CN111280115B

CN111280115B - 一种基于声音诱导反馈的鱼类状态识别装置的识别方法

Info

Publication number: CN111280115B
Application number: CN202010275285.5A
Authority: CN
Inventors: 曾国权; 马建忠; 聂鹏程; 张立宁; 邵鑫斌; 於俊琦; 闫茂仓
Original assignee: Zhejiang Mariculture Research Institute
Current assignee: Zhejiang Mariculture Research Institute
Priority date: 2020-04-09
Filing date: 2020-04-09
Publication date: 2021-10-22
Anticipated expiration: 2040-04-09
Also published as: CN111280115A

Abstract

本发明公开了一种基于声音诱导反馈的鱼类状态识别装置及应用方法，包括：控制箱，控制箱包括处理器、控制器以及箱体，控制器安装在箱体内部，处理器与控制器通过第一传输线电性连接；声音发生装置与处理器通过第二传输线电性连接，控制器控制声音发生装置放出鱼类养殖投喂过程中驯化的特定声音，吸引鱼类向声源聚集；摄像头与处理器通过第三传输线电性连接，为处理器提供养殖鱼群的图像流。本发明通过声音发生装置放出特定声音，吸引鱼类向声源聚集，通过摄像头为处理器提供养殖鱼群聚集、离散的图像流，处理器分析处理接收图像，识别判断鱼类状态，为循环水鱼类养殖提供一个可探测的数量实时状态数据，提高了循环水鱼类养殖的自动化程度。

Description

一种基于声音诱导反馈的鱼类状态识别装置的识别方法

技术领域

本发明涉及鱼类生态状态检测技术领域，更具体的说是涉及一种基于声音诱导反馈的鱼类状态识别装置及应用方法。

背景技术

循环水养殖是以养殖用水净化后循环利用为核心的一种养殖方式，具有条件可控、节水环保等特点。循环水鱼养殖系统中，鱼类养殖密度高可达 20kg/m3-50kg/m3。较高的养殖密度导致水质变化快，鱼的生理状态也会随着环境条件和管理操作的变化而变化。有针对性地分析鱼的状态，能提早发现问题，及时采取措施，防患于未然，是循环水养殖管控的必要技术手段。

在循环水养殖管控时，通过养殖过程中的驯化，养殖鱼类在特定声音响起时，会快速向声源集结，并寻找食物。在水质不良或者鱼得病时，鱼处于应激状态，基于摄食欲望的不同，鱼的集结速度变慢，或者不产生集结。鱼对诱导性声音的反馈是鱼养殖过程中一种有效的管理操作手段，可以分析鱼的生理状态。而传统的养殖过程中，这种管理方法只能是养殖管理人员现场操作，自动化程度低，且并没有一个标准的可探测的数量实时状态数据，从而导致了不能及时准确的识别鱼类状态，循环水鱼类养殖管控不精准不及时，自动化的可控程度较低。

因此，如何提供一种自动化程度高且能够为循环水鱼类养殖提供一个可探测的数量实时状态数据是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于声音诱导反馈的鱼类状态识别装置及应用方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于声音诱导反馈的鱼类状态识别装置，包括：

控制箱，所述控制箱包括处理器、控制器以及箱体，所述控制器安装在所述箱体内部，所述处理器和所述控制器通过第一传输线电性连接；声音发生装置，所述声音发生装置与所述处理器通过第二传输线电性连接，所述控制器能够控制所述声音发生装置放出鱼类养殖投喂过程中驯化的特定声音，吸引鱼类向声源聚集；摄像头，所述摄像头与所述处理器通过第三传输线电性连接，为处理器提供养殖鱼群聚集、离散的图像流。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于声音诱导反馈的鱼类状态识别装置。本发明通过控制器控制声音发生装置放出鱼类养殖投喂过程中驯化的特定声音，吸引鱼类向声源聚集，通过摄像头为处理器提供养殖鱼群聚集、离散的图像流，处理器分析处理接收图像，从而识别判断鱼类状态，提高了循环水鱼类养殖的自动化程度，且为循环水鱼类养殖提供一个可探测的数量实时状态数据。

进一步的，所述箱体为防水密封的长方体结构。

采用上述技术方案产生的有益效果是，箱体密封防水，保护处理器与控制器不受损坏。

进一步的，所述第三传输线外套有可拆卸的管道，所述管道自靠近所述处理器一端延伸至鱼类养殖池；所述摄像头安装于所述管道远离所述处理器的一端。

一种应用如上所述的基于声音诱导反馈的鱼类状态识别装置的识别方法，包含以下步骤：

S1、所述声音发生装置发出鱼类养殖投喂过程中驯化的特定声音，吸引鱼类向声源聚集；

S2、所述摄像头采集鱼类聚集、离散的图像流，并通过第三传输线将采集的图像反馈给处理器；

S3、所述处理器对接收的图像进行分析处理；

S4、对鱼群状态进行分析判断、得出结论。

进一步的，在步骤S3中，处理器对接收的图像进行分析，在图像中取平均分布的n个点，分别计算每个点的亮度L1～Ln，将背景亮度与有鱼时的亮度均值作为阈值，对所有点进行阈值判定：亮度小于阈值则判定为有鱼，Lx＝1；亮度大于等于阈值则判定为无鱼，Lx＝0；按照公式Lk＝C×∑Ln累计额计算获取图像中有鱼点的总数，其中C为修正系数，Lk为一幅图像中有鱼点的总数，每次的测量都在同一时间段，同一位置，以同样的阈值作为判定结果， Lk具有相对稳定性。

进一步的，在步骤S4中，对鱼群状态进行分析判断的方法为：

①以声音发生装置发出声音为0，按秒计时，以图像判定出现鱼群的秒数为t1，t1+10为声音发生装置停止发出声音时间；

②以声音发生装置停止发出声音为0，按秒计时，以图像判定鱼群离散的秒数为t2；

③将前一周的t1和t2时间求均值作为预期时间，每次新测定的数据t1、 t2分别与预期值进行比较，判断鱼类状态；

t1判断规则为：反馈时间/预期值＜0.7，判定为：异常活跃；0.7≤反馈时间/预期值≤1.3，判定为：正常；反馈时间/预期值＞1.3，判定为：不活跃；反馈时间/预期值＞10，判定为：异常；

t2判断规则为：反馈时间/预期值＞1.3，判定为：活跃；0.7≤反馈时间/ 预期值≤1.3，判定为：正常；0.1≤反馈时间/预期值＜0.7，判定为：不活跃；反馈时间/预期值＜0.1，判定为：异常；

t1和t2同时存在，相互验证；t1和t2判定结果一致时，结果为判定值，判定结果不一致时，结果以t1为准，并在间隔30分钟后重新检测一次；当其中任一个判定结果为异常，最终结果则为异常，并在间隔10分钟后重新检测一次。

采用上述技术方案产生的有益效果是，为循环水鱼类养殖提供一个可探测的数量实时状态数据，可以准确的检测养殖鱼群状态，判断养殖鱼群是否处于异常状态，提早发现问题，及时采取措施，防患于未然。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明的基于声音诱导反馈的鱼类状态识别装置结构示意图；

图2附图为本发明的基于声音诱导反馈的鱼类状态识别装置剖面图结构示意图；

图3附图为本发明应用基于声音诱导反馈的鱼类状态识别装置的识别方法流程图。

其中：

1、控制箱；11、处理器；12、控制器；13、箱体；2、声音发生装置；3、摄像头。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种基于声音诱导反馈的鱼类状态识别装置，包括：

控制箱1，控制箱包括处理器11、控制器12以及箱体13，处理器11和控制器12通过第一传输线电性连接，控制器12安装在箱体13内部，处理器 11包括防水机柜、220伏电源、路由器、电脑主机、硬盘录像机以及含有数据采集和控制功能的物联网用单片机；声音发生装置2为喇叭，喇叭与处理器11通过第二传输线电性连接，控制器12能够控制喇叭放出鱼类养殖投喂过程中驯化的特定声音，吸引鱼类向声源聚集；摄像头3与处理器11通过第三传输线电性连接，为处理器11提供养殖鱼群聚集、离散的图像流，箱体13 为防水密封的长方体结构，箱体13具有可打开的门板；第三传输线外套有可拆卸的管道，管道自靠近处理器一端延伸至鱼类养殖池；摄像头3安装于管道远离处理器的一端。

需要说明的是，上述防水机柜、220伏电源、路由器、电脑主机、硬盘录像机均为现有常规技术结构，在此不再赘述，含有数据采集和控制功能的物联网用单片机可参见淘宝网址

“https://item.taobao.com/item.htm？spm＝a230r.1.14.98.1ecf81felzTZiQ&id＝ 579938275782&ns＝1&abbucket＝8#detail”。

应用如上所述的基于声音诱导反馈的鱼类状态识别装置的识别方法，包含以下步骤：

S3、所述处理器对接收的图像进行分析处理；

S4、对鱼群状态进行分析判断、得出结论。

在步骤S3中，处理器对接收的图像进行分析，在图像中取平均分布的n 个点，分别计算每个点的亮度L1～Ln，将背景亮度与有鱼时的亮度均值作为阈值，对所有点进行阈值判定：亮度小于阈值则判定为有鱼，Lx＝1；亮度大于等于阈值则判定为无鱼，Lx＝0；按照公式Lk＝C×∑Ln累计额计算获取图像中有鱼点的总数，其中C为修正系数，Lk为一幅图像中有鱼点的总数，每次的测量都在同一时间段，同一位置，以同样的阈值作为判定结果，Lk具有相对稳定性。

在步骤S4中，对鱼群状态进行分析判断的方法为：

本发明公开提供了两个应用基于声音诱导反馈的鱼类状态识别装置的识别方法的实施案例：

实施案例1

在循环水鱼类养殖过程中，处理器定时检测鱼类生态状态。7：00，10:00， 16:00，22:00等4个时间点启动。工作时，喇叭发出声音，摄像头拍照，处理器提取图像进行分析。在系统启动后1s时，鱼群没有聚集；3s时，发现大量鱼聚集；13s时，系统停止发出声音，18s时，鱼群离散。系统通过判定，鱼群此次聚集时间为3s；离散时间为5s。通过与往日数据比较，得出鱼群状态指数1。此数据既每天例行检查数据，也是当日投喂指导性数据。通过数据分析，可以判断鱼群是否处于异常状态。在传统养殖管理过程中，养殖人员需要定时巡查，仔细观察每个池的鱼是否处于正常状态，而通过发出具有诱食性特定声音是有效的检测手段。本发明的实施，可以极大减少养殖人员养殖过程中的工作量，提高水产养殖业智能化信息化水平，提高生产效率。

实施案例2

在循环水鱼类养殖过程中，因循环水系统机器故障，为及时了解系统故障对鱼的影响，开展鱼类生态状态检测。工作时，喇叭发出声音，摄像头拍照，处理器提取图像进行分析。在系统启动后1s时，鱼群没有聚集；10s时，发现鱼群少量聚集；20s时，系统停止发出声音，依旧有少量鱼聚集，21s时，鱼群开始离开聚集点。系统通过判定，鱼群此次聚集时间为10s；离散时间为 1s，鱼群状态差。此次鱼群状态分析既是当时循环水系统管控的基础数据之一，也是生产故障记录的，为循环水养殖各种故障处理的优先级判断的提供量化数据支撑。在循环水养殖过程中，各种意外总会发生(如水泵停等设备停止工作，水温突发降低，氨氮突然增加等)，而故障处理后，一个量化数据结果有助于系统寻找规律，优化系统管控方法。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种基于声音诱导反馈的鱼类状态识别装置的识别方法，其特征在于，包含以下步骤：

S1、声音发生装置（2）发出鱼类养殖投喂过程中驯化的特定声音，吸引鱼类向声源聚集；

S2、摄像头（3）采集鱼类聚集、离散的图像流，并通过第三传输线将采集的图像反馈给处理器；

S3、处理器（11）对接收的图像进行分析处理，在图像中取平均分布的n个点，分别计算每个点的亮度L1~Ln，将背景亮度与有鱼时的亮度均值作为阈值，对所有点进行阈值判定：亮度小于阈值则判定为有鱼，Lx=1；亮度大于等于阈值则判定为无鱼，Lx=0；按照公式Lk=C×∑Ln累计额计算获取图像中有鱼点的总数，其中C为修正系数，Lk为一幅图像中有鱼点的总数，每次的测量都在同一时间段，同一位置，以同样的阈值作为判定结果，Lk具有相对稳定性；

S4、对鱼群状态进行分析判断的方法为：

③将前一周的t1和t2时间求均值作为预期时间，每次新测定的数据t1、t2分别与预期值进行比较，判断鱼类状态；

t2判断规则为：反馈时间/预期值＞1.3，判定为：活跃；0.7≤反馈时间/预期值≤1.3，判定为：正常；0.1≤反馈时间/预期值＜0.7，判定为：不活跃；反馈时间/预期值＜0.1，判定为：异常；

t1和t2同时存在，相互验证；t1和t2判定结果一致时，结果为判定值，判定结果不一致时，结果以t1为准，并在间隔30分钟后重新检测一次；当其中任一个判定结果为异常，最终结果则为异常，并在间隔10分钟后重新检测一次，对鱼群状态进行分析判断、得出结论。

2.根据权利要求1所述的一种应用基于声音诱导反馈的鱼类状态识别装置的识别方法，其特征在于，鱼类状态识别装置包括：

控制箱（1），所述控制箱（1）包括处理器（11）、控制器（12）以及箱体（13），所述控制器（12）安装在所述箱体（13）内部，所述处理器（11）和所述控制器（12）通过第一传输线电性连接；

声音发生装置（2），所述声音发生装置（2）与所述处理器（11）通过第二传输线电性连接，所述控制器（12）能够控制所述声音发生装置（2）放出鱼类养殖投喂过程中驯化的特定声音，吸引鱼类向声源聚集；

摄像头（3），所述摄像头（3）与所述处理器（11）通过第三传输线电性连接，为处理器（11）提供养殖鱼群聚集、离散的图像流。

3.根据权利要求2所述的一种应用基于声音诱导反馈的鱼类状态识别装置的识别方法，其特征在于，所述箱体（13）为防水密封的长方体结构。

4.根据权利要求3所述的一种应用基于声音诱导反馈的鱼类状态识别装置的识别方法，其特征在于，所述第三传输线外套有可拆卸的管道，所述管道自靠近所述处理器（11）一端延伸至鱼类养殖池；所述摄像头（3）安装于所述管道远离所述处理器的一端。