基于機(jī)器視覺的魚苗在線自動(dòng)計(jì)數(shù)裝置與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種自動(dòng)計(jì)數(shù)裝置，尤其涉及一種利用機(jī)器視覺技術(shù)對(duì)魚苗進(jìn)行自動(dòng)計(jì)數(shù)的裝置與方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在水產(chǎn)養(yǎng)殖中，魚苗的精確計(jì)數(shù)是科學(xué)放餌、養(yǎng)殖密度控制、魚苗存活率評(píng)估和魚苗銷售等養(yǎng)殖規(guī)范化管理的基礎(chǔ)保障，是實(shí)施水產(chǎn)養(yǎng)殖自動(dòng)化的根本保證，也是一項(xiàng)直接影響科學(xué)管理和經(jīng)濟(jì)效益的重要工作。因此，關(guān)于魚苗計(jì)數(shù)方法的研究，早已引起國內(nèi)外漁業(yè)以及計(jì)量專業(yè)相關(guān)人員的重視。二十世紀(jì)八十年代以來，一些較為發(fā)達(dá)的國家，開始把開發(fā)現(xiàn)代化的魚苗計(jì)數(shù)技術(shù)作為發(fā)展?jié)O業(yè)的重要內(nèi)容之一，有的國家為此還專門成立了魚苗計(jì)數(shù)器開發(fā)委員會(huì)。
[0003]近幾年來，我國的魚類養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，養(yǎng)殖面積不斷增加，產(chǎn)量逐年提高，但魚苗計(jì)數(shù)方法卻一直比較落后，這不僅影響到魚類養(yǎng)殖中的科學(xué)管理，降低了其經(jīng)濟(jì)效益，且妨礙了水產(chǎn)養(yǎng)殖研究的發(fā)展。我國對(duì)魚苗計(jì)數(shù)的要求已十分迫切，反映的問題十分突出，盡快研制出一種適合于生產(chǎn)需求的計(jì)數(shù)儀器，已經(jīng)刻不容緩。目前，我國各地多采用傳統(tǒng)的人工估算法對(duì)魚苗進(jìn)行計(jì)數(shù)，具體方法如推算法、碗量法、開間法等，這些方法的平均誤差在30%左右，并且耗時(shí)費(fèi)力，且需要一定的人工勞動(dòng)費(fèi)用；而利用光電計(jì)數(shù)原理的魚苗計(jì)數(shù)器雖然計(jì)數(shù)精度較高，但裝置復(fù)雜，成本高，且魚苗的損傷率較大，不符合市場(chǎng)大規(guī)模發(fā)展的需求。因此研制一種高效率、低成本且對(duì)魚苗損傷較小的魚苗計(jì)數(shù)裝置具有重大意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是利用機(jī)器視覺技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同大小的批量魚苗進(jìn)行快速、精確并自動(dòng)計(jì)數(shù)。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種基于機(jī)器視覺的魚苗在線自動(dòng)計(jì)數(shù)裝置，包括:紅色LED背光源、工業(yè)相機(jī)、管道、濾網(wǎng)、圓形平面、無蓋圓柱形水槽、電磁閥門、液位計(jì)、含有圖像采集卡的PC機(jī)、單片機(jī)控制器和支架。
[0006]所述圓形平面與所述無蓋圓柱形水槽安裝在所述支架上，且所述圓形平面圓心位于與所述無蓋圓柱形水槽正上方且與所述無蓋圓柱形水槽底面圓心重合，所述圓形平面中有兩個(gè)相對(duì)圓心對(duì)稱的圓形孔，使兩個(gè)所述管道Al、A2通過所述電磁閥門al、a2的連接插入并固定到所述圓形平面中，兩個(gè)所述電磁閥門al、a2位于所述圓形表面上方，兩個(gè)所述管道Al、A2上端高于所述圓形平面上表面100mm，下端高于所述無蓋圓柱形水槽內(nèi)底面20mm且所述管道Al、A2外表面剛好貼于所述無蓋圓柱形水槽內(nèi)部側(cè)表面。
[0007]所述無蓋圓柱形水槽底面圓心處有一圓形孔，使另一個(gè)所述管道B通過所述電磁閥門b的連接插入并固定到所述無蓋圓柱形水槽底部，且此所述管道B上端所在平面與所述無蓋圓柱形水槽內(nèi)底面所在平面相重合，所述無蓋圓柱形水槽側(cè)壁有兩個(gè)相對(duì)底邊圓心對(duì)稱的圓形孔，兩個(gè)圓形孔上裝有所述濾網(wǎng)，另外兩個(gè)所述管道Cl、C2通過兩個(gè)所述電磁閥門cl、c2的連接插入并安裝到所述無蓋圓柱形水槽側(cè)壁上，所述電磁閥門cl、c2嵌入于所述無蓋圓柱形水槽外側(cè)壁表面，所述液位計(jì)置于所述無蓋圓柱形水槽內(nèi)部。
[0008]所述紅色LED背光源與所述工業(yè)相機(jī)安裝在所述圓形平面下表面，所述工業(yè)相機(jī)安裝在所述圓形平面下表面圓心處，所述紅色LED背光源緊靠于所述工業(yè)相機(jī)鏡頭，所述圓形平面與所述無蓋圓柱形水槽的相對(duì)高度剛好使所述無蓋圓柱形水槽內(nèi)部底面完整地處于工業(yè)相機(jī)視野中。
[0009]所述工業(yè)相機(jī)和LED背光源與所述PC機(jī)連接，所述單片機(jī)控制器分別與各個(gè)電磁閥門、液位計(jì)和PC機(jī)相連接。
[0010]調(diào)用圖像處理程序獲取圖像，對(duì)其處理進(jìn)行魚苗計(jì)數(shù)，包括如下步驟:
第1步，工業(yè)相機(jī)采集在無蓋圓柱形水槽內(nèi)部運(yùn)動(dòng)的魚苗的原始圖像；
第2步，用Matlab軟件讀取單層的魚苗圖像；
第3步，將得到的彩色圖片進(jìn)行灰度變換；
第4步，進(jìn)行拉普拉斯濾波，然后用原圖去與拉普拉斯濾波之后圖像作差；
第5步，采用自適應(yīng)中值濾波，去除噪聲。
[0011]第6步，采用0TSU閾值分割法對(duì)圖像進(jìn)行處理，得到簡(jiǎn)單二值圖像；
第7步，進(jìn)一步對(duì)二值圖像進(jìn)行形態(tài)學(xué)處理，得到更理想的二值圖像；
第8步，把處理過的圖像的端點(diǎn)進(jìn)行細(xì)化處理；
第9步，開始計(jì)數(shù)；
第10步，顯示計(jì)數(shù)結(jié)果。
[0012]與現(xiàn)有的傳統(tǒng)魚苗計(jì)數(shù)方法相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明將機(jī)器視覺技術(shù)應(yīng)用于漁產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)，從而使魚苗計(jì)數(shù)更加精準(zhǔn)與高效，降低了傳統(tǒng)魚苗計(jì)數(shù)方法所帶來的誤差。解決了人工檢測(cè)難以保持的連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間工作能力以及人為主觀因素等問題。本發(fā)明結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，方便組裝且成本較低，便于量產(chǎn)，在基層漁民使用推廣中具有較高的商業(yè)潛會(huì)泛。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明裝置的總體示意圖。
[0014]圖2為裝置計(jì)數(shù)工作區(qū)俯視圖。
[0015]圖3為裝置處于工作環(huán)境的系統(tǒng)示意圖。
[0016]圖4為裝置圖像處理算法流程圖。
[0017]圖中，1.工業(yè)相機(jī)，2.紅色LED背光源，3.管道A組(2個(gè))，4.電磁閥門a組(2個(gè))，5.支架，6.管道C組(2個(gè))，7.電磁閥門c組(2個(gè))，8.無蓋圓柱形水槽，9.電磁閥門b，10.管道B，ll.顯示器，12.圖像采集卡，13.PC機(jī)，14.液位計(jì)，15.濾網(wǎng)，16.單片機(jī)控制器，17.工業(yè)相機(jī)取景范圍，18.圓形平面，19.盛裝魚苗容器，20.盛水容器，21.裝置總體，22.中空容器，23、24、25橡膠管。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0019]如圖1所示，本發(fā)明基于機(jī)器視覺的魚苗在線自動(dòng)計(jì)數(shù)裝置主要包括紅色LED背光源2、工業(yè)相機(jī)1、管道A組3 (2個(gè):A1，A2)、管道B組10、管道C組6 (2個(gè):C1，C2)、濾網(wǎng)15、圓形平面18、無蓋圓柱形水槽8、電磁閥門a組4 (2個(gè):al，a2)、電磁閥門b組9、電磁閥門c組7 (2個(gè):cl，c2)、液位計(jì)14、圖像采集卡12、PC機(jī)13、單片機(jī)控制器16和裝置支架5 ;所述圓形平面18與所述無蓋圓柱形水槽8安裝在所述支架5上，且所述圓形平面18圓心位于與所述無蓋圓柱形水槽8上方且與所述無蓋圓柱形水槽8底面圓心重合，所述圓形平面18中有兩個(gè)相對(duì)圓心對(duì)稱的圓形孔，使兩個(gè)所述管道3通過所述電磁閥門4的連接插入并固定到所述圓形平面18中，兩個(gè)所述電磁閥門4位于所述圓形表面上方，兩個(gè)所述管道3上端高于所述圓形平面18上表面100mm，下端高于所述無蓋圓柱形水槽20mm且所述管道3側(cè)表面剛好貼于所述無蓋圓柱形水槽8內(nèi)部側(cè)表面。綜合圖1、圖2所示，所述無蓋圓柱形水槽8底面圓心處有一圓形孔，使另一個(gè)所述管道10通過所述電磁閥門9的連接插入并固定到所述無蓋圓柱形水槽8中，且此所述管道10上端所在平面與所述無蓋圓柱形水槽8內(nèi)部底面所在平面相重合，所述無蓋圓柱形水槽8側(cè)壁有兩個(gè)相對(duì)底邊圓心對(duì)稱的圓形孔，兩個(gè)圓形孔上裝有所述濾網(wǎng)15，另外兩個(gè)所述管道6通過兩個(gè)所述電磁閥門7的連接插入并固定到無蓋圓柱形水槽8側(cè)壁上，所述電磁閥門7位于所述無蓋圓柱形水槽側(cè)壁外表面上，液位計(jì)14位于無蓋圓柱形水槽8內(nèi)部，所述紅色LED背光源2與所述工業(yè)相機(jī)1安裝在所述圓形平面18下表面，所述工業(yè)相機(jī)1安裝在所述圓形平面18下表面圓心處，所述紅色LED背光源2靠近所述工業(yè)相機(jī)1，所述圓形平面18與所述無蓋圓柱形水槽8的相對(duì)高度剛好使所述無蓋圓柱形水槽8內(nèi)部底面完整地處于工業(yè)相機(jī)1視野中，所述工業(yè)相機(jī)1和LED背光源2與所述PC機(jī)13連接，所述單片機(jī)控制器16分別與所述3組電磁閥門(4、7、9)、液位計(jì)14和PC機(jī)13相連接。
[0020]如圖3所示，令管道A組3其中一個(gè)為A1，另一個(gè)為A2，且令管道A組3的A1上的電磁閥門a組4為al，管道A組3的A2上的電磁閥門a組4為a2。使用前，管道A組3的A1上端連接盛裝魚苗的容器19，管道A組3的A2上端連接盛裝水的容器20。管道C組6和管道B組10共同通過橡膠管23、24、25連接同一個(gè)中空容器22，所有的電磁閥門4、7、9出于關(guān)閉狀態(tài)，工業(yè)相機(jī)1和紅色LED背光源2處于開啟狀態(tài)，具體計(jì)數(shù)步驟如下，參見圖4:
1.由PC機(jī)13上的裝置配套軟件對(duì)所需要的液位高度進(jìn)行事先設(shè)定，單片機(jī)控制器16控制電磁閥門a組4的al打開，使適量的魚苗流經(jīng)管道A組3的A1進(jìn)入無蓋圓柱形水槽，然后單片機(jī)控制器控制電磁閥門a組4的al關(guān)閉，同時(shí)單片機(jī)控制器16對(duì)液位計(jì)14進(jìn)行控制，調(diào)整到所需要的液位高度，使魚苗的背部能夠露出水面。
[0021 ] 2.根據(jù)液位高度的需要，單片機(jī)控制器16控制電磁閥門c組7打開，使無蓋圓柱形水槽8中多余的水經(jīng)過管道6末端的濾網(wǎng)15排出無蓋圓柱形水槽8，由于濾網(wǎng)的存在，以至不會(huì)排出無蓋圓柱形水槽8中的魚苗，當(dāng)液位達(dá)到設(shè)置要求時(shí)，單片機(jī)控制電磁閥門c組7關(guān)閉，同時(shí)PC機(jī)13控制工業(yè)相機(jī)1對(duì)無蓋圓柱形水槽8底部進(jìn)行拍照，并將照片傳回到PC機(jī)13的圖片采集卡12中。