1.一种鱼缸内鱼类轨迹跟踪方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:获取鱼缸内鱼类的活动视频帧;
对活动视频帧进行角点检测,得到活动视频帧中的鱼类特征点;
根据当前帧和上一帧活动视频帧中鱼类特征点之间的距离,确定当前帧活动视频帧内鱼类特征点的鱼类加速度;
根据当前帧和上一帧活动视频帧中特征点的鱼类位移方向,确定当前帧活动视频帧内鱼类特征点的鱼类运动方向;
基于鱼类加速度确定搜索窗口的边长;将鱼类运动方向上对应区域内运动速度离散情况最小的窗口作为搜索窗口;根据搜索窗口内像素点的离散情况,剔除搜索窗口内的部分像素点;
基于剔除部分像素点后的搜索窗口,利用光流法对鱼类的活动视频帧中的鱼类进行轨迹跟踪;
其中,基于鱼类加速度确定搜索窗口的边长,包括:将两倍的鱼类加速度的值作为搜索窗口的边长;
其中,将鱼类运动方向上对应区域内运动速度离散情况最小的窗口作为搜索窗口,包括:根据上一帧活动视频帧内鱼类运动方向、鱼类加速度和相邻帧采样时间间隔,确定当前帧活动视频帧中鱼类的预测位置;滑窗窗口的边的方向与鱼类运动方向保持一致,并沿着鱼类运动方向滑动;将窗口的中心从鱼类的预测位置到上一帧的鱼类特征点进行遍历,计算每个滑窗窗口对应的运动离散性;选取运动离散性最小的窗口作为搜索窗口;
其中,每个滑窗窗口对应的运动离散性的计算公式为:
其中, 为第w个滑窗窗口对应的运动离散性; 为第z帧活动视频帧中搜索窗口的边长; 为第w个滑窗窗口内第v个像素点的灰度值随时间变化的偏导数; 为第w个滑窗窗口内第v个像素点的灰度值的偏导数; 为第w个滑窗窗口内第v个像素点的单一离散性; 为第w个窗口内所有像素点的单一离散性的均值;
其中,根据搜索窗口内像素点的离散情况,剔除搜索窗口内的部分像素点,包括:计算搜索窗口中各像素点的离散性,该离散性的计算公式为:
其中, 为搜索窗口中第v个像素点的离散性权重;max为最大值函数;为搜索窗口对应的运动离散性; 为去除搜索窗口内第v个像素点后计算的运动离散性;
基于离散性权重,对搜索窗口内的像素点进行聚类,得到两个聚类簇,计算两个聚类簇内像素点的离散性均值;将离散性均值最小的聚类簇对应的像素点进行剔除。
2.根据权利要求1所述的一种鱼缸内鱼类轨迹跟踪方法,其特征在于,所述对活动视频帧进行角点检测,得到活动视频帧中的鱼类特征点,包括:利用ShiTomasi角点检测的方法,对活动视频帧进行角点检测,得到活动视频帧中的角点,记为鱼类特征点。
3.根据权利要求1所述的一种鱼缸内鱼类轨迹跟踪方法,其特征在于,所述根据当前帧和上一帧活动视频帧中鱼类特征点之间的距离,确定当前帧活动视频帧内鱼类特征点的鱼类加速度,包括:获取相邻帧活动视频帧中相对应的鱼类特征点之间的平均距离除以相邻帧活动视频帧的采样时间间隔,得到鱼类特征点的加速度;
根据之前帧活动视频帧中鱼类特征点的加速度,对当前帧活动视频帧中鱼类特征点的鱼类加速度进行预测,得到当前帧活动视频帧内鱼类特征点的鱼类加速度。
4.根据权利要求3所述的一种鱼缸内鱼类轨迹跟踪方法,其特征在于,所述当前帧活动视频帧内鱼类特征点的鱼类加速度的计算公式为:其中, 为预测第z帧活动视频帧内鱼类特征点的鱼类加速度;为加速度加权平均的超参数; 为第z‑2帧和之前帧活动视频帧中鱼类特征点的加速度指数加权求平均;
为第z‑1帧活动视频帧中鱼类特征点的加速度。
5.根据权利要求1所述的一种鱼缸内鱼类轨迹跟踪方法,其特征在于,所述根据当前帧和上一帧活动视频帧中特征点的鱼类位移方向,确定当前帧活动视频帧内鱼类特征点的鱼类运动方向,包括:获取当前帧和前一帧活动视频帧中所有对应的鱼类特征点的运动方向与水平向右方向的夹角的均值,作为运动方向角;将相邻两帧活动视频帧对应的运动方向角的差值,作为可参考方向角;
将当前帧和前一帧活动视频帧的可参考方向角加上前一帧和前两帧活动视频帧对应的可参考方向角,得到鱼类运动方向角,将鱼类运动方向角对应的方向作为当前帧的鱼类特征点的鱼类运动方向。
6.一种鱼缸内鱼类轨迹跟踪系统,包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1 5任意一项所述一种鱼缸内鱼类轨迹跟踪方法的步骤。
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