[发明专利]一种鱼群数量的统计方法

说明书

技术领域

本发明涉及渔业资源评估技术领域，特别涉及一种鱼群数量的统计方法。

背景技术

水声学探测技术是渔业资源调查和评估采用的重要手段，如何有效快速高精度的对资源量进行评估是关键问题。近年随着科技发展，高频声纳逐渐广泛应用于渔业管理调查评估中，目前在资源调查中，用到最多的方法是靠回波积分法进行资源评估，但这种估算比较粗略，无法判断其回波是否仅有鱼群，误差较大，而一些声纳附带的用于统计的软件，若鱼群目标太小其回波信号弱则统计的误差非常大。

目前对于背景建模的方法有多种，如帧间差分、对称差分等，其往往分割出的目标会产生缺口，只能提取部分轮廓信息，这样导致重叠鱼群可能被分割为一个目标或将目标一分为二等，这种方法误差较大；对于建立概率密度函数或高斯混合等方法提取目标，算法较复杂且计算量大。

针对目标计数的方法，有基于卡尔曼滤波算法、基于样本块算法等，若鱼群重叠遮挡等，会导致目标跟踪丢失，适应性差，而样本块算法，样本块大小固定不变，使得匹配差生误差，比较耗时，因此这些方法鲁棒性差且比较耗时。

发明内容

本发明的目的在于克服目前鱼群数量统计方法存在的计算复杂、计算量大的问题，提出了一种新的鱼群数量的统计方法，该方法通过计算前景目标的质心，只需对目标质心标记即可进行数量统计，能够在短时间内更准确高效的对鱼群数量进行检测统计。

为了达到上述目的，本发明提出了一种鱼群数量的统计方法，所述方法包括：

步骤1)声纳探测获取鱼群数据；

步骤2)将获取的声纳鱼群数据经预处理后得到鱼群声图序列(I₁,I₂,…I_Q)，Q为总帧数；

步骤3)取上述鱼群声图序列中的N帧图像(I₁,I₂,…I_N)建立背景模型；

步骤4)利用背景模型对每帧图像进行图像分割，获取每帧图像的前景目标并进行二值化；

步骤5)计算每帧图像的每个连通区域的前景目标的质心，并在每帧图像上进行标注；

步骤6)根据每帧图像标注的质心统计鱼群的数量。

作为上述方法的一种改进，所述步骤2)具体包括：

步骤201)将采集到的高频声纳数据按照特定存储格式读取，转换为矩形声图像；

步骤202)对每一帧图像的声波波束作线性插值预处理；在两条波束之间插出三条新的波束；

所述线性插值预处理为：

其中，B_x表示在两条波束之间插入的三条波束，x＝1,2,3，B₀和B₀'表示相邻的两条波束；

步骤203)将插值后的数据作图像显示，得到声图像序列(I₁,I₂,…I_Q)，Q为总帧数。

作为上述方法的一种改进，所述步骤3)具体包括：

步骤301)确立灰度值统计矩阵M：矩阵中的每个元素M(j,x)代表j处像素点的灰度级x，0≤x≤255出现的总次数；

步骤302)依次以第i,i＝4,5,…,N-3帧图像为基准，向前向后各选取间隔两帧图像i-3,i-1,i+1,i+3，组成五帧图像，计算出第i帧图像的每个像素点的灰度取值，以BK_i(j)确定背景像素点，由此统计并更新灰度值矩阵M；

I_i-3(j),I_i-1(j),I_i(j),I_i+1(j),I_i+3(j)分别表示第i-3,i-1,i,i+1,i+3图像帧中j处像素点的灰度值，D_i-1(j),D_i+1(j)分别表示前向差分和后向差分掩模：

其中，T表示阈值门限，由最大类间方差法Ostu自适应计算，用于判断像素点j处灰度值是否发生变化；

通过上述差分掩模判断连续七帧声图中在该点是前景目标点还是背景点，公式如下：

其中，若BK_i(j)＝1，即D_i-1(j)和D_i+1(j)的值都为1时，可确定该点在其间隔的图像帧中即连续7帧中都是运动的；相反，若BK_i(j)＝0则为背景像素点；