CN111735833B - 一种鱼类表型自动获取装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及鱼类表型获取技术领域，提供一种鱼类表型自动获取装置及方法。该装置包括样品固定夹持装置、CT扫描装置、图像采集装置、计算成像装置；样品固定夹持装置固定在CT扫描装置的扫描平台上；CT扫描装置、图像采集装置、计算成像装置依次电连接；计算成像装置用于对接收到的鱼类样品的CT断层数据进行处理，以提取鱼类样品的表型数据和三维点云数据；样品固定夹持装置包括载物台、玻璃容器、滑轨、滑块、通孔、L型连接杆、样品固定夹片、鱼头固定垫片。本发明能够用于不同大小、不同种类鱼类样本表型数据的提取，能够使得扫描过程中夹持固定的鱼类样本处于自然伸直状态，提高鱼类表型提取的精度与效率，并减少提取成本且使用方便。

Description

一种鱼类表型自动获取装置及方法
技术领域
本发明涉及鱼类表型获取技术领域，特别是涉及一种鱼类表型自动获取装置及方法。
背景技术
对鱼类表型的测量是鱼类研究的重点，动物表型不同于植物表型，其中可提取的表型数据种类复杂且精细。随着鱼类研究的深入发展，对鱼类表型数据的需求日渐增多。目前对于鱼类表型原始数据的获取通常采用人工手动扫描的方式进行，此方法过于依赖人工，缺陷也十分明显：
1.检测过程中需要人工操作的环节过多，人工成本与时间成本高，工作效率低；
2.扫描过程中鱼类样本无法保证自然伸直状态，获取的鱼类点云数据呈非对称状态，处理困难；
3.鱼类品种繁多，不同种类的鱼形态各异，同种鱼不同个体也有不同差异，给人工扫描带来困难，进而对采集的表型数据带来一定的误差；
4.无法自动化处理数据，获取的原始数据还需要后期人工处理，不利于大批量的检测工作。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种鱼类表型自动获取装置及方法，能够用于不同大小、不同种类鱼类样本表型数据的提取，能够使得扫描过程中夹持固定的鱼类样本处于自然伸直状态，提高鱼类表型提取的精度与效率，并减少提取成本且使用方便。
本发明的技术方案为：
一种鱼类表型自动获取装置，其特征在于，包括样品固定夹持装置、CT扫描装置、图像采集装置、计算成像装置；
所述样品固定夹持装置固定在CT扫描装置的扫描平台上；所述CT扫描装置的输出端与所述图像采集装置的输入端电连接；所述图像采集装置的输出端与所述计算成像装置的输入端电连接；
所述样品固定夹持装置用于对鱼类样品进行固定；所述CT扫描装置用于对样品固定夹持装置内固定的鱼类样品进行扫描，以获取鱼类样品的CT断层数据并传输给所述图像采集装置；所述图像采集装置用于将鱼类样品的CT断层数据传输给所述计算成像装置；所述计算成像装置用于对接收到的鱼类样品的CT断层数据进行处理，以提取鱼类样品的表型数据和三维点云数据。
进一步的，所述鱼类样品的表型数据包括鱼身长度、脊骨长度、鱼体腹肋数量、鱼鳔体积大小、鱼体平均密度、鱼骨平均密度；所述计算成像装置还用于根据提取的三维点云数据构建鱼头骨三维模型和鱼尾三维模型。
进一步的，所述样品固定夹持装置包括载物台，所述载物台上设有上端开口的圆筒形玻璃容器，所述载物台上还设有两条沿所述玻璃容器的径向两侧对称的滑轨；
每条所述滑轨上均嵌套安装有滑块；
所述玻璃容器的侧壁上开设有两个沿所述玻璃容器的径向两侧对称的通孔；
每个所述滑块在上方均通过螺纹连接有L型连接杆，每个所述L型连接杆的两端均设有外螺纹，每个所述L型连接杆的水平部分穿过靠近该L型连接杆的通孔后伸入所述玻璃容器内部，每个所述L型连接杆的伸入所述玻璃容器内部的部分均通过螺纹连接有样品固定夹片，所述L型连接杆与样品固定夹片之间还通过螺母夹紧固定；
所述玻璃容器在内底面设有两个沿内底面径向两侧对称的鱼头固定垫片。
进一步的，所述样品固定夹片、所述鱼头固定垫片均为泡沫材质。
进一步的，每个所述样品固定夹片的靠近所述玻璃容器的轴线的一面均设置为内凹圆柱面形；每个所述鱼头固定垫片的靠近所述玻璃容器的轴线的一端的高度不为零且小于远离所述玻璃容器的轴线的一端的高度。
一种使用上述鱼类表型自动获取装置进行鱼类表型自动获取的方法，其特征在于，包括下述步骤：
步骤1：扫描准备
将鱼类样品放入玻璃容器内且鱼头向下放置在鱼头固定垫片上，移动两个滑块带动两个样品固定夹片向鱼身移动，夹紧鱼身后，将两个滑块拧紧固定；
步骤2：扫描
利用CT扫描装置对样品固定夹持装置内固定的鱼类样品进行扫描，获取鱼类样品的CT断层数据并实时传输给图像采集装置，图像采集装置将鱼类样品的CT断层数据实时传输给计算成像装置；
步骤3：表型提取
计算成像装置对接收到的鱼类样品的CT断层数据进行处理，提取鱼类样品的表型数据和三维点云数据。
进一步的，所述步骤3中，计算成像装置还根据提取的三维点云数据构建鱼头骨三维模型和鱼尾三维模型；所述鱼类样品的表型数据包括鱼身长度、脊骨长度、鱼体腹肋数量、鱼鳔体积大小、鱼体平均密度、鱼骨平均密度。
本发明的有益效果为：
(1)本发明通过CT扫描装置对鱼类样品进行扫描，并通过计算成像装置对CT断层数据进行科学处理，能够自动获取鱼类样品的表型数据和三维点云数据，尤其能提取丰富的形态表型数据，大幅度减少人力成本，提高提取效率和精度，并能够进行批量化检测。
(2)本发明的样品固定夹持装置可根据鱼类大小和种类进行设计，且通过设置滑轨和滑块，能够实现样品固定夹片位置的伸缩，能够用于不同体积大小、不同种类的鱼类样本，泛用性强。
(3)本发明的样品固定夹持装置中样品固定夹片与鱼头固定垫片均为泡沫材质，能够使扫描过程中夹持固定的鱼类样本处于自然伸直状态，不影响成像，且获取的鱼类点云数据呈对称状态，方便后续处理。
(4)本发明的装置结构简单且装配方便、制造成本较低，本发明的方法操作方便且操作成本低。
附图说明
图1为本发明的鱼类表型自动获取装置的结构示意图。
图2为具体实施方式中本发明的鱼类表型自动获取装置中样品固定夹持装置的结构示意图。
图3为本发明的鱼类表型自动获取方法的流程图。
图中，1－样品固定夹持装置，1-1—载物台，1-2—玻璃容器，1-3—滑轨，1-4—滑块，1-5—通孔，1-6—L型连接杆，1-7—样品固定夹片，1-8—鱼头固定垫片；2－CT扫描装置，3－图像采集装置，4－计算成像装置。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步描述。
如图1所示，本发明的鱼类表型自动获取装置，包括样品固定夹持装置1、CT扫描装置2、图像采集装置3、计算成像装置4。
所述样品固定夹持装置1固定在CT扫描装置2的扫描平台上；所述CT扫描装置2的输出端与所述图像采集装置3的输入端电连接；所述图像采集装置3的输出端与所述计算成像装置4的输入端电连接。
所述样品固定夹持装置1用于对鱼类样品进行固定；所述CT扫描装置2用于对样品固定夹持装置1内固定的鱼类样品进行扫描，以获取鱼类样品的CT断层数据并传输给所述图像采集装置3；所述图像采集装置3用于将鱼类样品的CT断层数据传输给所述计算成像装置4；所述计算成像装置4用于对接收到的鱼类样品的CT断层数据进行处理，以提取鱼类样品的表型数据和三维点云数据。
本实施例中，所述鱼类样品的表型数据包括鱼身长度、脊骨长度、鱼体腹肋数量、鱼鳔体积大小、鱼体平均密度、鱼骨平均密度；所述计算成像装置4还用于根据提取的三维点云数据构建鱼头骨三维模型和鱼尾三维模型。
本实施例中，如图2所示，所述样品固定夹持装置1包括载物台1-1，所述载物台1-1上设有上端开口的圆筒形玻璃容器1-2，所述载物台1-1上还设有两条沿所述玻璃容器1-2的径向两侧对称的滑轨1-3；
每条所述滑轨1-3上均嵌套安装有滑块1-4；
所述玻璃容器1-2的侧壁上开设有两个沿所述玻璃容器1-2的径向两侧对称的通孔1-5；
每个所述滑块1-4在上方均通过螺纹连接有L型连接杆1-6，每个所述L型连接杆1-6的两端均设有外螺纹，每个所述L型连接杆1-6的水平部分穿过靠近该L型连接杆1-6的通孔1-5后伸入所述玻璃容器1-2内部，每个所述L型连接杆1-6的伸入所述玻璃容器1-2内部的部分均通过螺纹连接有样品固定夹片1-7，所述L型连接杆1-6与样品固定夹片1-7之间还通过螺母夹紧固定；
所述玻璃容器1-2在内底面设有两个沿内底面径向两侧对称的鱼头固定垫片1-8。
其中，样品固定夹持装置可根据鱼类大小和种类进行设计，而且滑轨和滑块的设置使得能够实现样品固定夹片位置的伸缩，从而不限制检测对象的体积大小和种类，可用于检测各种体积以及不同种属的鱼类。
样品固定夹片1-7、鱼头固定垫片1-8均为泡沫材质，可最大限度地夹紧样品使其处于自然伸直状态，不影响CT成像，使得获取的鱼类点云数据呈对称状态，方便后续处理。
每个所述样品固定夹片1-7的靠近所述玻璃容器1-2的轴线的一面均设置为内凹圆柱面形，每个所述鱼头固定垫片1-8的靠近所述玻璃容器1-2的轴线的一端的高度不为零且小于远离所述玻璃容器1-2的轴线的一端的高度，使得更能贴合被夹持固定的鱼类样品。
如图3所示，本发明的鱼类表型自动获取的方法，包括下述步骤：
步骤1：扫描准备
将鱼类样品放入玻璃容器1-2内且鱼头向下放置在鱼头固定垫片1-8上，移动两个滑块1-4带动两个样品固定夹片1-7向鱼身移动，夹紧鱼身后，将两个滑块1-4拧紧固定；
步骤2：扫描
利用CT扫描装置2对样品固定夹持装置1内固定的鱼类样品进行扫描，获取鱼类样品的CT断层数据并实时传输给图像采集装置3，图像采集装置3将鱼类样品的CT断层数据实时传输给计算成像装置4；
步骤3：表型提取
计算成像装置4对接收到的鱼类样品的CT断层数据进行处理，提取鱼类样品的表型数据和三维点云数据。
所述步骤3中，计算成像装置4还根据提取的三维点云数据构建鱼头骨三维模型和鱼尾三维模型；所述鱼类样品的表型数据包括鱼身长度、脊骨长度、鱼体腹肋数量、鱼鳔体积大小、鱼体平均密度、鱼骨平均密度。
本发明通过CT扫描装置对鱼类样品进行扫描，并通过计算成像装置对CT断层数据进行科学处理，能够自动获取鱼类样品的表型数据和三维点云数据，尤其能提取丰富的形态表型数据，大幅度减少人力成本，提高提取效率和精度，并能够进行批量化检测。
其中，CT扫描装置基于计算机断层扫描技术(CT)进行工作。计算机断层扫描技术(CT)是一种利用数位几何处理后重建的三维放射线医学影像，由于在成像过程中不同物质对X射线吸收能力不同，会在成像后产生不同的明暗对比，可以得到相应的组织断层影像；随后再将断层图像层层堆叠，即可形成立体影像。因此利用计算机图像技术，可以在活体的情况下观察被扫描各个器官组织的情况，发现体内细小病变，是临床上广泛使用的一种医学成像设备。鱼类CT与医用CT的原理基本相同，可以对鱼类进行非破坏性的表型提取及并建立三维模型，并通过三维结构提取出某些常规方法不易测量的性状。而利用计算机技术处理实时数据，人工干预环节少，获得的数据更加准确。
显然，上述实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。上述实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。基于上述实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，也即凡在本申请的精神和原理之内所作的所有修改、等同替换和改进等，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种鱼类表型自动获取装置，其特征在于，包括样品固定夹持装置(1)、CT扫描装置(2)、图像采集装置(3)、计算成像装置(4)；
所述样品固定夹持装置(1)固定在CT扫描装置(2)的扫描平台上；所述CT扫描装置(2)的输出端与所述图像采集装置(3)的输入端电连接；所述图像采集装置(3)的输出端与所述计算成像装置(4)的输入端电连接；
所述样品固定夹持装置(1)用于对鱼类样品进行固定；所述CT扫描装置(2)用于对样品固定夹持装置(1)内固定的鱼类样品进行扫描，以获取鱼类样品的CT断层数据并传输给所述图像采集装置(3)；所述图像采集装置(3)用于将鱼类样品的CT断层数据传输给所述计算成像装置(4)；所述计算成像装置(4)用于对接收到的鱼类样品的CT断层数据进行处理，以提取鱼类样品的表型数据和三维点云数据；
所述样品固定夹持装置(1)包括载物台(1-1)，所述载物台(1-1)上设有上端开口的圆筒形玻璃容器(1-2)，所述载物台(1-1)上还设有两条沿所述玻璃容器(1-2)的径向两侧对称的滑轨(1-3)；
每条所述滑轨(1-3)上均嵌套安装有滑块(1-4)；
所述玻璃容器(1-2)的侧壁上开设有两个沿所述玻璃容器(1-2)的径向两侧对称的通孔(1-5)；
每个所述滑块(1-4)在上方均通过螺纹连接有L型连接杆(1-6)，每个所述L型连接杆(1-6)的两端均设有外螺纹，每个所述L型连接杆(1-6)的水平部分穿过靠近该L型连接杆(1-6)的通孔(1-5)后伸入所述玻璃容器(1-2)内部，每个所述L型连接杆(1-6)的伸入所述玻璃容器(1-2)内部的部分均通过螺纹连接有样品固定夹片(1-7)，所述L型连接杆(1-6)与样品固定夹片(1-7)之间还通过螺母夹紧固定；
所述玻璃容器(1-2)在内底面设有两个沿内底面径向两侧对称的鱼头固定垫片(1-8)。
2.根据权利要求1所述的鱼类表型自动获取装置，其特征在于，所述鱼类样品的表型数据包括鱼身长度、脊骨长度、鱼体腹肋数量、鱼鳔体积大小、鱼体平均密度、鱼骨平均密度；所述计算成像装置(4)还用于根据提取的三维点云数据构建鱼头骨三维模型和鱼尾三维模型。
3.根据权利要求2所述的鱼类表型自动获取装置，其特征在于，所述样品固定夹片(1-7)、所述鱼头固定垫片(1-8)均为泡沫材质。
4.根据权利要求3所述的鱼类表型自动获取装置，其特征在于，每个所述样品固定夹片(1-7)的靠近所述玻璃容器(1-2)的轴线的一面均设置为内凹圆柱面形；每个所述鱼头固定垫片(1-8)的靠近所述玻璃容器(1-2)的轴线的一端的高度不为零且小于远离所述玻璃容器(1-2)的轴线的一端的高度。
5.一种使用如权利要求1所述的鱼类表型自动获取装置进行鱼类表型自动获取的方法，其特征在于，包括下述步骤：
步骤1：扫描准备
将鱼类样品放入玻璃容器(1-2)内且鱼头向下放置在鱼头固定垫片(1-8)上，移动两个滑块(1-4)带动两个样品固定夹片(1-7)向鱼身移动，夹紧鱼身后，将两个滑块(1-4)拧紧固定；
步骤2：扫描
利用CT扫描装置(2)对样品固定夹持装置(1)内固定的鱼类样品进行扫描，获取鱼类样品的CT断层数据并实时传输给图像采集装置(3)，图像采集装置(3)将鱼类样品的CT断层数据实时传输给计算成像装置(4)；
步骤3：表型提取
计算成像装置(4)对接收到的鱼类样品的CT断层数据进行处理，提取鱼类样品的表型数据和三维点云数据。
6.根据权利要求5所述的鱼类表型自动获取的 方法，其特征在于，所述步骤3中，计算成像装置(4)还根据提取的三维点云数据构建鱼头骨三维模型和鱼尾三维模型；所述鱼类样品的表型数据包括鱼身长度、脊骨长度、鱼体腹肋数量、鱼鳔体积大小、鱼体平均密度、鱼骨平均密度。
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显微CT技术在古生代鱼类研究中的应用;盖志琨等;《生命科学》;20130815(第08期);全文 *

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