圖的信息并同上述處理方法可確定兩條空 間直線Li，L2。當(dāng)Li，L2相交于一點(diǎn)Q時(shí)，魚類最優(yōu)軌跡坐標(biāo)即為點(diǎn)Q的坐標(biāo)；當(dāng)L1，L2互為 異面直線時(shí)，魚的最優(yōu)軌跡坐標(biāo)即為兩直線公垂線段的中點(diǎn)P的坐標(biāo)。
[0067] 當(dāng)有運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)入頂面攝像機(jī)1、右面攝像機(jī)2及正面攝像機(jī)3的視野中時(shí)，=部 攝像機(jī)將拍攝圖像并通過數(shù)據(jù)線將圖像信息送入到計(jì)算機(jī)6中，計(jì)算機(jī)6根據(jù)圖像處理系 統(tǒng)對(duì)=幅圖像進(jìn)行處理，分割出圖像中所有的前景物體并對(duì)其進(jìn)行配對(duì)，再判斷已成功配 對(duì)的前景物體對(duì)是否為待追蹤魚類的投影圖，若是，則圖像處理系統(tǒng)將分別提取各前景物 體的中屯、坐標(biāo)，并結(jié)合絕對(duì)參考坐標(biāo)系與攝像機(jī)的位置關(guān)系得到運(yùn)些中屯、坐標(biāo)的實(shí)際=維 坐標(biāo)，最后根據(jù)幾何分析融合運(yùn)些坐標(biāo)信息，得到魚的最優(yōu)軌跡坐標(biāo)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于視頻信號(hào)的魚類過壩運(yùn)動(dòng)軌跡定位裝置，包括視頻獲取裝置、視頻處理裝置，其 特征在于，所述視頻獲取裝置包括桁架（4)、固定安裝在桁架（4)相互垂直三個(gè)面上的三個(gè) 水下攝像機(jī)；所述視頻處理裝置包括計(jì)算機(jī)（6)、安裝在計(jì)算機(jī)（6)上的圖像處理系統(tǒng)，所 述水下攝像機(jī)與所述計(jì)算機(jī)（6)通過數(shù)據(jù)線連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于視頻信號(hào)的魚類過壩運(yùn)動(dòng)軌跡定位裝置，其特征在于，所 述桁架（4)為長方體框架或者類長方體框架，其通過螺栓在魚槽中固定。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于視頻信號(hào)的魚類過壩運(yùn)動(dòng)軌跡定位裝置，其特征在于，三 個(gè)水下攝像機(jī)包括頂面攝像機(jī)（1)、右面攝像機(jī)（2)、正面攝像機(jī)（3)，所述攝像機(jī)通過棱條 安裝在桁架（4)的相互垂直三個(gè)面上。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于視頻信號(hào)的魚類過壩運(yùn)動(dòng)軌跡定位裝置，其特征在于，所 述桁架（4)上的任意位置設(shè)置了絕對(duì)參考坐標(biāo)系（5)，三個(gè)水下攝像機(jī)與絕對(duì)參考坐標(biāo)系 (5)的位置、距離關(guān)系進(jìn)行了標(biāo)定。5. 基于視頻信號(hào)的魚類過壩運(yùn)動(dòng)軌跡定位方法，其特征在于包括以下步驟： 步驟1、背景建模：通過混合高斯算法建立動(dòng)態(tài)的背景模型，首先為消除緩慢光照變化 對(duì)背景模型的影響，設(shè)置t時(shí)刻圖像中某一點(diǎn)的像素值為滑動(dòng)平均像素值yt:其中，a與n為設(shè)定閾值，ytn為第t-n時(shí)刻的此點(diǎn)的滑動(dòng)平均像素值，p4為當(dāng)前時(shí) 刻t此點(diǎn)的像素值，當(dāng)光照發(fā)生緩慢變化時(shí)，背景點(diǎn)的yt也將發(fā)生緩慢變化但變化值不超 過設(shè)定的閾值，故仍可被認(rèn)為是背景；其次，由于振蕩的水紋會(huì)使背景像素值在幾個(gè)數(shù)值間 變化，故對(duì)每個(gè)像素值建立多個(gè)滑動(dòng)平均值模型以消除水紋所造成的影響；并且，當(dāng)光照發(fā) 生變化使某一滑動(dòng)平均值模型被擊中次數(shù)變少時(shí)，移除此模型；反之，若某一像素值被頻繁 的擊中，則對(duì)其建立新的滑動(dòng)平均值模型； 步驟2、前景匹配：確定水下攝像機(jī)視野中的背景信息后，圖像處理系統(tǒng)即可通過降 噪、二值化、幀差、邊緣提取等步驟識(shí)別出處于不同視角的水下攝像機(jī)所拍攝的三幅圖像中 的前景物體；當(dāng)三幅圖像中都只有一個(gè)前景物體時(shí)，則認(rèn)為此時(shí)三幅圖像中的前景物體互 相匹配的，為同一物體在不同攝像機(jī)中的投影圖；當(dāng)三幅圖像中有多個(gè)前景物體時(shí)，則提取 每幅圖像中每個(gè)前景物體中心點(diǎn)的坐標(biāo)，由三部水下攝像機(jī)位置的幾何關(guān)系可知，當(dāng)處于 不同圖像中的三個(gè)前景物體為同一物體的投影時(shí)，其由右面攝像機(jī)（2)所拍攝前景物體中 心點(diǎn)坐標(biāo)的縱坐標(biāo)值yyJ^Z和頂面攝像機(jī)（1)所拍攝前景物體中心點(diǎn)坐標(biāo)的縱坐標(biāo)值yding 相近或相等，且正面攝像機(jī)（3)所拍攝前景物體中心點(diǎn)坐標(biāo)的橫坐標(biāo)值Xzheng應(yīng)和頂面攝像 機(jī)（1)所拍攝前景物體中心點(diǎn)坐標(biāo)的橫坐標(biāo)值Xdlng相近或相等，故可由以下公式確定不同 圖像中的三個(gè)前景物體是否相匹配： IyyouldingII2〈丁1，且IIXding-XzhengII2〈1\ (2) 其中，T1為設(shè)定閾值，當(dāng)I|yyciu-yding| |2及I|xding-xzhOTg| |2的值都小于!\時(shí)，則認(rèn)為三幅 圖像中前景物體相互匹配，可對(duì)這些前景物體進(jìn)行下一步處理； 步驟3、魚類識(shí)別：當(dāng)確定互為同一物體投影的三個(gè)前景物體后，即可通過特征匹配判 定這些前景物體是否為魚類的投影，通過全局特征匹配與局部特征匹配聯(lián)合的方式對(duì)前景 物體進(jìn)行識(shí)別，首先考慮到魚類邊緣模板具有形狀獨(dú)特的頭部、背鰭、尾鰭特征，其頭部、背 鰭、尾鰭的上下、或左右邊緣的滿足一定的線性關(guān)系，故可通過計(jì)算前景物體相應(yīng)區(qū)域的邊 緣像素差值是否滿足線性關(guān)系以判斷其是否滿足局部特征匹配：其中，￥為頭部區(qū)域圖像中的第i列的上下邊緣差值，O為標(biāo)準(zhǔn)差，T1為設(shè)定閾值。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)差小于閾值時(shí)，認(rèn)為此頭部區(qū)域的邊緣像素差值一定滿足線性關(guān) 系，滿足局部匹配要求，其他區(qū)域計(jì)算方式與頭部區(qū)域計(jì)算方式類似； 步驟4、軌跡定位：若三幅圖像中的前景物體都滿足步驟3中的閾值要求時(shí)，則認(rèn)為三 個(gè)前景物體為魚類的投影，此時(shí)可按步驟2分別提取三個(gè)前景物體的中心點(diǎn)坐標(biāo)，再結(jié)合 絕對(duì)參考坐標(biāo)系與各個(gè)攝像機(jī)的位置關(guān)系，可得正面攝像機(jī)（ 3)所拍攝前景物體的中心 Ap1的空間坐標(biāo)為（X1^1,Zl)，右面攝像機(jī)（2)所拍攝前景物體的中心點(diǎn)p2的空間坐標(biāo)為 (x2,y2,Z2)，頂面攝像機(jī)⑴所拍攝前景物體的中心點(diǎn)口3的坐標(biāo)為（X3,y3,Z3)。此時(shí)，設(shè)正 面、右面、頂面攝像機(jī)光軸的方向向量分別為高=("1411' 1)，4=("七，$)，毛=("3〇'3，叫），則每 個(gè)中心點(diǎn)沿其所對(duì)應(yīng)的方向向量所指的方向可形成三條空間直線L1,L2,L3。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述基于視頻信號(hào)的魚類過壩運(yùn)動(dòng)軌跡定位方法，其特征在于，所 述步驟3中，當(dāng)三個(gè)前景物體中任意一個(gè)滿足局部特征匹配時(shí)，則認(rèn)為此三個(gè)前景物體為 待識(shí)別魚類的投影，但由于魚類在水中游動(dòng)時(shí)為不規(guī)則體且容易被雜物遮擋，故有可能三 個(gè)前景物體都不滿足局部特征匹配，此時(shí)則再根據(jù)全局特征匹配判定三個(gè)前景物體是否為 待識(shí)別魚類的投影，全局特征匹配采用對(duì)變形不敏感的改進(jìn)Hu矩值進(jìn)行計(jì)算，得到三個(gè)前 景物體的Hu矩值并查看這些Hu矩值是否滿足閾值要求： ① ：當(dāng)三個(gè)前景物體模型都不滿足閾值要求時(shí)，則判斷所拍攝的物體為非魚類； ② ：當(dāng)三個(gè)前景物體模型的其中一個(gè)滿足閾值要求時(shí)，則判斷所拍攝的物體為被遮擋 的魚類，但由于無法通過單一圖像獲得其三維軌跡，故不對(duì)其進(jìn)行軌跡定位； ③ ：當(dāng)三個(gè)前景物體模型的匹配閾值的其中兩個(gè)滿足要求時(shí)，則判斷所拍攝的物體為 被遮擋的魚類，此時(shí)可通過滿足閾值要求的兩幅圖像對(duì)其進(jìn)行軌跡定位； ④ ：當(dāng)三個(gè)前景物體模型的匹配閾值都滿足要求時(shí)，則判斷所拍攝的物體為未被遮擋 的魚類，此時(shí)可通過滿足閾值要求的三幅圖像對(duì)其進(jìn)行軌跡定位。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述基于視頻信號(hào)的魚類過壩運(yùn)動(dòng)軌跡定位方法，其特征在于，所 述步驟4中， a:當(dāng)三條空間直線L1,L2,L3相交于一點(diǎn)Q時(shí)，此時(shí)魚的最優(yōu)軌跡坐標(biāo)為三者交點(diǎn)Q的 坐標(biāo)； b:當(dāng)三條空間直線L1,L2,L3其中兩條交于一點(diǎn)Q，第三條與其他兩條互為異面直線且 與這兩條直線組成的平面相交于一點(diǎn)O時(shí)，此時(shí)魚類最優(yōu)軌跡坐標(biāo)為點(diǎn)Q與點(diǎn)O相連線段 的中點(diǎn)P的坐標(biāo)； c:當(dāng)三條空間直線L1,L2,L#中兩條互為異面直線，第三條與其他兩條分別相交于點(diǎn)Q與點(diǎn)〇時(shí)，此時(shí)魚類最優(yōu)軌跡坐標(biāo)為點(diǎn)Q與點(diǎn)〇相連線段的中點(diǎn)P的坐標(biāo)； d:當(dāng)三條空間直線L1,L2,Lg為異面直線時(shí)，過此三條直線以及它們的平行線可構(gòu)建 一空間六面體，此時(shí)魚的最優(yōu)軌跡坐標(biāo)為空間六面體的體心Q的坐標(biāo)； 若三幅圖像中的前景物體只有兩個(gè)滿足步驟3中的閾值要求時(shí)，則認(rèn)為其中一個(gè)視圖 受到了遮擋、變形等干擾，此時(shí)，摒除此干擾圖的信息并同上述處理方法可確定兩條空間直 線L1, 1^當(dāng)LL2相交于一點(diǎn)Q時(shí)，魚類最優(yōu)軌跡坐標(biāo)即為點(diǎn)Q的坐標(biāo)；當(dāng)LL2S為異面 直線時(shí)，魚的最優(yōu)軌跡坐標(biāo)即為兩直線公垂線段的中點(diǎn)P的坐標(biāo)。
【專利摘要】基于視頻信號(hào)的魚類過壩運(yùn)動(dòng)軌跡定位裝置與方法，包括視頻獲取裝置、視頻處理裝置，所述視頻獲取裝置包括桁架、固定安裝在桁架相互垂直三個(gè)面上的三個(gè)水下攝像機(jī)：頂面攝像機(jī)、右面攝像機(jī)、正面攝像機(jī)；所述視頻處理裝置包括計(jì)算機(jī)、安裝在計(jì)算機(jī)上的圖像處理系統(tǒng)，所述水下攝像機(jī)與所述計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)線連接。所述桁架上的任意位置設(shè)置了絕對(duì)參考坐標(biāo)系。本發(fā)明一種基于視頻信號(hào)的魚類過壩運(yùn)動(dòng)軌跡定位裝置與方法，具有自動(dòng)化程度高、魯棒性強(qiáng)的特點(diǎn)，能夠?qū)崟r(shí)有效的定位魚類過壩運(yùn)動(dòng)軌跡。
【IPC分類】G06T7/00, G06T7/20
【公開號(hào)】CN105225229
【申請?zhí)枴緾N201510566348
【發(fā)明人】陳從平, 黃正, 聶葳, 王小云, 黃杰光
【申請人】三峽大學(xué)
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2015年9月7日