CN114451339A - 一种基于水下摄像评价鱼苗数量和活力的系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于水下摄像评价鱼苗数量和活力的系统，包括数据采集装置、控制装置、显示终端和用以向所述数据采集装置、所述控制装置及所述显示终端供电的电源；数据采集装置包括用以采集鱼苗图像数据的采集单元和用以挂装采集单元的悬挂单元；采集单元与控制装置通讯连接。本发明无需打捞鱼苗即可实现对鱼苗数量以及鱼苗活力的自动化精准测量。

Description

一种基于水下摄像评价鱼苗数量和活力的系统

技术领域

本发明涉及水产养殖设备技术领域，更具体地说，涉及一种基于水下摄像评价鱼苗数量和活力的系统。

背景技术

鱼类具有肉质鲜美，营养价值高，繁殖迅速的特点，故鱼类的养殖受到投资者的青睐。鱼苗的孵化是水产养殖中一个重要的环节，在鱼苗孵化过程中，鱼苗的状态、数量是描述鱼的活力或孵化成功与否的一种重要参数。常用的方法是人工观察，根据主观判定鱼苗的数量以及鱼苗的活力，由于不同人的主观判定存在一定的差别，故无法准确判断鱼苗的状况和孵化成果。

机器视觉技术是使用计算机从一幅或者多幅图像中自动获取信息，识别物体及理解场景的技术，广泛应用于多个领域，包括水产养殖领域。专利CN 109509175 A公开了一种基于机器视觉和深度学习的鱼苗便携式计数器，需要将孵化的鱼苗从养殖池打捞到检测箱中，才能进行监测，但有些鱼苗在改变生活环境后活力状态会受到一定的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于水下摄像评价鱼苗数量和活力的系统，通过将数据采集装置直接置于养殖池中，无需将鱼苗从养殖池打捞出来，可避免鱼苗的数量损失和活力损伤。

本发明提供一种基于水下摄像评价鱼苗数量和活力的系统，包括数据采集装置、控制装置、显示终端和用以向所述数据采集装置、所述控制装置及所述显示终端供电的电源；

所述数据采集装置包括用以采集鱼苗图像数据的采集单元和用以悬挂所述采集单元的悬挂单元；

所述控制装置用以根据鱼苗图像数据进行鱼苗数量和鱼苗活力统计；

所述采集单元与所述控制装置通讯连接。

优选的，所述悬挂单元包括长度可调节的悬挂杆和安装于所述悬挂杆下方通过支架固定的扁平矩形框，所述扁平矩形框底面为非透明面，其余五面均镂空，所述采集单元设于所述扁平矩形框的正上方。

优选的，所述采集单元包括可伸缩调节支架、防水外壳、摄像单元和照明单元；所述调节支架一端固定于所述悬挂单元上，另一端是一个向下开口的U型结构，内侧设有所述防水外壳，所述摄像单元和所述照明单元设于所述防水外壳的内部。

优选的，所述防水外壳包括半球形的壳体和两块圆形的光学玻璃，所述壳体内侧具有与两块所述光学玻璃直径大小相匹配的两圈凹槽，并对所述光学玻璃进行固定；所述壳体和所述光学玻璃通过防水胶密封。

优选的，所述摄像单元包括微光摄像头和固定装置，所述固定装置包括圆盘和圆柱，所述圆柱固定于远离所述光学玻璃一端的防水外壳内表面；所述圆盘通过所述圆柱与所述防水外壳连接；所述微光摄像头固定于所述圆盘的中心，并正对所述扁平矩形框。

优选的，所述采集单元还包括清洗单元，所述清洗单元包括软毛刷、固定杆、第一防水电机；所述第一防水电机固定在所述U型结构外侧；所述固定杆呈L型，一端连接有所述第一防水电机，另一端固定有所述软毛刷。

优选的，所述U型结构的内侧的相对位置分别设有两个第二防水电机；所述第二防水电机的转轴连接有连接杆，所述连接杆设于所述防水外壳的外表面。

优选的，所述控制装置包括控制处理装置和无线传输装置，所述控制处理装置设有主控芯片。

优选的，所述电源通过外接电源线为整个系统供电，电源开关设于养殖池岸上。

优选的，所述控制装置用以从预创建的鱼苗活力分级表中查找目标活力等级，所述控制装置还用以按预设时间间隔采集到的鱼苗轮廓数统计鱼苗总数。

与上述背景技术相比，本发明所提供的基于水下摄像评价鱼苗数量和活力的系统，采用水下摄像方式实现对鱼苗数量统计及鱼苗活力监测，本申请结构简单，检测操作方便，可直接将数据采集装置置于养殖池中，无需将鱼苗从养殖池捞出，避免因打捞造成鱼苗的死亡或是活力的下降，同时能实时监控养殖池内的鱼苗数量、鱼苗活力情况，实时调整养殖工艺，提高鱼苗的成活率。

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为本发明所提供的基于水下摄像评价鱼苗数量和活力的系统的主视图。

其中，1-调节支架、2-圆柱、3-圆盘、4-微光摄像头、5-LED灯珠、6-第二防水电机、7-第一防水电机、8-固定杆、9-软毛刷、10-扁平矩形框、11-光学玻璃。

具体实施方式

需要说明的是，本文中出现的方位词“上、下、横、纵”方向指的是图1中的上、下、横、纵方向。本文中出现的方位词均是以本领域技术人员的习惯用法以及说明书附图为基准而设立的，它们的出现不应当影响本发明的保护范围。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1，图1为本发明所提供的基于水下摄像评价鱼苗数量和活力的系统的主视图。

本发明提供一种基于水下摄像评价鱼苗数量和活力的系统，包括数据采集装置、控制装置、显示终端和电源，其中，数据采集装置包括用以采集鱼苗图像数据的采集单元，悬挂单元用以安装采集单元，采集单元与控制装置通过缆线通讯连接或者无线连接。

水下摄像时，预先选定取样点，根据鱼苗所在水层调节悬挂单元的位置，进而使数据采集单元处于鱼群所在水层，利用摄像头等数据采集单元在鱼苗运动的不同方向拍摄及采集鱼苗照片素材，计数折算素材拍摄完成后，定点连续拍摄多张评价鱼苗游动速度和摄食速度的照片素材，拍摄鱼苗放大照片，作为鱼苗饱腹感和尺寸大小照片素材，上述各数据均通过电缆传输到控制装置。

控制装置对拍摄数据进行滤波放大、分析处理并根据内部存储程序统计鱼苗数量，判断鱼苗活力。

上述显示终端可以为手机端和/或PC端。

上述电源是通过外接电源线为整个系统供电，电源开关设于养殖池岸上。

在一种具体实施例中，悬挂单元包括悬挂杆以及悬挂杆下方通过支架固定的扁平矩形框10，扁平矩形框10水平横向设置，其底面为非透明面，其余五面均镂空，以便于鱼苗进出，数据采集单元设于扁平矩形框10的正上方；扁平矩形框10的长:宽比例优选为2:1，但不限于此。本实施例采用框流法，通过计算流经扁平矩形框10的鱼苗数目，从而估算整个养殖池的鱼苗数量；同时，还可以通过计算鱼苗在单位时间内，在扁平矩形框10内游动的距离来判定鱼苗活力。

上述采集单元包括可伸缩式调节支架1、防水外壳、摄像单元和照明单元，调节支架1一端固定于悬挂单元上，另一端是一个向下开口的U型结构，内侧设有防水外壳，摄像单元和照明单元设于防水外壳的内部；摄像单元和照明单元均与控制处理装置通过数据线电连接；调节支架1纵向设置且长度可调节，以便于实现防水外壳到扁平矩形框10的距离的调节；防水外壳与扁平矩形框10的底面的优选距离为10cm。

进行水下测量时，通过调节支架1调节防水外壳的位置，进而调节摄像单元和照明单元的高度，照明单元提供照明，合适位置处，摄像单元实现拍照。

在一种具体实施例中，防水外壳包括半球形的壳体和两块圆形的光学玻璃11，壳体内侧具有与两块光学玻璃11直径大小相匹配的两圈凹槽，并对光学玻璃11进行固定，壳体与光学玻璃11之间通过防水胶密封，构成密闭的安装腔，摄像单元和照明单元设于密封的安装腔之内，并且保证拍照精度。

上述摄像单元包括微光摄像头4和固定装置，其中，固定装置包括圆盘3和圆柱2，圆柱2固定于远离光学玻璃11一端的防水外壳内表面，两者通过防水胶安装，圆盘3通过圆柱2与防水外壳连接，微光摄像头4固定于圆盘3的中心，并正对扁平矩形框10，微光摄像头4内置单片机、传输电路，具有高灵敏度、高分辨率等性能，配备变焦广角的镜头，能够在各种复杂的水质环境得到清晰图像。此外，照明单元为LED灯珠5，LED灯珠5可以在光线不好时对微光摄像头4进行补光，其数量可以为若干个，优选均匀设于微光摄像头4周围，以保证各处照明亮度相同。

为了及时对光学玻璃11进行清洗以保证拍照效果，数据采集单元还设有清洗单元，清洗单元包括软毛刷9、固定杆8、第一防水电机7，第一防水电机7固定在U型结构外侧，固定杆8呈L型，一端连接有第一防水电机7，另一端固定有软毛刷9，以实现对光学玻璃11外表面的清洗。

进一步地，可以在U型结构的内侧安装第二防水电机6，第二防水电机6的转轴连接有连接杆，连接杆设于防水外壳的外表面，第二防水电机6旋转中将防水外壳表面的水体刮除。

此外，上述清洗单元包括软毛刷9、固定杆8、第一防水电机7，其中，第一防水电机7固定在U型结构的外侧，固定杆8呈L型，一端连接有第一防水电机7，另一端固定有软毛刷9，固定杆8可以根据设定自动摆动，带动软毛刷9对光学玻璃11进行清洗。

优选的，U型结构的内侧的相对位置分别设有两个第二防水电机6，第二防水电机6的转轴连接有连接杆，连接杆设于防水外壳的外表面，通过第二防水电机6的转动可以改变防水外壳的角度，从而改变微光摄像头4的摄像角度，由此实现全方位自动摄像。

上述调节支架为可伸缩支架，可调节防水外壳到扁平矩形框10的距离，防水外壳与扁平矩形框10的底面的距离为2-10cm，扁平矩形框10的长:宽比例优选为2:1。

上述控制装置包括控制处理装置和无线传输装置，控制处理装置设有主控芯片，主控芯片内部存储自主编码程序。

具体来说，上述控制处理装置包括主控芯片，主控芯片内含有自主编码的程序，该程序能够对数据采集装置传输过来的数据进行处理，并将处理的结果通过无线传输装置传输到显示终端，并且能接收指令对系统进行控制。

优选地，控制装置用以从预创建的鱼苗活力分级表中查找目标活力等级。

举例来说，针对鱼苗活力的监测，由2-3名资深养殖人员制定一套鱼苗活力评价标准，根据各指标数值相加，将鱼苗活力分为三级：活力数值在27-21，鱼苗的活力好；活力数值在21-15，鱼苗的活力较好；活力数值在15-9，鱼苗的活力差。评价标准如下：

将上述评价标准输入到系统中，同时提前在系统中设定不同育苗阶段鱼苗各指标的标准，处理器在对相关照片素材进行处理时即可根据设定的标准来判定鱼苗现阶段活力。处理器将评价的结果进行数模转化后，经无线传输模块传输到移动端供养殖人员进行查看，养殖人员根据该结果，再结合所得到的鱼苗总数进行分析，从而及时调整养殖工艺。

此外，控制装置还用以按预设时间间隔采集到的鱼苗轮廓数统计鱼苗总数，举例来说，主控芯片基于鱼的部分特征与所拍摄的计数照片的对比来提取鱼的轮廓，第1张提取的轮廓数目记为n1，第2张记为n2，第3张记为n3，第4张记为n4，则一个取样点在半小时内的鱼苗数为：N1＝(n1+n2+n3+n4)/2，24小时后的鱼苗总数为：N取样＝(N1+N2+N3+N4+……+N48)/48；再根据其中一个取样点的扁平矩形框10的体积大小占整个养殖池的比重，求得整个养殖池的鱼苗总数为：N总＝N取样/(V取样/V总)。

需要说明的是，上述鱼苗活力指标以及鱼苗统计时间间隔等参数应根据鱼苗种类、体型、生长环境等因素灵活可调。

本申请所提供的基于水下摄像评价鱼苗数量和活力的系统，其工作过程如下：

将数据采集装置安装于养殖池的靠近氧头处和远离氧头处两个位置作为取样点，并根据需要监测的养殖池深度，通过调节支架1作为可伸缩支架，以调整防水外壳到扁平矩形框10底面的距离；控制处理装置和无线传输装置安装于养殖池岸上，连接外接电源线进行供电，整个系统处于待机状态，手机端发出指令，主控芯片接收指令后，控制第一防水电机7转动，使固定杆8来回摆动，带动软毛刷9对光学玻璃11表面进行清洗；将LED灯珠5打开，调节微光摄像头4的角度以使其对准扁平矩形框10的前半部分，拍摄1张计数照片素材，并迅速将摄像角度调到扁平矩形框10的后半部分，拍摄1张计数照片素材，在拍照的同时将数据通过防水电缆传输到控制处理装置；计数照片素材拍摄完后，再定点连续拍摄10张评价鱼苗活力照片素材，并将其传输到控制处理装置；两个取样点共4张计数照片素材和20张评价鱼苗活力照片素材作为一组，每半小时拍摄一组。

控制处理装置的主控芯片根据编码的程序对拍摄的计数照片素材进行处理：

针对鱼苗活力的监测主要根据10s时间内大部分鱼苗游动的距离来判定。资深养殖人员根据养殖经验已经得知不同状态下的大部分鱼苗在10s时间内游动的距离，状态划分为非常活跃状态、一般活跃状态、不活跃状态。主控芯片根据编码的程序对拍摄的20张评价鱼苗活力照片素材进行处理，计算出大部分鱼苗10s游动的距离，并将得到的结果通过无线传输装置传输到显示终端供养殖人员进行数据的查看，养殖人员根据该数据即可判定鱼苗所处状态，即鱼苗活力，再结合所得到的鱼苗总数进行分析，以便对后续的养殖做出适当的处理。

综上所述，本申请所提供的基于水下摄像评价鱼苗数量和活力的系，可以实时监测流经扁平矩形框10的鱼苗数量，由此计算整个养殖池的鱼苗数量，测量精准，灵敏度高，可以大范围应用。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本发明所提供的基于水下摄像评价鱼苗数量和活力的系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于水下摄像评价鱼苗数量和活力的系统，其特征在于，包括数据采集装置、控制装置、显示终端和用以向所述数据采集装置、所述控制装置及所述显示终端供电的电源；

所述数据采集装置包括用以采集鱼苗图像数据的采集单元和用以悬挂所述采集单元的悬挂单元；

所述控制装置用以根据鱼苗图像数据进行鱼苗数量和鱼苗活力统计；

所述采集单元与所述控制装置通讯连接。

2.根据权利要求1所述的基于水下摄像评价鱼苗数量和活力的系统，其特征在于，所述悬挂单元包括长度可调节的悬挂杆和安装于所述悬挂杆下方通过支架固定的扁平矩形框(10)，所述扁平矩形框(10)底面为非透明面，其余五面均镂空，所述采集单元设于所述扁平矩形框(10)的正上方。

3.根据权利要求2所述的基于水下摄像评价鱼苗数量和活力的系统，其特征在于，所述采集单元包括可伸缩调节支架(1)、防水外壳、摄像单元和照明单元；所述调节支架(1)一端固定于所述悬挂单元上，另一端是一个向下开口的U型结构，内侧设有所述防水外壳，所述摄像单元和所述照明单元设于所述防水外壳的内部。

4.根据权利要求3所述的基于水下摄像评价鱼苗数量和活力的系统，其特征在于，所述防水外壳包括半球形的壳体和两块圆形的光学玻璃(11)，所述壳体内侧具有与两块所述光学玻璃(11)直径大小相匹配的两圈凹槽，并对所述光学玻璃(11)进行固定；所述壳体和所述光学玻璃(11)通过防水胶密封。

5.根据权利要求4所述的基于水下摄像评价鱼苗数量和活力的系统，其特征在于，所述摄像单元包括微光摄像头(4)和固定装置，所述固定装置包括圆盘(3)和圆柱(2)，所述圆柱(2)固定于远离所述光学玻璃(11)一端的防水外壳内表面；所述圆盘(3)通过所述圆柱(2)与所述防水外壳连接；所述微光摄像头(4)固定于所述圆盘(3)的中心，并正对所述扁平矩形框(10)。

6.根据权利要求3～5任一项所述的基于水下摄像评价鱼苗数量和活力的系统，其特征在于，所述采集单元还包括清洗单元，所述清洗单元包括软毛刷(9)、固定杆(8)和第一防水电机(7)；所述第一防水电机(7)固定在所述U型结构外侧；所述固定杆(8)呈L型，一端连接有所述第一防水电机(7)，另一端固定有所述软毛刷(9)。

7.根据权利要求6所述的基于水下摄像评价鱼苗数量和活力的系统，其特征在于，所述U型结构的内侧的相对位置分别设有两个第二防水电机(6)；所述第二防水电机(6)的转轴连接有连接杆，所述连接杆设于所述防水外壳的外表面。

8.根据权利要求1所述的一种基于水下摄像评价鱼苗数量和活力的系统，其特征在于，所述控制装置包括控制处理装置和无线传输装置，所述控制处理装置设有主控芯片。

9.根据权利要求1所述的一种基于水下摄像评价鱼苗数量和活力的系统，其特征在于，所述电源通过外接电源线为整个系统供电，电源开关设于养殖池岸上。

10.根据权利要求1所述的一种基于水下摄像评价鱼苗数量和活力的系统，其特征在于，所述控制装置用以从预创建的鱼苗活力分级表中查找目标活力等级；所述控制装置还用以按预设时间间隔采集到的鱼苗轮廓数统计鱼苗总数。

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