CN113324475B - 一种基于双相机的水下鱼尺寸检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双相机的水下鱼尺寸检测系统，包括：检测箱，检测箱前后两端面均安装有敞口式开口装置，检测箱内部中心设置有光电开关，检测箱左右两侧对称设置有工业相机，工业相机和光电开关均与工控机连接；工控机内部设置有视觉分析模块和算法处理模块，视觉分析模块用于对工业相机拍摄的图像进行视觉分析，得到鱼类轮廓；算法处理模块用于对视觉处理后的鱼类轮廓信息进行计算，得到鱼类真实尺寸。本发明结构简单、易于实现，对鱼本身及鱼群的生长环境无任何不利影响，测量准确、误差小，前期无需标定处理。

Description

一种基于双相机的水下鱼尺寸检测系统

技术领域

本发明涉及机器视觉技术领域，更具体的说是涉及一种基于双相机的水下鱼尺寸检测系统。

背景技术

目前，基于机器视觉的活鱼水下尺寸大小的检测系统，检测装置普遍使用电机之类的设备来控制检测装置的动作。比如使用控制器控制电机，带动滑轨，从而使安装在滑轨上的防水摄像头上下移动，进行不同位置的拍摄。

或者使用超声波传感器，当感应到有鱼游至检测箱的某个箱格内时，开启第二道超声波检测，当检测到鱼尾时，关闭进口门，使用超声波检测活鱼的长度，使用双目摄像机来测量鱼的宽度。

现有技术存在以下缺点：

1)装置复杂

需要用到超声波传感器，电机，浮子，双向卷扬机，或者隔板，挡板等装置。由电机来带动相机拍照，控制挡板开合。

2)影响鱼类生长

电机在运行过程中会产生噪音，超声波传感器也会对鱼造成应激和物理伤害。

3)误差大

拍摄过程中，鱼处于自由运动状态，姿态会有不同程度的弯曲，对检测结果造成很大影响。

4)处理时间长

双目测距需要进行相机标定，前期处理耗时较长。

因此，如何提供一种可以部分或者全部解决以上技术问题的水下鱼尺寸检测系统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双相机的水下鱼尺寸检测系统，结构简单、易于实现，对鱼本身及鱼群的生长环境无任何不利影响，测量准确、误差小，前期无需标定处理。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于双相机的水下鱼尺寸检测系统，包括：检测箱，所述检测箱前后两端面均安装有敞口式开口装置，所述检测箱内部设置有光电开关，所述检测箱左右两侧对称设置有工业相机，所述工业相机和所述光电开关连接，且工业相机连接有工控机；

所述工控机内部设置有视觉分析模块和算法处理模块，所述视觉分析模块用于对所述工业相机拍摄的图像进行视觉分析，得到鱼类轮廓；

所述算法处理模块用于对视觉处理后的鱼类轮廓信息进行计算，得到鱼类真实尺寸。

优选的，还包括光源，所述光源设置在所述检测箱上下端面。

优选的，还包括饵料盒，所述饵料盒设置在所述检测箱顶部，用于放置饵料。

优选的，所述工控机还包括相机参数设置模块、系统参数设置模块和视觉参数设置模块；

所述相机参数设置模块用于设置相机的曝光时间、帧率和触发模式；

所述系统参数设置模块用于设置与系统相关的各种参数，包括数据库相关参数、图片是否保存、图片保存地址和是否需要与其它系统进行交互；

所述视觉参数设置模块用于设置检测鱼尺寸的视觉参数。

优选的，所述工控机还包括接口模块和历史数据查询模块；

所述接口模块用于实现与外部系统进行交互，实现数据共享，联动系统化控制；

所述历史数据查询模块用于对历史数据进行查询，包括时间、数据信息和图片。

优选的，所述光源为面光源、条形光源或半球形光源。

优选的，所述敞口式开口装置为喇叭形开口。

优选的，还包括框架，所述工业相机安装在所述框架两端。

优选的，所述检测箱为长方体。

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双相机的水下鱼尺寸检测系统，当有鱼类进入检测箱时，光电开关即向工业相机发送信号，对向放置的工业相机进行拍照，最后，工控机对工业相机采集到的图像进行处理分析，最终得出鱼大小的精准结果，测试数据将存储在数据库中，并可以显示在显示器上。

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附图为本发明提供的一种基于双相机的水下鱼尺寸检测系统结构示意图。

图2附图为本发明提供的工控机原理框图。

图3附图为本发明提供的算法处理模块算法分析图。

其中，

1、检测箱，2、敞口式开口装置，3、光电开关，4、工业相机，5、光源，6、饵料盒，7、框架。

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双相机的水下鱼尺寸检测系统，如图1所示，包括检测箱1，检测箱1可以设置为长方体，长方体设计为适应鱼大小尺寸的长条状箱体，目的是为了有效纠正活鱼在进入检测装置后的姿态，尽可能保证鱼体与相机视线呈垂直方向，这样可以最大可能降低鱼的姿态给视觉检测系统带来的误差。检测箱1前后两端面均安装有敞口式开口装置2，且检测箱1前后两端面为开口，使得鱼类能够进去，敞口式开口装置可以设置为喇叭形开口，双侧喇叭形敞开式开口的设计，是为了鱼更好的进入检测箱。本发明对于检测箱形状和敞口式开口装置的形状并不作具体限定，只要满足要求即可。检测箱1内部底面中心设置有光电开关3，光电开关3安装于检测箱1内部，当有鱼进入检测箱1到达指定位置后，即可触发光电开关1，工控机从而触发工业相机进行拍摄。工业相机4对称设置在检测箱左右两侧。

如图2所示，工控机内部设置有视觉分析模块、算法处理模块、相机参数设置模块、系统参数设置模块、视觉参数设置模块、接口模块、历史数据查询模块；视觉分析模块是软件的核心模块，用于对工业相机拍摄的图像进行视觉分析，得到鱼类轮廓；

算法处理模块可以将视觉处理后的数据进行进一步数学算法运算，最终求得鱼类的真实尺寸；

具体算法如图3所示，其中，h₁、h₂为鱼在两个相机中成像的尺寸，此参数通过视觉分析模块求得，视为已知。f₁、f₂为工业镜头的焦距，已知。

l₁、l₂为被测物体分别距离两工业镜头的距离，参数关系已知：l₁+l₂为固定的两镜头之间的距离L，此参数为固定已知的。

根据视觉基本原理，得到以下公式，并进行推论如下：

l₁+l₂＝L(3)

由式(1)和式(2)分别得出：

继而得出：

即：

将(6)带入(3)中，可得：

继而得出：

将(7)带入(5)则得到最终算式：

相机参数设置模块用于修改相机的曝光时间、帧率、触发模式等其他相机相关参数；

系统参数设置模块用于设置与系统相关的各种参数，包括数据库相关参数，图片是否保存以及保存地址，是否需要同其它系统进行交互，交互使用的通讯方式，如TCP\IP、串口、OPC等需要的通讯参数，以及其他系统运行所需要的参数的维护；

视觉参数设置模块用于各类检测鱼尺寸大小的视觉参数的设置。

接口模块可以将系统已经获得的图像和计算结果，通过各种协议和软件接口，与其他的硬件和软件系统进行交互。

历史数据查询模块可以对以往检测到的各项数据进行查询，包括时间、数据、图片等信息。

在本实施例中，工控机具体处理流程为：

首先对原始图像进行图像预处理，去除图像中的复杂背景，提高图像的对比度。

其次进行图像分割，获取目标区域，即仅含目标鱼身体的图像。

然后根据分割后的图像，提取出鱼的像素尺寸。

最后将处理后的图像进行封装，以便后期显示等其他操作。

在本实施例中，为了清晰体现出鱼的轮廓，提高视觉系统捕捉鱼轮廓的准确度，本发明在检测箱1内部设置有光源5，具体可以安装在检测箱1内部上下面，即鱼体上下侧，本发明使用了面光源，也可根据现实情况，更换条形光源，半球型光源等其他类型的光源。

在本实施例中，为了更加有效的进行检测，提高检测效率，可以通过设置饵料盒6的方式，来吸引活鱼自主进入检测箱1指定位置，从而触发检测机制，进行更高效的检测。具体的，本发明可以将饵料盒6设置在检测箱1顶面。

在本实施例中，在检测箱1外部还设置有框架7，工业相机4对称安装在框架7两端。

本发明具有以下优点:

1)装置简单

无需电机等结构，在使用时，仅需要在检测箱中间的投喂口放入鱼饵，吸引鱼类进入检测装置即可

2)对鱼本身及鱼群的生长环境无任何影响

检测装置不会产生任何噪声，当有鱼类进入检测装置时，装置入口处的光电开关发送信号，触发相机拍照。整个过程无机械、声音、超声污染。

3)误差小

本装长方体检测箱可以很好的调整鱼在水下的姿态，从而从根本上解决误差产生的问题。

4)前期处理时间短

双目相机在使用之前，需要对2个相机进行标定以适应后期的算法。本发明中使用的算法不需要任何标定，只需要对图像进行正常的图像处理即可获取准确的大小尺寸。

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 (9)

1.一种基于双相机的水下鱼尺寸检测系统，其特征在于，包括：检测箱，所述检测箱前后两端面均安装有敞口式开口装置，所述检测箱内部设置有光电开关，所述检测箱左右两侧对称设置有工业相机，所述工业相机和所述光电开关连接，且所述工业相机连接有工控机；

所述工控机内部设置有视觉分析模块和算法处理模块，所述视觉分析模块用于对所述工业相机拍摄的图像进行视觉分析，得到鱼类轮廓；

所述算法处理模块用于对视觉处理后的鱼类轮廓信息进行计算，得到鱼类真实尺寸；

具体算法为：其中，h₁、h₂为鱼在两个相机中成像的尺寸，此参数通过视觉分析模块求得，视为已知，f₁、f₂为工业镜头的焦距，已知，

l ₁、l ₂为被测物体分别距离两工业镜头的距离，参数关系已知：l ₁+l ₂为固定的两镜头之间的距离L，此参数为固定已知的；

根据视觉基本原理，得到以下公式，并进行推论如下：

(1)

(2)

(3)

由式(1)和式(2)分别得出：

(4)

(5)

继而得出：

即：

(6)，

将(6)带入(3)中，可得：

继而得出：

(7)

将(7)带入(5)则得到最终算式：

。

2.根据权利要求1所述的一种基于双相机的水下鱼尺寸检测系统，其特征在于，还包括光源，所述光源设置在所述检测箱上下端面。

3.根据权利要求1所述的一种基于双相机的水下鱼尺寸检测系统，其特征在于，还包括饵料盒，所述饵料盒设置在所述检测箱顶部，用于放置饵料。

4.根据权利要求1所述的一种基于双相机的水下鱼尺寸检测系统，其特征在于，所述工控机还包括相机参数设置模块、系统参数设置模块和视觉参数设置模块；

所述相机参数设置模块用于设置工业相机的曝光时间、帧率和触发模式；

所述系统参数设置模块用于设置与系统相关的各种参数，包括数据库相关参数、图片是否保存、图片保存地址和是否需要与其它系统进行交互；

所述视觉参数设置模块用于设置检测鱼尺寸的视觉参数。

5.根据权利要求4所述的一种基于双相机的水下鱼尺寸检测系统，其特征在于，所述工控机还包括接口模块和历史数据查询模块；

所述接口模块用于实现与外部系统进行交互，实现数据共享，联动系统化控制；

所述历史数据查询模块用于对历史数据进行查询，包括时间、数据信息和图片。

6.根据权利要求2所述的一种基于双相机的水下鱼尺寸检测系统，其特征在于，所述光源为面光源、条形光源或半球形光源。

7.根据权利要求1所述的一种基于双相机的水下鱼尺寸检测系统，其特征在于，所述敞口式开口装置为喇叭形开口。

8.根据权利要求1所述的一种基于双相机的水下鱼尺寸检测系统，其特征在于，还包括框架，所述工业相机安装在所述框架两端。

9.根据权利要求1所述的一种基于双相机的水下鱼尺寸检测系统，其特征在于，所述检测箱为长方体。

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