基于虚拟仪器LabVIEW的Morris水迷宫实验图像采集系统

摘要

目的(Objective)： 水迷宫实验通过研究外界环境因素对于动物大脑学习、记忆、认知、识别行为的影响和变化规律，为人类大脑记忆功能的研究、健脑药物的开发研究提供理论和实践依据，是心理学等学科常用的实验方法。目前的水迷宫图像采集和分析系统存在着价格经济的系统不精确而精确的系统价格昂贵的矛盾。价格经济的系统由于配置较低从而精确度稍差，精确的系统由于需要开发专门的硬件和软件从而造价高昂。而且它们都具有同一缺陷即功能不能扩展，不适合于水迷宫实验不断改进的研究需要。 本小组通过对水迷宫实验原理和实验方法的研究，使用通用的数字摄像机、计算机，配以相应的图像采集卡，利用基于虚拟仪器程序设计语言LabVIEW，实现了Morris水迷宫实验图像采集系统，在低成本的基础上实现了水迷宫实验的精确采集和处理，并开发出一些新的功能，具有较高的可靠性。同时该系统具有虚似仪器的共同特点，即灵活性强，可通过增加新的程序模块扩展其功能，为程序应用于其他领域打下基础。 方法(Methods)： 系统软件主要使用虚拟仪器程序设计语言LabVIEW进行编写。首先设置图像采集的参数，包括灰度值修正、观察范围等。根据摄像头的高度，使用标准长度的模块测出摄像头CCD间隔象素点对应的实际距离。运行主程序，将连续采集到的图像保存为制定的AVI文件，并且实时对每帧图像进行处理，分辨出目标的中心点并记录保存坐标。经过对坐标的处理，即时完成游程(TD)计算、运动时间(TT)记录、运动速度(TS)计算显示、运动轨迹(TP)、运动速度波形显示。实验完成后经过对保存的坐标数据的处理，完成各象限内时间分布显示、运动轨迹模拟回放、综合数据回放。 在该实验的基础上修改部分控件和参数，应用于微循环血流检测方面。根据图片上的血细胞大部分面积的象素值、血细胞的大小与周围环境的差别，将血细胞识别为对象，并将其中最接近图片中心的作为统计对象，使用前述的方法计算其在较短时间内流动的相对距离，并识别该对象的标号是否发生改变。如改变则重新选取统计对象，重新进行上述步骤。由于实验条件限制，目前仅完成静态血流图像分析。 结果(Result)： 建立了基于虚拟仪器LabVIEW的图像采集系统，程序实现了对于水迷宫实验要求数据的采集、分析、存储，可以比较精确地得到实验数据。结果保存为两种形式：AVI文件和LVM文件。AVI文件记录了实验的完整图像，可以使用播放器进行回放，并可引入其他程序进行处理分析。LVM文件保存了识别分析后的对象坐标值，以数对的形式保存，在程序读入后可重现轨迹的过程。 对于静态血流图片有较好的识别和定位效果。动态实验有待评估。 结论(Conclusions)： 基于虚拟仪器LabVIEW的Morris水迷宫实验图像采集系统实现了低成本多功能的水迷宫实验记录分析和保存，具有一定的实验应用价值。在此基础上开发的血流检测系统有一定的可行性和前景。

目录

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摘要

中英文符号说明

1引言

1.1心理学实验中的水迷宫实验

1.1.1常用的水迷宫模型

1.1.2水迷宫实验图像记录采集系统

1.2虚拟仪器LabVIEW的应用

1.3虚拟仪器LabVIEW的图像采集和处理功能

2设计与实验

2.1硬件系统

2.1.1图像采集硬件系统

2.1.2 Morris水迷宫结构

2.2软件系统

2.2.1图像采集卡参数设置模块

2.2.2图像实时获取显示及保存模块

2.2.3水迷宫实验和实验动物参数预设模块

2.2.4图像识别与轨迹显示模块

2.2.5实时参数分析及保存模块

2.2.6图像回放模块

2.2.7坐标与距离转换模块

2.2.8存档数据分析模块

3实验结果

3.1软件功能

3.1.1水迷宫参数设置

3.1.2水迷宫图像采集、显示、回放

3.2实验研究概述

4程序的扩展及在血流检测中的预期应用

4.1程序扩展

4.2应用结果

5讨论

5.1水迷宫实验的特点

5.2使用虚拟仪器编程完成水迷宫实验的意义

5.3基于LabVIEW的水迷宫实验系统的缺陷

5.4基于LabVIEW的血流检测的特点

5.5下一步的工作

参考文献

致谢

攻读学位期间发表论文情况