详情

原文传递一种海洋浮游生物光学成像装置及成像处理方法

专利名称：	一种海洋浮游生物光学成像装置及成像处理方法
摘要：	本发明涉及海洋装备技术领域，具体地说是一种海洋浮游生物光学成像装置及成像处理方法，包括主架体、闪光灯组件、相机组件和主控制单元，闪光灯组件包括旋转驱动装置、旋转叶轮和闪光灯，旋转叶轮通过旋转驱动装置驱动旋转，在旋转叶轮上设有闪光灯，相机组件包括直线驱动装置、光学成像仪和相机镜头基座，相机镜头基座上设有透镜，相机镜头基座内设有光学成像仪，且所述光学成像仪通过直线驱动装置驱动移动以使合适的镜头与所述透镜对位。通过图像处理程序步骤获取海洋生物的种群图像并分类，分析得到该海洋生物种群的分布。本发明利用机器视觉技术实现对海底浮游生物种群和颗粒物质的快速识别及量化，避免对海底浮游生物种群和颗粒物质扰动。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	山东;37
申请人：	中国科学院海洋研究所
发明人：	潘俊;陈磊;于非;刁新源;魏传杰;王延清
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-06T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-26T00:00:00+0800
申请号：	CN201910370129.4
公开号：	CN110057824A
代理机构：	沈阳科苑专利商标代理有限公司
代理人：	许宗富
分类号：	G01N21/85(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	266071 山东省青岛市市南区南海路7号
主权项：	1.一种海洋浮游生物光学成像装置，其特征在于：包括主架体(3)、闪光灯组件(9)、相机组件和主控制单元(4)，闪光灯组件(9)和相机组件均设于主架体(3)上，所述闪光灯组件(9)包括旋转驱动装置(19)、旋转叶轮(20)和闪光灯，所述旋转叶轮(20)通过所述旋转驱动装置(19)驱动旋转，在所述旋转叶轮(20)上沿着圆周方向均布有多个闪光灯，所述相机组件包括直线驱动装置(21)、光学成像仪(22)和相机镜头基座(10)，所述相机镜头基座(10)朝向所述闪光灯组件(9)的一侧设有透镜(23)，在所述相机镜头基座(10)内设有光学成像仪(22)，且所述光学成像仪(22)通过所述直线驱动装置(21)驱动移动以使合适的镜头与所述透镜(23)对位，所述旋转驱动装置(19)、闪光灯、直线驱动装置(21)和光学成像仪(22)均通过所述主控制单元(4)控制。 2.根据权利要求1所述的海洋浮游生物光学成像装置，其特征在于：所述主架体(3)内设有闪光灯单元(8)和相机驱动单元(11)，所述闪光灯单元(8)和相机驱动单元(11)平行设置且后端均与主控制单元(4)前端相连，所述闪光灯组件(9)设于闪光灯单元(8)前端，所述相机镜头基座(10)设于相机驱动单元(11)前端，且所述相机驱动单元(11)内设有所述直线驱动装置(21)。 3.根据权利要求2所述的海洋浮游生物光学成像装置，其特征在于：所述闪光灯单元(8)内设有为旋转驱动装置(19)和闪光灯供电的驱动电源(18)，且所述驱动电源(18)通过主控制单元(4)控制通断电。 4.根据权利要求3所述的海洋浮游生物光学成像装置，其特征在于：所述主控制单元(4)包括监控控制器(16)和嵌入式PC模块(17)，所述直线驱动装置(21)和驱动电源(18)通过所述嵌入式PC模块(17)控制，所述光学成像仪(22)通过所述监控控制器(16)监控；所述主控制单元(4)通过连接缆(12)与一个数据综合处理及分析单元(14)相连；所述主控制单元(4)上设有电池组件(5)和数据存储单元(15)。 5.根据权利要求1所述的海洋浮游生物光学成像装置，其特征在于：所述主架体(3)内设有叶绿素浊度传感器(2)和温盐深传感器(6)；所述主架体(3)上侧设有上导流翼板(1)、下侧设有下导流翼板(7)；所述主架体(3)呈前小后大的梭形；所述主架体(3)上设有预留挂载孔。 6.一种海洋浮游生物光学成像处理方法，其特征在于，包括以下步骤：主控制单元(4)接收数据综合处理及分析单元(14)的指令，控制闪光灯组件(9)照射海洋生物，控制相机组件采集海洋浮游生物的原始图像，控制叶绿素浊度传感器(2)和温盐深传感器(6)采集海洋数据并存储，通过图像处理的程序步骤获取海洋生物的种群图像类别并分类，用于分析得到该海洋生物种群的分布。 7.根据权利要求6所述的一种海洋浮游生物光学成像处理方法，其特征在于：主控制单元(4)输出信号控制旋转驱动装置(19)使旋转叶轮(20)转动，从而旋转叶轮(20)上沿着圆周方向均布的多个闪光灯照射海洋生物；所述主控制单元(4)输出信号控制直线驱动装置(21)驱动光学成像仪(22)在各个透镜(23)之间切换位置，对海洋生物进行对焦拍照。 8.根据权利要求6所述的一种海洋浮游生物光学成像处理方法，其特征在于：所述图像处理的程序步骤包括： a.加载采集的海洋浮游生物的原始图像； b.对原始图像进行预处理与对焦物体检测、分段阈值计算、梯度分析，初步获取海洋浮游生物的轮廓； c.特征向量提取的步骤：在样本空间构建最优超平面；计算不同样本集与超平面之间的分离距离；计算每个分离距离的均值矩阵和距离矩阵并归一化处理；计算上述归一化后矩阵的对比度、校正度、方差作为特征向量； d.多环境因子参数分析：根据各个传感器获取的温度值、电导率值、压力值、光学叶绿素浓度、浑浊度值、经纬度值分析所在观测位置的剖面生物丰度分布、水文环境因子分布； e.机器学习及深度学习的步骤：在特征向量提取后的图像中插入预设数量的特征点并筛选比较，获取浮游生物的种类特征图像并存储至图像专家库用于深度学习；对图像专家库中存储的图像，采用非线性变换提取多层次多角度特征，根据不同种类的目标形态特征选择具有不同大小、形状和方向特性的结构元素用于学习浮游生物的种群类别，获取自适应特征选取的快速线形分类器； f.利用自适应特征选取的快速线形分类器处理现场采集的图像，按照判别的种群类别对图像进行分类，再结合人工鉴定剔除分类错误的图像。 9.根据权利要求8所述的一种海洋浮游生物光学成像处理方法，其特征在于：还包括根据该种群的丰度数据和环境因子参数，分析得到该种群的分布。 10.根据权利要求8所述的一种海洋浮游生物光学成像处理方法，其特征在于：所述预处理与对焦物体检测包括采用灰度校正、图像分割并标记；所述分段阈值计算包括根据设定的阈值进行二值化处理，对感兴趣的区域ROI计算相邻像素的灰度差并设置sobel参数。
所属类别：	发明专利