一种智能标准化测量鱼类体型指标与PIT记录系统

本发明涉及机器视觉技术和射频识别技术在动物遗传育种个体体型指标测量的应用，尤其适用于智能标准化测量鱼类体型指标与pit记录。

背景技术：

1、水产养殖是农业的重要组成部分，已成为世界各国重要的优质蛋白质来源和粮食安全的重要保障。然而，随着全球气候变化、不合理的养殖规范等导致多种重要水产养殖品种种质退化。因此，水产养殖动物经济性状(体型指标)的遗传改良一直是国家与养殖户关注的焦点。近年来，随着基因组测序技术的快速发展，新兴的育种技术——全基因组选择育种技术在大西洋鲑、虹鳟、罗非鱼和大黄鱼等开展大量的研究。然而，改育种技术最重要的工作之一是获得高通量精准的个体表型(如体型指标)。现有的鱼类体尺性状自动采集系统大都关注鱼类的体长和体高，而鲜有可采集鱼类鳍长度、眼径、尾柄长等特殊信息的系统。射频识别(rfid)技术与被动整合雷达标(pit)技术广泛应用于鱼类群体中的个体识别。目前，科研工作者想要追踪获取个体型指标的变化，需要人工扫描获取pit id信息和测量体型性状，接着数据录入电脑人工进行pit id信息与体型指标的关联，这显然要消耗大量的人力、物力且存在较大的人为误差。因此，构建智能化、标准化获取鱼类体型性状和pit id信息的采集与记录系统具有重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对目前不能自动实现对鱼类拍照、称重鱼类身体部位长度(体长、体高和鳍长等)、pit信息的一体化采集，提供基于深度学习一种智能标准化测量鱼类体型指标与pit记录系统。

2、本发明包括拍摄模块、盛放装置模块、称重模块、pit扫描模块、处理模块；

3、所述拍摄模块用于拍摄待测鱼类图片及称重模块电子秤示数；所述拍摄模块由一个通过usb接口连接到电脑的摄像头和相应控制拍摄代码组成；控制拍摄代码使用python语言编写；图像采集时，将待测鱼类放置在一个盛放装置中，控制拍摄代码通过调用opencv里的cv2.videocapture命令打开摄像头，需要拍摄图片时，按下保存键(键盘上的“s”键)后，通过cv2.imwrite命令保存图片；

4、所述盛放装置模块用于放置待测的鱼和获取真实长度与像素长度之间的缩放比例；所述盛放装置模块可采用一块白色哑光板，白色哑光板上设有一条黑色参考线；

5、所述称重模块用于称量待测鱼类体重；称重模块采用电子秤或重力传感器；

6、所述pit扫描模块，用于读取待测鱼类体内的pit标签；所述pit扫描模块由rfid阅读器和注射入鱼类体内的pit标签组成；rfid阅读器由一个rfid芯片和直径为10cm的圆形天线组成；rfid阅读器的一端可通过usb接口直接连接在电脑上，rfid阅读器的另一端天线放置在盛放装置下方，当待测鱼类放置在盛放装置上时，天线与pit标签距离小于10cm，处理模块通过rfid阅读器获取pit标签信息；所述rfid阅读器使用rfid无线射频识别技术的低频(lf)读卡芯片，工作频率支持134.2khz、125khz，符合iso 11784/5国际标准，支持对fdx-b、emid两种协议格式电子标签的读取，用户通过uart通信接口便能接收到电子标签数据；所述pit标签即rfid玻璃管标签，采用iso 11784/5国际标准，支持hdx、fdx-b两种协议格式，产品尺寸主要有1.4mm×8mm、2mm×12mm、3mm×15mm。

7、所述处理模块用于控制和处理其他模块数据，处理模块在电脑上运行，电脑内部需要python环境，用于运行python代码；所述处理模块由关键点检测网络hrnet和目标检测网络yolov5组成，hrnet网络用于检测鱼类身体各个部位关键点，yolov5网络用于检测电子秤示数；为了使各个网络能准确地检测鱼类身体关键点及电子秤示数，需要对采集的图片进行标注构建训练集训练这些网络；标注工具采用labelme软件；训练好的yolov5网络用于检测和识别所拍摄图像中称重模块的示数数字，根据这些数字检测框的坐标信息，对体重示数进行正确排序，基于称重模块的精度给定小数点位置，得到待测鱼类最终真实体重信息；训练好的hrnet关键点检测网络用于检测拍摄模块拍摄图像中鱼类各个身体部位关键点，根据检测到的关键点坐标，计算关键点间的像素距离，根据像素距离与真实距离之间的缩放比例，得到鱼类身体各部位体尺性状的真实长度。

8、可选的，所述缩放比例通过检测一个固定长度参照物的像素长度比上其真实物理长度求得；例如，在白色拍摄背景上画一条明显区别于背景的固定长度的黑色实线(假设10cm)，检测出这根黑色实线的像素长度，然后比上10，即可获取所述缩放比例。

9、进一步地，rfid阅读器通过usb接口连接电脑，有一段循环程序不断的扫描读取pit标签的id信息，当有pit标签进入阅读器检测范围内时，就会读取到pit id信息，其余时刻读取到的是空值。

10、进一步地，为了方便以后对待测鱼类图片数据的挖掘，当rfid阅读器扫描到pit标签时自动把图片以pit id信息命名，而未检测到pit标签时则以时间戳为图片命名。图片上含有拍摄时间点和/或pit id信息。

11、进一步地，自动将图片信息、根据图片得到的体重信息、体尺性状信息及pit id信息一一对应进行数据关联，并导入到excel表格，保存在电脑中。

12、进一步地，所述摄像头采用usb免驱动摄像头，可以通过usb接口连接到电脑，摄像头分辨率、焦距没有特殊要求；使用时，电脑端可以直接打开usb摄像头。为了方便拍摄，需要一个支架固定摄像头在盛放装置正上方30～40cm左右。

13、进一步地，所述盛放装置可采用一张4mm厚的白色哑光板，白色哑光板上设有一条10cm黑色刻度线；白色哑光板的长度与待测量鱼全长相匹配。

14、进一步地，所述电子秤可采用带有平面显示屏的电子秤，电子秤示数有或无背光均可。

15、与现有技术相比，本发明的技术创新点和技术效果在于：

16、现有鱼类体型指标的采集与pit记录大都需要多人协作，手工测量完成，采集的体型指标包括体尺性状及体重信息，然而手工采集体尺性状整个过程既浪费人力、时间，又容易出错，测量的体尺性状还不够全面。现有的一些自动采集技术也仅限于对鱼类体长、体高等有限体尺性状进行采集。可以同时采集体重信息、体长、体高、各个鳍长、眼径、尾柄高等体尺性状、pit信息，及将pit信息对应的体重信息、体尺性状进行关联的工作目前还没有。本发明通过拍摄模块采集图片，pit扫描模块读取鱼类pit id信息，并将信息进行关联，关联的方式是以pit id信息对图片进行命名。处理模块中鱼类关键点检测网络检测识别鱼类体尺性状，电子秤示数检测网络检测识别出鱼类体重信息。最后，处理模块将图片信息、根据图片得到的体重信息、体尺性状信息及pit id信息一一对应进行数据关联，并导入到excel表格，保存在电脑中。本发明将大力推动构建鱼类体型指标性状的高通量表型组，进而推动体型指标性状的遗传改良研究。