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基于视频的鱼类运动状态监测研究

作　者: 张伟涛
导　师: 胡春海
学　校: 燕山大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 生物水质监测计算机视觉运动模型背景差分颜色阈值骨架提取
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

利用生物水质监测技术建立水环境安全预警系统是目前国内外水质监测研究的热点，以鱼类作为指示生物的生物水质监测技术逐渐成为水环境保护的主要发展方向。现有的鱼类水质监测系统主要是通过实时监测、分析生物个体或群体行为和运动等参数进行水质预警的。借助飞速发展的计算机视觉技术，本文进行了基于视频的鱼类运动状态研究。本文在分析鱼运动特性的基础上，利用鱼体骨架建立鱼体运动模型，从而获取包括速度、尾频、转角等在内的多种鱼体运动参数。其中，对鱼体目标的快速准确的分割和鱼体骨架的精确提取是本文研究的重点，是进行鱼体运动建模的基础。本文主要研究工作归纳如下：研究了视频图像分割算法，提出基于背景差分法和颜色阈值法相结合的鱼体目标分割方法，实现鱼体图像实时、准确分割。介绍了传统骨架提取算法，提出了基于距离变换的鱼体骨架提取方法，解决了传统方法对骨架提取位置不精确和不连续性的问题，快速准确的提取了鱼体骨架。构建基于鱼体骨架的鱼体运动模型。通过对鱼体运动特点的分析，在准确的鱼体目标分割和骨架提取的基础上，提出利用鱼体前体骨架点进行曲线拟合，构建鱼体运动模型，并利用该模型获取鱼体运动参数。通过对鱼体目标的准确分割，鱼体骨架的快速提取，鱼体运动模型的准确构建，以及对鱼体运动参数的分析和语义设计，为后续的基于鱼类的在线水质监测提供丰富的数据。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-18
  1.1 选题背景与意义  10-11
  1.2 生物水质监测技术  11-15
    1.2.1 生物水质监测优点  11-12
    1.2.2 指示生物  12-15
  1.3 论文研究内容  15-18
第2章视频图像处理技术基础  18-26
  2.1 视频的概念和特点  18
  2.2 视频图像的灰度化  18-19
  2.3 常用的运动对象分割方法研究  19-21
    2.3.1 背景差分法  20
    2.3.2 帧差法  20
    2.3.3 光流法  20-21
  2.4 彩色图像分割方法研究  21-24
    2.4.1 直方图阈值法  22
    2.4.2 特征空间聚类  22-23
    2.4.3 基于区域的分割方法  23-24
  2.5 分割方法比较  24-25
  2.6 本章小结  25-26
第3章鱼体目标分割方法研究  26-38
  3.1 鱼体图像增强  26-28
    3.1.1 均值滤波  26-27
    3.1.2 中值滤波  27-28
  3.2 鱼体目标分割算法  28-36
    3.2.1 背景差分法对鱼体图像一次分割  29-30
    3.2.2 基于颜色阈值的鱼体图像二次分割  30-36
  3.3 实验结果分析  36
  3.4 本章小结  36-38
第4章鱼体骨架提取方法研究  38-46
  4.1 骨架提取算法研究  38-41
    4.1.1 几种常见的骨架提取方法  38-41
    4.1.2 骨架提取算法改进  41
  4.2 鱼体单像素轮廓提取  41-43
  4.3 鱼体骨架获取算法实现  43-44
    4.3.1 鱼体关键点计算  43
    4.3.2 梯度  43
    4.3.3 鱼体骨架提取  43-44
  4.4 实验分析  44
  4.5 本章小结  44-46
第5章基于骨架的鱼体目标运动模型  46-57
  5.1 鱼体运动模型构建  46-48
    5.1.1 运动分析及建模  46-47
    5.1.2 骨架点拟合  47
    5.1.3 鱼体运动模型实现  47-48
  5.2 鱼体运动参数  48-52
    5.2.1 速度  48-49
    5.2.2 尾频  49-50
    5.2.3 转角  50
    5.2.4 倾角  50-51
    5.2.5 加速度  51-52
    5.2.6 运动轨迹  52
  5.3 实验环境  52-53
  5.4 语义设计  53-56
  5.5 本章小结  56-57
结论  57-59
参考文献  59-63
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  63-64
致谢  64-65
作者简介  65

基于视频的鱼类运动状态监测研究

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