一种利用视频数据统计鱼苗数量的方法

技术领域

本发明涉及图像处理分析技术在水产养殖领域中的应用，特别是涉及一种利用视频数据统计鱼苗数量的方法。

背景技术

对一定水体中鱼苗的数量进行规模统计是水产领域中经常遇到的问题，在饲料投放、运输销售、成活率统计、养殖密度控制等水产应用环节中均会涉及到对鱼苗数量规格的统计。传统的鱼苗测试方法有推算法、碗量法、开间法等统计方法，但是这些方法不仅操作复杂，而且由于鱼苗分布不均，这些方法的计数值往往与实际的鱼苗数量相差甚远，存在效率低、误差大等明显缺点。自20世纪80年代开始，部分水产工作者开始研发出光电计鱼器、电桥计鱼器等现代化的鱼苗计数工具，但这些工具不仅价格昂贵，而且易受到鱼苗大小等各个因素的影响。

数字图像处理技术是通过计算机对图像进行去除噪声、增强、复原、分割、提取特征等处理的方法和技术，最早出现于20世纪50年代。随着计算机技术的迅猛发展以及离散数学理论的创立及完善，数字图像处理技术的应用领域得到了不断扩展。利用数字图像处理技术统计鱼苗数量不会对鱼苗造成伤害，且计算机的分析能力受外界干扰较小，因此，需要找到快速的业务化运行的利用视频数据统计鱼苗数量的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种利用视频数据统计鱼苗数量的方法，能够快速统计出鱼苗的数量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种利用视频数据统计鱼苗数量的方法，包括以下步骤：

(1)通过图像获取设备获取鱼苗通过鱼道时的影像；

(2)对获取的影像的每一帧图像进行灰度处理，并降低分辨率；

(3)将每一帧图像进行二值化处理，使得图像上只有黑像素点和白像素点；

(4)从每一帧图像中提取出相同的N列像素数据；

(5)对每一列像素数据上的黑像素点进行处理，确定统计像素；

(6)将后一帧图像的N列像素数据与前一帧图像的N列像素数据进行逐行对比，若像素由白像素点转为黑像素点，则鱼苗统计值自增1，对比完所有图像得到最终统计值。

所述鱼道为扁平的长方体结构。

所述图像获取设备从正上方获取鱼苗通过鱼道时的影像。

所述步骤(2)中降低分辨率时，使得降低之后的图像中每个鱼苗在垂直方向所占的像素为1-5个。

所述步骤(2)和步骤(3)之间还包括对每一帧图像进行腐蚀处理以去除经图像中的杂质，再进行膨胀处理以补偿图像中的空洞。

所述步骤(4)中N列像素数据中相邻两列像素数据之间的距离相等。

所述步骤(5)具体为：若某一列像素数据中连续的黑像素点的数量为1，则跳过该黑像素点，不做特别处理；若某一列像素数据中连续的黑像素点的数量为2，则将第一个黑像素点作为统计像素，第二个黑像素点设为无效像素；若某一列像素数据中连续的黑像素点的数量大于2，则保留中间位置的一个黑像素点作为统计像素，其他黑像素点设为无效像素。

所述无效像素的像素值设定为128，并在步骤(6)进行逐行对比时忽略。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明实验装置简单，操作过程便捷，不会对鱼苗产生影响以致影响收益；本发明在取样环境理想时，实验误差极小，可以通过动态配置列号屏蔽部分环境问题造成的计数误差；本发明获取鱼苗视频后，计数全过程由计算机程序完成，速度快误差小且无需人工干预，可大大节省人力资源，从而提高效率。

附图说明

图1是本发明的流程图；

图2是本发明获取鱼苗视频的装置图；

图3是鱼苗随着水由左向右流动示意图；

图4是影像上纵向选择5列像素的示意图；

图5是鱼苗统计像素的示意图

图6是本发明某次实验中某帧图；

图7是本发明二值化处理后的某帧图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的实施方式涉及一种利用视频数据统计鱼苗数量的方法，如图1所示，包括以下步骤：将鱼苗和水存储在储苗桶中，储苗桶中的鱼苗随水流出，经过鱼道；鱼道正上方固定的摄像头拍摄鱼苗影像，鱼苗经过鱼道后流入分装桶中。摄像头获取鱼苗经过鱼道后流入分装桶时的各帧图像；将各帧图像丢失从原视频提取出彩色图像的颜色层，将其转化为灰度图像，并降低原图像的分辨率；接着通过腐蚀处理去除经上述步骤处理后图像中的杂质。再通过膨胀处理补偿经上述步骤处理后图像中的空洞。

按照指定的阈值二值化图像，保证经此步骤后图像中只存在像素值为0的黑点和像素值为255的白点；按照用户配置的列号，提取出五列像素数据；预处理五列数据，确定统计像素，排除无效像素；将当前帧的五列像素数据与上一帧的五列像素数据逐行对比。若像素值由白转为黑，则鱼苗统计值自增1。直至对比到最后一行像素；获取下一帧像素，重复以上步骤，直至提取到最后一帧像素数据。

下面通过一个具体实施例来进一步说明本发明。

1.数据获取

如图2所示，将鱼苗和水放在储苗桶中，打开存储桶底部的开关，鱼苗随水一起流向鱼道。鱼道的宽度特别大，高度特别小，因此鱼苗基本不会出现上下重叠的情况。在鱼道的正上方固定有摄像装置，开启摄像功能。鱼道尾部连接有分装桶，鱼苗经由鱼道后最终流向分装桶。摄像头记录下待计数鱼苗从储苗桶进入分装桶过程中经由鱼道的视频数据。

2.首帧数据分析及处理

鱼道示意图如图3所示，鱼苗随着水由左向右流动，由于鱼道宽度大，高度非常小，因此很少出现鱼苗上下重叠的情况。拍摄的图像色彩复杂，而鱼道只有鱼道、水、鱼苗三种物质，为方便分析，丢弃原视频文件中的色彩，只保留灰度数据。

首先获取到第一帧数据，原视频文件的分辨率为1920*1080，每一帧图像数据分辨率均为1920*1080。为加快处理速度，且不影响计数效果，降低该帧图像的分辨率。降低倍数确定原则为：降低后每个鱼苗在垂直方向上约占1-5个像素。为保证数据质量，对原视频横纵向进行等比缩小，缩小倍数为10倍。也即缩小后的图像分辨率为192*168。

腐蚀图像，去除图像中存在的部分独立黑点，这些黑点可能是鱼道不整洁、水里有杂质等原因造成。膨胀图像，补偿图像中的空洞像素。

对处理后的图像设置阈值，以110的阈值二值化该帧图像，也即，将所有小于110的像素设为0，所有大于或等于110的像素设为255。使得鱼道背景为白色，鱼苗为黑色。图6是某次实验中某帧图像的截图。图7是某帧经过二值化处理后得到的图。

本实施例中还根据鱼苗大小，对影像降低分辨率。为了对鱼苗计数，在影像上纵向选择5列像素(见图4)，没有鱼苗经过时，像素为白色，鱼苗经过时像素为黑色。鱼苗随水流动由左向右时，个别鱼苗出现沿苗道反向游动，由于鱼道较长，其游动最多经过纵向的两列项目，因此不会造成太大的统计误差。

鱼苗有大有小，有些鱼苗占有一个像素点，有些占有两个像素点，有的占有三个以上的像素点，如果占用一个像素点就按该像素处理，如果占有两个像素点，任选一个处理，如果占有3个以上的像素点，选中间的像素点，被选中的像素称为统计像素(见图5)。

本实施例中提取出列号分别为31、63、95、127、159的五列像素数据，对该五列数进行预处理。逐行遍历，若某一列中连续的黑像素点数量为1，则跳过该像素，不做特别处理；若某一列中连续的黑像素点数量为2，则将第一个像素作为统计像素，将第二个黑像素设为无效像素；若某一列中连续的黑像素点数量大于2，则保留中间位置的黑像素点作为统计像素，其他黑像素点设为无效像素；若检测到无效像素，则直接跳过。在上述过程中，将像素设为无效的具体方式是将像素值设为128。该本实施例中首帧五列处理后像素具体数据见表1：

表1首帧像素数据

将上述首帧数据存入列表作为第一组对比数据。

3.处理其他数据

按照2中所述步骤获取下一帧数据，并对其进行灰度化、降低分辨率、腐蚀、膨胀、二值化、预处理等操作。操作后得到新的列表，列表中包含五组子列表元素，每个子列表元素表示一列数据，包含有108个元素，每个元素表示一个像素点。将该列表与对比数据进行对比：若对比数据为255，且当前数据为0，则当前元素所在列的鱼苗计数值自增1，否则不操作。两个列表对比完成后，将当前列表数据设为对比数据，等待下一帧数据的对比。直至对比到最后一帧。以上遍历过程由计算机完成。

4.界面显示

数据处理结束后，在用户界面中显示每一列的统计结果，所得数据见表2：

表2统计结果

不难发现，本发明实验装置简单，操作过程便捷，不会对鱼苗产生影响以致影响收益；本发明在取样环境理想时，实验误差极小，可以通过动态配置列号屏蔽部分环境问题造成的计数误差；本发明获取鱼苗视频后，计数全过程由计算机程序完成，速度快误差小且无需人工干预，可大大节省人力资源，从而提高效率。