CN114500882B - 一种运动动物的行为参数测定方法 - Google Patents

一种运动动物的行为参数测定方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114500882B
CN114500882B CN202210078146.2A CN202210078146A CN114500882B CN 114500882 B CN114500882 B CN 114500882B CN 202210078146 A CN202210078146 A CN 202210078146A CN 114500882 B CN114500882 B CN 114500882B
Authority
CN
China
Prior art keywords
moving
animal
motion
speed
time
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210078146.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114500882A (zh
Inventor
李可
孙雪婷
李亚茜
李晓栋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yantai Institute of Coastal Zone Research of CAS
Original Assignee
Yantai Institute of Coastal Zone Research of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yantai Institute of Coastal Zone Research of CAS filed Critical Yantai Institute of Coastal Zone Research of CAS
Priority to CN202210078146.2A priority Critical patent/CN114500882B/zh
Publication of CN114500882A publication Critical patent/CN114500882A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114500882B publication Critical patent/CN114500882B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/222—Studio circuitry; Studio devices; Studio equipment
    • H04N5/262—Studio circuits, e.g. for mixing, switching-over, change of character of image, other special effects ; Cameras specially adapted for the electronic generation of special effects
    • H04N5/265—Mixing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/64—Devices characterised by the determination of the time taken to traverse a fixed distance
    • G01P3/68—Devices characterised by the determination of the time taken to traverse a fixed distance using optical means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/70—Circuitry for compensating brightness variation in the scene
    • H04N23/74—Circuitry for compensating brightness variation in the scene by influencing the scene brightness using illuminating means
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/95—Computational photography systems, e.g. light-field imaging systems
    • H04N23/951—Computational photography systems, e.g. light-field imaging systems by using two or more images to influence resolution, frame rate or aspect ratio
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/222—Studio circuitry; Studio devices; Studio equipment
    • H04N5/262—Studio circuits, e.g. for mixing, switching-over, change of character of image, other special effects ; Cameras specially adapted for the electronic generation of special effects

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
  • Studio Devices (AREA)

Abstract

本发明属于动物行为学技术领域，尤其涉及一种运动动物的行为参数的测定方法。包括如下步骤：步骤一：对运动动物连续拍摄，获得运动动物在不同时间点的位置图片；步骤二：将获得的运动动物在不同时间点的位置图片生成延时影像,并绘制运动动物运动轨迹；步骤三：根据运动轨迹得到延时影像中运动动物运动速度；步骤四：根据延时影像时间和对运动动物连续拍摄时间比例，得到运动动物在运动容器中的实际运动参数，其中，步骤四的计算运动动物在运动容器中的实际运动参数方法为，获取延时图像和动物运动实际图像之间的延时系数，并基于延时图像，获取动物在延时图像中的运动速度，计算延时系数和延时图形中的运送速度乘积，即为动物的实际运行速度。

Description

一种运动动物的行为参数测定方法
技术领域
本发明属于动物行为学技术领域，尤其涉及一种运动动物的行为参数的测定方法。
背景技术
动物行为模式是动物学研究的重要分支，动物的行为与其摄食、躲避捕食者等重要的生命活动息息相关。自然界中动物行为呈现多样化形态，具有复杂多变等特点。被广泛关注的模式动物，如小鼠，斑马鱼等，其运动速度为中速或者快速。然而自然界中低速运动的动物种类繁多、分布广泛，比如蜗牛、海马、海星、海参、树懒等。它们在生态系统中占据不同的生态位，对维持生态环境、保持生物群落平衡起着重要作用。低速运动动物的行为参数具有运动轨迹复杂、运动速度极为缓慢(肉眼难以察觉)等特点，导致观测难度大、时间长。低速运动动物的行为参数对揭示行动缓慢的动物的生存技巧、行为策略和生态系统动态变化等内在机理至关重要。因此，观测低速运动动物的行为参数的方法创新具有应用前景。
大部分低速运动的动物运动轨迹复杂、运动方向不规则、移动速度慢，因此对其运动参数进行精确测量具有很高的难度。之前主要采用如下方法对低速运动动物的移动速度进行测定：将待测动物置于测量区内，下垫一张方格纸，观察测定动物直线经过特定距离所需要的时间，从而计算运动速度。由于动物运动方向不规则，常常出现运动轨迹反复，只考虑起始点和终点的计算方法将导致研究结果存在较大偏差；运动状态呈现间断状态，测定平均速度导致对特定时段运动规律认识不清。动物的运动轨迹多呈现曲线，行动模式多为反复试探，尤其是观测水生动物时，在水体中的三维立体移动模式造成观测值严重偏离，因此该方法的可靠性较差。部分底栖水生动物运动速度慢，观察时间长，依靠实验人员观测不具有可行性和可靠性。因此，在开展低速运动动物行为研究中亟待发明一种简便、易行、可靠的针对低速运动的动物行为参数的测量方法。
发明内容
针对以上技术问题，本发明公开了一种针对低速运动动物的运动参数的测定方法，直观性强、操作简便、应用性广、数据准确。
对此，本发明采用的技术方案为：一种运动动物运动参数测定方法，包括如下步骤：
步骤一：对运动动物连续拍摄，获得运动动物在不同时间点的位置图片；
步骤二：将获得的运动动物在不同时间点的位置图片生成延时影像,并绘制运动动物运动轨迹；
步骤三：根据运动轨迹得到延时影像中运动动物运动速度；
步骤四：根据延时影像时间和对运动动物连续拍摄时间比例，得到运动动物在运动容器中的实际运动参数。
所述步骤一的对运动动物连续拍摄方法为，将运动动物放置在运动容器中，使用设置在运动容器正上方的摄影设备拍摄运动动物的运动图片。
所述步骤二，采用动物行为分析软件绘制运动动物运动轨迹，并利用摄影素材处理软件将拍摄的位置图片处理成延时影像。
所述步骤三的计算延时影像中运动动物运动速度方法如下
其中ΔT为运动动物运动轨迹中的任意时间段，ΔS为运动动物运动轨迹中的任意时间段内的运动路程，V延时为运动动物运动轨迹中的任意时间段的平均速度。
所述步骤四的计算运动动物在运动容器中的实际运动参数，采用如下计算公式计算：
V＝kV延时；
其中V为运动动物在运动容器中的运动速度，k为延时系数，V延时为延时影像中运动动物的移动速度，Ta为延时影像中运动动物运动影像的拍摄时间，Tb为运动动物运动影像拍摄时快门的时间间隔。
所述运动动物连续拍摄之前，将待拍摄动物放置在运动容器中3-5小时适应环境。
对运动动物的连续拍摄时间不少于10小时。
在运动容器两侧放置两个对称分布的补光灯。
现有的测定低速运动动物移动速度的方法为：将待测动物放入平皿内，下垫一张方格纸，观察测定动物直线游过特定距离所需要的时间，从而计算运动速度。该方法引起较大实验误差，因为低速运动动物移动的方向不规则，行为多呈现反复试探、间断运动等模式，无法控制其进行直线匀速运动。与现有技术相比，本发明的方法有如下优点：
(1)低速运动动物大部分情况下都是不规则运动，尤其是观测底栖水生生物时，其三维移动模式、流体运动速度等因素会严重影响观测值，已有的方法在运动轨迹复杂的情况下不适用。本发明采用专业的视频处理软件采集并分析低速运动动物的行动参数，保证了低速运动动物速度测定值的准确。
(2)低速运动动物运动速度缓慢，观察者无法记录细微的运动轨迹和试探等行为，短时间观测无法准确获得移动速度，已有的方法对于低速运动动物行为研究不具有可行性。本发明使用相机的快门间隔定时器，可以超长时间自动准确地记录行动缓慢的动物移动的轨迹。
(3)本发明的优点是：能够清晰记录行动缓慢的动物的形态、位置以及生理状态，为准确选择时间段进行行为分析提供依据。该方法既保障了长时间实验运行及观测的有效性，同时确保了人工处理数据的可靠性。本发明的技术方案设备易得、操作简单、省时省力，适用性广。
综上所述，本发明的技术方案用延时拍摄方法测定低速运动动物的运动参数，所需要的辅助装置和设备简单、易获取，能保证实验数据的准确性，且操作简便，节约人力，方便推广，能够适用于大多数实验应用。
附图说明
图1是采用本发明的测定装置图片。
其中，1为拍摄区域，2、5为补光灯，3为待测低速运动动物，4为动物活动区域、6为计算机、7为相机。
图2是采用本发明的测定方法测定海星适应环境的图片。
图3是采用本发明的测定方法测定海参移动轨迹的图片。
具体实施方式
以下具体实施例用来进一步说明本发明。
一种针对低速运动动物的运动参数的测定方法，包括以下步骤：
对低速运动的动物进行长时间连续拍摄获得大量图像素材，对该素材使用图像处理软件制作并生成延时影像视频，对得到的延时视频利用专门的行为分析软件进行分析，根据快门间隔时间与照片持续时间计算待测低速运动动物移动的速度。
作为本发明的进一步改进，所述连续拍摄的方法具体为：使用相机7拍摄低速运动动物3在拍摄区域1中活动区域4中的移动轨迹。
作为本发明的进一步改进，所述拍摄区域1上方架设有相机7，用于行动缓慢的动物运动轨迹照片的拍摄。
作为本发明的进一步改进，所述拍摄区域1两端设置两个对称分布的补光灯2、5，用于摄影补光。
作为本发明的进一步改进，所述方法还包括，应提前将待测动物3置于活动区域4中3-5小时，使待测动物适应环境。
作为本发明的进一步改进，所述摄影素材的处理所采用的软件为Adobe PremierePro 2021，将影像素材合成为延时视频。
作为本发明的进一步改进，所述延时视频的分析使用计算机6中专业的行为分析处理软件(EthoVision XT 15)，根据影像素材和延时视频之间的持续时间比例计算待测低速运动动物移动的速度。
低速运动动物移动的速度(V)计算公式如下：
V＝kV延时
式中，V为低速运动动物在实验中的运动速度，k为延时系数，V延时为延时视频中低速运动动物的移动速度，Ta为延时视频中影像素材拍摄的持续时间，Tb为拍摄时快门的时间间隔。
作为本发明的进一步改进，所述延时视频的分析使用专业的行为分析处理软件(EthoVision XT 15)，可以根据人工观察，设定特定时段进行数据处理，获取准确的分段时间内运动速度。
作为本发明的进一步改进，所述延时视频的分析使用专业的行为处理软件(EthoVision XT 15)，可以绘制待测动物的运动轨迹，形成运动轨迹叠加图，配合统计软件及计算机语言(SPSS,SAS,Python等)完成行为分析及差异性。
实施例1
对行动缓慢的动物进行超长时间连续拍摄获得大量影像素材，对素材使用特定的图像处理软件制作并生成延时视频，对得到的延时视频利用专门的行为参数处理软件进行综合分析，根据快门间隔时间与拍摄持续时间等因素，计算分析待测动物的运动参数。
所述连续拍摄的方法具体为：使用摄影设备拍摄低速运动动物在拍摄区域中的移动轨迹。
所述拍摄区域上方架设摄影设备，用于低速运动动物行为轨迹素材的拍摄。
所述拍摄区域两端设置两个对称分布的补光灯，用于夜间摄影补光。
所述方法还包括拍摄前应将待测低速运动动物置于拍摄区域中3-5小时以适应环境。
所述摄影素材的处理所采用的软件为Adobe Premiere Pro 2021，将其合成为延时影像视频。
所述延时视频的分析使用专业的行为分析处理软件(EthoVision XT 15)，综合照片与延时视频之间的持续时间比例分析待测低速运动动物的行为参数。
海星移动速度的测量，包括如下步骤：
海星取自烟台长岛近海海域，辐径一般为5-7.5cm。运回实验室后，在长方形水槽中暂养。暂养期间，水温控制在18.5±0.3℃，盐度维持在29000～31000ppm，pH值为7.53±0.2。定期投喂活体菲律宾蛤仔。期间若有个体死亡则立刻清理。
在玻璃水槽正上方安装相机，记录海星的运动过程。照片使用Adobe PremierePro 2021软件合成为延时视频。使用EthoVision XT 15软件分析该延时视频，根据照片与延时视频之间的持续时间比例计算速度，计算平均值，设备设置如图1所示，海星适应环境如图2所示。测定所得结果见表1。
表1海星的移动速度
实施例2
海参移动轨迹的测量，包括如下步骤：
实验用海参取自于烟台长岛海域。挑选体型健壮、外表完好、体长为20-40cm的海参100头放入实验室暂养。暂养一星期，海参适应环境、摄食稳定后，从暂养水箱中随机挑选海参进行实验，每次实验周期为12h，连续进行20天实验。
将被挑选的海参放置于装满海水的水道中，开启补光灯。在水道的正上方，安装相机，连续拍照记录海参的运动行为。拍摄所得照片数据存储在SD卡中用于后期的分析。使用Adobe Premiere Pro 2021软件将照片合成为延时视频。使用EthoVision XT 15软件采集分析得到的延时视频，所得其中一海参移动轨迹见图3。
实施例3
紫海胆移动转角速度的测量，包括如下步骤：
本实验所用紫海胆取自烟台牟平海域，平均体长为5-8cm，共100只。暂养时，水温控制在12℃，保证供氧充足，每日投喂新鲜裙带菜，至紫海胆适应环境、摄食稳定后，随机挑选紫海胆进行实验，每次实验周期为1h，共进行20组实验。
将挑选出的紫海胆放入暗室中装满海水的玻璃水槽中。打开补光灯，在玻璃水槽正上方安装相机，记录紫海胆的运动过程。照片使用Adobe Premiere Pro2021软件合成为延时视频。使用EthoVision XT 15软件分析得到的延时视频，根据照片与延时视频之间的持续时间比例计算速度。在缩时视频中准确选取海胆转角时间段，计算平均值。测定所得结果见表2。
表2紫海胆的转角速度
通过上述实施例以及相关实验数据表明，采用本发明的测定方法，可以方便、准确地记录低速运动动物的移动速度、行为轨迹和转角速度等参数，便于进行进一步的科学研究。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及实施例，对本发明做了详尽地描述，但在本发明的基础上，可以对一些方法参数、辅助配件进行修改或改进，这对本领域的技术人员是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所作的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (1)

1.一种运动动物的行为参数测定方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：对运动动物连续拍摄，获得运动动物在不同时间点的位置图片；
所述步骤一的对运动动物连续拍摄方法为，将运动动物放置在运动容器中，使用设置在运动容器正上方的摄影设备拍摄运动动物的运动图片；
步骤二：将获得的运动动物在不同时间点的位置图片生成延时影像,并绘制运动动物运动轨迹；
步骤三：根据运动轨迹得到延时影像中运动动物运动速度；
所述步骤三的计算延时影像中运动动物运动速度方法如下
其中ΔT为运动动物运动轨迹中的任意时间段，ΔS为运动动物运动轨迹中的任意时间段内的运动路程，V延时为运动动物运动轨迹中的任意时间段的平均速度；
步骤四：根据延时影像时间和对运动动物连续拍摄时间比例，得到运动动物在运动容器中的实际运动参数；
所述步骤四的计算运动动物在运动容器中的实际运动参数，采用如下计算公式计算：
V＝kV延时；
其中V为运动动物在运动容器中的运动速度，k为延时系数，V延时为延时影像中运动动物的移动速度，Ta为延时影像中运动动物运动影像的拍摄时间，Tb为运动动物运动影像拍摄时快门的时间间隔；
所述运动动物连续拍摄之前，将待拍摄动物放置在运动容器中3-5小时适应环境；
在运动容器两侧放置两个对称分布的补光灯。
CN202210078146.2A 2022-01-24 2022-01-24 一种运动动物的行为参数测定方法 Active CN114500882B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210078146.2A CN114500882B (zh) 2022-01-24 2022-01-24 一种运动动物的行为参数测定方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210078146.2A CN114500882B (zh) 2022-01-24 2022-01-24 一种运动动物的行为参数测定方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114500882A CN114500882A (zh) 2022-05-13
CN114500882B true CN114500882B (zh) 2023-12-15

Family

ID=81472983

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210078146.2A Active CN114500882B (zh) 2022-01-24 2022-01-24 一种运动动物的行为参数测定方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114500882B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004021282A1 (ja) * 2002-08-29 2004-03-11 Japan Science And Technology Agency 動物の行動解析方法、動物の行動解析システム、動物の行動解析プログラムならびにそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体
CN103033642A (zh) * 2012-12-27 2013-04-10 大连海洋大学 海胆爬行速度测量方法
CN104113696A (zh) * 2014-07-28 2014-10-22 深圳市中兴移动通信有限公司 运动物体的轨迹的拍摄方法及装置
CN108830881A (zh) * 2018-05-07 2018-11-16 北京大学 一种运动生物的视频追踪方法和装置
CN109029366A (zh) * 2018-07-02 2018-12-18 中国科学院南京地理与湖泊研究所 一种通过飞行器拍摄测定藻斑水平漂移速率的方法
CN109990834A (zh) * 2019-03-27 2019-07-09 东南大学 高温飞行颗粒温度、速度、粒径的原位测量方法
CN112967318A (zh) * 2021-03-23 2021-06-15 武汉大学 一种电场中鱼类行为的分析方法、装置及设备

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004021282A1 (ja) * 2002-08-29 2004-03-11 Japan Science And Technology Agency 動物の行動解析方法、動物の行動解析システム、動物の行動解析プログラムならびにそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体
CN103033642A (zh) * 2012-12-27 2013-04-10 大连海洋大学 海胆爬行速度测量方法
CN104113696A (zh) * 2014-07-28 2014-10-22 深圳市中兴移动通信有限公司 运动物体的轨迹的拍摄方法及装置
CN108830881A (zh) * 2018-05-07 2018-11-16 北京大学 一种运动生物的视频追踪方法和装置
CN109029366A (zh) * 2018-07-02 2018-12-18 中国科学院南京地理与湖泊研究所 一种通过飞行器拍摄测定藻斑水平漂移速率的方法
CN109990834A (zh) * 2019-03-27 2019-07-09 东南大学 高温飞行颗粒温度、速度、粒径的原位测量方法
CN112967318A (zh) * 2021-03-23 2021-06-15 武汉大学 一种电场中鱼类行为的分析方法、装置及设备

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
利用高速摄影测量水下物体的运动速度;吴中平;吴乔;韩召;王;;水雷战与舰船防护(第01期);第21-23页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114500882A (zh) 2022-05-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Pimentel et al. Defective skeletogenesis and oversized otoliths in fish early stages in a changing ocean
Davis The coordinated aerobatics of dunlin flocks
Yoda et al. Precise monitoring of porpoising behaviour of Adélie penguins determined using acceleration data loggers
Katz et al. Methods of measuring swimming speed of spermatozoa
Siebeck et al. Shape learning and discrimination in reef fish
Stromgren Linear measurements of growth of shells using laser diffraction
CN114500882B (zh) 一种运动动物的行为参数测定方法
Moore Chemical orientation strategies of the crayfish are influenced by the hydrodynamics of their native environment
Watts et al. Validating two-dimensional leadership models on three-dimensionally structured fish schools
Kolarevic et al. A novel miniaturized biosensor for monitoring Atlantic salmon swimming activity and respiratory frequency
CA3093646C (en) Method and system for extraction of statistical sample of moving objects
Navarro et al. Environmental pH, O2 and capsular effects on the geochemical composition of statoliths of embryonic squid Doryteuthis opalescens
Zhang et al. Energy conservation by collective movement in schooling fish
Price et al. Future studies of zooplankton behavior: questions and technological developments
McDonald Patterns in early embryonic motility: effects of size and environmental temperature on vertical velocities of sinking and swimming echinoid blastulae
Hyatt Quantitative analysis of size‐dependent variation in the fiddler crab wave display (Uca pugilator, Brachyura, Ocypodidae)
Hasler Influence of environmental reference points on learned orientation in fish (Phoxinus)
Karahmet et al. Differences between white and red muscle fibers diameter in three salmon fish species
Mujagić et al. Tactile conditioning and movement analysis of antennal sampling strategies in honey bees (apis mellifera l.)
CN103033642A (zh) 海胆爬行速度测量方法
Austin Summary, oceanographic and fishery data, Marquesas Islands area, August-September, 1956 (EQUAPAC)
Gormally Temperature and the biology and predation of Ilione albiseta (Diptera: Sciomyzidae)—potential biological control agent of liver fluke
Windsor Hydrodynamic imaging by blind Mexican cave fish
King et al. A new method for the immobilisation of teleost embryos for time‐lapse studies of development
Kotrschal et al. Goals and approaches in the analysis of locomotion in fish, with a focus on laboratory studies

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant