性状选育技术领域，具体地说，是涉及一种活体对虾生长表型高精度测量系统和方法。

背景技术

对虾的生长表型参数作为重要的育种参考数据，需要大量频繁的测量工作。传统的测量方法是将虾从水中捞出后，测量人员用手保持虾体平直舒展，拿直尺进行体长等长度指标的测量，拿游标卡尺进行体宽、体高等指标的测量。此时，需要另外一人进行数据记录，待所有测量工作完成后，将数据输入计算机保存。

传统测量方法存在以下缺点：1、对虾离水后容易出现应激反应，操作者拿虾过程也可能会造成虾体受伤，严重情况下会出现死亡；2、测量过程受人为因素影响，测量误差波动较大，数据准确性难以保证。

专利CN107144223A中公开了一种对虾测量系统和方法，在该专利中公开了利用摄像机采集活体对虾侧面图像，在图像基础上获取对虾的相应生长表型参数。该专利所述的测量方法有以下缺陷：仅在侧面采集活体对虾图像，当对虾身体从头部到尾部的中心轴与一侧的摄像机镜头不成垂直角度时，即虾体向左或向右侧偏时，或当对虾身体出现弯曲以及虾的头部明显抬高时，根据图像上的两竖线间距获得的体长会与实际体长存在偏差，导致测量误差。

因此，需要一种测量精度以及自动化程度更高的测量方法。

发明内容

本发明提出了一种活体对虾生长表型高精度测量系统和方法，解决了现有技术下虾体出现侧偏时测量误差大的技术问题。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

一种活体对虾生长表型高精度测量方法，

采集对虾的侧面图像和背面图像；

通过所述侧面图像判断所述对虾的姿态是否满足图像采集条件；

确定所述对虾的姿态满足图像采集条件时的背面图像；

基于所述背面图像对所述对虾的长度和宽度指标进行测量。

如上所述的活体对虾生长表型高精度测量方法，所述对虾的姿态为平直舒展状态时满足图像采集条件。

如上所述的活体对虾生长表型高精度测量方法，判断所述对虾的姿态为平直舒展状态的方法为：

所述对虾身体分为6个体节，包括从头到尾方向的腹节S1、腹节S2、腹节S3、腹节S4、腹节S5和尾节S6；

在所述侧面图像中确定出头胸甲界点D1，从所述头胸甲界点D1向眼睛方向标定直线L1，所述直线L1与所述头胸甲上边缘相切；从所述头胸甲界点D1向尾部方向标定直线L2，所述直线L2与所述腹节S1、腹节S2和腹节S3三者中的两者的上边缘相切；从所述尾节S6的上边缘点D2向眼睛方向自动标定直线L3，所述直线L3与所述尾节S6的上边缘相切、与所述腹节S3、腹节S4和腹节S5中至少一个腹节的上边缘相切；

所述直线L2和所述直线L3形成钝角X1，所述直线L1和所述L2形成钝角X2，若145°≤X1≤160°且|X1-X2|＜10°，所述对虾的姿态为平直舒展状态。

如上所述的活体对虾生长表型高精度测量方法，所述直线L2与所述腹节S1和所述腹节S2的上边缘相切，且不能出现在任何一腹节的上边缘的下方。

如上所述的活体对虾生长表型高精度测量方法，所述直线L3与所述腹节S4的上边缘相切，且不能出现在任何一腹节的上边缘下方。

如上所述的活体对虾生长表型高精度测量方法，基于所述对虾的姿态满足图像采集条件时的侧面图像对所述对虾的高度指标进行测量。

一种活体对虾生长表型高精度测量系统，所述系统包括：

盛虾装置，用于盛装对虾；

摄像装置，位于所述盛虾装置的上方和侧面，用于拍摄所述对虾的侧面图像和背面图像；

控制装置，用于接收所述摄像装置拍摄的图像，对所述图像按照上述的方法获取所述对虾的指标。

如上所述的活体对虾生长表型高精度测量系统，所述系统包括图像采集箱，所述盛虾装置和摄像装置位于所述图像采集箱内。

如上所述的活体对虾生长表型高精度测量系统，所述系统包括滑动机构，所述滑动机构用于将所述盛虾装置带入或者带出所述图像采集箱。

如上所述的活体对虾生长表型高精度测量系统，所述图像采集箱内壁上设置有反光层，所述图像采集箱内设置有辅助光源。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明首先通过对对虾的侧面图像判断对虾的姿态是否满足图像采集条件，在满足时，基于相应的背面图像对对虾的长度和宽度指标进行测量。因而，本发明测量数据是基于对虾姿态满足图像采集条件的测量，能够真实反映对虾的各项指标，实现对虾个体生长表型参数的高精度测量。

本发明测量系统能够实现自动化测量对虾个体生长表型参数，测量精度高。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本发明具体实施例对虾侧面图像（标示腹节、直线、角度）。

图2是本发明具体实施例对虾侧面图像（标示头胸甲、尾节界点）。

图3是本发明具体实施例对虾侧面图像高度截取示意图。

图4是本发明具体实施例对虾背面图像。

图5是本发明具体实施例活体对虾生长表型高精度测量系统的示意图。

1、图像采集箱；2、盛虾装置；3、滑动机构；4、摄像装置。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细的说明。

本实施例活体对虾生长表型高精度测量系统由硬件和软件两部分组成。硬件部分包括图像采集箱1、盛虾装置2、滑动机构3、辅助光源、摄像装置4以及控制装置，软件部分包括图像采集模块、图像处理模块、图像识别模块、数据储存模块。其中，软件部分由控制装置完成。

如图5所示，下面对测量系统的各个部分进行具体说明：

（1）盛虾装置，用于盛装对虾。盛虾装置包括透明盛虾盒和透明盒盖，盛虾盒中的水要完全没过对虾身体，透明盒盖可以防止对虾跳出以及水溅出。

（2）图像采集箱：中间装有滑动机构，滑动机构用于将盛虾装置带入或者带出图像采集箱，测量时，盛虾装置位于图像采集箱内。滑动机构包括滑台，可以将盛虾盒放在滑台上，滑台可以电动进出图像采集箱。图像采集箱是封闭的，仅留滑台出入口，用于保障对虾图像采集环境不受杂散的环境光干扰，内部采用特殊涂料，在图像采集箱内壁上设置有反光层。图像采集箱内设置有辅助光源，反光层为辅助光源的混光提供良好的反射条件。

（3）辅助光源：由于尽量提高采集速度，所以曝光时间较短，需要额外补充光照。辅助光源采用带状LED照明，光照通过暗箱内壁多次反射，保证均匀混光，为图像采集提供良好照明。

（4）摄像装置：位于图像采集箱内，位于盛虾装置的上方和侧面。考虑到对虾表型多角度测试要求，在滑动机构的两侧及上方各放置一个摄像机。即总共3个机位，分别拍摄对虾的左右侧面图像和背面图像。

（5）控制装置，用于接收摄像装置拍摄的图像，对基于图像获取对虾的指标。具体获取方法在下面测量方法中具体说明。

本实施例包括电气控制柜：摄像机电源、计算机主机，显示器、鼠标等配件设备，所有采集数据通过数据线传送至计算机主机，并通过软件部分的程序进行处理计算，及相关显示工作，图像数据存储在计算机硬盘内。

控制装置位于计算机主机内。

软件部分具体模块功能：

（1）图像采集：通过三个工业摄像头从三个方向对对虾进行图像采集，摄像头通过采集数据线和计算机主机连接，实现采集图像的实时传输。

（2）图像处理：对采集到的原始图像进行预处理，为后续处理做准备。

（3）图像识别：图像识别主要基于活体对虾生长表型高精度测量方法：

采集对虾的侧面图像和背面图像。

通过侧面图像判断对虾的姿态是否满足图像采集条件。

其中，对虾的姿态为平直舒展状态时满足图像采集条件。

判断对虾的姿态为平直舒展状态的方法为：

通过侧面图像判断对虾是否处于平直舒展状态。如图1所示，对虾身体分为6个体节，包括从头到尾方向的腹节S1、腹节S2、腹节S3、腹节S4、腹节S5和尾节S6。

如图2所示，在侧面图像中确定出头胸甲界点D1，从头胸甲界点D1向眼睛方向标定直线L1，直线L1与头胸甲上边缘相切；从头胸甲界点D1向尾部方向标定直线L2，直线L2与腹节S1、腹节S2和腹节S3三者中的两者的上边缘相切；从尾节S6的上边缘点D2向眼睛方向自动标定直线L3，直线L3与尾节S6的上边缘相切、与腹节S3、腹节S4和腹节S5中至少一个腹节的上边缘相切。

直线L2和直线L3形成钝角X1，直线L1和L2形成钝角X2，若145°≤X1≤160°且|X1-X2|＜10°，对虾的姿态为平直舒展状态。

优选的，直线L2与腹节S1和所述腹节S2的上边缘相切，且不能出现在任何一腹节的上边缘的下方。

优选的，直线L3与腹节S4的上边缘相切，且不能出现在任何一腹节的上边缘下方。

确定对虾的姿态满足图像采集条件时的背面图像；

基于背面图像对对虾的长度和宽度指标进行测量。

当确认对虾处于平直舒展状态时，基于背面图像进行特定长度和宽度指标如体长、头胸甲长、腹节长、头胸甲宽、腹节宽的测量。具体在测量时，按对虾从头到尾的背部中轴线方向进行图像截取，如图4所示。对不同虾体位置进行标定，根据预设的空间距离和标尺计算相应的长度和宽度指标，相比基于侧面图像测量的体长等指标结果要更加准确。基于侧面图像可以获取虾体的特定高度指标，如图3所示。

具体操作时，按如下步骤：

1、用网将待测对虾捞入装有水的盛虾盒中，盒中的水要完全没过对虾身体，加上透明盒盖防止对虾跳出，依此准备好多尾对虾。

2、按下开关使滑台自动出仓，从准备好的对虾中挑选处于安静状态的对虾放在滑台上，按下开关使滑台入仓。

3、在盛虾盒完全进入图像采集箱后，当对虾姿态满足图像采集条件时，获取侧面图像和背面图像，系统自动采集所需指标。

4、采集的指标数据自动保存到相关文件。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种活体对虾生长表型高精度测量方法，其特征在于，

采集对虾的侧面图像和背面图像；

通过所述侧面图像判断所述对虾的姿态是否满足图像采集条件；所述对虾的姿态为平直舒展状态时满足图像采集条件；

确定所述对虾的姿态满足图像采集条件时的背面图像；

基于所述背面图像对所述对虾的长度和宽度指标进行测量；

其中，判断所述对虾的姿态为平直舒展状态的方法为：

所述对虾身体分为6个体节，包括从头到尾方向的腹节S1、腹节S2、腹节S3、腹节S4、腹节S5和尾节S6；

在所述侧面图像中确定出头胸甲界点D1，从所述头胸甲界点D1向眼睛方向标定直线L1，所述直线L1与所述头胸甲上边缘相切；从所述头胸甲界点D1向尾部方向标定直线L2，所述直线L2与所述腹节S1、腹节S2和腹节S3三者中的两者的上边缘相切；从所述尾节S6的上边缘点D2向眼睛方向自动标定直线L3，所述直线L3与所述尾节S6的上边缘相切、与所述腹节S3、腹节S4和腹节S5中至少一个腹节的上边缘相切；

所述直线L2和所述直线L3形成钝角X1，所述直线L1和所述L2形成钝角X2，若145°≤X1≤160°且|X1-X2|＜10°，所述对虾的姿态为平直舒展状态。

2.根据权利要求1所述的活体对虾生长表型高精度测量方法，其特征在于，所述直线L2与所述腹节S1和所述腹节S2的上边缘相切，且不能出现在任何一腹节的上边缘的下方。

3.根据权利要求1所述的活体对虾生长表型高精度测量方法，其特征在于，所述直线L3与所述腹节S4的上边缘相切，且不能出现在任何一腹节的上边缘下方。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的活体对虾生长表型高精度测量方法，其特征在于，基于所述对虾的姿态满足图像采集条件时的侧面图像对所述对虾的高度指标进行测量。

5.一种活体对虾生长表型高精度测量系统，其特征在于，所述系统包括：

盛虾装置，用于盛装对虾；

摄像装置，位于所述盛虾装置的上方和侧面，用于拍摄所述对虾的侧面图像和背面图像；

控制装置，用于接收所述摄像装置拍摄的图像，对所述图像按照如下方法获取所述对虾的指标：

通过所述侧面图像判断所述对虾的姿态是否满足图像采集条件；所述对虾的姿态为平直舒展状态时满足图像采集条件；

确定所述对虾的姿态满足图像采集条件时的背面图像；

基于所述背面图像对所述对虾的长度和宽度指标进行测量；

其中，判断所述对虾的姿态为平直舒展状态的方法为：

所述对虾身体分为6个体节，包括从头到尾方向的腹节S1、腹节S2、腹节S3、腹节S4、腹节S5和尾节S6；

在所述侧面图像中确定出头胸甲界点D1，从所述头胸甲界点D1向眼睛方向标定直线L1，所述直线L1与所述头胸甲上边缘相切；从所述头胸甲界点D1向尾部方向标定直线L2，所述直线L2与所述腹节S1、腹节S2和腹节S3三者中的两者的上边缘相切；从所述尾节S6的上边缘点D2向眼睛方向自动标定直线L3，所述直线L3与所述尾节S6的上边缘相切、与所述腹节S3、腹节S4和腹节S5中至少一个腹节的上边缘相切；

所述直线L2和所述直线L3形成钝角X1，所述直线L1和所述L2形成钝角X2，若145°≤X1≤160°且|X1-X2|＜10°，所述对虾的姿态为平直舒展状态。

6.根据权利要求5所述的活体对虾生长表型高精度测量系统，其特征在于，所述系统包括图像采集箱，所述盛虾装置和摄像装置位于所述图像采集箱内。

7.根据权利要求6所述的活体对虾生长表型高精度测量系统，其特征在于，所述系统包括滑动机构，所述滑动机构用于将所述盛虾装置带入或者带出所述图像采集箱。

8.根据权利要求7所述的活体对虾生长表型高精度测量系统，其特征在于，所述图像采集箱内壁上设置有反光层，所述图像采集箱内设置有辅助光源。

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