CN115137395A - 鱼尺寸计算设备及方法、非易失性的计算机可读取介质 - Google Patents

鱼尺寸计算设备及方法、非易失性的计算机可读取介质 Download PDF

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Abstract

提供一种鱼尺寸计算设备及方法、非易失性的计算机可读取介质。目标尺寸计算设备包括：收发波器(22)，向水下目标发送发送波并基于发送波在水下目标上的反射，生成回波信号；鱼追踪部(25)，基于由于不同的发送波产生的回波信号，随时间追踪水下目标之中的鱼；超声入射角计算部(26)，针对被追踪的鱼的每个位置，基于回波信号计算发送波在被追踪的鱼上的超声入射角；距离计算部(27)，针对被追踪的鱼的每个位置，基于被追踪的鱼的回波信号，计算被追踪的鱼的鱼鳔与被追踪的鱼的第2身体部位之间的距离；以及鱼重量计算部(30，901)，基于超声入射角以及计算的距离，计算被追踪的鱼的重量。

Description

鱼尺寸计算设备及方法、非易失性的计算机可读取介质
技术领域
本公开涉及水产养殖环境中的鱼探中的信号处理，具体涉及使用超声设备计算鱼尺寸。
背景技术
在渔场中，鱼被饲养在鱼笼中，为了检查鱼是否被恰当地饲养，需要有规律地测量鱼的尺寸或重量。而且，优选以非接触方式测量鱼而不实际在物理上接触鱼，以免对鱼造成压力或伤害。
作为以非接触方式测量鱼的一个方法，以往在水中的鱼笼放置收发波器，并且使用例如WO2020/090287所记载的现有的鱼探来获得鱼的回波，由此使用超声来测量鱼。在从这样的鱼探获得的典型的鱼回波信号中，鱼回波信号的横轴表示时间即深度，纵轴表示回波的强度即目标强度，能够通过计算鱼的回波信号中的两个连续的峰之间的时间差来计算鱼的重量。最高的峰表示从鱼的鱼鳔接收的回波，而其他峰表示从鱼的其他身体部位如背部接收的回波。
然而，鱼的鱼鳔与背部之间的距离即时间可能根据超声穿透鱼的内部的方向而变更，结果，超声入射角即超声穿透鱼的内部的角度可能导致鱼重量计算出现错误。图1A和图1B表示了这样的原理。图1A表示在水平方向上游动的鱼100，图1B表示了在低头方向上游动的鱼100。在这两个不同的游动方向上，如果超声在竖直方向上传播，则在鱼在图1A的水平方向上游动的情况下，鱼的鱼鳔与背部的距离是距离102a，而在鱼在图1B的低头方向上游动的情况下，鱼的鱼鳔与背部的距离是距离102b。根据鱼种，距离102a与距离102b可能不同。
因此，需要通过考虑超声在鱼上的超声入射角即超声在鱼内的穿透方向来改善鱼重量计算的准确性。
发明内容
在本公开的一个实施方式中，提供一种目标尺寸计算设备，包括收发波器、鱼追踪部、超声入射角计算部、距离计算部和鱼重量计算部。所述收发波器被配置为向水下目标发送发送波，并基于所述发送波在所述水下目标上的反射，生成回波信号。所述鱼追踪部被配置为根据由于不同的发送波产生的回波信号，随时间追踪所述水下目标之中的鱼。所述超声入射角计算部被配置为针对被追踪的鱼在时间上的每个位置，基于所述回波信号计算所述发送波在所述被追踪的鱼上的超声入射角。所述距离计算部被配置为针对所述被追踪的鱼在时间上的每个位置，基于所述被追踪的鱼的所述回波信号，计算所述被追踪的鱼的鱼鳔与所述被追踪的鱼的不同于所述鱼鳔的第2身体部位之间的距离。所述鱼重量计算部被配置为基于所述超声入射角以及被计算的所述距离，计算所述被追踪的鱼的重量。
此外或者任选地，所述目标尺寸计算设备包括：超声入射角-距离直方图计算部，被配置为基于针对多个被追踪的鱼计算的所述超声入射角和所述距离，计算超声入射角与距离的直方图。
此外或者任选地，所述目标尺寸计算设备包括：峰提取部，被配置为从所述直方图中提取第1峰和第2峰，并计算所述直方图上的所述第1峰的第1峰距离以及所述直方图上的所述第2峰的第2峰距离。
此外或者任选地，所述鱼重量计算部被配置为基于所述第1峰距离和所述第2峰距离，计算所述多个被追踪的鱼的平均重量。
此外或者任选地，所述鱼重量计算部被配置为，当所述发送波在第1定时在所述被追踪的鱼上的第1超声入射角与所述发送波在与所述第1定时不同的第2定时在所述被追踪的鱼上的第2超声入射角满足规定阈值角度介于所述第1超声入射角与所述第2超声入射角之间时，计算所述被追踪的鱼的重量。
此外或者任选地，所述鱼重量计算部基于在所述第1超声入射角处的所述被追踪的鱼的所述距离和在所述第2超声入射角处的所述被追踪的鱼的所述距离，计算所述重量。
此外或者任选地，所述超声入射角计算部计算连接所述被追踪的鱼在时间上的两个不同位置的第1直线与连接所述两个不同位置之中的一个位置和所述收发波器的位置的第2直线所成的角度，从而计算所述超声入射角。
此外或者任选地，所述超声入射角计算部计算连接所述被追踪的鱼的位置和所述收发波器的第2直线与作为从所述收发波器朝向水底的垂线的第3直线所成的角度，从而计算所述超声入射角。
此外或者任选地，所述超声入射角计算部基于所述收发波器与所述被追踪的鱼在第1时刻的第1位置之间的第1距离、以及所述收发波器与所述被追踪的鱼在不同于第1时刻的第2时刻的第2位置之间的第2距离，计算所述超声入射角。
此外或者任选地，所述超声入射角计算部基于所述第1距离和第2距离随时间基于双曲线变更的假定，计算所述超声入射角。
此外或者任选地，所述第2身体部位是所述被追踪的鱼的外表面。
在本公开的其他方面中，提供一种目标尺寸计算方法，包括：使用收发波器，向水下目标发送发送波，并基于所述发送波在所述水下目标上的反射，生成回波信号；根据由于不同的发送波产生的回波信号，随时间追踪所述水下目标之中的鱼；针对被追踪的鱼在时间上的每个位置，基于所述回波信号计算所述发送波在所述被追踪的鱼上的超声入射角；针对所述被追踪的鱼在时间上的每个位置，基于所述被追踪的鱼的所述回波信号，计算所述被追踪的鱼的鱼鳔与所述被追踪的鱼的不同于所述鱼鳔的第2身体部位之间的距离；以及基于所述超声入射角以及被计算的所述距离，计算所述被追踪的鱼的重量。
在本公开的再其他方面中，提供一种非易失性的计算机可读取介质，存储有计算机可执行的指令，在由计算机执行该指令时使所述计算机进行：使用收发波器，向水下目标发送发送波，并基于所述发送波在所述水下目标上的反射，生成回波信号；根据由于不同的发送波产生的回波信号，随时间追踪所述水下目标之中的鱼；针对被追踪的鱼在时间上的每个位置，基于所述回波信号计算所述发送波在所述被追踪的鱼上的超声入射角；针对所述被追踪的鱼在时间上的每个位置，基于所述被追踪的鱼的所述回波信号，计算所述被追踪的鱼的鱼鳔与所述被追踪的鱼的不同于所述鱼鳔的第2身体部位之间的距离；以及基于所述超声入射角以及被计算的所述距离，计算所述被追踪的鱼的重量。
发明效果
通过在发送波在鱼上的不同的超声入射角处计算鱼的鱼鳔-背部的距离，解决了无法以充分的准确性利用超声计算鱼的重量的问题。
对本领域技术人员而言，本公开的其他方面、优点和替代方式通过参考适当的附图阅读如下的详细说明而明确。进一步应该理解为：在本文件的发明内容部分及其他部分中提供的说明意图在于通过例示说明请求保护的客体，而不是加以限定。
附图说明
通过参照附图，易于理解客体的实施方式，其中在各图中对相应的部分赋予相应的标记。如下的说明其意图仅在于举例，而且仅表示与请求保护的客体一致的设备、系统和处理的某些被选出的实施方式。
图1A表示在水平方向上游动的鱼。
图1B表示在低头方向上游动的鱼。
图2是表现根据本发明的第1实施方式的目标尺寸计算设备的整体配置的框图。
图3是表现根据本公开的一个实施方式的目标尺寸计算设备在鱼笼中如何使用的透视图。
图4分别表示基于第1发送波T1、第2发送波T2和第3发送波T3由收发波器生成的第1回波信号、第2回波信号和第3回波信号的包络的例子。
图5A表示根据本公开的一个实施方式的由收发波器使用两个连续的发送Tn-1和Tn在两个位置追踪的鱼。
图5B表示根据本公开的其他实施方式的由收发波器使用两个连续的发送Tn-1和Tn在两个位置追踪的鱼。
图5C表示根据本公开的再其他实施方式的由收发波器使用两个连续的发送Tn-1和Tn在两个位置追踪的鱼。
图6表示针对规定的发送计算被追踪的鱼的鱼鳔-背部距离。
图7A表示根据本公开的一个实施方式的超声入射角与鱼鳔-背部距离的直方图。
图7B表示根据本公开的一个实施方式的一维的鱼鳔-背部距离直方图。
图8表示表现针对鱼种黄尾鱼进行的计算鱼重量的五个实验的结果的图表。
图9是表现本发明的第2实施方式的目标尺寸计算设备的整体配置的框图。
图10分别表示发送波在由收发波器在第1发送Tn-1和第2发送Tn中追踪的被追踪的鱼上的第1超声入射角和第2超声入射角。
图11A表示根据本公开的一个实施方式的在收发波器包括单一接收信道的情况下表现超声入射角的计算的俯视图。
图11B表示根据本公开的一个实施方式的在收发波器包括单一接收信道的情况下表现超声入射角的计算的侧视图。
图12表示鱼在单一接收信道收发波器之下游动的情况下在不同的时刻生成的各个回波信号。
图13是说明根据本公开的一个实施方式的目标尺寸计算方法的流程图。
具体实施方式
在此说明例示的装置。只要不脱离此处示出的客体的思想范围，就可以进一步利用其他例示的实施方式或特征，并且可以进行其他变更。在如下的详细说明中，参照作为其一部分的附图。
在此说明的例示的实施方式不意味着限定于此。在此总体说明并由附图表示的本公开的各方面显然能够以多种多样的配置来调整、替换、组合、分离和设计，其均被明确地包含于此。
图2是表现根据本发明的第1实施方式的目标尺寸计算设备200的整体配置的框图。图3是表现目标尺寸计算设备200在鱼笼300中如何使用的透视图。
鱼笼300被配置为网状的笼子，包括框架301、浮漂302、网303和栈桥304。框架301构成为在平面图中具有环形。多个浮漂302附着于框架301，由此框架301可以漂浮在水面上。框架301通过系泊缆(未示出)与水底的重物连接。
网303的上端被固定于框架301。网303以对水进行划分而构成封闭空间的方式被悬挂，在该空间内培育已知物种的鱼。在框架301上，固定了用于进行水产养殖所涉及的各种操作的栈桥304。
在框架301的内侧的大致中央部分漂浮着浮漂305，浮漂305与栈桥304通过绳索连接。本实施方式的目标尺寸计算设备200被配置在浮漂305上。如图2所示，目标尺寸计算设备200包括收发波器22、收发机单元23以及信号处理单元24。
收发波器22将电信号与超声振动相互转换，能够使用作为超声波的发送波来检测水下。在本实施方式中，收发波器22被附着于浮漂305的下部。收发波器22被配置为向下并从水的上侧朝向鱼笼300中的鱼发送超声波。
在本实施方式中，收发波器22包括一个发送波器、以及具有分成四个接收信道的多个元件的接收波器。
在本实施方式中，收发波器22基于四个接收信道接收在水下目标上反射的反射波的定时的差异(即接收的反射波的相位差)，获得水下目标(如鱼)的位置。结果，通过已知的分束法来实现三维检测。收发波器22的结构能够适当变更。
收发机单元23经由电缆与收发波器22连接。收发机单元23能够经由电缆向收发波器22输出电信号以供收发波器22发送发送波。进而，收发机单元23能够经由电缆获得由收发波器22基于反射波获得的电信号。然后，收发机单元23能够将从收发波器22获得的电信号转换为作为数字信号的接收信号。
信号处理单元24包括鱼追踪部25、超声入射角计算部26、距离计算部27、超声入射角-距离直方图计算部28、峰提取部29和鱼重量计算部30。信号处理单元24可以被配置为已知的计算机，并且可以与收发机单元23经由通信线缆以可通信的方式耦合以从收发波器22获得接收信号。具体地，信号处理单元24可以包括CPU、ROM、RAM等。用于实现本发明的目标尺寸计算方法的程序可以被存储于ROM等。
在整体上，收发波器22被配置为将电信号与超声振动相互转换。在发送时，收发波器22将收发机单元23所提供的高功率发送信号转换为超声波，并向水下发送超声波。在接收时，收发波器22接收从水下目标反射的反射波，将反射波转换为电信号，并将电信号输出回收发机单元23。收发机单元23可以被配置为对电信号进行放大和滤波，对电信号(模拟信号)进行A/D转换以使其成为作为数字信号的接收信号，并存储于对应的信号处理单元的存储器(未示出)。收发波器22被配置为向水下目标发送发送波，并基于发送波在水下目标上的反射，生成回波信号。水下目标的例子包括但不限于鱼等。信号处理单元被配置为对回波信号进行接收、存储和处理，以测量水中的鱼的长度、宽度、高度和/或重量。
需要注意的是，计算鱼的重量不限于在鱼笼300中饲养的鱼，例如，目标尺寸计算设备200可以被附着于渔船，并且在鱼群的鱼种能够被渔夫估计出来或者被现有的能够识别鱼种的鱼探测量的情况下，被用作针对在海中游动的鱼群估计鱼重量的设备。
图4分别表示基于第1发送波T1、第2发送波T2和第3发送波T3由收发波器22生成的第1回波信号401、第2回波信号402和第3回波信号403的包络400的例子。第1发送波T1、第2发送波T2和第3发送波T3先后逐一被发送，对应的回波信号401、402和403被存储于存储器(未示出)。
在包络400中，横轴为时间，纵轴为表现接收的回波信号的强度的目标强度(TS)。目标强度是表示超声波抵达鱼而散射的一部分向入射方向返回的程度的参数，可以被认为与回波强度在实质上是相同的。
鱼追踪部25根据由于不同的发送波而产生的第1回波信号401、第2回波信号402和第3回波信号，随时间追踪水下目标之中的鱼。鱼追踪部25被配置为在回波信号401、402和403中提取鱼鳔峰。鱼追踪部25确定目标强度值是否大于或等于预定的检测阈值。规定阈值以上的回波信号的峰被认为是来自鱼的鱼鳔的回波，以下也被称为鱼鳔峰。一般而言，从收发波器22发送的超声波已知在鱼的各部位之中对于鱼鳔反射最强。因此，如图4所示，在目标强度(TS)表现出最大峰的情况下，该峰可以被认为是来源于被鱼鳔反射的反射波。低于规定阈值的回波信号的峰对应于来自鱼的其他身体部位如鱼的背部的回波。此处，阈值是-40dB，由此第1回波信号401包括鱼鳔峰P1，第2回波信号402包括鱼鳔峰P2，第3回波信号403包括两个鱼鳔峰P3和P4。
鱼追踪部25针对规定回波信号中的每个鱼鳔峰，确定以前的发送波是否有发生在大致相同定时的对应的鱼鳔峰。如果有这样的峰，则两个鱼鳔峰回波被认为在实际上来自同一条鱼。在一个例子中，峰P1、P2和P3发生在几乎相同的定时，因此能够被认为是来自同一条鱼。
本领域技术人员能够确定，鱼追踪部25通过比较来自两次连续的发送的回波信号中的峰位置，由此对鱼进行追踪。然而，连续发送的数量不作限定，能够使用多于两次发送对鱼进行追踪。鱼追踪部25可以运用复杂的追踪算法对鱼进行追踪，例如包括通过使用卡尔曼滤波器进行预测。
图5A表示由收发波器22使用两次连续的发送Tn-1和Tn在两个位置追踪被追踪的鱼500。超声入射角计算部26针对被追踪的鱼500的每个位置，基于回波信号计算发送波在被追踪的鱼500上的超声入射角。由此，超声入射角计算部26计算发送波穿透被追踪的鱼500的角度。在本公开中，收发波器22在接收中可以包括多个收发波器元件(也可以被称为信道)。超声入射角计算部26可以使用现有的干涉测量法原理，即通过计算由收发波器22的多个收发波器元件接收的回波信号之间的相位差，计算来自鱼500的回波的到达方向(DOA)。
在本实施方式中，收发波器22可以包括多个接收信道，能够通过干涉测量法原理(以往也被称为分束法)取得反射波的到达方向。每个接收信道具有不同的方向性，接收水中的目标所反射的反射波。然后，收发波器22将被接收的反射波所涉及的数据转换为电信号。根据分束法，基于由接收信道接收的电信号的相位差，计算反射波的到达方向与发送波的中心轴的方向之间的角度。
超声入射角计算部26计算每次发送中的被追踪的鱼500的3D位置。具体地，超声入射角计算部26针对每个位置，基于发送与接收鱼500的回波之间的时间差，计算鱼500与收发波器22的距离。然后，超声入射角计算部26基于对应的鱼回波的DOA以及鱼500与收发波器22之间的距离，计算鱼500相对于收发波器22的3D位置。鱼500相对于收发波器22的位置构成鱼-收发波器矢量503，其可能在一次发送与另一次发送之间变化。
超声入射角计算部26进而基于鱼500的位置从以前的发送Tn-1到当前发送Tn的变更，计算鱼500的游动方向矢量504。超声入射角计算部26计算连接被追踪的鱼500在时间上的两个不同位置的第1直线(即矢量504)与连接上述两个不同位置之中的一个位置与收发波器22的位置的第2直线(即矢量503)所成的角度，从而计算超声入射角。超声入射角计算部26针对被追踪的鱼的每个位置，基于如下的方程式计算发送波在被追踪的鱼500上的超声入射角：
超声入射角＝90°–角度(游动方向矢量504，鱼-收发波器矢量503)……(1)
超声入射角是游动方向矢量504与鱼-收发波器矢量503所成的角度的余角。在一个例子中，对位于收发波器22的垂直下方且水平地游动的鱼而言，超声入射角为零。本领域技术人员能够确定，超声入射角的定义不限定于上述说明的余角，例如，如图5B所示，游动方向矢量504与鱼-收发波器矢量503之间的角度也能够被用作超声入射角的定义。由此，在本公开另一个实施方式中，可以基于如下的方程式计算超声入射角：
超声入射角＝角度(游动方向矢量504，鱼-收发波器矢量503)……(2)
在本公开的再其他实施方式中，超声入射角计算部26如图5C所示，计算连接被追踪的鱼500的位置和收发波器22的第2直线(即鱼-收发波器矢量503)与作为从收发波器22朝向水底的垂线的第3直线(即垂直方向矢量505)所成的角度，从而计算超声入射角。由此，超声入射角可以被定义为鱼-收发波器矢量503与垂直方向矢量505之间的角度。在本实施方式中，超声入射角计算部26针对被追踪的鱼500的每个位置，基于如下的方程式计算发送波在被追踪的鱼500上的超声入射角：
超声入射角＝角度(鱼-收发波器矢量503，垂直方向矢量505)………(3)。
在以上实施方式中，假定收发波器22从鱼500的上方垂直向下发送。然而，收发波器22也可以被配置为从鱼500的下方垂直向上发送。
虽然在上述实施方式中，收发波器22包括多个接收信道，并通过使用现有的分束法计算收发波器22的波束内的鱼的位置来计算超声入射角，但本公开的范围不限定于此。在本公开的一个替代实施方式中，收发波器22包括单一接收信道，超声入射角可以通过使用合适的方法来计算。关于在收发波器22包括单一接收信道的情况下计算超声入射角，之后进行说明。
图6表示针对规定发送计算被追踪的鱼500的鱼鳔-背部距离。鱼鳔-背部距离是鱼500的鱼鳔与背部之间的距离，基于鱼500的鱼鳔峰P5与背部的峰P6之间的时间差被计算。
图2的距离计算部27针对被追踪的鱼的每个位置，计算回波信号中对应于鱼鳔的峰P5与对应于被追踪的鱼的其他身体部位的峰P6之间的时间差。然后，距离计算部27将时间差转换为鱼鳔-背部距离。本领域技术人员能够确定，其他身体部位不限于背部，可以包括鱼的腹部作为鱼的其他外表面，或者鱼的脊柱作为鱼的内部部位等。
为了检测从鱼500的背部反射的回波，可以进行如下的处理。在收发波器22从鱼500的上方向下发送超声波的情况下，具有最大回波强度即目标强度(TS)的回波被认为是从鱼500的鱼鳔反射的回波，在回波信号中出现在鱼鳔峰的紧前的峰被认为是来自鱼500的背部的回波。为了更可靠地确认鱼鳔峰之前的峰在实际上是对应于鱼500的背部的峰，距离计算部27的处理电路(未示出)可以检查如下的条件。该处理检查：在从对应于鱼的背部的峰开始向对应于鱼的背部的峰之前延伸规定时长的规定时间区间内，是否存在至少具有规定回波强度的其他峰。如果在该规定时间区间内不存在这样的其他峰，则在鱼鳔峰的紧前出现的峰被认为很可靠地对应于鱼的背部。
在以上实施方式中，计算鱼的鱼鳔-背部距离。然而，不限定于此。也可以使用鱼鳔峰与同一条鱼的回波信号中的任意其他峰之间的时间差来替代。
图7A表示根据本公开的一个实施方式的超声入射角与鱼鳔-背部距离的直方图700(即2D直方图)。图2的超声入射角-距离直方图计算部28基于针对大量的被追踪的鱼计算的超声入射角以及鱼鳔-背部距离，计算超声入射角与鱼鳔-背部距离的直方图700。通过针对大量的发送/接收循环反复地进行鱼追踪部25、超声入射角计算部26和距离计算部27的计算，能够取得鱼鳔-背部距离和超声入射角已被计算出来的大量的被追踪的鱼。这大量的鱼鳔-背部距离和超声入射角数据被用于生成直方图700。
为了生成直方图700，鱼鳔-背部距离数据的值的整体范围以及超声入射角数据的值的整体范围被分成一系列区间，然后对落入每个区间的值(发生)的数量进行计数。直方图700表现该计数数量。直方图700的深色区域表现最经常发生的(超声入射角，鱼鳔-背部距离)的组合。在直方图700中，能够看到两个深色区域，其表示鱼鳔-背部距离最经常被测量到的超声入射角。如上所述，收发波器22被安装为从水面附近向下发送发送波。因此，横轴上的负值意味着相对于鱼鳔的位置(基准位置)靠鱼的背侧，正值意味着相对于鱼鳔的位置靠鱼的腹侧。
图2的峰提取部29从直方图700中对应于图7A的两个深色区域提取第1峰和第2峰，计算直方图700中的第1峰的第1峰距离H1以及第2峰的第2峰距离H2。第1峰距离H1和第2峰距离H2参照图7A所示。
以下说明从直方图700中提取第2峰的一个方法。为了提取第2峰，从二维直方图700中仅提取直方图700中超声入射角介于[0，10°]的数据，并重新配置为图7B所示的一维直方图702，其表示超声入射角介于[0，10°]的鱼鳔-背部距离(即图7B中的横轴)的直方图(发生数量)。一维直方图702的横轴与二维直方图700的横轴相同。一维直方图702的纵轴表现发生数量。一维直方图702中的发生数量等于二维直方图700中的超声入射角范围[0，10°]内的发生数量的总和。该一维直方图702仅关注于介于[0，10°]的超声入射角，其更清晰地强调第2峰、即图7A和图7B中的右侧的峰。
为了提取第1峰，使用鱼上述相同的原理，从二维直方图700中仅提取直方图700中超声入射角介于[-20°，0]的数据，并重新配置为一维直方图(未图示)，以便强调第1峰、即图7A中的左侧的峰。
为了在一维直方图702中去除噪音，峰提取部29可以在一维直方图702上运用移动平均。
然后，峰提取部29分别使用强调第1峰的一维直方图702以及强调第2峰的一维直方图702，计算第1峰的第1峰距离H1以及第2峰的第2峰距离H2。图7B表示第2峰距离H2，其是第2峰(即第2峰的最大值的位置)在横轴上的位置与横轴上的基准位置(鱼鳔位置)之间的沿着横轴的距离。
在以上说明的从直方图700中提取第1峰和第2峰并计算第1峰距离H1和第2峰距离H2的方法中，将二维直方图700转变为一维直方图702。本领域技术人员能够确定，不限定于该方法，有若干个其他现有的方法提取峰并计算峰与基准位置之间的距离。用于提取峰的范围[0，10°]和范围[-20°，0]也不限定于此，可以根据鱼笼300中的鱼种、鱼的成长程度等变更。
图2的鱼重量计算部30根据第1峰距离和第2峰距离，计算多个被追踪的鱼的平均重量。更具体地，鱼平均重量Wm能够如下计算：
Figure BDA0003572413820000121
其中，α、β、γ是基于针对规定鱼种的实验数据的预定值。
虽然图7A的超声入射角-距离直方图700包括2个峰，但本领域技术人员能够确定，峰的数量不作限定。根据鱼种，超声入射角-距离直方图计算部28可以计算具有多于两个峰的直方图，并使用如下方程式计算鱼平均重量Wm：
Figure BDA0003572413820000122
其中N是直方图中的峰的数量，Hn是直方图中的每个峰n到鱼鳔的距离，αn是基于针对规定鱼种的实验的预定值。
虽未示出，信号处理单元24可以生成用于显示与鱼的尺寸和重量相关的数据的显示数据。然后，信号处理设备24可以将显示数据输出至与信号处理单元24连接的适当的显示设备。
图8表示表现对鱼种黄尾鱼进行的五个实验的结果的图表800，其中通过使用现有的鱼重量计算方法(如WO2020/090287所记载)以及目标尺寸计算设备200计算了鱼平均重量。
在图表800中，横轴表现实际鱼重量(利用磅秤测量的鱼笼300中的鱼的平均重量)，纵轴表现使用现有的方法和本公开的方法计算的鱼平均重量。现有的方法产生平均7.8％的误差，而本发明的方法产生平均3.8％的误差。
图9是表现根据本发明的第2实施方式的目标尺寸计算设备900的整体配置的框图。
第2实施方式的目标尺寸计算设备900与第1实施方式的目标尺寸计算设备200的不同点在于，配置有鱼重量计算部901。而且，目标尺寸计算设备900不包括第1实施方式的超声入射角-距离直方图计算部以及峰提取部。
鱼重量计算部901针对每条被追踪的鱼计算鱼重量。一旦在多个发送中对鱼进行了追踪，则通过超声入射角计算部26在每次发送中计算发送波在被追踪的鱼上的超声入射角。
图10分别表示发送波在由收发波器22在第1发送Tn-1和第2发送Tn中追踪的被追踪的鱼1002上的第1超声入射角1000和第2超声入射角1001。在图10中，第1超声入射角1000和第2超声入射角1001由方程式(2)和图5B所示的方式定义，但不限定于此，也能够由方程式(1)和图5A所示的方式定义，或者由方程式(3)和图5C所示的方式定义。鱼重量计算部901将每个第1超声入射角和第2超声入射角与规定阈值角度进行比较，并在第1超声入射角和第2超声入射角满足规定阈值角度介于该第1超声入射角与第2超声入射角之间的情况下，计算被追踪的鱼1002的重量。在一个例子中，在第2超声入射角大于规定阈值角度，且第1超声入射角小于规定阈值角度的情况下，鱼重量计算部901从距离计算部27提取第1超声入射角和第2超声入射角处的鱼鳔-背部距离。然后，鱼重量计算部901基于如下的方程式计算被追踪的鱼的个体鱼重量Wi：
Figure BDA0003572413820000131
其中，H1对应于第1游动方向上的鱼鳔-背部距离，H2对应于第2游动方向上的鱼鳔-背部距离，α、β、γ是基于针对规定鱼种的实验数据的预定值。
在第1超声入射角和第2超声入射角不满足规定阈值角度介于第1超声入射角与第2超声入射角之间，即，在第1超声入射角和第2超声入射角都大于规定阈值的情况下或者第1超声入射角和第2超声入射角都小于规定阈值的情况下，鱼重量计算部901从距离计算部27提取第1超声入射角和第2超声入射角之中的一个超声入射角处的鱼鳔-背部距离。替代于此，鱼重量计算部901可以在第1超声入射角和第2超声入射角双方处提取鱼鳔-背部距离，并计算双方的鱼鳔-背部距离的平均值。然后，鱼重量计算部901基于提取的鱼鳔-背部距离或者鱼鳔-背部距离的平均值，计算被追踪的鱼的个体鱼重量Wi。在一个例子中，在第1超声入射角和第2超声入射角都大于规定阈值角度的情况下(即，如果仅能够获得H2)，方程式(6)可以被修改为如下：
Figure BDA0003572413820000141
其中，α’、β’是基于针对规定鱼种的实验数据的预定值。
虽然说明了鱼重量计算部901通过在两次发送中追踪鱼来计算被追踪的鱼的重量，但本领域技术人员能够确定，可以通过在多于两次发送中追踪鱼来计算鱼重量。在一个例子中，在使用三次发送计算鱼重量的情况下，如果一个超声入射角小于规定阈值角度而其他两个超声入射角大于规定阈值角度，则其他两个超声入射角处的鱼鳔-背部距离可以在取平均之后被用于方程式(6)。
由此，鱼重量计算部901针对每条被追踪的鱼计算鱼重量，并计算多个被追踪的鱼的鱼重量以确定鱼笼中的鱼重量的分布。与第1实施方式的鱼重量计算部30计算鱼笼300中的鱼的平均重量相比，鱼重量计算部901提供与鱼笼中的鱼的重量相关的鱼重量分布这样的更多的信息。
图11A表示根据本公开的一个实施方式的在收发波器22包括单一接收信道的情况下表现超声入射角的计算的俯视图。图11B表示根据本公开的一个实施方式的在收发波器22包括单一接收信道的情况下表现超声入射角的计算的侧视图。
如图11A和图11B所示，鱼1100在被放置在鱼笼300中的固定位置且面向垂直下方的单一波束收发波器22(即，包括单一接收信道的收发波器22)之下直线游动。在图11A和图11B中表现了3D笛卡尔坐标系，其中收发波器22被放置在3D笛卡尔坐标系的中心。鱼1100距收发波器22为距离r且以速度v游动。
在时间t＝0，鱼1100跨越YZ平面。距离r随时间根据如下方程式(双曲线)变化：
r2＝v2(t-tp)2+rp 2.............(8)
其中，tp对应于距离r最小时的时间t，rp是鱼1100与收发波器22之间的最小距离。
如图11B所示，超声入射角是鱼-收发波器矢量1101(即，连接鱼1100与收发波器22的第1直线)与垂直矢量1102(即，与鱼1100游动的方向垂直的第2直线)之间的角度。时间t时的超声入射角可以使用如下方程式表现：
Figure BDA0003572413820000151
图12分别表示当鱼1100在单一接收信道收发波器22的下方游动时，在不同的时刻、即在ping n、n+1、n+2和n+3中生成的各个回波信号、即回波信号1201、1202、1203和1204。
在每个ping中，通过测量超声波从鱼1100的鱼鳔反射所耗费的时间，将时间与水中的声音的速度相乘并用相乘的结果除以2，由此可以计算鱼1100到收发波器22的对应的距离。每个ping的距离r可以如下所示：
表I
Ping(收发) 距鱼的距离
Ping n r<sub>n</sub>
Ping n+1 r<sub>n+1</sub>
Ping n+2 r<sub>n+2</sub>
Ping n+3 r<sub>n+3</sub>
返回参考图11B，在此假定鱼1100与收发波器22之间的距离随时间根据如下双曲线方程式而变更：
r2＝at2+bt+c...(10)
其中r为距离且t为时间。
方程式(10)的参数a、b和c例如使用最小二乘法取得。基于方程式(8)和(10)，如下计算鱼的速度v以及时间tp：
Figure BDA0003572413820000161
Figure BDA0003572413820000162
此处，超声入射角计算部26通过代入鱼1100的速度v以及时间tp的值，使用方程式(9)在每个ping计算超声入射角。在本公开中，在收发波器22基于第1超声波和第2超声波(即第1ping n和第2ping n+1)生成第1回波信号1201和第2回波信号1202的情况下，如上所述分别计算第1距离rn和第2距离rn+1。在本实施方式中，第2超声波在第1超声波之后被发送。由此，在第2时刻，超声入射角计算部26基于第1回波信号1201中的水生动物(即鱼1100)与收发波器22之间的第1距离rn、以及第2回波信号1202中的水生动物与收发波器22之间的第2距离rn+1，计算第2入射角θn+1。超声入射角计算部26基于第1距离rn和第2距离rn+1随时间基于双曲线变更的假定，使用方程式(10)计算第2入射角θn+1。
图13是说明根据本公开的实施方式的目标尺寸计算方法1300的流程图。方法的各步骤已经参照图2和图9进行了说明。
在步骤1302中，收发波器22向水下目标发送发送波，并基于发送波在水下目标上的反射，生成回波信号。
在步骤1304中，鱼追踪部25根据由于不同的发送波产生的回波信号，随时间追踪水下目标之中的鱼。
在步骤1306中，超声入射角计算部26针对被追踪的鱼在时间上的每个位置，基于回波信号计算发送波在被追踪的鱼上的超声入射角。
在步骤1308中，距离计算部27针对被追踪的鱼在时间上的每个位置，基于被追踪的鱼的回波信号，计算被追踪的鱼的鱼鳔与被追踪的鱼的不同于鱼鳔的第2身体部位之间的距离。
在步骤1310中，鱼重量计算部30、901基于超声入射角和计算的距离，计算被追踪的鱼的重量。
不一定是全部的目的或者效果/优点都能够依照本说明书中记载的任意的特定实施方式达成。因此，例如本领域技术人员能够想到：特定实施方式能够构成为以达成或优化如本说明书中教导的1个或者多个效果/优点的方式动作，而不一定能够达成如本说明书中教导或者启示的其他目的或者效果/优点。
本说明书中记载的全部处理能够通过由包含1个或者多个计算机或者处理器的计算系统执行的软件代码模块具体实现，并完全自动化。代码模块能够存储于任意类型的非易失性的计算机可读介质或者其他计算机存储装置。一部分或者全部方法能够利用专用的计算机硬件具体实现。
除了本说明书中记载的方式以外，还有很多其他变形例，这根据本公开是显然的。例如，按照实施方式，本说明书中记载的算法的任一个特定动作、事件或者功能能够以不同的时序执行，能够追加、合并或者完全排除(例如，不是说所描述的全部行为或者事象都是算法的执行所必须的)。进而，在特定实施方式中，动作或者事件例如通过多线程处理、中断处理或者多个处理器或者处理器核心，或者在其他并列体系结构上，能够不是逐次(顺序)地而是并列(并行)地执行。进而，不同的任务或者进程也能够通过可一起发挥功能的不同机器以及/或者计算系统执行。
与本说明书中公开的实施方式相关联地说明的各种例示性逻辑模块及部能够由处理器等机器实施或者执行。处理器可以是微处理器，但也可以替代于此，处理器是控制器、微控制器或状态机、或者它们的组合等。处理器能够包含以处理计算机可执行命令的方式构成的电气电路。在别的实施方式中，处理器包含专用集成电路(ASIC)、现场可编程逻辑门阵列(FPGA)、或者不处理计算机可执行命令而执行逻辑运算的其他可编程设备。处理器另外还能够作为计算设备的组合、例如数字信号处理器(数字信号处理装置)与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心组合的1个以上的微处理器、或者任意的其他这样的构成来安装。在本说明书中，主要关于数字技术进行说明，但处理器也能够主要包含模拟元件。例如，本说明书中记载的信号处理算法的一部分或者全部能够通过模拟电路或者模拟与数字的混合电路安装。计算环境包含基于微处理器、主机架计算机、数字信号处理器、便携式计算设备、设备控制器或者装置内的计算引擎的计算机系统，但能够包含不限定于此的任意类型的计算机系统。
只要没有特别注明，“能够”、“能做成”、“可能”或者“有可能性”等带条件的词语应理解为：为了传达“特定实施方式包含特定的特征、要素以及/或者步骤，但其他实施方式不包含”而一般使用的上下文内的含义。因此，这样的带条件的词语一般并不表示：特征、要素以及/或者步骤在1个以上的实施方式中被作为必须的任意的方法、或者1个以上的实施方式必然包含用于决定这些特征、要素以及/或者步骤是否被包含在任意的特定实施方式中或者是否被执行的逻辑。
如词语“X、Y、Z中的至少1个”那样的选择性语言只要没有特别记载，应该在为了表示项目、用语等可以是X、Y、Z中的任一个或者其任意的组合而一般使用的上下文中理解(例：X、Y、Z)。因此，这样的选择性词语一般不表示：特定实施方式需要分别存在的X的至少1个、Y的至少1个或者Z的至少1个中的各个。
本说明书中记载而且/或者在附图中示出的流程图中的任意的进程描述、要素或者模块，应该理解为包含用于安装进程中的特定的逻辑功能或者要素的1个以上可执行命令在内的、潜在地表示部、段或者代码的一部分的对象。替代的实施方式被包含在本说明书中记载的实施方式的范围内，在此，要素或者功能如本领域技术人员理解的那样，按照所关联的功能性，能够在实质上同时或者以相反的顺序，从图示或者说明的内容中删除、或者以不同顺序执行。
只要没有特别明示，如“一个”这样的数词一般应该解释为：包含1个以上的被描述的项目。因此，“以……方式被设定的一个设备”等语句，意味着包含1个以上的被列举的设备。这样的1个或者多个被列举的设备也能够以执行所记载的引用内容的方式集合性地构成。例如，“以执行以下的A、B及C的方式构成的处理器”，能够包含以执行A的方式构成的第1处理器、以及以执行B及C的方式构成的第2处理器。而且，即使被导入的实施例的具体的数字被明示地列举，本领域技术人员也应该解释为：这样的列举典型地至少意味着被列举的数字(例如，未使用其他修饰语的“列举2个”这样的简单列举通常意味着列举至少2个、或者列举2个以上)。
一般而言，本说明书中使用的用语一般由本领域技术人员判断为意味着“非限定”用语(例如，“包含……”这样的用语应该解释为“不止于此，至少包含……”，“具有……”这样的用语应该解释为“至少具有……”，“包含”这样的用语应该解释为“包含以下，但不限定于此”等)。
为了说明的目的，本说明书中使用的“水平”这样的用语与其方向无关，作为说明的系统被使用的区域的底面的平面或者与表面平行的平面、或者说明的方法被实施的平面来定义。“底面”这样的用语能够与“地面”或者“水面”这样的用语置换。“垂直/铅直”这样的用语指的是与被定义的水平线垂直/铅直的方向。“上侧”、“下侧”、“下”、“上”、“侧面”、“更高”、“更低”、“在上方”、“越过……”“下的”等用语相对于水平面被定义。
本说明书中使用的用语中“附着”、“连接”、“成对”及其他关联用语只要没有特别注释，应该解释为包含可拆卸、可移动、固定、可调节、及/或可拆卸的连接或者连结。连接/连结包含直接连接以及/或者具有所说明的2个构成要素之间的中间构造的连接。
只要没有特别明示，本说明书中使用的像“大约”、“大致”及“实质上”这样的用语之后的数字包含被列举的数字，另外，进而表示与执行所期望的功能或者达成所期望的结果的被记载的量相近的量。例如，“大约”、“大致”及“实质上”只要没有特别明示，指的是小于被记载的数值的10％的值。如本说明书中使用的那样，“大约”、“大致”及“实质上”等用语之后公开的实施方式的特征，进而表示执行所期望的功能或者达成关于该特征所期望的结果的若干个具有可变性的特征。
在上述的实施方式中，能够追加很多变形例及修正例，这些要素应该理解为包含在其他能够允许的例子之中。像这样的全部修正及变形都意图包含在本公开的范围内，通过以下的权利要求书保护。

Claims (13)

1.一种目标尺寸计算设备，具有：
收发波器，被配置为向水下目标发送发送波，并基于所述发送波在所述水下目标上的反射，生成回波信号；
鱼追踪部，被配置为基于由于不同的发送波产生的回波信号，随时间追踪所述水下目标之中的鱼；
超声入射角计算部，被配置为针对被追踪的鱼在时间上的每个位置，基于所述回波信号计算所述发送波在所述被追踪的鱼上的超声入射角；
距离计算部，被配置为针对所述被追踪的鱼在时间上的每个位置，基于所述被追踪的鱼的所述回波信号，计算所述被追踪的鱼的鱼鳔与所述被追踪的鱼的不同于所述鱼鳔的第2身体部位之间的距离；以及
鱼重量计算部，被配置为基于所述超声入射角以及被计算的所述距离，计算所述被追踪的鱼的重量。
2.如权利要求1所述的目标尺寸计算设备，还具有：
超声入射角-距离直方图计算部，被配置为根据针对多个被追踪的鱼计算的所述超声入射角和所述距离，计算超声入射角与距离的直方图。
3.如权利要求2的目标尺寸计算设备，还具有：
峰提取部，被配置为从所述直方图中提取第1峰和第2峰，并计算所述直方图上的所述第1峰的第1峰距离以及所述直方图上的所述第2峰的第2峰距离。
4.如权利要求3的目标尺寸计算设备，其中，
所述鱼重量计算部被配置为根据所述第1峰距离和所述第2峰距离，计算所述多个被追踪的鱼的平均重量。
5.如权利要求1的目标尺寸计算设备，其中，
所述鱼重量计算部被配置为，当所述发送波在第1定时在所述被追踪的鱼上的第1超声入射角以及所述发送波在与所述第1定时不同的第2定时在所述被追踪的鱼上的第2超声入射角满足规定阈值角度介于所述第1超声入射角与所述第2超声入射角之间的情况下，计算所述被追踪的鱼的重量。
6.如权利要求5的目标尺寸计算设备，其中，
所述鱼重量计算部基于在所述第1超声入射角处的所述被追踪的鱼的所述距离、以及在所述第2超声入射角处的所述被追踪的鱼的所述距离，计算所述重量。
7.如权利要求1至6中任一项所述的目标尺寸计算设备，其中，
所述超声入射角计算部计算连接所述被追踪的鱼在时间上的两个不同位置的第1直线与连接所述两个不同位置之中的一个位置和所述收发波器的位置的第2直线所成的角度，从而计算所述超声入射角。
8.如权利要求1至6中任一项所述的目标尺寸计算设备，其中，
所述超声入射角计算部计算连接所述被追踪的鱼的位置和所述收发波器的第2直线与作为从所述收发波器朝向水底的垂线的第3直线所成的角度，从而计算所述超声入射角。
9.如权利要求1至6中任一项所述的目标尺寸计算设备，其中，
所述超声入射角计算部基于所述收发波器与所述被追踪的鱼在第1时刻的第1位置之间的第1距离、以及所述收发波器与所述被追踪的鱼在不同于所述第1时刻的第2时刻的第2位置之间的第2距离，计算所述超声入射角。
10.如权利要求9所述的目标尺寸计算设备，其中，
所述超声入射角计算部基于所述第1距离和第2距离随时间基于双曲线变更的假定，计算所述超声入射角。
11.如权利要求1至10中任一项所述的目标尺寸计算设备，其中，
所述第2身体部位是所述被追踪的鱼的外表面。
12.一种目标尺寸计算方法，具有：
使用收发波器，向水下目标发送发送波，并基于所述发送波在所述水下目标上的反射，生成回波信号；
根据由于不同的发送波产生的回波信号，随时间追踪所述水下目标之中的鱼；
针对被追踪的鱼在时间上的每个位置，基于所述回波信号计算所述发送波在所述被追踪的鱼上的超声入射角；
针对所述被追踪的鱼在时间上的每个位置，基于所述被追踪的鱼的所述回波信号，计算所述被追踪的鱼的鱼鳔与所述被追踪的鱼的不同于所述鱼鳔的第2身体部位之间的距离；以及
基于所述超声入射角以及计算的所述距离，计算所述被追踪的鱼的重量。
13.一种非易失性的计算机可读取介质，存储有计算机可执行的指令，在由计算机执行该指令时使所示计算机进行：
使用收发波器，向水下目标发送发送波，并基于所述发送波在所述水下目标上的反射，生成回波信号；
根据由于不同的发送波产生的回波信号，随时间追踪所述水下目标之中的鱼；
针对被追踪的鱼在时间上的每个位置，基于所述回波信号计算所述发送波在所述被追踪的鱼上的超声入射角；
针对所述被追踪的鱼在时间上的每个位置，基于所述被追踪的鱼的所述回波信号，计算所述被追踪的鱼的鱼鳔与所述被追踪的鱼的不同于所述鱼鳔的第2身体部位之间的距离；以及
基于所述超声入射角以及计算的所述距离，计算所述被追踪的鱼的重量。
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