专利名称：白鼠行为测定实验系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及动物行为测定实验系统，具体涉及一种白鼠行为测定实验 系统。
背景技术：
药物成瘾是一种慢性复发性脑病，主要表现为对成瘾性药物的强迫用 药行为及用药量的不可控制性。导致成瘾的原因包括正性强化因素(如欣 快感、奖赏效应等)、负性强化因素(如逃避现实、减轻戒断症状等)及 条件性强化因素。目前研究认为成瘾性药物带来的奖赏效应是诱发精神依 赖、导致强迫性觅药行为和复吸的最主要原因之一。为从不同角度模拟人 的苋药行为，反应药物的正性强化效应，目前已有多种评价药物依赖的动 物行为药理学模型，发展较为成熟的主要包括自身给药
(self-administration, SA)、 药净勿l岸另l！ (drug discrimination, DD)、条{牛 性位置偏爱(conditioned place preference,简称CPP )实验以及运动活性
(locomotor activity, LA)测定。因此，能对白鼠自动进行行为测定的实 验系统的建立，对药物依赖研究具有极其重要的辅助作用。
然而，目前国内外应用的白鼠行为测定实验系统普遍采用光电管自动 计数装置，存在实验获取的信息指标单一、实验过程中不能观察白鼠活动 状况等缺陷。
随着数字媒体技术与计算机视觉技术的发展，使得采用计算机视觉技 术对视频输入器视场内的动物行为进行自动识别与测定成为可能。但如何构建并实现高准确性、高自动化、高计算效率、而又能满足白鼠生物实验 环境特殊要求的白鼠行为测定系统， 一直是当前的技术难点与设计难点。 例如，如何消除白鼠活动留下的尿液对行为测定的影响，如何准确跟踪白 鼠不同行为状态时的位置，如何保持实验环境的低噪声与低照度等。
发明内容
本发明提供了 一种白鼠行为测定实验系统，釆用硬件装置和软件两部 分相结合，可在低噪声、低照度条件下进行条件性位置偏爱实验，该实验 系统的实验周期可控，即使有尿液也可准确获取多项白鼠特征数据，并全 程监控白鼠行动轨迹。
一种白鼠行为测定实验系统，主要由硬件装置和白鼠视频跟踪测定系 统两部分组成，所述的硬件装置包括箱体、置于箱体内的动物活动盒、置
于箱体顶部的照明装置和与箱体相连通的新风系统；所述的白鼠视频跟踪 测定系统由系统硬件和系统软件组成，系统硬件包括视频输入器、图像采 集卡和计算机，视频输入器通过视频线连接计算机并置于箱体顶部，图像 采集卡、系统软件安装在计算机上，系统软件包括以下模块图像采集、 参数设置、轨迹追踪、背景建模、特征数据计算、结果格式化显示和保存。
所述的箱体为隔音箱体，可采用1 ~4mm厚的隔音板来制备隔音箱 体，比如一种由深圳华蝶隔音材料有限公司生产的型号为epl00的高分子 高效隔音板材，其具有高效隔音性能，耐水、耐老化、耐候、抗臭氧，防 火级为难燃2级。
所述的新风系统可选用本领域通用的现有产品，优选背景噪音可控制 在30分贝UB)以下的新风系统，以便为动物提供正常的活动环境，免 受噪音的干扰。
所述的照明装置可以是现有的阵列式发光二极管(LED)或其它用于
6照明的照明装置；阵列式发光二极管作为照明装置时可均匀分布在视频输 入器四周，通过可控的阵列式发光二极管控制动物活动盒的亮度，可根据 实验的实际需要调节置于箱体底部的动物活动盒的平均照度<20勒克司 (Lux)，为动物提供正常的活动环境。
所述的动物活动盒置于视频输入器的图像采集范围内即可，优选位于 视频输入器的正下方，便于采集动物活动盒内各动物的运动系列图像。
所述的动物活动盒由若干个穿梭盒组成，每一个穿梭盒中间设有一活 动的隔板，该隔板训练阶段为封闭型隔板，测试阶段为通道型隔板，将穿 梭盒分隔为第一盒子和第二盒子，其中第一盒子四周和底面均为白色，且 底面光滑，第二盒子四周和底面均为黑色，且底面镂刻成网格。
所述的穿梭盒可选用聚氯乙烯(PVC)材料来制备。
所述的视频输入器、图像采集卡、计算机和视频输入线均可采用直接 购置的标准化器件。
所述的白鼠视频跟踪测定系统的系统软件为面向白鼠的行为学视频 自动测定软件，适用于专门实验箱的白鼠行为视频的测定。
白鼠行为测定实验阶段采集的动物运动系列图像可采用白鼠视频跟 踪测定系统来测定受试白鼠的位置偏爱、运动活性和探索行为等指标，这 些指标可通过受试白鼠的特征数据来表现。
白鼠视频跟踪测定系统进行白鼠行为视频测定的步骤如下
(I)安装白鼠视频跟踪测定系统的系统硬件；
(II )安装白鼠视频跟踪测定系统的系统软件，将欲执行白鼠行为视 频测定系统软件的程序存入计算机的程序存储器中；
(III)启动白鼠视频跟踪测定系统的运行程序，此运行程序根据设备 厂家提供的使用视频输入器、图像采集卡、计算机的初始化要求设置好初 始化数值，运行程序根据这些初始化数值分别对白鼠-现频跟踪测定系统的 系统硬件进行初始化，包括视频输入器、图像采集卡、计算机的初始化；视频输入器的初始化为设定白鼠视频跟踪测定系统的视频测定视场，设定
白鼠视频跟踪测定系统的采样周期；
所述白鼠视频跟踪测定系统的视频测定视场为若干个穿梭盒所在的 区域；
(IV)白鼠视频跟踪测定系统的视频输入器根据预先设定的采样周期 采集视频测定视场内的动物按时间顺序产生的运动系列图像并记录相对 应的采集时间，视频输入器将采集到的运动系列图像数据输入到图像采集 卡；
(v)图像采集卡对运动系列图像数据按时间顺序进行模数转换，使 视频信号变成数字图像数据，并将数字图像数据传输到计算机；
白鼠视频跟踪测定系统进行白鼠行为视频测定的方式包括对黑区背 景建模测定方式和不建模测定方式，进行白鼠行为视频测定之前对采集到 的运动系列图像数据进行目测，当目测到运动系列图像数据上有尿液时， 人为指定采用对黑区背景建模测定方式，此时背景保存发生且只发生在追 踪结果白鼠的位置在白区的时候，背景保存后执行步骤(VI);当目测到 运动系列图像数据上没有尿液时，人为指定采用对黑区背景建模测定方式 或者采用不建模测定方式，采用对黑区背景建模测定方式时背景保存后执 行步骤(VI )，采用不建模测定方式时直接执行步骤(VI );
(VI )白鼠视频跟踪测定系统通过白鼠跟踪算法计算每一帧数字图像 中动物位置的轨迹点；
(VII) 白鼠视频跟踪测定系统将每一帧数字图像中白鼠位置的轨迹点 连接，生成白鼠的行动轨迹(VIII) 根据实验的实际需要，白鼠视频跟踪测定系统的运行程序可根 据白鼠的行动轨迹图计算白鼠的特征数据，并进行行为测定；
(IX )计算机将白鼠的运动序列图像、行动轨迹图以及特征数据显示 出来并存储在计算机数据库中，便于随时查阅。所述白鼠视频跟踪测定系统的系统软件具体使用时，需预先进行设
置，包括设计白鼠行为视频测定系统软件外观、创建白鼠行为视频视频 测定系统软件类、定义用户界面等。
所述白鼠视频跟踪测定系统的系统软件的设置完成后，采用计算机对 数字图像数据进行测定，该测定步骤如下
设定测定区域，测定区域为数字图像数据上与穿梭盒对应的区域；
打开设定的测定区域进行区域新建，区域新建时沿活动面板上缘将每 一个跟踪区域( 一 个跟踪区域即数字图像数据上与 一 个穿梭盒相对应的区 域)分成两个小区白区和黑区，白区为数字图像数据上与第一盒子对应 的区域，黑区为数字图像数据上与第二盒子对应的区域；每个小区再划定 为中心圆形区域和周边区域两部分区域；
进行参数设置，包括设置计算区域为某一跟踪区域，设置区域宽度， 其与穿梭盒的宽度保持一致即可；设置黑区和白区分别对应的阈值，系统 软件根据设置的黑区阈值和白区阈值将每一帧数字图像二值化；设置中心 圓形区域面积与小区总面积的面积比，可根据实际需要选择将该面积比设 定为1/2、 1/4或者1/8;设置具体起止帧数，可根据需要计算的起止帧数 来选择。
根据设置好的黑区阈值和白区阈值，将每一帧数字图像的黑区和白区 二值化，然后标记黑区和白区中若干黑色连通区域(二值化后只剩下黑色 和白色两种像素点)，再在上述标记的若干黑色连通区域中找到面积最大 的黑色连通区域，并取重心即为白鼠在此帧数字图像的轨迹点。
定位判断每一帧数字图像中白鼠轨迹点所在的小区先后相邻的轨迹 点在两个小区，则判定白鼠在穿梭盒穿梭一次，累计得到白鼠在该穿梭盒 的穿梭次数；对先后相邻的轨迹点在同一小区的数字图像，分别累计两个 小区先后相邻的两个轨迹点之间的时间和距离，得到白鼠在各小区的总逗 留时间和徘徊路程。
9所述的特征数据为白鼠的活动距离，白鼠在第一盒子(即白盒)总逗 留的时间，白鼠在第二盒子(即黑盒)总逗留的时间，白鼠在各中心区域 逗留的时间，白鼠在穿梭盒内的穿梭次数，白鼠的徘徊路程等表征白鼠行 为的特征数据，以测定白鼠的行为。
经判断，指定采用不建模测定方式，直接执行步骤(VI)时，执行的 白鼠跟踪算法如下
对每一帧数字图像
a. 选择跟踪区域；
b. 根据常用黑区阈值和白区阈值将跟踪区域内黑区和白区二值化； 常用黑区阈值和白区阈值的确定过程如下
预先由人工根据经验确定黑区初始阈值和白区初始阈值，白鼠视频跟 踪测定系统的系统软件根据黑区初始阈值和白区初始阈值对每一帧数字 图像进行二值化；
二值化时，在白区提取数字图像像素颜色的蓝色分量与白区初始阈值 比较，如果蓝色分量比白区初始阈值大则二值化为黑色，如果蓝色分量比 白区初始阈值小则二值化为白色；
在黑区提取数字图像像素颜色的0.1红色分量加上0.9绿色分量，与 黑区初始阈值比较，如果0.1红色分量加上0.9绿色分量比黑区初始阈值 大则二值化为白色，如果0.1红色分量加上0.9绿色分量比黑区初始阈值 小则二值化为黑色；
每一帧数字图像显示二值化结果后，如果未出现白鼠对应黑色像素， 需减小白区阈值或增大黑区阈值或在减小白区阈值的同时增大黑区阈值， 直至显示与白鼠位置对应的黑色像素，以追踪到白鼠，此时阈值即为白区 最佳阈值和黑区最佳阈值，将白区最佳阈值确定为白区阈值，黑区最佳阈 值确定为常用黑区阈值；
c. 采用逐行标记算法(Rosenfeld和Pfaltz于1966年提出的算法)标记黑区和白区的黑色连通区域；
d.找出黑区和白区中的最大黑色连通区域，并计算重心，重心即白鼠 位置的轨迹点；
经判断，指定采用对黑区背景建模测定方式，背景保存后执行步骤 (VI)时，以准确追踪受试白鼠的位置，执行的白鼠跟踪算法如下 对每一帧数字图像
a. 选4奪跟踪区域；
若此帧数字图像中追踪到受试白鼠在白区时将黑区背景自动保存，处 理下一帧数字图像的黑区时，将该帧数字图像黑区上所有点的像素值减去 上一帧数字图像黑区上对应点的像素值，得到该帧新的数字图像黑区；
b. 根据背景建模黑区阈值和白区阈值将跟踪区域内黑区和白区二值
化；
背景建才莫黑区阈值和白区阈值的确定过程如下
背景建模黑区阈值可自行设定， 一般情况下设定背景建模黑区阈值为 5,也可根据实际需要调整。在每帧新的数字图像黑区中提取数字图像像 素颜色的0.1红色分量加上0.9绿色分量做为RGB分量和与5比较，当 RGB分量和大于5时二值化为白色像素，当RGB分量和小于5时为黑色 像素。
此时白区阈值与所述采用不建模测定方式，直接执行步骤(VI)时执 行的白鼠跟踪算法中的白区阈值相同。
c. 采用逐行标记算法标记黑区和白区的黑色连通区域；
d. 找出黑区和白区中的最大黑色连通区域，并计算重心，重心即白鼠 位置的轨迹点；
所述的视频白鼠跟踪算法采用伪代码来实现。
所述的跟踪区域为数字图像数据上与 一个穿梭盒对应的区域。
本发明具有如下优点(1) 白鼠行为数据的釆集在低噪声、低照度条件下进行，不干扰白
鼠的正常活动，提高实-睑结果的准确度；
(2) 硬件装置采用标准化工业设计，坚固耐用；
(3) 采用白鼠视频跟踪技术，实现了实验过程的自动化，避免了人 工计数引入的主观误差和对实验白鼠的干扰，增加了实验结果的真实可靠 性；
(4) 将白鼠的运动序列图像以及测定结果记录下来并保存在计算机 数据库中，实验数据资料真实、可靠，可回放进行人工校;险；
(5 )领先的核心算法即白鼠跟踪算法，有效保证识别的抗干扰性和 准确性；
(6) 采用开放式、模块化设计，系统可扩展性强，可外接其它的测 定模块，根据白鼠的行动轨迹图计算的数据和指标结果可导入到Excel, 便于用户在统计软件中作进 一 步测定处理；
(7) 测定方式灵活，支持时段测定，支持定时终止和人工终止，并 具有丰富的显示方式，对白鼠的运动情况可采用轨迹图、参数指标、曲线、 直方图等多种显示方式表现，并可生成完整的报告，供打印输出；
(8) 该系统软件实现了对白鼠生理行为特征数据的计算，包括对逗 留时间、徘徊路程和穿梭次数的计算，还可显示受试白鼠每帧位置的轨迹 点，其算法简单有效，测定速度快，且可同时录制并测定多只白鼠在黑区、 白区的停留时间、活动路程、穿梭次数及运动轨迹等多个特征数据。
(9 )采用实验硬件条件下区分背景和受试白鼠的最佳RGB分量以及 权重(如黑区中采用0.1红色分量加上0.9绿色分量，第二阈值设定为5 等)，结合已有的逐行标记算法，准确追踪受试白鼠，算法简单快速有效。
图1为本发明白鼠行为测定实验系统的结构示意12图2为本发明实验系统中动物活动盒的结构示意图； 图3为本发明采用白鼠视频跟踪测定系统进行白鼠行为视频测定的流 程框图。
具体实施例方式
如图1、图2所示，本发明白鼠行为测定实验系统，主要由硬件装置 和白鼠视频跟踪测定系统两部分组成，硬件装置包括箱体1、置于箱体1 内的动物活动盒2、置于箱体1顶部的阵列式发光二极管6和与箱体1相 连通的松下FV-15PE2C新风系统5;白鼠视频跟踪测定系统由系统硬件和 系统软件组成，系统硬件包括视频输入器3、图像采集卡和计算机4，视 频输入器3通过视频线连接计算机4并置于箱体1顶部，图像采集卡、系 统软件安装在计算机4上，系统软件包括以下模块图像采集、参数设置、 轨迹追踪、背景建模、特征数据计算、结果格式化显示和保存。
箱体1为用4mm厚、深圳华蝶隔音材料有限公司生产的型号为ep100 的隔音板制造的隔音箱体，箱体1规j各为长160cm,宽110cm,高110cm。
松下FV-15PE2C新风系统5包括排风扇、主机、通风管道、排风口 和窗进器，该新风系统5的背景噪音〈30dB。
阵列式发光二极管6均匀分布在视频输入器3四周，通过可控的阵列 式发光二极管控制动物活动盒2的亮度，调节置于箱体1底部的动物活动 盒2的平均照度<20 Lux。
动物活动盒2位于视频输入器3的正下方，其规格为长45cm,宽45cm, 高15cm，由4个聚氯乙烯穿梭盒7组成，聚氯乙烯穿梭盒7的规格为长 30cm,宽15cm，高15cm，每一个聚氯乙烯穿梭盒7中间有一活动的隔板， 该隔板训练阶段为封闭型隔板，测试阶段为通道型隔板，将聚氯乙烯穿梭 盒7分隔为第一盒子8和第二盒子9,第一盒子8和第二盒子9的规^f各均 为长15cm,宽15cm，高15cm,其中第一盒子8四周和底面均为白色，且底面光滑，第二盒子9四周和底面均为黑色，底面镂刻成网格，网格为 0.5cm x 0.5cm的正方形。
以吗啡诱导的条件性位置偏爱为例，进行如下测试
1、 天然偏爱测试
测试时采用通道型隔板将第一盒子8和第二盒子9隔开，将白鼠未作 任何处理放置于第一盒子8和第二盒子9的交界处，让其在第一盒子8和 第二盒子9内自由活动15min,通过视频输入器3采集白鼠运动系列图像， 以便测定其天然偏爱情况。重复测试三次，每次测试间隔24h。
2、 吗啡诱导白鼠行为测定实验的建立与表达
训练开始前对所有白鼠进行天然偏爱测试，步骤同1。 4艮据天然偏爱 结果以及相关文献(Pharmacol Biochem Behav， 1989, 33(4): 765-775; Pharmacol Biochem Behav， 1988， 30(4): 889-893 ),天然偏爱盒不易建立 CPP,故选择白盒作为伴药盒。整个CPP实验周期共9天，包括下面两个 阶段
白鼠行为测定实验的建立阶段训练期间采用封闭型隔板将动物活动 盒2中第一盒子8和第二盒子9完全隔离，将16只白鼠随机分为生理盐 水对照组(NS)和吗啡组(Mor),各组8只，吗啡组(Mor)白鼠分别在 第1天、第3天、第5天、第7天进行腹腔注射盐酸吗啡(5 mg/kg)后 放置第一盒子8 (即白盒)训练50min;生理盐水对照组(NS)白鼠分别 在第2天、第4天、第6天、第8天进行腹腔注射生理盐水(0.5ml/kg) 后放置第二盒子9 (即黑盒)训练50min。对照组白鼠每次均给予生理盐 水，其它处理同吗啡组小鼠。
白鼠行为测定实验的表达阶段实验第9天，第一盒子8和第二盒子 9之间采用通道型隔板，将白鼠未作任何处理放置于两盒交界处，让其在 两盒内自由活动15min，通过视频输入器3采集白鼠运动系列图像。
3、 白鼠视频跟踪测定系统对视频输入器3采集的白鼠行为视频进行测定的步骤如下
正确安装白鼠视频跟踪测定系统的系统硬件和系统软件后，将欲执行
白鼠行为视频测定系统软件的程序存入计算机4的程序存储器中；
启动白鼠视频跟踪测定系统的运行程序，此运行程序根据设备厂家提 供的使用视频输入器3、图像采集卡、计算机4的初始化要求设置好初始 化数值，运行程序根据这些初始化数值分别对白鼠视频跟踪测定系统的系 统硬件进行初始化，包括视频输入器3、图像采集卡、计算机4的初始化； 视频输入器3的初始化为将白鼠视频跟踪测定系统的视频测定视场设定为 4个聚氯乙烯穿梭盒7所在的区域，同时设定白鼠视频跟踪测定系统的采 样周期；
天然偏爱测试时采样周期由采样期和采样等待期组成，其中采样期为 15min,采样等待期为24h;白鼠行为测定实验的表达阶段时采样周期为 15min;
视频输入器3根据预先设定的采样周期采集4个聚氯乙烯穿梭盒7所 在的区域内白鼠的运动系列图像并记录相对应的采集时间，视频输入器3 将采集到的白鼠运动系列图像数据输入到图像采集卡；
图像采集卡对每一帧白鼠运动系列图像数据进行模数转换，变成数字 图像数据，并将数字图像数据传输到计算机4;
参见图3,对白鼠视频跟踪测定系统的系统软件进行设置，包括设 计白鼠行为视频测定系统软件外观、创建白鼠行为视频视频测定系统软件 类、定义用户界面等；
然后采用计算机4对数字图像数据进行测定，测定步骤如下
设定测定区域跟踪区域a、跟踪区域p、跟踪区域y和跟踪区域S， 跟踪区域a、跟踪区域p、跟踪区域y和跟踪区域S分别为数字图像数据 上与将4个聚氯乙烯穿梭盒7按顺时针方向进行a 卩、y、 5编号而对应 的区域；打开与设定的测定区域相对应的数字图像数据进行区域新建，区域新
建时沿活动面板上缘将数字图像数据上与每个聚氯乙烯穿梭盒7相对应的 的区域(即跟踪区域a、跟踪区域P、跟踪区域y和跟踪区域S)分别分成 两个小区白区和黑区，白区为数字图像数据上与第一盒子8对应的区域， 黑区为数字图像数据上与第二盒子9对应的区域，每个小区再划定为中心 圆形区域和周边区纟或两部分；
进行参数设置，包括设置计算区域为跟踪区域a、跟踪区域p、跟 踪区域Y或跟踪区域S,设置区域宽度为15cm(其与聚氯乙烯穿梭盒7的 宽度保持一致)；
设置每个小区的中心圆形区域面积为小区总面积的1/8;
设置具体起止巾贞数如第0帧至第22500帧；
进行白鼠行为视频测定之前对采集到的运动系列图像数据进行目测， 当目测到运动系列图像数据上有尿液时，人为指定采用对黑区背景建模测 定方式，此时背景保存发生且只发生在追踪结果白鼠的位置在白区的时 候，背景保存后白鼠视频跟踪测定系统通过采用伪代码来实现的白鼠跟踪 算法计算每一帧数字图像中白鼠位置的轨迹点；
当目测到运动系列图像数据上没有尿液时，人为指定采用对黑区背景 建模测定方式或者采用不建模测定方式，采用对黑区背景建模测定方式时 背景保存后白鼠视频跟踪测定系统通过采用伪代码来实现的白鼠跟踪算 法计算每一帧数字图像中白鼠位置的轨迹点；采用不建模测定方式时直接
执行白鼠视频跟踪测定系统通过采用伪代码来实现的白鼠跟踪算法计算 每一帧数字图像中白鼠位置的轨迹点；
经判断，指定采用不建模测定方式时，执行的白鼠跟踪算法如下
对每一帧数字图像
a. 分别选择跟踪区域a、跟踪区域(3、跟踪区域y和跟踪区域5;
b. 根据设置的常用黑区阈值和白区阈值将各跟踪区域内黑区和白区二
16值化；
常用黑区阈值和白区阈值的确定过程如下
预先由人工根据经验确定黑区初始阈值和白区初始阔值，白鼠视频跟 踪测定系统的系统软件根据黑区初始阈值和白区初始阈值对每一帧数字 图像进行二值化；
二值化时，在白区提取数字图像像素颜色的蓝色分量与白区初始阈值 比较，如果蓝色分量比白区初始阈值大则二值化为黑色，如果蓝色分量比 白区初始阈值小则二值化为白色；
在黑区提取数字图傳 像素颜色的0.1红色分量加上0.9绿色分量，与 黑区初始阈值比较，如果0.1红色分量加上0.9绿色分量比黑区初始阈值 大则二值化为白色，如果O.l红色分量加上0.9绿色分量比黑区初始阈值 小则二值化为黑色；
每一帧数字图像显示二值化结果后，如果未出现白鼠对应黑色像素， 需减小白区阈值或增大黑区阈值或在减小白区阈值的同时增大黑区阔值， 直至显示与白鼠位置对应的黑色像素，以追踪到白鼠，此时阈值即为白区 最佳阈值和黑区最佳阈值，将白区最佳阈值确定为白区阈值，黑区最佳阈 值确定为常用黑区阈值；
c. 采用Rosenfeld和Pfaltz于1966年提出的逐行标记算法分别标记所 选跟踪区域内黑区和白区的若干黑色连通区域，即跟踪区域a内黑区和白 区的若干黑色连通区域，跟踪区域卩内黑区和白区的若干黑色连通区域，
跟踪区域y内黑区和白区的若干黑色连通区域和跟踪区域S内黑区和白区 的若干黑色连通区域；
d. 分别找出跟踪区域a、跟踪区域p、跟踪区域y和跟踪区域S内黑区 和白区中的最大黑色连通区域，并分别计算重心，各重心即白鼠在各跟踪 区域位置的4九迹点；
经判断，指定采用对黑区背景建模测定方式时，执行的白鼠跟踪算法对每一帧数字图像
a. 分别选择跟踪区域a、跟踪区域p、跟踪区域y和跟踪区域5; 若此帧数字图像中追踪到受试白鼠在白区时将黑区背景自动保存，处
理下一帧数字图像的黑区时，将该帧数字图像黑区上所有点的像素值减去 上一帧数字图像黑区上对应点的像素值，得到该帧新的数字图像黑区；
b. 根据设置的背景建模黑区阈值和白区阈值将各跟踪区域内黑区和白 区二值化；
背景建模黑区阈值和白区阈值的确定过程如下
背景建模黑区阈值可自行设定， 一般情况下设定背景建模黑区阈值为 5，也可根据实际需要调整。在每帧新的数字图像黑区中提取数字图像像 素颜色的0.1红色分量加上0.9绿色分量做为RGB分量和与5比较，当 RGB分量和大于5时二值化为白色像素，当RGB分量和小于5时为黑色 像素。
此时白区阈值与所述采用不建模测定方式时执行的白鼠跟踪算法中 的白区阈值相同。
c. 采用Rosenfeld和Pfaltz于1966年提出的逐行标记算法分别标记所 选跟踪区域内黑区和白区的若干黑色连通区域，即跟踪区域a内黑区和白 区的若干黑色连通区域，跟踪区域卩内黑区和白区的若干黑色连通区域，
跟踪区域y内黑区和白区的若干黑色连通区域和跟踪区域3内黑区和白区 的若干黑色连通区域；
d. 分别找出跟踪区域a、跟踪区域p、跟踪区域y和跟踪区域S内黑区 和白区中的最大黑色连通区域，并分别计算重心，各重心即白鼠在各跟踪 区域位置的轨迹点；
白鼠视频跟踪测定系统将每一帧数字图像中白鼠位置的轨迹点连接， 生成白鼠的行动轨迹图；白鼠视频跟踪测定系统的运行程序根据第n帧至第n+m帧中白鼠的 轨迹点计算各跟踪区域内的白鼠的特征数据，特征数据包括白鼠的活动 距离，白鼠在第一盒子8(即白盒)总逗留的时间，白鼠在第二盒子9(即 黑盒)总逗留的时间，白鼠在各中心区域逗留的时间，白鼠在穿梭盒7内 的穿梭次数，白鼠的徘徊路程等特征数据，得到特征数据测定结果；其中， n、 m均为正整数；
同时对白鼠的行为进行测定，定位判断每一帧数字图像中白鼠轨迹点 所在的小区先后相邻的轨迹点在两个小区，则判定白鼠在聚氯乙烯穿梭 盒7内穿梭一次，累计得到穿梭次数。对先后相邻的轨迹点在同一小区的 数字图像，分别累计两个小区先后相邻的两个轨迹点之间的时间和距离， 得到白鼠在各小区的总逗留时间和徘徊路程。
计算机4将白鼠的运动序列图像、行动轨迹图以及特征数据测定结果 在计算机4显示屏上显示出来并存储在计算机4数据库中，便于随时查阅。
权利要求
1、一种白鼠行为测定实验系统，由硬件装置和白鼠视频跟踪测定系统两部分组成，其特征在于所述的硬件装置包括箱体(1)、置于箱体(1)内的动物活动盒(2)、置于箱体(1)顶部的照明装置和与箱体(1)连通的新风系统(5)；所述的白鼠视频跟踪测定系统由系统硬件和系统软件组成，系统硬件包括视频输入器(3)、图像采集卡和计算机(4)，视频输入器(3)通过视频线连接计算机(4)并置于箱体(1)顶部，图像采集卡、系统软件安装在计算机(4)上，系统软件包括以下模块图像采集、参数设置、轨迹追踪、背景建模、特征数据计算、结果格式化显示和保存。
2、 如权利要求1所述的白鼠行为测定实验系统，其特征在于所述 的箱体(1 )为隔音箱体。
3、 如权利要求1所述的白鼠行为测定实验系统，其特征在于所述 的照明装置为阵列式发光二极管(6)。
4、 如权利要求3所述的白鼠行为测定实验系统，其特征在于所述 的阵列式发光二极管(6)均匀分布在^f见频输入器(3)四周。
5、 如权利要求1所述的白鼠行为测定实验系统，其特征在于所述 的动物活动盒(2)位于视频输入器(3)的正下方。
6、 如权利要求1所述的白鼠行为测定实验系统，其特征在于所述 的动物活动盒(2)由若干个穿梭盒(7)组成。
7、 如权利要求6所述的白鼠行为测定实验系统，其特征在于所述 的穿梭盒(7 )中间设有一活动的隔板，将穿梭盒(7 )分隔为第一盒子(8 ) 和第二盒子(9),其中第一盒子(8)的四周和底面均为白色，且底面光 滑，第二盒子(9)四周和底面均为黑色，且底面镂刻成网格。
8、 —权利要求1或7所述的白鼠行为测定实验系统，其特征在于所述的白鼠视频跟踪测定系统进行白鼠行为视频测定的步骤如下(I)安装白鼠视频跟踪测定系统的系统硬件；(II )安装白鼠视频跟踪测定系统的系统软件，将欲执行白鼠行为4见 频测定系统软件的程序存入计算机(4)的程序存储器中；(III) 启动白鼠视频跟踪测定系统的运行程序，对白鼠视频跟踪测定 系统的系统硬件进行初始化；包括视频输入器(3)、图像采集卡、计算 机(4)的初始化；视频输入器(3)的初始化为设定白鼠视频跟踪测定系 统的视频测定视场，设定白鼠视频跟踪测定系统的采样周期；(IV) 视频输入器(3)根据设定的釆样周期采集视频测定视场内的 运动系列图像并记录相对应的采集时间，视频输入器(3)将采集到的运 动系列图像数据输入到图像采集卡；(V) 图像采集卡对运动系列图像数据进行模数转换，变成数字图像 数据，并将数字图像数据传输到计算机(4);白鼠-现频跟踪测定系统进行白鼠行为^L频测定的方式包括对黑区背 景建模测定方式和不建模测定方式，进行白鼠行为视频测定之前对采集到 的运动系列图像数据进行目观'!，当目测到运动系列图像数据上有尿液时， 人为指定采用对黑区背景建模测定方式，此时背景保存发生且只发生在追 踪结果白鼠的位置在白区的时候，背景保存后执行步骤(VI);当目测到 运动系列图像数据上没有尿液时，人为指定采用对黑区背景建模测定方式 或者采用不建模测定方式，采用对黑区背景建模测定方式时背景保存后执 行步骤(VI),采用不建模测定方式时直接执行步骤(VI);(VI) 白鼠视频跟踪测定系统通过白鼠跟踪算法计算每一帧数字图像 中动物位置的轨迹点；(VII) 白鼠视频跟踪测定系统将每一帧数字图像中白鼠位置的轨迹点 连接，生成白鼠的行动轨迹图；(VIII) 白鼠视频跟踪测定系统的运行程序根据白鼠的行动轨迹图计算白鼠的特征数据，并进行行为测定；(IX)计算机(4)将白鼠的运动序列图像、行动轨迹图以及特征数 据显示出来并存储在计算机(4)数据库中。所述的白区为数字图像数据上与第一盒子(8)对应的区域，所述的 黑区为数字图像数据上与第二盒子(9)对应的区域。
9、如权利要求8所述的白鼠行为测定实验系统，其特征在于所述 的白鼠跟踪算法包括如下步骤对每一帧数字图像a. 选择跟踪区域；b. 根据设定的黑区阈值和白区阈值将跟踪区域内的黑区和白区二值化；c. 釆用逐行标记算法标记黑区和白区的黑色连通区域；d. 找出黑区和白区中的最大黑色连通区域，并计算重心，重心即为白 鼠位置的轨迹点；其中，采用对黑区背景建模测定方式，背景保存后执行步骤(VI)时 黑区阈值设置为背景建模黑区阈值；采用不建模测定方式，直接执行步骤 (VI)时，黑区阈值设置为常用黑区阈值。
全文摘要
本发明公开了一种白鼠行为测定实验系统，由硬件装置和由系统硬件和系统软件组成的白鼠视频跟踪测定系统两部分组成，硬件装置包括箱体、置于箱体内的动物活动盒、置于箱体顶部的照明装置和与箱体相连的新风系统；系统硬件包括视频输入器、图像采集卡和计算机，视频输入器通过视频线连接计算机并置于箱体顶部，图像采集卡、系统软件安装在计算机上，系统软件包括以下模块图像采集、参数设置、轨迹追踪、背景建模、特征数据计算、结果格式化显示和保存。该实验系统白鼠行为数据的采集在低噪声、低照度条件下进行，不会干扰白鼠的正常活动，提高了实验结果的准确度；结合白鼠视频跟踪测定系统，测定方式灵活，测试参数多样化。
文档编号A61B19/00GK101584585SQ20091009934
公开日2009年11月25日 申请日期2009年6月8日 优先权日2009年6月8日
发明者朱永平, 纲 潘 申请人:浙江大学