【摘要】：近年來,隨著我國水產養(yǎng)殖業(yè)的蓬勃發(fā)展,精細化、智能化養(yǎng)殖方式逐漸成為主要趨勢。水產養(yǎng)殖中魚群投喂量的精準控制問題受到越來越多的重視。但是目前魚群投喂仍主要以人工觀察投喂或機器投喂為主,無法根據(jù)魚群的實際攝食行為變化以及生長情況進行精準控制,從而造成飼養(yǎng)成本上升以及水質環(huán)境的惡化,影響魚群的健康生長。因此,通過研究分析魚群的攝食行為指導投喂設備進行精準投喂,對于提高水產養(yǎng)殖效益具有重要意義。隨著計算機技術的快速發(fā)展,通過計算機視覺技術研究魚類群體的行為成為一種重要手段。針對池塘養(yǎng)殖中的水質渾濁,魚群檢測精度不高等問題,本文以彩鯉為實驗對象,借助計算機視覺技術觀察魚群的攝食變化過程,提出一種量化魚群的攝食狀態(tài)的研究方法,進而采用SVM模型對魚群的攝食行為進行檢測。主要研究工作如下:(1)魚群攝食圖像預處理研究:在池塘養(yǎng)殖環(huán)境下,通過建立視頻采集系統(tǒng)獲取魚群攝食前后游動過程的圖像數(shù)據(jù)。對獲取的魚群圖像采用中值濾波、直方圖均衡化預處理方法減少圖像噪聲干擾并獲取高質量圖像,提高魚群圖像對比度。通過自適應高斯背景建模法去除水面背景,提取前景魚群灰度圖像。(2)魚群攝食行為特征提取方法研究:針對魚群游動攝食過程中水面波紋抖動及反光現(xiàn)象,本文采用圖像紋理表征整個魚群的攝食活動強度及攝食魚群數(shù)量的變化,共提取出魚群圖像的能量、逆差矩、對比度和熵共四個紋理特征。由于魚群攝食過程環(huán)境復雜多變且攝食前后運動過程不一,采用Lucas-Kanade光流法獲取魚群個體的運動方向矢量,再通過建立方向直方圖統(tǒng)計魚群的方向矢量分布,并以方向熵特征量化魚群整體的運動混亂程度。通過結合魚群靜態(tài)圖像紋理特征與動態(tài)光流方向熵特征來量化魚群的攝食狀態(tài)變化,可以防止對低密度魚群圖像產生誤判,有助于提高檢測精度。(3)魚群攝食狀態(tài)檢測識別研究:將提取的魚群攝食圖像紋理特征及光流運動方向熵特征采用SVM分類器進行訓練檢測,并對SVM模型結果進行評價和分析。為體現(xiàn)本文方法效果,將本文魚群攝食行為檢測結果與基于形狀和紋理的魚群攝食行為檢測結果進行對比分析。實驗結果表明,本文方法檢測準確度達到97%,檢測精度提高4.5%,可以較好地解決池塘養(yǎng)殖環(huán)境下的魚群攝食行為檢測問題。本文方法能夠用于指導水產養(yǎng)殖精準投喂難題的解決,在隨后的研究中可以建立魚群的投喂控制策略,以更好地應用于智能餌料投喂設備的研究。
【圖文】：

(a) 池塘養(yǎng)殖 (b) 網(wǎng)箱養(yǎng)殖(a) Pond culture (b) Cage culture圖 1-1 常見水產養(yǎng)殖方式Fig. 1-1 Common methods of farming隨著近年來水產養(yǎng)殖規(guī)模的不斷擴大，，一種技術更加先進、養(yǎng)殖效率更高的工廠集約化養(yǎng)殖方式更受歡迎，其采用循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng) RAS（RecirculatingAquacultureSystem）能夠有效提高水資源利用率、所需占地面積更少且養(yǎng)殖環(huán)境可控，使得魚類養(yǎng)殖養(yǎng)殖水產品發(fā)病率較低并保證了水產品質量安全[15]。該系統(tǒng)主要由養(yǎng)殖池、消毒裝置、增氧裝置、水質監(jiān)測設備、微濾機、沉淀池、固液分離裝置、生物濾池、泡沫去除器等設備組成，系統(tǒng)基本組成原理如圖 1-2 所示。循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)所需的水體通過消毒裝置及增氧裝置消毒殺菌并增氧后進入養(yǎng)殖池內，可以為魚群提供安全健康的水質環(huán)境。水質監(jiān)測設備實時監(jiān)測控制養(yǎng)殖水體的溫度、溶解氧濃度等水質參數(shù)。養(yǎng)殖池另一端連接至微濾機，能夠將魚群排出的糞便及水體中的殘餌濾除進沉淀池，可以防止養(yǎng)殖水體產生有害物質從而威脅魚群的健康，過濾后的水體經固液分離裝置、生物濾池以及泡沫去除器等多

圖 1-3 循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)設備圖ig.1-3 The equipment picture of Recirculating aquaculture system魚群攝食投喂研究現(xiàn)狀準攝食投喂難題是制約水產養(yǎng)殖向更高效率發(fā)展的重要餌料成本占比較高，解決魚類的精準投喂難題不僅對于重要意義，而且能有效減少養(yǎng)殖人員的養(yǎng)殖成本。解決題，需要根據(jù)養(yǎng)殖魚群的實際攝食需求，在合適的時間生長所必須的營養(yǎng)[18]。目前針對養(yǎng)殖水產品的攝食投象的攝食節(jié)律變化活動進行投喂。養(yǎng)殖對象的攝食節(jié)律喂方式及投喂時間有關，因此量化魚群的攝食行為活動鍵。魚類攝食行為的研究大多是通過設備觀測的非接觸式方全面準確的了解魚類的生活規(guī)律、也不需要影響魚類的
【學位授予單位】：上海海洋大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：S931;TP391.41

【參考文獻】

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本文編號：2606301