一种基于形态计量特征识别的智能化鱼苗规格色彩性别筛选系统

技术领域

本发明涉及鱼苗筛选技术领域，特别是涉及一种基于形态计量特征识别的智能化鱼苗规格色彩性别筛选系统。

背景技术

“粮食生产，种业先行”，水产业的发展也是围绕人工育种展开的。在水产育苗企业，因为苗种的个体差异，鱼苗生长到一定阶段，总会出现大小悬殊现象，如果投喂不及时，往往会造成大鱼吃小鱼，互相蚕食的现象，不但会带来损失，因为个体受伤还更易感染病菌和寄生虫，为鱼苗带来巨大风险。因此，在生产环节需进行分苗来避免蚕食，但人工分苗费时费力，且误差较大，过段时间后，继续出现鱼苗大小悬殊的现象，风险始终不能解除。

同时，随着生活水平的提高，人们对观赏鱼的需求越来越高，观赏鱼产业发展也越来越快。观赏鱼的价值与其品相极度相关，同样一尾锦鲤，品相优异的往往上千上万甚至几十万，而品相差的往往市场价值只有几元，所以对于观赏鱼产业来说，观赏鱼的鱼苗分选工作尤为重要，往往要在育种过程中对鱼苗的体型特征和颜色纹路加以判别筛选。此项工作尤为重要，但只能在特定的育苗时期开展，有一定的时间限制，同时也取决于技术员的经验判断，受限于技术员的眼力和劳动强度，筛选的强度往往不尽如人意，对观赏鱼的种质提升和品质提升造成一定影响。

鱼类在生长过程中普遍表现出强烈的性别差异，如半滑舌鳎雌性可以生长到3kg以上，雄性最多到0.4kg就生长停滞，多数鱼如大菱鲆、金鱼和锦鲤等的雌性生长速度和最终规格显著大于雄性，而黄颡鱼和罗非鱼的雄性生长速度和最终规格却显著大于雌性。因此鱼类生产过程中为了提高经济效益往往致力于解决鱼类的全雌化或全雄化问题。性别筛选不但对生产起到提升经济效益的作用，在鱼类种质选育中也起到了辅助育种的效果。但鱼苗在幼体阶段雌雄很难区分，往往采用分子标记的技术手段，需要采集鱼体的器官组织，造成鱼体受损，筛选效率也很难保证。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于形态计量特征识别的智能化鱼苗规格色彩性别筛选系统来进行多条件的鱼苗识别分选，提高鱼苗识别和筛选效率。

一种基于形态计量特征识别的智能化鱼苗规格色彩性别筛选系统，包括鱼苗序批模块、用于对经鱼苗序批模块送入的鱼苗进行处理的分流传送模块、以及位于分流传送模块上方的鱼苗判别模块；所述的鱼苗判别模块，其根据鱼苗图像来提供分流依据。

在其中一个实施例中，所述鱼苗序批模块包括倒鱼箱、减速滑道、用于将鱼苗从倒鱼箱转移至减速滑道的密集多管配件；所述减速滑道上固定安装有若干组减速板，若干组减速板呈梯次间隔排布；所述密集多管配件由多根管道密集排列构成，其中，管道的一端布置在倒鱼箱内，另一端向外延伸至减速滑道中。

进一步地，所述减速滑道的数目可以根据鱼苗序批的效率一个至多个不等；所述的密集多管配件根据需求配置不同的内径用于匹配不同的鱼苗大小。

进一步地，所述分流传送模块包括装设于减速滑道出口处的至少三组分流滑道、装设在对应分流滑道上的传送带和隔板、呈V形装设在隔板面向对应传送带位置处的两组挡板；至少三组所述分流滑道横向排列布设，且分流滑道倾斜向下设置；所述隔板垂直固定在对应分流滑道滑面处，且隔板位于传送带背向减速滑道的相对应一侧位置处；所述传送带为橡胶材质，且分流滑道上贯通开设有供于对应传送带通过的配位腔。

进一步地，所述分流滑道和传送带的数目可以根据分流效率的需求一个至多个不等。

再进一步地，所述隔板将对应分流滑道划分成合格通道和不合格通道，且两组挡板分别用于控制合格通道和不合格通道的开闭；所述分流滑道上装设有用于驱动挡板的旋转结构，且挡板在旋转结构的作用下做单向开合运动。

在其中一个实施例中，所述鱼苗判别模块包括通过合页装设于所述分流传送模块侧边处的外壳、嵌装在所述外壳面向分流滑道处的高清摄像头和照明灯、装设在外壳内的图像处理组件、以及X光成像组件；所述X光成像组件包括放置于分流传送模块下方的X光发射器、嵌装在外壳面向分流传送模块上的X光接收器。

进一步地，所述鱼苗判别模块还包括装设于外壳内的鱼类特征数据库、图像信息处理模块、鱼类特征识别比对模块、挡板控制模块、鱼苗计数模块和人机交互模块。

在其中一个实施例中，所述鱼苗判别模块的具体判别过程如下：

S1获取鱼苗彩色图像数据；

S2判定体色是否达到预设要求；

是，则执行S3；否，则执行S9；

S3对鱼苗彩色图像进行灰度处理和边缘处理，得到形态学数据；

S4根据所述形态学数据来判断是否为想要的鱼种；

是，则执行S5；否，则执行S9；

S5获取鱼苗X光透视性腺图像数据，判定鱼苗性别是否符合预期；

是，则执行S6；否，则执行S9；

S6提取形态学数据中的体长、体高，判定鱼苗体型是否符合规格；

是，则执行S7；否，则执行S9；

S7计算鱼苗体重，判定是否符合偏差内；

是，则执行S8；否，则执行S9；

S8开放合格通道，合格鱼苗计数+1；

S9开放不合格通道，不合格鱼苗计数+1。

进一步地，所述处理得到形态学数据的方法，其具体操作如下：

S31提取鱼苗彩色图像特征点；

S32对鱼苗图像进行灰度化处理；

S33提取鱼苗灰度图像轮廓；

S34进行鱼苗特征化提取并获得形态计量学数据。

一种鱼苗筛选方法，包括以下步骤：

S1提供鱼类特征数据库、提供所述的筛选系统；

S2筛选系统对成批倒入的鱼苗进行整理；

S3筛选系统拍摄和提取鱼苗图像信息；

S4分析鱼苗图像信息，提取鱼苗的形态计量、色彩和性别特征信息；

S5与鱼类特征数据库进行比对，判定是否开放合格或不合格通道，并进行鱼苗计数。

在其中一个实施例中，所述分析鱼苗图像信息，提取鱼苗的形态计量、色彩和性别特征信息的方法，其具体操作如下：

S41图像信息处理模块分析摄取的图像信息，得到鱼苗色彩特征数据；

S42灰度化处理摄取的鱼苗图像；

S43对灰度化鱼苗图像进行边缘提取；

S44计算提取边缘提取后鱼苗图像信息的形态计量学数据，得到鱼苗规格大小的形态计量特征数据；

S45X光成像或CT成像提取鱼苗内部性腺发育状况信息，得到鱼苗性别特征数据。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的鱼苗筛选系统，设计了鱼苗规格、鱼苗体色和鱼苗性别的多角度筛选体系，利用集合有不同鱼类形态计量特征、色彩特征和性别特征的综合特征数据库，配合机器视觉识别和智能计算筛选，克服了鱼类育苗过程中规格筛选、色彩筛选和性别筛选三大关键难点，有效解决了育苗时存在的大小鱼蚕食、观赏鱼选种和鱼苗阶段雌雄筛选的问题，填补了国内空白，极大地节省了人工，加速了人工育种进程，提高了生产效率。

附图说明

图1所示为本发明提供的一种基于形态计量特征识别的智能化鱼苗规格色彩性别筛选系统的结构示意图。

图2所示为图1中鱼苗序批模块的爆炸图。

图3所示为图1中分流传送模块的结构示意图。

图4所示为图1中鱼苗判别模块的爆炸图。

图5所示本发明中筛选系统的灰度处理图。

图6所示为本发明中筛选系统的边缘检测图。

图7所示为本发明中筛选系统的形态学数据提取图。

图8所示为本发明中鱼苗判别模块的运行框图。

主要元件符号说明

1、倒鱼箱；2、减速滑道；3、密集多管配件；4、分流滑道；5、传送带；6、隔板；7、挡板；8、外壳；9、X光接收器；10、X光发射器。

以上主要元件符号说明结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细的描述。

实施例1

请参阅图1-4，本实施例提供了一种基于形态计量特征识别的智能化鱼苗规格色彩性别筛选系统，其包括鱼苗序批模块、用于对经鱼苗序批模块送入的鱼苗进行处理的分流传送模块、以及位于分流传送模块上方的鱼苗判别模块。

所述鱼苗序批模块包括倒鱼箱1、减速滑道2、用于将鱼苗从倒鱼箱1转移至减速滑道2的密集多管配件3。所述减速滑道2上固定安装有若干组减速板，若干组减速板呈梯次间隔排布。需要说明的是，本实施例的减速板应略向减速滑道2底部倾斜，以保证鱼苗可以通过，不会出现堵塞现象。

所述密集多管配件3由多根管道密集排列构成，其中，管道的一端布置在倒鱼箱1内，另一端向外延伸至减速滑道2中。需要说明的是，本实施例的管道，其内径尺寸以及倒鱼箱1的规格可根据需求进行更换，以满足不同大小的鱼苗通过。

本实施例的鱼苗序批模块，其使用过程如下：鱼苗倒入倒鱼箱1并经密集多管配件3送入减速滑道2，前述过程中，鱼苗在通过密集多管配件3时被初步梳理序批，配合减速隔板来降低鱼苗的下滑速度，还对沿减速滑道2滑下的鱼苗起到再次梳理序批的作用。

所述分流传送模块包括装设于减速滑道2出口处的三组分流滑道4、装设在对应分流滑道2上的传送带5和隔板6、呈V形装设在隔板6面向对应传送带5位置处的两组挡板7。基于分流传送模块对经鱼苗序批模块送入的鱼苗进行分流处理，本实施例以三组分流滑道4为例进行说明，在其他实施例中，根据实际鱼苗数量和分流规模，可适应性的增加分流滑道4的数量来提高鱼苗的分流整理效率。

三组所述分流滑道4横向排列布设，且分流滑道4倾斜向下设置。所述隔板6垂直固定在对应分流滑道4滑面处，且隔板6位于传送带5背向减速滑道2的相对应一侧位置处。需要说明的是，分流滑道4中隔板6所在侧的倾斜度要大于传送带5所在侧，以便于鱼苗借助重力滑下。

所述传送带5为橡胶材质，且分流滑道4上贯通开设有供于对应传送带5通过的配位腔。本实施例中，为了提供传送带5运行的驱动力以实现其定向传输鱼苗的功能，于分流滑道4的配位腔中装设有旋转电机和两组传送辊，其中一组传送辊转动设置在分流滑道4上，剩余一组传送辊固定连接于旋转电机输出端处，传送带5铺装于两组传送辊之间，当旋转电机通电带动传送辊旋转时，传送带5受到牵引作用实现其上鱼苗的定向传送，前述传送结构为成熟的现有技术，在此不做赘述。

所述隔板6将对应分流滑道2划分成合格通道和不合格通道，且两组挡板7分别用于控制合格通道和不合格通道的开闭。所述分流滑道4上装设有用于驱动挡板7的旋转结构，且挡板7在旋转结构的作用下做单向开合运动。本实施例的旋转结构以采用电机和转轴为例进行说明，挡板7靠近分流滑道4壁的一侧和转轴相固定，电机带动转轴旋转从而实现挡板7角度的调节，达到开合挡板7的效果。

本实施例中，分流滑道4中隔板6所在的区域被一分为二，形成两个筛选通道，分别为合格通道和不合格通道，分别用于定向通过合格鱼苗和不合格鱼苗。配合软件系统实现对鱼苗的筛选，当判定为合格时，控制合格通道开闭的挡板7开放，使合格鱼苗被筛选出，当判定为不合格时，则控制不合格滑道的挡板7开放，不合格鱼苗被淘汰。

本实施例中的鱼苗判别模块，其根据鱼苗彩色或黑白图像获取鱼苗特征信息(鱼苗体色、鱼苗种类、鱼苗性别、鱼苗体型、鱼苗体重)来提供分流依据。鱼苗判别模块包括通过合页装设于分流传送模块侧边处的外壳8、嵌装在外壳8面向分流滑道4处的高清摄像头和照明灯、装设在外壳8内的图像处理组件、X光成像组件、以及装设于外壳8内的鱼类特征数据库、图像信息处理模块、鱼类特征识别比对模块、挡板控制模块、鱼苗计数模块和人机交互模块。

本实施例在筛选时，鱼苗判别模块与分流传送模块形成相对黑暗的环境，通过高清摄像头与照明灯配合来拍摄得到清晰的鱼苗图像。高清摄像头与照明灯应通过内嵌的方式固定在外壳8下表面，并与传送带5呈垂直布局，以保证获取的图像信息清晰准确。

为了满足防水、防锈和抗冲击的需求，本实施例的外壳8采用不锈钢材质，并且，为了减少X光辐射，本实施例的外壳8上包覆有橡胶铅挡板。所述外壳8外部嵌装有可触屏操作的显示器，显示器通过内嵌的方式固定于外壳8上表面，显示器应具有触摸交互功能，以满足使用者与鱼苗分选设备的操作交互。图像处理组件由存储器和处理器组成，对鱼苗图像信息进行判别，此外，为了满足图像处理组件运行时的散热需求，本实施例的外壳8内配备有散热风扇来进行散热。

所述X光成像组件包括放置于分流传送模块下方的X光发射器10、嵌装在外壳8面向分流传送模块上的X光接收器9。X光发射器10和X光接收器9相对应，需要说明的是，本实施例中X光发射器的发射端正极材质采用钨钢以适应耐高温需求，X光发射器发射端的正负极玻璃板与玻璃管组合后的内部应形成真空条件。

本实施例中，基于鱼苗序批模块、分流传送模块和鱼苗判别模块组合成筛选设备，提供鱼苗的筛选空间。为了克服人工挑选鱼苗较为繁琐的难点，本实施例设计出针对于鱼苗的筛选设备，具有使用方便、省时省力、准确率高、易于渔场的分苗操作和不易损伤鱼苗个体的特点，且可防止大鱼苗对小鱼苗的蚕食，此外，本实施例的设备单人即可操作，便于推广使用。

本实施例中，预先使用SIFT、SURF和ORB这三种特征点提取算法获取鱼苗样本图像的特征值并按特定的体色、种类、性腺特征等进行存储并以数据库的形式储存特征值获得所述鱼类特征数据库。

请结合参阅图8，所述鱼苗判别模块的具体判别过程如下：

S1获取鱼苗彩色图像数据；

S2判定体色是否达到预设要求；

是，则执行S3；否，则执行S9；

S3对鱼苗彩色图像进行灰度处理和边缘处理，得到形态学数据；

图像信息处理模块采用Matlab语言对图像进行灰度化处理，并使用微分算子法对采集到的鱼苗图像信息边缘检测，获取被识别鱼苗的边缘图像，并通过形态计量等识别处理操作，以得到形态计量学数据。

鱼类特征识别比对模块将筛选的鱼苗图像信息的综合特征值与鱼类特征数据库中预先存储的鱼类形态计量特征、色彩特征和性腺特征的特征值进行对比，从而判别并输出鱼苗种类、大小规格、色彩及性别识别结果。

人机交互模块由通过FSMC接口连接的单片机和彩色触摸屏组成，基于人机交互模块来显示系统状态和调整鱼苗筛选参数，在系统运行时把筛选结果实时显示到彩色触摸屏上，便于观察鱼苗筛选效果并及时调整筛选参数。

请参阅图5-7，所述处理得到形态学数据的方法，其具体操作如下：

S31提取鱼苗彩色图像特征点；

S32对鱼苗图像进行灰度化处理；

S33提取鱼苗灰度图像轮廓；

S34进行鱼苗特征化提取并获得形态计量学数据；

其中，S31～S34均采用MATLAB进行处理。

S4根据所述形态学数据来判断是否为想要的鱼种；

是，则执行S5；否，则执行S9；

S5获取鱼苗X光透视性腺图像数据，判定鱼苗性别是否符合预期；

是，则执行S6；否，则执行S9；针对鱼类在生长过程中普遍表现出强烈的性别差异，如半滑舌鳎雌性可以生长到3kg以上，雄性最多到0.4kg就生长停滞，多数鱼如大菱鲆、金鱼和锦鲤等的雌性生长速度和最终规格显著大于雄性，而黄颡鱼和罗非鱼的雄性生长速度和最终规格却显著大于雌性，因此鱼类生产过程中为了提高经济效益往往致力于解决鱼类的全雌化或全雄化问题。本实施例的筛选系统，引入了鱼苗性别筛选功能，不但对后续鱼类生产起到提升经济效益的作用，在鱼类种质选育中也起到了辅助育种的效果。

S6提取形态学数据中的体长、体高，判定鱼苗体型是否符合规格；

是，则执行S7；否，则执行S9；

S7计算鱼苗体重，判定是否符合偏差内；

是，则执行S8；否，则执行S9；

S8开放合格通道，合格鱼苗计数+1；

S9开放不合格通道，不合格鱼苗计数+1。

挡板控制模块接收鱼类特征识别比对模块的识别结果并触发信号，通过控制逻辑输入的变化，实现电平的变化，硬件配合特定的供电模块，来实现挡板7的开/关，从而决定合格通道与不合格通道的开放与关闭。

综上，本实施例的鱼苗筛选系统，设计了鱼苗规格、鱼苗体色和鱼苗性别的多角度筛选体系，利用集合有不同鱼类形态计量特征、色彩特征和性别特征的综合特征数据库，配合机器视觉识别和智能计算筛选，克服了鱼类育苗过程中规格筛选、色彩筛选和性别筛选三大关键难点，有效解决了育苗时存在的大小鱼蚕食、观赏鱼选种和鱼苗阶段雌雄筛选的问题，填补了国内空白，极大地节省了人工，加速了人工育种进程，提高了生产效率。需要说明的是，本实施例筛选系统中，规格筛选、色彩筛选和性别筛选三大功能可单独存在，也可以组合存在，均应落在本专利保护范围之内。

实施例2

本实施例以从不同颜色的锦鲤与混入的红色鲫鱼中挑选纯红色锦鲤为例，提供了一种鱼苗筛选方法，其采用如实施例1所述的一种基于形态计量特征识别的智能化鱼苗规格色彩性别筛选系统来筛选鱼苗。上述鱼苗筛选方法，其包括以下步骤：

S1提供鱼类特征数据库；

经由图像识别预先使用SIFT、SURF和ORB三种特征点提取算法获取的鱼苗样本图像的标准特征值，并按特定的种类、规格、色彩、性腺特征等以数据库的形式储存得到所述鱼类特征数据库。

S2对成批倒入的鱼苗进行整理；

选择相应规格的密集多管配件3，经倒鱼箱1倒入一批鱼苗，鱼苗经密集多管配件3与减速滑道2后，被梳理和分流，进入鱼苗判别环节。

S3拍摄和提取鱼苗图像信息：

进入鱼苗判别环节的鱼苗，在照明灯的帮助下，其外观图像信息会被高清摄像头摄取，鱼苗的性腺图像信息会被由X光接收器9和X光发射器10构成成像结构摄取，摄取的信息均被转为高清图像信息。

S4分析鱼苗图像信息，提取鱼苗的形态计量、色彩和性别特征信息；

所述分析鱼苗图像信息，提取鱼苗的形态计量、色彩和性别特征信息的方法，其具体操作如下：

S41图像信息处理模块分析摄取的图像信息，得到鱼苗色彩特征数据；

在图像指定区域选取颜色检测特征，将检测的颜色特征与鱼类特征数据库中的色彩特征预设结果进行RGB高低阈值范围比对，判别出鱼苗的色彩比对识别结果；若超过RGB阈值，或与鱼类特征数据库预设鱼苗色彩特征比对差异过大，则系统判定为不合格。

S42利用Matlab灰度化处理摄取的鱼苗图像；

灰度化处理摄取的鱼苗图像时，使用空域滤波或频域滤波对彩色RGB图像进行图像滤波以滤除图像的噪点，需要说明的是，由于在生产中主要是高斯噪声和椒盐噪声，本实施例采用滤波窗口为3*3的中值滤波算法对鱼苗彩色图像进行滤波。

S43在图像滤波后，利用梯度算子对灰度化鱼苗图像进行边缘提取；

所述梯度算子包括一阶边缘检测算子Sobel算子、Robert算子、二阶边缘检测算子Laplacian算子和Canny算子。

S44利用Matlab软件，使用Regionprops函数计算提取S43中边缘提取后鱼苗图像信息的形态计量学数据，得到鱼苗规格大小、性腺的形态计量特征数据并根据多个识别结果确定进入分流传送模块的鱼苗综合识别结果，与鱼类特征数据库预存数据进行比对从而判断鱼苗的种类、形态特征与性别，并依据预设体重系数计算公式(所述体重系数计算公式如下：

其中，W为鱼苗重量，R为系数，L为鱼苗全长)得出被检测鱼苗的换算体重；

需要说明的是，Regionprops函数是Matlab软件中用于区域属性计算的函数，它可以计算图像中各个区域的一些属性，如面积、周长、中心坐标等。

S45X光成像或CT成像提取鱼苗内部性腺发育状况信息，得到鱼苗性别特征数据。

S5与鱼类特征数据库进行比对，判定是否开放合格或不合格通道以及鱼苗的计数等环节；

合格体重红色锦鲤在经过颜色对比与形态学识别并进行体重计算后，系统判定为合格，系统判定为合格后，发出信号，控制合格通道开闭的挡板7开放，鱼苗被筛选出来。

三色锦鲤因只符合形态计量学数据比对，不符合颜色比对结果，系统判定为不合格后，发出信号，控制不合格通道开闭的挡板7开放，鱼苗被筛选出来；红色鲫鱼只符合颜色比对结果，形态计量学数据不符合预设，系统判定为不合格后，发出信号，控制不合格通道开闭的挡板7开放，鱼苗被筛选出来；较小的鱼苗因体重计算不符合预设偏差值，系统判定为不合格后发出信号，控制不合格通道开闭的挡板7开放，鱼苗被筛选出来。

合格通道开放一次，则向鱼苗计数模块发出信号，使合格鱼苗计数+1；不合格通道开放一次，则不合格鱼苗计数+1。

本实施例的鱼苗筛选方法在应用时，可以软件的形式进行应用，如设计成独立运行的程序，安装在计算机终端上，在其他实施例中，也可设计成嵌入式运行的程序，安装在计算机终端上，这里的计算机终端可以是电脑，也可是其他智能设备。

综上，本实施例的鱼苗筛选方法，结合鱼类综合特征点构建了针对性的多功能的鱼苗识别体系，可进行多条件的鱼苗识别分选，提高鱼苗识别和筛选效率。

对于所涉及的各个部件的命名，以其在说明书中描述的功能作为命名的标准，而不受本发明所用到的具体的名词的限定，本领域的技术人员也可以选用其它的名词来描述本发明的各个部件名称。