專利名稱：基于數(shù)碼攝像裝置的水迷宮動(dòng)物實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及動(dòng)物能力行為測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種水迷宮動(dòng)物實(shí)驗(yàn)系 統(tǒng)。
背景技術(shù)：
Morris水迷宮(Morris water maze,MWM)實(shí)驗(yàn)是一種強(qiáng)迫實(shí)驗(yàn)動(dòng)物(大鼠、小鼠) 游泳，學(xué)習(xí)尋找隱藏在水中平臺(tái)的一種實(shí)驗(yàn)，主要用于測(cè)試實(shí)驗(yàn)動(dòng)物對(duì)空間位置感和方向 感(空間定位)的學(xué)習(xí)記憶能力。被廣泛應(yīng)用于學(xué)習(xí)記憶、老年癡呆、海馬/外海馬研究、 智力與衰老、新藥開(kāi)發(fā)/篩選/評(píng)價(jià)、藥理學(xué)、毒理學(xué)、預(yù)防醫(yī)學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)、動(dòng)物心理學(xué)及 行為生物學(xué)等多個(gè)學(xué)科的科學(xué)研究和計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)等領(lǐng)域，在世界上已經(jīng)得到廣泛地認(rèn) 可，是醫(yī)學(xué)院校開(kāi)展行為學(xué)研究尤其是學(xué)習(xí)與記憶研究的首選經(jīng)典實(shí)驗(yàn)?，F(xiàn)有的水迷宮系統(tǒng)多以直接觀察和手工記錄為主，客觀性較差，耗時(shí)費(fèi)力，指標(biāo)較 少。

實(shí)用新型內(nèi)容有鑒于此，為了解決上述問(wèn)題，為此，本實(shí)用新型提出一種無(wú)需人工觀察、記錄的 水迷宮系統(tǒng)。本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的基于數(shù)碼攝像裝置的水迷宮動(dòng)物實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包 括水迷宮、數(shù)碼攝像裝置和數(shù)據(jù)處理裝置，所述數(shù)碼攝像裝置正對(duì)水迷宮的頂部，數(shù)碼攝像 裝置的數(shù)據(jù)輸出端與數(shù)據(jù)處理裝置的數(shù)據(jù)輸入端電連接。進(jìn)一步，所述數(shù)據(jù)處理裝置為PC機(jī)；進(jìn)一步，所述數(shù)碼攝像裝置與數(shù)據(jù)處理裝置通過(guò)USB接口電連接；進(jìn)一步，所述水迷宮外設(shè)置有環(huán)繞水迷宮的遮光罩。進(jìn)一步，所述遮光罩為布罩。本實(shí)用新型相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下優(yōu)點(diǎn)通過(guò)數(shù)碼攝像頭采集水迷宮的圖像 數(shù)據(jù)，由數(shù)據(jù)處理裝置進(jìn)行自動(dòng)記錄和處理，可無(wú)需人工值守觀察、記錄，并可通過(guò)數(shù)據(jù)處 理裝置對(duì)圖像進(jìn)行分析，獲得動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)軌跡，獲得動(dòng)物潛伏期、路程、初始朝向角、各象限 時(shí)間、在某區(qū)間活動(dòng)頻率等，以為后期研究提供豐富、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。本實(shí)用新型的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)，和特征在某種程度上將在隨后的說(shuō)明書(shū)中進(jìn)行闡 述，并且在某種程度上，基于對(duì)下文的考察研究對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見(jiàn)的，或 者可以從本實(shí)用新型的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本實(shí)用新型的目標(biāo)和其他優(yōu)點(diǎn)可以通過(guò)下面的說(shuō) 明書(shū)，權(quán)利要求書(shū)，以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。

為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用 新型作進(jìn)一步的詳細(xì)描述CN 201893060 U
說(shuō)明書(shū)
2/3頁(yè)圖1示出了基于數(shù)碼攝像裝置的水迷宮動(dòng)物實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2示出了運(yùn)動(dòng)檢測(cè)模型示意圖。
具體實(shí)施方式
以下將參照附圖，對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。參見(jiàn)圖1，包括水迷宮1、數(shù)碼攝像裝置2、數(shù)據(jù)處理裝置3和遮光罩(圖中未示 出)，所述數(shù)碼攝像裝置正對(duì)水迷宮的頂部，所述數(shù)據(jù)處理裝置可選用PC機(jī)，所述數(shù)碼攝像 裝置與數(shù)據(jù)處理裝置通過(guò)USB接口電連接，所述水迷宮外設(shè)置有環(huán)繞水迷宮四周的布質(zhì)遮 光罩，所述布質(zhì)遮光罩頂部開(kāi)口，優(yōu)選為藍(lán)布。在使用時(shí)，調(diào)整好水色與老鼠的顏色反差，使用深色布罩遮擋外界光線干擾，以數(shù) 碼攝像裝置效果對(duì)比度明顯、沒(méi)有其他波紋反光為佳。保持此狀態(tài)，取出老鼠，采集一張沒(méi) 有實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的場(chǎng)景照片，作為背景圖片。然后，在水迷宮中放入老鼠，根據(jù)既定實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，開(kāi) 始實(shí)驗(yàn)，并用數(shù)碼攝像裝置同步采集圖像。將圖像中的每幀分別提取出來(lái)，用差影法與背景 圖片進(jìn)行比對(duì)，從而提取出老鼠當(dāng)前的實(shí)際運(yùn)動(dòng)位置。差影法公式如下C (x, y) = fl(x, y)-f2(x, y)由于外界的干擾和電子產(chǎn)品自身精度的影響，同一場(chǎng)景間也存在一些誤差，都可 能導(dǎo)致相鄰兩幀圖像中，空間矩陣上一些像素點(diǎn)的灰度差異。為了解決此誤差，我們給差影 法公式中，選定一個(gè)閾值M，這個(gè)閾值通過(guò)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物顏色的預(yù)識(shí)別得到。兩圖相減，低于此閾 值的為0，高于此閾值的為1。從而將提取的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)圖轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)二值圖。[0021]為了進(jìn)一步提高運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)精度，同時(shí)為了檢測(cè)是否真的有運(yùn)動(dòng)發(fā)生而非波 紋反光或電子干擾，我們將連續(xù)兩幀圖像和背景與當(dāng)前幀圖像分別通過(guò)上述選定閾值的改 進(jìn)差影法運(yùn)算后直接相乘，則此時(shí)得到的二值化圖像不但能夠去除因?yàn)橐欢螌?shí)驗(yàn)時(shí)間后幀 圖像與背景圖像間的誤差，而且通過(guò)統(tǒng)計(jì)該二值圖中像素點(diǎn)為1的個(gè)數(shù)可以很好的判斷是 否實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)發(fā)生，并提取運(yùn)動(dòng)中的老鼠目標(biāo)，予以臨時(shí)儲(chǔ)存或永久儲(chǔ)存。即只記錄其 運(yùn)動(dòng)幀，而不記錄的幀則說(shuō)明老鼠是不運(yùn)動(dòng)的，與上一個(gè)運(yùn)動(dòng)幀保持同樣狀態(tài)。這樣在保證 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)軌跡恢復(fù)的前提下既可以減少存儲(chǔ)資源，也為后續(xù)的進(jìn)一步去噪與提取運(yùn)動(dòng)軌跡 運(yùn)算減少了運(yùn)算量。最終建立起一個(gè)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)模型，如圖2所示，fl、f2為連續(xù)兩幀，f2為當(dāng)前幀，bk 為背景圖像，m為閾值后的二值化運(yùn)算。(8)圖像矩陣相乘運(yùn)算。通過(guò)此模型，可以比較精確地去除可能出現(xiàn)的反光干擾，得到真實(shí)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)動(dòng) 態(tài)幀。并將該動(dòng)態(tài)幀進(jìn)行二值化存儲(chǔ)，為下一步精確提取運(yùn)動(dòng)目標(biāo)位置做準(zhǔn)備。雖然經(jīng)過(guò)上述處理，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)提取經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)得到了很好的效果，但考慮到水池環(huán) 境的復(fù)雜性，如水池環(huán)境過(guò)于粗糙，老鼠在運(yùn)動(dòng)中因?yàn)榉浩鹚ǘ斐删植糠垂獾膯?wèn)題依 然可能存在，會(huì)造成提取后的二值圖像出現(xiàn)一些小的雜點(diǎn)。因此，本系統(tǒng)采用連通區(qū)域標(biāo)記 的方式檢測(cè)像素點(diǎn)為1的區(qū)域，并將這些區(qū)域的面積(連通像素點(diǎn)數(shù))進(jìn)行比較，若發(fā)現(xiàn)像 素值為1的區(qū)域多于一個(gè)，則把具有最大面積的區(qū)域視為目標(biāo)，而把小面積的區(qū)域視為噪 聲，將其去除。除使用遮光罩外，還通過(guò)如下手段抑制光線干擾(1)在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備步驟中對(duì)水迷宮位置的校準(zhǔn)，限定了分析計(jì)算的范圍，使得軟件不計(jì)算水迷宮外的圖像，從而可以排除水 迷宮外的光線干擾；(2)引入差影法原理，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物顏色的預(yù)識(shí)別，通過(guò)設(shè)定識(shí)別閾 值。利用兩幀相乘思路建立起的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)模型，在很大程度上減少了實(shí)驗(yàn)背景的干擾；(3) 引入4鄰域連通算法，通過(guò)計(jì)算疑似運(yùn)動(dòng)目標(biāo)位點(diǎn)的像素個(gè)數(shù)進(jìn)一步去除運(yùn)動(dòng)目標(biāo)下的波 紋等噪聲，完整提取運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。從檢測(cè)的結(jié)果看，這些措施成功地抑制了光線干擾，使本系 統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力。通過(guò)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)模型的建立和4鄰域連通運(yùn)算處理后的動(dòng)態(tài)目標(biāo)二值圖，可以很容 易的明確像素點(diǎn)為1的面積最大區(qū)域位置為運(yùn)動(dòng)中的老鼠在該幀的位置。同時(shí)，通過(guò)用4 鄰域連通標(biāo)記方式還可以明確運(yùn)動(dòng)目標(biāo)所占區(qū)域的上下左右點(diǎn)坐標(biāo)，對(duì)四個(gè)點(diǎn)計(jì)算中心點(diǎn) 即為老鼠實(shí)際位點(diǎn)。而未記錄的幀則是老鼠處于前面記錄的動(dòng)態(tài)幀的相同位置。從而可以 輕松的還原老鼠運(yùn)動(dòng)時(shí)間與路徑軌跡。根據(jù)系統(tǒng)提供的實(shí)驗(yàn)范圍勾畫(huà)模板和實(shí)驗(yàn)條件標(biāo)注模板，可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)者設(shè)計(jì)的 實(shí)驗(yàn)要素(如劃分的象限、區(qū)間、安全島的設(shè)置，在水池中可以用物塊對(duì)應(yīng)放置，在軟件中 虛擬標(biāo)注)進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析，比如可以計(jì)算潛伏期、路程、初始朝向角、各象限時(shí)間等 水迷宮參數(shù)并對(duì)潛伏期內(nèi)任意時(shí)間段時(shí)行以上參數(shù)的計(jì)算，統(tǒng)計(jì)在某浮出水面的某木塊 (安全島)上停留時(shí)間，攀上該木塊的次數(shù)，在某區(qū)間活動(dòng)頻率等。并可以導(dǎo)入excel文檔 做進(jìn)一步的分析。以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本實(shí)用新型，顯然，本領(lǐng)域 的技術(shù)人員可以對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍。這 樣，倘若本實(shí)用新型的這些修改和變型屬于本實(shí)用新型權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之 內(nèi)，則本實(shí)用新型也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求1.基于數(shù)碼攝像裝置的水迷宮動(dòng)物實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于包括水迷宮、數(shù)碼攝像裝 置和數(shù)據(jù)處理裝置，所述數(shù)碼攝像裝置正對(duì)水迷宮的頂部，數(shù)碼攝像裝置的數(shù)據(jù)輸出端與 數(shù)據(jù)處理裝置的數(shù)據(jù)輸入端電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于數(shù)碼攝像裝置的水迷宮動(dòng)物實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于所述 數(shù)據(jù)處理裝置為PC機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于數(shù)碼攝像裝置的水迷宮動(dòng)物實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于所述 數(shù)碼攝像裝置與數(shù)據(jù)處理裝置通過(guò)USB接口電連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述基于數(shù)碼攝像裝置的水迷宮動(dòng)物實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特 征在于所述水迷宮外設(shè)置有環(huán)繞水迷宮的遮光罩。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述基于數(shù)碼攝像裝置的水迷宮動(dòng)物實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于所述 遮光罩為布罩。
專利摘要本實(shí)用新型涉及動(dòng)物能力行為測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種水迷宮動(dòng)物實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括水迷宮、數(shù)碼攝像裝置和數(shù)據(jù)處理裝置，所述數(shù)碼攝像裝置正對(duì)水迷宮的頂部，數(shù)碼攝像裝置的數(shù)據(jù)輸出端與數(shù)據(jù)處理裝置的數(shù)據(jù)輸入端電連接，可通過(guò)數(shù)碼攝像頭采集水迷宮的圖像數(shù)據(jù)，由數(shù)據(jù)處理裝置進(jìn)行自動(dòng)記錄和處理，可無(wú)需人工值守觀察、記錄，并可通過(guò)數(shù)據(jù)處理裝置對(duì)圖像進(jìn)行分析，獲得動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)軌跡，獲得動(dòng)物潛伏期、路程、初始朝向角、各象限時(shí)間、在某區(qū)間活動(dòng)頻率等，以為后期研究提供豐富、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)G09B23/28GK201893060SQ20102054307
公開(kāi)日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2010年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月26日
發(fā)明者喬梁, 何穎, 劉淵, 宋文強(qiáng), 申華 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍第三軍醫(yī)大學(xué)