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1、第32卷第4期大连海洋大学学报Vol.32No.42017年8月JOURNALOFDALIANOCEANUNIVERSITYAug.2017DOI:10.16535/j.cnki.dlhyxb.2017.04.019文章编号:2095-1388(2017)04-0493-08计算机视觉技术在监测鱼类游泳行为中的研究进展张胜茂,张衡,唐峰华,吴祖立,么宗利,樊伟(中国水产科学研究院东海水产研究所,农业部东海与远洋渔业资源开发利用重点实验室,上海200090)摘要:借助计算机视觉技术研究鱼类游泳行为已逐渐成为热点课题,它模拟生物视觉原理,通过
2、处理采集的图片或视频获得动态目标参数信息,以达到对鱼类游泳行为监测分析的目的,本研究旨在介绍国内外该领域的研究进展,并展望其发展趋势。首先介绍鱼体监测目标的种类选择与影像获取方法,然后介绍影像中的背景去除与目标检测,并对影像数据直接和拟合提取目标参数的单个鱼体目标游泳参数提取方法,以及运动预测法和特征匹配法的多鱼体目标监测方法进行详细阐述,对游泳行为监测参数进行分类,并介绍了相关影像处理常用软件,最后总结了计算机视觉监测存在的难点及未来发展趋势。关键词：计算机视觉；游泳行为；目标检测；鱼类跟踪中图分类号：S917文献标志码：A计算机视觉(
3、Computervision)技术是一种快的处理,可以大大提高工作效率及准确度,实现非速、经济、有效的测量和评价手段,通过实现人的干扰式的长时间连续监测、高频率快速量化获取游视觉功能,来感知、识别和理解三维场景,可以根泳行为参数,以用于鱼类游泳能力评价,对辅助鱼据轨迹、位置、尺寸、形状、加速度等进行鱼类游类的养殖、捕捞、鱼道建设,以及研究鱼类生长、[1-2][8,13]泳行为的识别与分析。对鱼类游泳行为的研究繁殖、捕食等规律均有重要的生物学意义。为改进捕捞技术、优化养殖环境、监测水源水[3-4]1监测目标鱼的种类选择与影像获取质、增强渔业
4、资源保护与管理能力提供了理论基础,是鱼类行为学、生理学、生态学等学科的重1.1监测目标鱼的种类选择[5]要研究内容。早期鱼类游泳行为监测以直接观[6]察和手工记录为主,基本处于定性阶段,受人鱼类游泳行为研究的对象受实验室观察条件所为主观判断影响较大,且耗时较长,试验数据的可限,监测的鱼类目标不能太大,游动性不能过强,靠性较低。而对鱼类行为的研究需要大量应激反因此,监测对象多为幼小鱼体或体型小的成鱼,需应、集群、洄游等实测数据,这些数据的获取是一选择鱼类习性较适合研究目的的物种。胭脂鱼[7]个耗时费力的过程,影像技术的出现提高了试Myxoc
5、yprinusasiaticus是中国二级保护动物,仔鱼验数据的准确性和试验效率,有效地推动了鱼类行期体长为1.6~2.2cm,体形细长,体长为体高的[8]为学分析技术的研究发展,早在1933年,动物4.7倍,具有典型的集群行为,非常适合借助视频学家就开始用电影胶片纪录鱼类运动及转向过技术开展早期发育阶段集群行为的发生过程研[9][14]程。近年来,计算机视觉监测技术发展迅究。斑马鱼Daniorerio体型纤细,成体长3~4[10-11]速,可在自然光条件下拍摄鱼类活动,快速cm,斑马鱼和人类基因有着87％的高度同源性,获取鱼的位置、方向
6、、游速等信息,这种方式不干有学者采用高通量视频跟踪技术检测48孔板中斑扰鱼类活动,鱼类不会产生应激反应,获取的数据马鱼幼鱼游泳行为参数的变化,研究低剂量镉对其[11-12][15]既可以辅助鱼类行为特征分析,也可以用于神经发育的影响,利用视频跟踪系统研究敌敌[16]验证鱼类行为建模效果。使用计算机进行鱼类图像畏对斑马鱼游泳行为的影响等。鲤科Cyprinidae收稿日期：2016-11-05基金项目：中央级公益性科研院所基本科研业务费专项(东海水产研究所2016T01)；上海市自然科学基金资助项目(15ZR1450000)；河口海岸学国家重
7、点实验室开放基金资助项目(SKLEC-KF201403)作者简介：张胜茂(1976—),男,博士,副研究员。E-mail：ryshengmao＠126.com通信作者：樊伟(1971—),男,博士,研究员。E-mail：dhyqzh＠sh163.net494大连海洋大学学报第32卷鱼种多分布广,该科鱼种是主要的淡水养殖品种,中,其中一个高速摄像头记录由鱼鳍活动引起水粒其游泳行为差别大,是较好的影像监测研究对象,子的运动图像,水箱中安装45°反射镜,另一个摄如杂食性的鲫Carassiusauratus,草食性的中华倒像头记录反射镜中的鱼体侧
8、面。刺鲃Spinibarbussinensis和草鱼Ctenopharyngodon1.2.3多摄像头多个摄像头可以根据不同研究idellus,滤食性的鳙Aristichthysnobilis
