运动目标检测在鱼群数量统计中的应用研究

摘要

为了解决鱼类生物学实验中鱼类目标的数量统计问题，本文运用运动目标检测技术，通过一系列的图像处理和分析，最终设计与实现了鱼群检测与计数系统，该系统能对实验视频中鱼类目标的数量进行自动统计，并以图表的形式输出结果信息。研究工作的主要贡献体现在如下三个方面。 第一，将高斯混合模型背景减除法应用到了实验视频的处理中，有效提取出了鱼类目标。在对实验视频进行处理的过程中，使用了高斯混合模型对背景进行建模，得到了较为理想的背景模型，进而使用背景减除法提取出了视频中的鱼类目标。然后对提取出的目标图像进行了一系列优化工作，包括使用中值滤波器消除椒盐噪声，通过设置阈值进行二值化处理，使用闭运算和开运算进行形态学处理，以及对前景目标进行轮廓提取。所提取出的前景目标较为清晰完整，为接下来的鱼群计数工作奠定了良好的基础。 第二，应用了基于目标轮廓长度特征的鱼群计数方法。该方法以图像中所有鱼类目标的轮廓长度这一整体特征为依据进行目标数量的计算，在一定程度上对像素级噪声以及前景目标之间的粘连和遮挡均不敏感。实验测试结果表明，该方法能够对鱼群中鱼类目标的数量进行较为准确的统计，查全率、查准率和综合评价指标值基本保持在0.7以上，在大多数情况下都能取得较好的结果，且对部分视频内容的计数结果非常接近于真实结果。 第三，设计与实现了鱼群检测与计数系统。整个系统采用C++11编程语言编写，使用开源计算机视觉库OpenCV2.4.9进行图像处理操作，并利用应用程序框架Qt5.8实现UI呈现与交互功能。所设计的软件系统为鱼类生物学实验中无人值守计数问题提供了解决方案，积累了数据和经验，可应用于类似的计数场景。

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