專利名稱：動物行為紅外視頻分析系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及生命科學領域和電子信息技術領域，尤其涉及一種通過紅外成像和數(shù) 字圖像處理技術進行動物行為跟蹤、記錄和分析的系統(tǒng)。
背景技術：
本發(fā)明用于研究光刺激對動物行為的影響。研究表明，動物對明或暗的環(huán)境有明 顯不同的偏好。例如，果蠅幼蟲只能感受到綠光和藍光而不能感受到紅光和紅外線。因此， 將實驗裝置內的行為觀察區(qū)域分為兩個區(qū)域，其中一個區(qū)域用藍光(或綠光)照射形成亮 區(qū)域，另一個區(qū)域遮蔽照射光線形成暗區(qū)域。果蠅幼蟲在亮區(qū)和暗區(qū)之間呈現(xiàn)不同的偏好 行為，通過記錄果蠅幼蟲在亮、暗區(qū)域的停留時間、運動軌跡和路程、以及在兩個區(qū)域交界 處的折返運動現(xiàn)象，可以為研究果蠅視覺相關的運動行為提供科學依據(jù)。
目前的動物行為視頻分析系統(tǒng)是通過可見光攝像機記錄實驗過程影像，再由計算 機自動記錄動物的運動軌跡，并分析得到動物行為的各項數(shù)據(jù)指標。然而由于可見光攝像 機無法記錄動物在暗區(qū)域的行為，因此該方法和設備不能用于上述動物行為的科學研究。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對動物對明或暗的環(huán)境有明顯不同的偏好，為克服現(xiàn)有技術只能記錄可 見光環(huán)境下動物的行為，提出了一種紅外視頻分析動物行為的系統(tǒng)，能夠同時自動跟蹤、記 錄和分析動物在亮區(qū)域和暗區(qū)域的行為。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的動物行為紅外視頻分析系統(tǒng)采取的技術方案如 下一種動物行為紅外視頻分析系統(tǒng)，包括動物行為實驗箱、紅外攝像機、視頻采集卡和裝 有動物行為視頻分析軟件的計算機，紅外攝像機安裝在動物實驗箱頂部，紅外攝像機與視 頻采集卡通過視頻信號線相連，視頻采集卡與計算機通過數(shù)據(jù)接口相連，所述動物行為實 驗箱中有托盤、可見光光源、紅外光源、遮光板，在實驗箱頂部安裝可見光光源，在其底部安 裝紅外光源，在實驗箱中間區(qū)域放置托盤，托盤在動物行為實驗箱中的放置位置依據(jù)所拍 攝的圖像能夠完全包含實驗所觀察區(qū)域和成像清晰度進行調整。在托盤與可見光光源之間 的區(qū)域放入遮光板，所述遮光板可取為一塊紅外濾光片。動物行為實驗箱為長方體形或圓 桶形或T型或八臂形。本發(fā)明的優(yōu)點是能夠同時實現(xiàn)對動物在亮、暗區(qū)域行為的觀察和視頻圖像采集， 能夠自動識別視頻流中的動物，自動記錄動物的位置坐標，能夠自動統(tǒng)計動物在不同實驗 區(qū)域的停留時間、路程和出入各區(qū)域的次數(shù)、靜止等行為參數(shù)。


圖1為本發(fā)明的結構示意圖；圖2為本發(fā)明的動物行為實驗箱原理方框圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明由以下部分組成動物行為實驗箱100 ；紅外攝像機200 ；視頻采集卡300 ；計算機400 ；其中計算機400安裝有動物行為視頻分析軟件500。紅外攝像機 200安裝在動物行為實驗箱100上蓋，將紅外攝像機200與視頻采集卡300通過視頻信號線 相連，將視頻采集卡300與計算機400通過數(shù)據(jù)接口相連。動物行為實驗箱100的作用是為動物行為實驗提供封閉實驗環(huán)境。紅外攝像機 200對準實驗箱的觀察區(qū)域進行拍攝，紅外攝像機200通過視頻信號線連接到視頻采集卡 300，送入到計算機400，由動物行為視頻分析軟件系統(tǒng)500進行處理和存儲。動物行為視頻 分析軟件系統(tǒng)500的作用是利用數(shù)字圖像處理算法自動識別動物，自動記錄動物的位置坐 標，從而分析得到動物在不同區(qū)域的時間、路程和軌跡等行為參數(shù)，并進行自動存儲，使動 物行為實驗過程自動化。本發(fā)明提出的動物行為紅外視頻分析系統(tǒng)，是在現(xiàn)有技術的基礎上對動物行為實 驗箱做了改進，在動物行為實驗箱頂部即上蓋安裝一個可見光光源，在其底部安裝一個紅 外光源，在實驗箱中間區(qū)域放置盛放實驗動物的托盤，則托盤與可見光光源之間的區(qū)域即 為紅外攝像機的觀察區(qū)域，在觀察區(qū)域的部分區(qū)域中加入一遮光板遮蔽部分可見光，從而 將觀察區(qū)域分成了亮區(qū)和暗區(qū)兩部分。具體工作原理如下由于紅外光對大多數(shù)動物來講 是一種不可見光，在實驗裝置中用可見光光源對觀察區(qū)域施加光刺激，在觀察區(qū)域的部分 區(qū)域用紅外濾光片作為遮光板遮蔽可見光，形成暗區(qū)域，沒有遮蔽的區(qū)域形成亮區(qū)域，同時 用紅外光源照射整個觀察區(qū)域，通過紅外攝像機實時采集動物的運動圖像，由于紅外濾光 片能夠透射紅外光，紅外攝像機只能感應紅外光，消除可見光對成像的影響，因此該成像系 統(tǒng)能夠同時采集動物在亮、暗區(qū)域的運動行為。利用數(shù)字圖像處理技術自動識別動物，自動 記錄動物的位置坐標，分析得到動物在不同區(qū)域的時間、路程和行為軌跡等參數(shù)，從而實現(xiàn) 對動物在暗區(qū)域的行為的觀察，使動物行為實驗過程自動化，并且大大減輕了實驗操作人 員的勞動強度。一般動物行為實驗箱有各種形狀，如長方體、圓桶、T型、八臂等等形狀，本實施 例以長方體形狀的動物行為實驗箱為例，如圖2所示，各組成部分有托盤101、可見光光源 104、紅外光源103、遮光板102。托盤的形狀、尺寸和位置可以依具體實驗要求而定，其上下位置調整的依據(jù)是所 拍攝的圖像能夠完全包含實驗所觀察區(qū)域和成像清晰度最好，本實施例中托盤101安裝在 動物行為實驗箱100的中部，作用是供動物在其上面運動?？梢姽夤庠?04安裝在動物行 為實驗箱100的頂部，向托盤101發(fā)射可見光，作用是為動物行為實驗箱100提供可見光刺 激。紅外光源103安裝在動物行為實驗箱100的底部，向托盤101發(fā)射紅外光，其作用是為 紅外攝像機提供成像光源。托盤101與可見光光源104之間安裝有一個遮光板102，能夠透 過紅外光，遮蔽可見光，形成暗區(qū)，無遮光板遮擋的區(qū)域，形成亮區(qū)。遮光板形狀、尺寸和位 置依具體實驗要求而定，在圖2中，遮光板和托盤都取為長方體形狀，且托盤與遮光板的長 度比例為2 1，由此在托盤上形成等大小的暗區(qū)和亮區(qū)。紅外攝像機200對準托盤101進行拍攝，獲得動物運動的紅外圖像。紅外攝像機 200拍攝到的視頻流送入到視頻采集卡300，視頻采集卡300將視頻流轉換為數(shù)據(jù)流，送入 到動物行為視頻分析軟件500，動物行為視頻分析軟件500對數(shù)據(jù)流進行顯示、處理、分析和儲存。利用本發(fā)明進行實驗的操作過程如下1.將動物放入到實驗箱內；2.施加可見光刺激，形成亮、暗區(qū)域；3.施加紅外光源，采集紅外圖像，存儲或不存儲視頻圖像流；4.用動物行為視頻分析軟件自動識別動物的當前位置坐標；5.自動統(tǒng)計分析動物在各個區(qū)域內的停留時間、路程、進入?yún)^(qū)域的次數(shù)、靜止等行為參數(shù)；6.存儲動物的位置坐標和行為參數(shù)；7.實驗結束，從實驗箱取出動物；8.重復步驟1至步驟7，直至完成所有動物實驗。
權利要求
一種動物行為紅外視頻分析系統(tǒng)，包括動物行為實驗箱、紅外攝像機、視頻采集卡和計算機，紅外攝像機安裝在動物實驗箱頂部，紅外攝像機與視頻采集卡通過視頻信號線相連，視頻采集卡與計算機通過數(shù)據(jù)接口相連，其特征在于所述動物行為實驗箱中有托盤、可見光光源、紅外光源、遮光板，可見光光源安裝在實驗箱頂部，紅外光源安裝在底部，在實驗箱中間區(qū)域放置一個托盤，在托盤與可見光光源之間的區(qū)域放入一塊遮光板。
2.根據(jù)權利要求1所述的動物行為紅外視頻分析系統(tǒng)，其特征在于所述計算機裝有動 物行為視頻分析軟件。
3.根據(jù)權利要求1所述的動物行為紅外視頻分析系統(tǒng)，其特征在于所述遮光板為一塊 紅外濾光片。
4.根據(jù)權利要求1所述的動物行為紅外視頻分析系統(tǒng)，其特征在于動物行為實驗箱為 長方體形或圓桶形或T型或八臂形。
5.根據(jù)權利要求1所述的動物行為紅外視頻分析系統(tǒng)，其特征在于所述托盤在動物行 為實驗箱中的放置位置依據(jù)所拍攝的圖像能夠完全包含實驗所觀察區(qū)域和成像清晰度進 行調整。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種動物行為紅外視頻分析系統(tǒng)，涉及生命科學領域和電子信息技術領域，現(xiàn)有技術中的動物行為紅外視頻分析系統(tǒng)包括動物行為實驗箱、紅外攝像機、視頻采集卡和計算機，紅外攝像機安裝在動物實驗箱頂部，紅外攝像機與視頻采集卡通過視頻信號線相連，視頻采集卡與計算機通過數(shù)據(jù)接口相連，本發(fā)明在此基礎上對動物行為實驗箱作出改進，在實驗箱頂部安裝一個可見光光源，在其底部安裝一個紅外光源，在實驗箱中間區(qū)域放置一個托盤，在托盤與可見光光源之間的區(qū)域放入一塊遮光板，使其能夠同時實現(xiàn)對動物在亮、暗區(qū)域行為的觀察和視頻圖像采集，能夠自動識別視頻流中的動物，自動記錄動物的位置坐標。
文檔編號G06F19/00GK101814113SQ20101003389
公開日2010年8月25日 申請日期2010年1月15日 優(yōu)先權日2010年1月15日
發(fā)明者王昌利, 郝曉莉, 龔哲峰 申請人:北京交通大學;中國科學院生物物理研究所;北京天鳴宏遠科技發(fā)展有限公司