一种对虾数量和体型水下快速检测设备

1.本实用新型涉及对虾测量技术领域，尤其是涉及一种水下环境对虾数量统计和体型检测的设备。


背景技术：

2.在对虾的遗传育种选种和对虾养殖工作过程中，需要大量频繁的统计对虾的数量，测量虾的体长和体宽数据，一方面进行遗传学选育研究，另一方面制定喂养方案和投食量。传统的测量方法是根据抽样进行数量估计；离水状态人工用尺子来测量对虾体型。这样的测量和统计对虾应激性大，甚至造成伤害和死亡，而且测量的误差大，耗费时间长，费时费力，工作效率低。
3.为了解决上述问题，专利号为201710291930.0，专利名称为《一种对虾测量系统及其测量方法》的发明专利提出了一种既能减小虾伤害，又能提高测量精确度的方法。该专利通过将虾放入透明水槽，进行拍摄，然后再将拍摄的图像上传至计算机，利用软件进行处理识别。但是该方法存在下述缺点：(1)拍摄不全面，进而导致测量的准确性差；(2)拍摄的环境不稳定，容易受到外界光线的干扰，导致图片质量差，测量存在误差；(3)需要反复打捞虾，虾受到的伤害大；(4)测量操作不方便，而且耗费时间长，工作效率低。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是克服现有技术中的不足，提供一种提高数量统计准确性、测量精确性和测量效率的对虾数量和体型水下快速检测设备。
5.这种对虾数量和体型水下快速检测设备，具备对虾通过感应功能、防水功能和遮光功能。其结构包括图像采集暗箱、前端导引箱、后端导引箱、光源、工业相机、光电感应器、方形透明管道、喇叭口通道、防水电控活动挡板、多边形通道、潜水泵、计算机以及电源和控制器；
6.供对虾水下通过的方形透明管道贯穿于图像采集暗箱内，且方形透明管道的两端穿出图像采集暗箱分别插入前端导引箱和后端导引箱；
7.工业相机固定于图像采集暗箱顶部，能采集方形透明管道内通过的对虾图像；
8.工业相机连接计算机；
9.光源设于图像采集暗箱顶部两侧；
10.光电感应器设于图像采集暗箱顶部靠近方形透明管道入口侧，能感应对虾通过；
11.控制对虾通过的防水电控活动挡板安装在前端导引箱顶部，并位于方形透明管道入口处；
12.光源、工业相机、光电感应器和防水电控活动挡板连接外部的电源和控制器，电源和控制器由计算机内的控制模块控制。
13.作为优选：具有对虾通过控制功能的前端导引箱，前端导引箱和待测对虾通道相连或放置于对虾待测区水域。
14.作为优选：前端导引箱内设有供对虾进入的喇叭口通道，喇叭口通道大端口为对虾进入入口，图像采集暗箱内伸出的方形透明管道插入喇叭口通道小端口。
15.作为优选：防水电控活动挡板穿过喇叭口通道的喇叭口通道顶部口，防水电控活动挡板的网格挡板放下时和图像采集暗箱内伸出的方形透明管道接触，不影响水通过，可阻止对虾通过；防水电控活动挡板由电源和控制器控制，电源和控制器由计算机内的控制模块控制；通过控制防水电控活动挡板，实现对虾通道的开启与关闭。
16.作为优选：前端导引箱顶部设有前端导引箱电源和数据线连接孔，电源和数据线与电源和控制器相连。
17.作为优选：前端导引箱一端的前端导引箱装配孔与图像采集暗箱的暗箱装配孔对准连接。
18.作为优选：具有水流引导控制功能的后端导引箱，后端导引箱和测量完成对虾通道相连或放置于测量完成水域。
19.作为优选：后端导引箱内设有供完成测量对虾离开的多边形通道，其多边形通道小端口为对虾出口，图像采集暗箱内伸出的方形透明管道插入多边形通道大端口，多边形通道顶部开潜水泵入水口即多边形通道顶部口。
20.作为优选：后端导引箱顶部设有具有定向水流引导功能的潜水泵，其潜水泵出水口通过水管连接到对虾待测区水域，通过潜水泵调节对虾待测区和测量完成区的水压，产生辅助定向水流；潜水泵连接电源和控制器。
21.作为优选：后端导引箱顶部设有后端导引箱电源和数据线连接孔，电源和数据线与电源和控制器相连。
22.作为优选：后端导引箱一端的后端导引箱装配孔与图像采集暗箱的暗箱装配孔对准连接。
23.作为优选：所述图像采集暗箱内壁设有漫反射反光层。
24.作为优选：所述计算机包括连接工业相机的图像采集和识别模块，连接图像采集和识别模块的数据分析和存储模块，以及连接电源和控制器的控制模块。
25.作为优选：图像采集暗箱顶部具有防水密封功能的暗箱电源和数据线连接孔，电源和数据线与计算机及电源和控制器相连。
26.本实用新型的有益效果是：
27.1、本实用新型采用封闭暗箱可隔绝外部光源，避免外界光线对拍摄的图像的准确性产生影响；暗箱内部光源可为工业相机拍摄时提供稳定的照明；暗箱内壁设有漫反射反光层，使得采集光照更均匀稳定，采集图像质量更高，数据分析效果更准确。
28.2、为了实现水下环境对虾自然状态下的高速图像采集和测量，本实用新型采用对虾水道的方式连接对虾待测区和测量完成区，对虾水道由透明管道和前后两个导引管道组成；前端导引箱和待测对虾通道相连或放置于对虾待测区水域，内置的喇叭形管道有利于对虾的进入；后端导引箱和测量完成对虾通道相连或放置于测量完成水域。
29.3、为了实现对虾高效率通过测量水道，本实用新型在对虾待测区和完成测量区之间利用外部水循环形成定向水流，驱赶对虾从前端导引箱快速进入本实用新型设备，完成测量后从后端导引箱快速离开；本实用新型的后端导引箱内的潜水泵，调节对虾待测区和测量完成区的水压，辅助产生稳定的定向水流将，加快对虾快速稳定的通过测量通道。
30.4、为了实现对虾有序通过测量通道，防止对虾重叠通过，甚至挤压，本实用新型在前端导引箱对虾通道入口安装了防水电控活动挡板，在透明管道前端安装了光电感应器，实现了对虾的有序通过和测量。
31.5、本实用新型通过图像采集暗箱、前端导引箱、后端导引箱、工业相机、光电感应器、方形透明管道、防水电控活动挡板等装置的相互配合，能在水下对虾自然通过状态进行对虾数量统计、体型测量和图像采集，测量准确性高，速度快，效率高，并且对虾产生的应激性小，对对虾造成的伤害小。
附图说明
32.图1为对虾数量和体型水下快速检测设备的装配件外观示意图；
33.图2为对虾数量和体型水下快速检测设备的拆件外观示意图；
34.图3为前端导引箱示意图；
35.图4为对虾数量和体型水下快速检测设备的装配件内部结构示意图；
36.图5为对虾数量和体型水下快速检测设备的拆件内部结构示意图；
37.图6为多边形通道示意图；
38.图7为喇叭口通道示意图；
39.图8为本实用新型的应用原理图。
40.附图标记说明：图像采集暗箱1、暗箱电源和数据线连接孔1_1、暗箱装配孔1_2、前端导引箱2、前端导引箱电源和数据线连接孔2_1、前端导引箱装配孔2_2、后端导引箱3、后端导引箱电源和数据线连接孔3_1、后端导引箱装配孔3_2、光源4、工业相机5、光电感应器6、方形透明管道7、喇叭口通道8、喇叭口通道小端口8_1、喇叭口通道大端口8_2、喇叭口通道顶部口8_3、防水电控活动挡板9、网格挡板9_1、多边形通道10、多边形通道小端口10_1、多边形通道大端口10_2、多边形通道顶部口10_3、潜水泵11、潜水泵出水口11_1、计算机12、图像采集和识别模块12_1、数据分析和存储模块12_2、控制模块12_3、电源和控制器13、待测区水域14、测量完成水域15。
具体实施方式
41.下面结合实施例对本实用新型做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
42.实施例一
43.本技术实施例一提供一种对虾数量和体型水下快速检测设备的组成和参数配置，包括图像采集暗箱1、前端导引箱2、后端导引箱3、光源4、工业相机5、光电感应器6、方形透明管道7、喇叭口通道8、防水电控活动挡板9、多边形通道10、潜水泵11、计算机12和外部控制器13。
44.图像采集暗箱1和前端导引箱2通过暗箱装配孔1_2和前端导引箱2_2对接固定，图像采集暗箱1和后端导引箱3通过暗箱装配孔1_2和后端导引箱装配孔3_2对接固定。在本实施例中，图像采集暗箱1的尺寸：40*40*40cm，密封防水。前端导引箱2尺寸：40*40*30cm。后
端导引箱3尺寸：40*40*20cm。
45.所述方形透明管道7由高强度高透光度亚克力材质制成。方形透明管道7供种虾通水通过。该方形透明管道7贯穿于图像采集暗箱1内，且方形透明管道7的两端穿出图像采集暗箱1分别联通前端导引箱2和后端导引箱3。考虑到光学畸变对采集精度的影响，所述方形透明管道7采用正方形截面形状截面尺寸：10*10cm。方形透明管道7长50cm，贯穿于图像采集暗箱1内，两侧各超出5cm分别插入前端导引箱2的喇叭口通道8内和后端导引箱3的多边形通道10内。所述方形透明管道7内设置沿管道长度方向延伸的标尺，即采用带标准刻度的定标尺雕刻于上述方形透明管道7边缘，通过成像系统进行定标测试，建立采集图像的像素单位和实际物理尺寸直接的对应关系。在实际应用中，分别针对不同区域、不同角度的情况进行测试，建立多组系数，实现整体范围内的校正方程。特别说明的，针对不同尺寸种虾进入方形透明管道7后的标定问题，可以由上述“在实际应用中，分别针对不同区域、不同角度的情况进行测试，建立多组系数，实现整体范围内的校正方程。”方案进行解决。
46.所述光源4设于图像采集暗箱1顶部两侧，所述图像采集暗箱1内壁设有反光层，即图像采集暗箱1的内壁采用特殊涂料，为光源4的混光提供良好的反射条件。图像采集暗箱1主要用于保障种虾图像采集环境不受杂散的环境光干扰。通过图像采集暗箱1内壁反光层的漫反射照明方形透明管道7和管内对虾，避免直射，也防止在方形透明管道7产生倒影。为了提高采集速度，工业相机4曝光时间较短，需要较强光照。而且根据需要通过外部控制器和计算机控制模块进行光照亮度调节。在本实施例中，光源4采用带状led照明，光照通过图像采集暗箱1内壁多次反射，保证均匀混光，为图像采集提供良好照明。考虑到图像识别、颜色识别和测量，光照需要在1500lux左右。
47.所述工业相机5能采集方形透明管道7内通过的对种虾图像，当然，也可以增加工业相机5的数量，分布于方形透明管道7外围，进而能多角度更全面拍摄方形透明管道7内对虾的图像。在本实施例中，拟采用相机参数如下：传感器2/3"sony imx250帧曝光cmos；分辨率1920*1200；像元尺寸5.86μm*5.86μm；最高帧率168fps，千兆网卡接口。
48.所述光电感应器6位于图像采集暗箱1顶部靠近方形透明管道7入口处，能快速检测对虾通过。在本实施例中，拟采用光电传感器参数如下：光电传感器开关欧姆龙e3z-d61，扩散反射型光电开关，连接方式为导线连出，检测距离5-100mm可调，放大器内置，npn输出。扩散反射型光电开关无需反射板，安装使用方便，检测距离和灵敏度可调，根据光电传感器探头和透明管道7距离调节合适距离。
49.所述防水电控活动挡板9位于前端导引箱2内，放下是正好挡住方形透明管道7入口，网格挡板可阻止对虾通过，水流可以正常通过。从而实现对虾有序通过测量通道，防止过多对虾重叠通过，甚至挤压的情况出现。在本实施例中，拟采用电机参数如下：申力sl42s260a2，两相步进电机，尺寸42*42*60mm防水等级最高可达ip68。当光电感应器检测到对虾通过，即传递信号给外部控制器，由计算机控制模块和外部控制器关闭入口活动挡板，水流可以通过，阻止后续对虾通过。当工业相机和计算机完成对虾的采集、识别、数量统计、测量和存储后，重新打开活动挡板，让后续对虾进入。从而实现对虾的有序通过和测量。
50.所述潜水泵11位于后端导引箱3内，形成对虾待测区和测量完成区的水压差，可以产生辅助定向水流，帮助对虾快速通过，防止对虾长时间在方形透明管道7内逗留。在本实施例中，拟采用潜水泵参数如下：中科直流潜水泵zp1-600，额定电压直流12v，额定功率
12w，静态扬程2.5m，静态流量10l/min，尺寸76*54*67mm，潜水泵出水口11_1直径13mm。
51.所述电源和控制器13连接光源4、工业相机5、光电感应器6、防水电控活动挡板9、潜水泵11，为这些设备提供电源，采集状态和提供控制信号。电源和信号线分别通过暗箱电源和数据线连接孔1_1、前端导引箱电源和数据线连接孔2_1和后端导引箱电源和数据线连接孔3_1引出至外部，连接到电源和控制器13上。在本实施例中，所有线长至少5米。
52.所述计算机12连接工业相机5图像数据接口，该计算机包括图像采集和识别模块12_1和数据分析和存储模块12_2和控制模块12_3。所述图像采集和识别模块12_1连接工业相机5，图像采集和识别模块12_1连接数据分析和存储模块12_2。计算机12内的控制模块12_3还和控制器相连，采集设备运行状态，并协调设备控制。
53.对虾待测区和完成测量区，可以是两个养殖池子，通过水道连接，本实用新型设备放置于水道中。对虾待测区和完成测量区也可以是同一个养殖池通过人工虾网隔离实现。
54.本装置用于对虾数量统计和体型测量，即能准确识别对虾并计数统计，并能测量对虾体型轮廓尺寸。从而可以分析对虾的生长情况，为育种选种提供准确的数据支持，也可以为不同对虾生长阶段的饲养方案提供准确的数据支持。而且根据种虾喜暗、爱钻孔的特点设计，能减少人与种虾的接触，进而减小种虾的伤害。
55.实施例二
56.本技术实施例二提供一种对虾数量和体型水下快速检测设备的检测方法，测量时，种虾可逐一通过透明管道，通过工业相机采集种虾图像；计算机进行处理、分析和存储；对虾可自然钻入透明管道内，减少人为劳动量，提高测量效率和速度；计算机的图像采集和识别模块可识别种虾的轮廓和头尾器官；图像分析和存储模块可统计对象数量和测量尺寸信息，并对信息进行存储。具体包括以下步骤：
57.s1、设备安装：图像采集暗箱1与前端导引箱2通过暗箱装配孔1_2和前端导引箱装配孔2_2对接固定，图像采集暗箱1和后端导引箱3通过装配孔1_2和后端导引箱装配孔3_2对接固定。
58.s2、预处理：将装配完成的设备放置于待测水池中，其中前端导引箱与对虾待测区水域相连，后端导引箱与测量完成区水域相连，保证贯穿暗箱的透明管道完全进水。对虾待测区和完成测量区也可以是同一个养殖池通过人工虾网隔离实现。在对虾待测区和完成测量区之间利用外部水循环形成定向水流，驱赶对虾从前端导引箱快速进入本设备，完成测量后从后端导引箱快速离开。开启潜水泵、光源、工业相机和光电感应器；潜水泵辅助产生稳定的定向水流，加快对虾快速稳定的通过测量通道。
59.s3、开启通道：控制模块通过控制器打开防水电控活动挡板，供对虾通过喇叭形通道进入透明管道。
60.s4、通过检测：透明管道入口侧的光电感应器检测到有对虾进入通道，防水电控活动挡板控制活动挡板合上,防止过多对虾进入透明管道。
61.s5、图像采集：工业相机采集对虾图像，然后传输至计算机。
62.s6、图像识别：计算机的图像采集和识别模块对图像进行处理，识别对虾目标；图像识别过程中，图像采集和识别模块采用机器学习算法进行多目标识别，当存在多个对虾时，进行多目标识别，获得多目标图像。判断对虾目标数量，并分别测量体型数据。在本实施例中，通过adaboost目标识别对虾，姿态水平矫正后测量体长和体宽。
63.s7、数据分析和存储：图像识别模块将识别的信息传输至数据处理和存储模块，进行对虾数量和体型测量，并存储相应数据；
64.当对虾有弯曲姿态时，图像数据分析和存储模块采用轮廓周长线积分方法进行计算，计算目标的联通轮廓，进行矫正和测量，提高测量的准确性；
65.当对虾有部分重叠时，采用机器学习器官目标定位和图形形态学进行多目标识别、提取和恢复。本实施例中，分别定位对虾头部和对虾尾巴，根据轮廓特征进行配对分离，从而分别提取不同的目标对象，然后进行数据测量。该算法可以有效保证测量数据的完整性和准确性。
66.s8、目标清空判决：当图像采集区不再识别到新的对虾目标，回到步骤s3，继续检测。
67.本方法用于对虾数量统计和体型测量，能准确识别对虾进行计数统计，并能测量对虾体型轮廓尺寸，为育种、选种和饲养方案提供准确的数据支持。本实施例中，数量统计准确率达到99％；体长测量准确率达到96％，体宽准确率达到94％；对虾检测速度达到6800尾/天，实际应用中，可以调节测量通道水流速度，进一步提高检测速度。
68.显然，所描述的实施例以对虾为对象进行数量统计、体型测量和图像采集，这仅仅是一种物种实施例，但本实用新型公开的设备还适用于其他小型鱼类和虾类。基于本实用新型中的对虾监测实施例，在没有做出创造性结构设计的前提下所获得的其他水生物种监测实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。