一种水生动物心率测量方法、装置、设备及可读存储介质

本发明涉及水生动物的心率测量领域，特别涉及一种水生动物心率测量方法、装置、设备及可读存储介质。

背景技术：

1、近年来，我国对水产养殖产品的需求量不断增加。然而，由于病虫害和种苗环境抗性差等问题，水产养殖面临着难以控制的成本损失。尽管智能水产养殖系统已经有了一定的发展，但其主要依赖于间接监测来维持整个系统的平衡，而无法直接监测水生动物的生理状况。此外，在培育抗逆性水生动物的过程中，需要监测水生动物的生理状况，并以此为指标在进行环境对比试验后确定水生动物是否具有较强的环境抗逆性。

2、心率作为水生动物最为重要的体征数据之一，不仅是多数水生动物共有的生理特征，也是最合适的监测指标。心率能够反映水生动物对环境和病虫害的应激反应或生理变化。然而，现有的水生动物心率获取方法存在多种缺陷：人工计数效率极低，成本昂贵；电极法可能对水生动物造成侵害，甚至导致动物死亡；光电容积描记法是一种接触式的测量方法，每次只能测量一尾水生动物，效率较低。综合而言，现有的水生动物心率测量方法存在效率低、有侵害、低通量和准确度低等问题。

3、有鉴于此，提出本技术。

技术实现思路

1、本发明公开了一种水生动物心率测量方法、装置、设备及可读存储介质，旨在解决现有的水生动物心率测量方法存在效率低、有侵害、低通量和准确度低等问题。

2、本发明第一实施例提供了一种水生动物心率测量方法，包括：

3、获取由所述图像采集装置采集到的多尾水生动物包含心脏区域的视频帧，并框选所述视频帧中所有水生动物的心脏roi区域；

4、对每一所述心脏roi区域进行预处理，并对预处理后的每一所述心脏roi区域进行空间滤波操作以生成心脏roi区域的图像序列；

5、按时间序列顺序将所述心脏roi区域的图像序列中的每一图像进行降维，以生成多个信号值，并将多个所述信号值进行组合生成心率信号；

6、在固定频段内对所述心率信号进行带通滤波，对带通滤波后的所述心率信号进行集合经验模态分解生成各个固有模态函数，对各个固有模态函数和带通滤波后的所述心率信号分别进行快速傅里叶变换生成固有模态函数频谱和变换频谱；

7、对比所述固有模态函数的频谱和所述变换频谱，以选取含有心率信号的固有模态函数，其中，所述固有模态函数为真实的心率信号。

8、优选地，对所述对每一所述心脏roi区域进行预处理，具体为：

9、对每一所述心脏roi区域依次进行高斯模糊操作和灰度化操作，其中，所述灰度化操作为平均值法、加权平均值法、最大值法、最小值法中的一种或多种。

10、优选地，所述并对预处理后的每一所述心脏roi区域进行空间滤波操作以生成心脏roi区域的图像序列，具体为：

11、对预处理后的每一所述心脏roi区域依次进行非线性直方图均衡、两级高斯下采样、两级高斯上采样和非线性直方图均衡，以生成心脏roi区域的图像序列；

12、其中，所述非线性直方图均衡的非线性映射函数如下：

13、

14、其中，j(i,j)为转换之前roi区域第i行第j列的像素值，j′(i,j)为转换之后roi区域第i行第j列的像素值，m为当前roi区域的平均像素值，e的范围为1～100；

15、所述两级高斯下采样为依次进行两次的高斯下采样操作，其中，所述高斯下采样操作为先对图像的每个像素进行高斯滤波，然后根据下采样因子缩小图像的宽度和高度，生成下采样后的图像；

16、所述两级高斯上采样为依次进行两次的高斯上采样操作，所述高斯上采样操作为先对图像的每个像素进行高斯滤波，以恢复一部分图像细节，然后根据上采样因子放大图像的宽度和高度，以生成上采样后的图像。

17、优选地，所述按时间序列顺序将所述心脏roi区域的图像序列中的每一图像进行降维，以生成多个信号值，并将多个所述信号值进行组合生成心率信号，具体为：

18、对所述心脏roi区域的图像序列中的每一图像中所有像素值相加除以像素点个数，以生成平均像素值，按时间序列顺序将多个所述平均像素值进行组合得到心率信号，或

19、提取所述心脏roi区域的图像序列中的每一图像中最大像素值或最小像素值，以生成提取信号，按时间序列顺序将多个所述提取信号进行组合得到心率信号。

20、优选地，所述带通滤波为理想带通滤波、切比雪夫滤波、巴特沃斯滤波中的一种或多种。

21、优选地，所述对带通滤波后的所述心率信号进行集合经验模态分解生成各个固有模态函数，具体为：

22、s1041,随机生成一组噪声信号，将所述一组噪声信号将与所述带通滤波后的所述心率信号相加，生成添加信号；

23、s1042,对添加信号执行一次经验模态分解，得到一组固有模态函数集合；

24、重复步骤s1041和s1042预设次数，以获得多组固有模态函数集合，将所有固有模态函数集合中对应的固有模态函数相加求平均得到最终的固有模态函数集合，包含多个固有模态函数。

25、优选地，所述对比所述固有模态函数频谱和所述变换频谱，以选取含有心率信号的固有模态函数，具体为：

26、对快速傅里叶变换后的频谱进行提取峰值操作，获取频域上的峰值频率f；

27、确定一个窗口的大小，窗口中心为峰值频率，根据所述窗口在所有固有模态函数的频谱上计算频带内功率谱能量，其中，被选取的固有模态函数为在所述窗口内功率谱能量最大的固有模态函数。

28、本发明第二实施例提供了一种水生动物心率测量装置，包括：

29、框选单元，用于获取由所述图像采集装置采集到的多尾水生动物包含心脏区域的视频帧，并框选所述视频帧中所有水生动物的心脏roi区域；

30、预处理单元，用于对每一所述心脏roi区域进行预处理，并对预处理后的每一所述心脏roi区域进行空间滤波操作以生成心脏roi区域的图像序列；

31、降维单元，用于按时间序列顺序将所述心脏roi区域的图像序列中的每一图像进行降维，以生成多个信号值，并将多个所述信号值进行组合生成心率信号；

32、滤波单元，用于在固定频段内对所述心率信号进行带通滤波，对带通滤波后的所述心率信号进行集合经验模态分解生成各个固有模态函数，对各个固有模态函数和带通滤波后的所述心率信号分别进行快速傅里叶变换生成固有模态函数频谱和变换频谱；

33、对比单元，对比所述固有模态函数的频谱和所述变换频谱，以选取含有心率信号的固有模态函数，其中，所述固有模态函数为真实的心率信号。

34、本发明第三实施例提供了一种水生动物心率测量设备，包括存储器以及处理器，所述存储器内存储有计算机程序，所述计算机程序能够被所述处理器执行，以实现如上任意一项所述的一种水生动物心率测量方法。

35、本发明第四实施例提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序能够被所述计算机可读存储介质所在设备的处理器执行，以实现如上任意一项所述一种水生动物心率测量方法。

36、基于本发明提供的一种水生动物心率测量方法、装置、设备及可读存储介质，先获取由所述图像采集装置采集到的多尾水生动物包含心脏区域的视频帧，并框选所述视频帧中所有水生动物的心脏roi区域；接着，对每一所述心脏roi区域进行预处理，并对预处理后的每一所述心脏roi区域进行空间滤波操作以生成心脏roi区域的图像序列；再接着，按时间序列顺序将所述心脏roi区域的图像序列中的每一图像进行降维，以生成多个信号值，并将多个所述信号值进行组合生成心率信号；再接着，在固定频段内对所述心率信号进行带通滤波，对带通滤波后的所述心率信号进行集合经验模态分解生成各个固有模态函数，对各个固有模态函数和带通滤波后的所述心率信号分别进行快速傅里叶变换生成固有模态函数频谱和变换频谱；最后，对比所述固有模态函数的频谱和所述变换频谱，以选取含有心率信号的固有模态函数，其中，所述固有模态函数为真实的心率信号。解决了现有的水生动物心率测量方法存在效率低、有侵害、低通量和准确度低等问题。