一种基于双目视觉考虑形体约束的鲸目动物体长测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于双目视觉考虑形体约束的鲸目动物体长测量方法，通过对于目标鲸目类动物的图像进行收集，经过一系列的前处理后，通过左右视图的立体匹配，进而获取带有深度信息的视差图。进一步地，通过对鲸目类动物已标记的形心以及其他主要部位的像素位置提取，从而去准确地由视差图获取目标部位的三维坐标，本发明专利技术还考虑了鲸目类动物的摆尾状态，并且引入其体态的结构特点对于摆尾幅度进行估算；而对于大幅摆尾状态的鲸目类动物，则基于姿态点去对目标鲸目类动物进行形体划分，进而采用两段计算体长的办法进行体长计算。由此，经过不同的推导即可获取目标鲸目类动物的体长值。体长值。体长值。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双目视觉考虑形体约束的鲸目动物体长测量方法


[0001]本专利技术属于鲸目类动物体长测量
，具体涉及一种基于双目视觉考虑形体约束的鲸目动物体长测量方法。

技术介绍

[0002][0003]当前人们主要通过对鲸目类动物的监测来实现对其保护。而对于鲸目类动物的监测主要集中在其种群数量、分布位置以及个体发育体长、重量等指标。其中个体体长作为监测的基础指标之一，在过去往往只能在死亡或者搁浅的个体上进行测量，但是该方法显然无法起到预先保护监测的作用；而对于一般鱼类等水中生物的体长测量，主要依靠人工测量等传统手段，一般通过卡尺等工具测量打捞出来的活鱼，然而这些办法容易致使抵抗力差的鱼类感染，与此同时，对需要得到重点保护的鲸目类动物而言，捕捞测量的手段显然是不合适的。另外，目前虽然有视觉技术应用于鱼类的体长测量，但其通常仅针对于小型鱼类，并且仅依靠头尾简单取点进行体长的估计，最终的估算效果一般，同时其还未考虑鱼类姿态如摆尾对于体长计算的影响，导致其计算精度有限，因此该方法显然无法适应体态结构复杂的鲸目类动物。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于双目视觉考虑形体约束的鲸目动物体长测量方法，以解决鱼类的体长仅依靠头尾简单取点进行体长的估计，最终的估算效果一般，同时其还未考虑鱼类姿态如摆尾对于体长计算的影响，导致其计算精度有限，因此该方法显然无法适应体态结构复杂的鲸目类动物的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于双目视觉考虑形体约束的鲸目动物体长测量方法，具体步骤如下：
[0006]步骤一：相机的准备以及环境确认，以便对标定板以及目标鲸目类动物进行拍照；
[0007]步骤二：对获取的标定图片进行处理，以便获取相机的各种参数信息，同时在获取目标鲸目类动物的图像后，对目标图像的左右视图进行直方图均衡化的预处理，以适当提升图像亮度；
[0008]步骤三：对直方图均衡化的图像进行双边滤波，以便去除图像的噪点；
[0009]步骤四：将滤波后的左右视图进行立体匹配操作，进而获取立体匹配修正后的视图，同时也获取到目标的视差图；
[0010]步骤五：以修正左视图作基准为例，通过Canny算子进行边缘提取；
[0011]步骤六：利用提取边缘的图片进行形心识别标记；
[0012]步骤七：进行目标部位的像素位置提取，所指目标位置即为形心、头前部、左胸鳍、右胸鳍、左尾鳍、右尾鳍，所选取的目标部位经过前面的预处理后均为明确位置；
[0013]步骤八：通过视差图以及步骤七所提取的目标位置的像素位置，可以便捷地获取
目标位置的三维空间坐标，获取的三维坐标可则用于以下的空间计算，以便获取目标鲸目类动物的体长；
[0014]步骤九：获取重点部位的三维坐标后，首先对于鲸目类动物的游动姿态进行判断，具体判断为针对其尾鳍的上下摆动。
[0015]鲸目类动物的形心标记在其表面图像的上部，鲸目类动物的胸鳍一般分布在其体高的中下部，通过形心以及胸鳍约束点q找到姿态点P，而姿态点的计算如下公式：
[0016][0017][0018]以头部与姿态点连接线作为水平标准，摆动角γ＝30
°
，当尾鳍相对摆动角γ不大于30
°
时，即不考虑摆动位置关系，采用近似直线姿态的空间计算，在此引入头部点以及鳍隔点进行计算；当尾鳍相对摆动角γ大于30
°
时，则需要对于计算空间进一步进行分解考虑，引入头部、姿态点以及尾鳍相对位置关系进行计算；
[0019]步骤十：
[0020](1)、当尾鳍相对摆动角γ不大于30
°
时，即鲸目类动物正常游行摆动，鲸目类动物姿态视作直线姿态，通过视差空间计算，即可获取目标鲸目类动物的体长，
[0021](2)、当尾鳍相对摆动角超过30
°
的，引入空间侧面图进行分析。将鲸目类动物的体长分为两段计算，即头部到姿态点段与姿态点到尾鳍段，而姿态点的计算受鲸目类动物的左右胸鳍以及形心位置的约束，鳍隔位置的计算则受左右尾鳍位置的约束，计算公式已在前面的步骤中给出；
[0022]步骤十一：最终，鲸目类动物体长则以分段方式进行计算，即
[0023][0024][0025]l＝l1+l2。
[0026]优选的，所述步骤一相机摆放位置在目标鲸目类动物的前上方，所述步骤二中参数包括左相机内参矩阵M
l
，右相机内参矩阵M
r
，旋转矩阵R，平移矩阵T，左相机畸变distCoeffL，右相机畸变distCoeffR。
[0027]优选的，步骤二中采用Matlab双目标定程序进行标定，步骤五中的Canny 边缘检测算子是一种多级边缘检测算法，步骤五中采用OpenCV平台的SGBM 算法进行立体匹配。
[0028]优选的，所述步骤十中由于鲸目类动物尾鳍发育为水平，并且鲸目类动物转向主要依靠胸鳍以及左右尾鳍角度的细致配合，因此对于鲸目类动物的姿态判断主要针对其尾鳍的上下摆动。
[0029]优选的，步骤十中利用鲸目类动物的形心标记在其表面图像的上部且鲸目类动物具有一定的体高，直接利用标记的形心作为体态分割的计算点容易增加计算的误差，而鲸
目类动物的胸鳍一般分布在其体高的中下部，因此可以考虑引入其胸鳍位置对于形心位置进行修正。
[0030]本专利技术的技术效果和优点：
[0031]1、本专利技术通过鲸目类动物自身形体分布的约束对于形体进行了有效的分解，对于体长计算的精度有着明显的提高作用，通过对于目标鲸目类动物的图像进行收集，经过一系列的前处理后，通过左右视图的立体匹配，进而获取带有深度信息的视差图，进一步地，通过对鲸目类动物已标记的形心以及其他主要部位的像素位置提取，从而去准确地由视差图获取目标部位的三维坐标，再进一步地将鲸目类动物的一般体态结构进行分解，首先得到头前部位置，然后通过胸鳍分布以及形心位置共同约束得到姿态点，通过左右尾鳍约束得到鳍隔位置，基于此三点最终再转换至空间进行计算鲸目类动物的体长；
[0032]2、本专利技术还考虑了鲸目类动物的摆尾状态，并且引入其体态的结构特点对于摆尾幅度进行估算。通过摆尾角判定鲸目类动物的体长采用何种计算方式。对于近直线游态的鲸目类动物体长的估计中，首先确定头前部空间位置，进而结合尾鳍确定的鳍隔位置，最终采取空间两点的距离计算办法去计算体长；而对于大幅摆尾状态的鲸目类动物，则基于姿态点去对目标鲸目类动物进行形体划分，进而采用两段计算体长的办法进行体长计算，由此，经过不同的推导即可获取目标鲸目类动物的体长值，该方法具有无接触，无伤害以及准确率高的优势，为需要考虑鲸目类动物体长测量的相关设备开发提供新的思路，将鲸目类动物进行两段分割进行体长计算的思想，考虑了鲸目类动物的摆动等情况，并且通过自身形体的约束使得其计算点位选取更加合理，使得计算体长的结果更加准确。
附图说明
[0033]图1为本专利技术一种基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双目视觉考虑形体约束的鲸目动物体长测量方法，具体步骤如下：步骤一：相机的准备以及环境确认，以便对标定板以及目标鲸目类动物进行拍照；步骤二：对获取的标定图片进行处理，以便获取相机的各种参数信息，同时在获取目标鲸目类动物的图像后，对目标图像的左右视图进行直方图均衡化的预处理，以适当提升图像亮度；步骤三：对直方图均衡化的图像进行双边滤波，以便去除图像的噪点；步骤四：将滤波后的左右视图进行立体匹配操作，进而获取立体匹配修正后的视图，同时也获取到目标的视差图；步骤五：以修正左视图作基准为例，通过Canny算子进行边缘提取；步骤六：利用提取边缘的图片进行形心识别标记；步骤七：进行目标部位的像素位置提取，所指目标位置即为形心、头前部、左胸鳍、右胸鳍、左尾鳍、右尾鳍，所选取的目标部位经过前面的预处理后均为明确位置；步骤八：通过视差图以及步骤七所提取的目标位置的像素位置，可以便捷地获取目标位置的三维空间坐标，获取的三维坐标则可用于以下的空间计算，以便获取目标鲸目类动物的体长；步骤九：获取重点部位的三维坐标后，首先对于鲸目类动物的游动姿态进行判断，具体判断为针对其尾鳍的上下摆动。鲸目类动物的形心标记在其表面图像的上部，鲸目类动物的胸鳍一般分布在其体高的中下部，通过形心以及胸鳍约束点q找到姿态点P，而姿态点的计算如下公式：中下部，通过形心以及胸鳍约束点q找到姿态点P，而姿态点的计算如下公式：以头部与姿态点连接线作为水平标准，摆动角γ＝30
°
，当尾鳍相对摆动角γ不大于30
°
时，即不考虑摆动位置关系，采用近似直线姿态的空间计算，在此引入头部点以及鳍隔点进行计算；当尾鳍相对摆动角γ大于30
°
时，则需要对于计算空间进一步进行分解考虑，引入头部、姿态点以及尾鳍相对位置关系进行计算；步骤十：(1)、当尾鳍相对摆动角γ不大于30
°

【专利技术属性】
技术研发人员：曾国瑞，徐茂森，牟介刚，吴登昊，杨雪龙，谷云庆，周佩剑，吴振兴，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：