一種基于水平魚(yú)探儀影像的圍網(wǎng)目標(biāo)魚(yú)群追蹤方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種魚(yú)群追蹤方法，特別涉及一種基于水平魚(yú)探儀影像的圍網(wǎng)目標(biāo)魚(yú) 群追蹤、預(yù)判，三維圖像立體估算魚(yú)群數(shù)量的方法。
【背景技術(shù)】 [0002] 遠(yuǎn)洋漁業(yè)的捕撈作業(yè)方式主要有拖網(wǎng)、圍網(wǎng)、延繩釣、魷魚(yú)釣等形式。針對(duì)金槍魚(yú)類(lèi)的 捕撈，圍網(wǎng)是最主要的方式。由于金槍魚(yú)游泳速度快、動(dòng)作敏捷，因此當(dāng)發(fā)現(xiàn)魚(yú)群再進(jìn)行圍 捕，將導(dǎo)致高空網(wǎng)率，而不會(huì)有很好的收獲?，F(xiàn)有的水平魚(yú)探儀僅僅可以探測(cè)水下魚(yú)群的大 小和分布狀況，缺乏對(duì)魚(yú)群的有效追蹤和對(duì)魚(yú)群運(yùn)動(dòng)軌跡的預(yù)判，同時(shí)缺乏三維圖像對(duì)魚(yú) 群數(shù)量的立體估算功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于水平魚(yú)探儀影像的圍網(wǎng)目標(biāo) 魚(yú)群追蹤方法。
[0004] 本發(fā)明主要構(gòu)思:通過(guò)水平魚(yú)探儀獲取原始數(shù)據(jù)，利用濾波算法從中提取目標(biāo)魚(yú) 群信息，建立數(shù)學(xué)模型;通過(guò)數(shù)據(jù)處理算法實(shí)現(xiàn)魚(yú)群運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的追蹤;通過(guò)對(duì)魚(yú)群運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 的實(shí)時(shí)分析，提取魚(yú)群游泳速度和運(yùn)動(dòng)方向等信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)魚(yú)群運(yùn)動(dòng)軌跡的預(yù)判，從而達(dá)到 提高圍網(wǎng)投網(wǎng)成功率的目的；同時(shí)通過(guò)改變聲吶頭的發(fā)射角度和方向，采集水下三維圖像， 實(shí)現(xiàn)魚(yú)群數(shù)量的立體估算功能。
[0005] 本發(fā)明是通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)解決上述技術(shù)問(wèn)題的： 一種基于水平魚(yú)探儀影像的圍網(wǎng)目標(biāo)魚(yú)群追蹤方法，所使用的系統(tǒng)主要包括裝有水聲 換能器的聲吶頭，數(shù)據(jù)采集卡，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，PC機(jī)，陀螺儀，GPS和潮流計(jì)等。該方法具體 是： 第一步:通過(guò)裝有水聲換能器的聲吶頭獲取原始信號(hào)，利用數(shù)據(jù)采集卡將原始信號(hào)調(diào) 理，再經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，傳入PC機(jī)。
[0006] 第二步:開(kāi)啟陀螺儀、GPS獲取航海信息，開(kāi)啟潮流計(jì)獲取海流信息，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí) 傳入PC機(jī)。
[0007] 第三步:將獲取的水聲信號(hào)和航海以及海流信息相結(jié)合，通過(guò)追蹤系統(tǒng)的軟件實(shí) 時(shí)顯示出魚(yú)群的大小和分布狀態(tài)，追蹤魚(yú)群，并對(duì)魚(yú)群的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行預(yù)判。
[0008] 第四步:按照指定的掃描周期改變水平魚(yú)探儀聲吶頭的發(fā)射角度和傾角方向，采 集360度全方位的三維空間數(shù)據(jù)，從而繪制三維圖像，立體估算魚(yú)群的數(shù)量。
[0009] 本發(fā)明的具體實(shí)施例子中，在獲取了原始聲學(xué)信號(hào)之后，對(duì)魚(yú)群進(jìn)行追蹤并對(duì)其 軌跡預(yù)判的實(shí)現(xiàn)流程如下： 第一步:水平魚(yú)探儀圖像預(yù)處理：由于圖像中不可避免的存在著雜波等非回波成分，通 過(guò)圖像預(yù)處理操作，降低雜波對(duì)有效魚(yú)群信息的影響。
[0010] 第二步：目標(biāo)檢測(cè):將目標(biāo)回波與原始圖像背景分離開(kāi)來(lái)，從原始圖像中檢測(cè)出運(yùn) 動(dòng)目標(biāo)。建立目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的跟蹤處理模型，確定目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并優(yōu)化目標(biāo) 跟蹤系統(tǒng)。
[0011] 第三步：目標(biāo)參數(shù)錄取:結(jié)合海流和航海信息，確定目標(biāo)的位置坐標(biāo)參數(shù)，以及目 標(biāo)的幾何特征信息，以便于目標(biāo)在顯示終端的矢量化顯示，獲取目標(biāo)的輪廓信息。然后將目 標(biāo)在原始圖像上的像素位置坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為地理坐標(biāo)，將目標(biāo)面積信息轉(zhuǎn)化為實(shí)際地理尺寸， 使錄取到的目標(biāo)參數(shù)和魚(yú)群的大小對(duì)應(yīng)上。
[0012] 第四步：目標(biāo)數(shù)據(jù)記錄存儲(chǔ):保存規(guī)定時(shí)間段內(nèi)所有目標(biāo)的相關(guān)信息，包括目標(biāo)錄 取時(shí)間、目標(biāo)位置及其特征信息等。存儲(chǔ)的目標(biāo)信息文件為后續(xù)的三維動(dòng)態(tài)顯示作基礎(chǔ)。
[0013] 第五步：目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡的預(yù)測(cè):對(duì)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)實(shí)時(shí)分析，提取目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度和 方向等信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡的預(yù)判。
[0014] 本發(fā)明的具體實(shí)施例子中，對(duì)多目標(biāo)的跟蹤與軌跡預(yù)判采用聯(lián)合概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián) (JPDA)和卡爾曼濾波(KF)算法，保證同源測(cè)量的正確劃分和各目標(biāo)的高精度位置融合估 計(jì)，提尚系統(tǒng)對(duì)多目標(biāo)的檢測(cè)概率和跟蹤性能。
[0015] 本發(fā)明中的具體實(shí)施例子中，可以改變聲納頭傾角和聲波發(fā)射方向的立體掃描系 統(tǒng)具有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向，其一為繞著豎直方向360度旋轉(zhuǎn)，其二為在豎直平面內(nèi)上下旋轉(zhuǎn)，實(shí) 現(xiàn)水下立體掃描的具體流程如下： 第一步：以與水平面夾角為〇度，與垂直向下為90度作為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，聲吶頭先以一個(gè)較 小的傾角私.、初始發(fā)射角&向水中發(fā)射聲波，并接收回波信號(hào)。
[0016] 第二步:聲吶頭的傾角α固定，將發(fā)射角β增大一個(gè)固定角度_，繼續(xù)發(fā)射探測(cè)聲波 并接收回波。
[0017] 第三步:重復(fù)第二步，直到360度全范圍探測(cè)完畢。
[0018] 第四步:改變聲吶頭的傾角α，增加度，重復(fù)第二、三步。
[0019] 第五步:當(dāng)傾角值α達(dá)到或超過(guò)％_度，一個(gè)全周期掃面結(jié)束。
[0020] 本發(fā)明中的具體實(shí)施例子中，采用面繪制算法對(duì)三維數(shù)據(jù)場(chǎng)中的采樣點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè) 處理，通過(guò)Κ均值聚類(lèi)進(jìn)行分類(lèi)處理，實(shí)現(xiàn)三維圖像的有效構(gòu)建。
[0021] 本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明通過(guò)從原始數(shù)據(jù)中濾波提取出魚(yú)群目標(biāo)信息，并利 用卡爾曼濾波(KF)和聯(lián)合概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)(JPDA)算法對(duì)目標(biāo)魚(yú)群進(jìn)行追蹤，對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行 預(yù)判，從而提高圍網(wǎng)投網(wǎng)的成功率；同時(shí)改變聲吶頭的傾角，掃描360度全范圍內(nèi)的三維空 間，繪制三維圖像，立體估算魚(yú)群數(shù)量，這將利于提高我國(guó)海洋漁業(yè)資源的開(kāi)發(fā)效率，促進(jìn) 海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1為本發(fā)明的整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路框圖。
[0023] 圖2為本發(fā)明的數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)圖。
[0024] 圖3為本發(fā)明的目標(biāo)追蹤以及運(yùn)動(dòng)軌跡預(yù)判的算法流程圖。
[0025] 圖4為本發(fā)明的聲納頭旋轉(zhuǎn)示意圖。
[0026] 圖5為本發(fā)明的立體估算魚(yú)群數(shù)量的聲納頭掃描工作流程圖。
[0027]圖6為本發(fā)明的三維掃描示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 圖1為本發(fā)明的整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路框圖，本發(fā)明的硬件系統(tǒng)包含裝有水聲換能 器的聲吶頭1，所述聲吶頭1連接數(shù)據(jù)采集卡2,數(shù)據(jù)采集卡2獲得的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換 模塊3后傳給PC機(jī)4;陀螺儀5、GPS和潮流計(jì)等傳感器6獲取海流和航海信息，并傳給PC機(jī)4。 同時(shí)本發(fā)明的聲吶頭1可以改變波束發(fā)射傾角，并能夠360度旋轉(zhuǎn)。
[0029] 該系統(tǒng)的工作流程如下： 第一步:通過(guò)裝有水聲換能器的聲吶頭獲取原始信號(hào)，利用數(shù)據(jù)采集卡將原始信號(hào)調(diào) 理，再經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，傳入PC機(jī)。
[0030] 第二步:開(kāi)啟陀螺儀獲取航海信息，開(kāi)啟GPS、潮流計(jì)獲取海流信息，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí) 傳入PC機(jī)。
[0031] 第三步:將獲取的水聲信號(hào)和航海以及海流信息相結(jié)合，通過(guò)追蹤系統(tǒng)的軟件實(shí) 時(shí)顯示出魚(yú)群的大小和分布狀態(tài)，追蹤魚(yú)群，并對(duì)魚(yú)群的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行預(yù)判。
[0032] 第四步:按照指定的掃描周期改變水平魚(yú)探儀聲吶頭的發(fā)射角度和傾角，采集360 度全方位的三維空間數(shù)據(jù)，從而繪制三維圖像，立體估算魚(yú)群的數(shù)量。
[0033] 圖2為本發(fā)明的數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)圖。魚(yú)探儀的原始信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡后，經(jīng)AD模塊進(jìn) 行模數(shù)轉(zhuǎn)化再傳給PC機(jī)，聲吶頭的觸發(fā)和傾角控制信號(hào)通過(guò)普通10 口傳給PC機(jī)，航海和海 流信息通過(guò)RS232接口傳給PC機(jī)。
[0034]圖3為本發(fā)明的目標(biāo)追蹤以及運(yùn)動(dòng)軌跡預(yù)判的算法流程圖。
[0035] 第一步:原始數(shù)據(jù)獲取:通過(guò)帶有聲納頭的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲取原始水聲數(shù)據(jù)。
[0036] 第二步：圖