基于图像处理的网箱养殖鱼群摄食规律研究

摘要

近年来，随着海洋养殖的不断发展，对高效智能化投饵系统的需求越来越多。网箱养殖是近几年来迅速发展起来的一种新型养殖方式。由于网箱养殖的适用性广，受到了国内外众多学者和工程技术人员的广泛关注。
　　目前网箱养殖中投放的饵料量通常是根据养殖经验获得，不仅浪费饵料，更增加了养殖成本，同时由于过多的饵料不能被利用，在养殖水体中不易被清理，很容易造成养殖环境的恶化，不仅增加了水体环境的负担而且增大了鱼群病害发生几率。因此研究养殖过程中鱼群的摄食规律有一定必要性。
　　与传统的投饵机不同的是，智能化程度高的投饵设备需要根据鱼群的生长需求如鱼群聚集度，以及鱼群的饥饱程度调整投饵量，提高饵料的利用效率，降低养殖成本，提高海洋养殖产业的技术水平。鱼群的生长需求可通过鱼群的摄食规律反映。所以研究网箱养殖鱼群的摄食规律具有十分重要的意义，并且是研究开发新型投饵设备的基础。
　　本文为了研究网箱养殖鱼群的摄食规律，在养殖鲈鱼以及小黄鱼的养殖网箱中进行了大量的图像采集实验。实验中通过改变投饵时间和投饵量研究鱼群的摄食规律。
　　本文提出了将图像处理技术应用在海洋养殖装备投饵机的结构设计中。在此基础上，利用计算机处理技术和数据分析方法对网箱养殖鱼群的摄食规律进行了研究，并且建立了投饵量和鱼群聚集度的关系模型，并根据鱼群摄食规律构建了新的投饵方案。
　　鱼群摄食过程中，鱼群聚集度通过鱼群饥饱程度直观反映，同时聚集度可反映鱼群摄食过程中的规律，基于此项分析，通过图像处理技术研究了养殖鱼群在投饵过程中聚集程度随投饵时间变化的变化规律，并根据鱼群摄食规律研究了鱼群聚集程度与图像中特征参数的关系，根据这一关系建立了投饵量的计算模型，并根据鱼群摄食规律建立了适应鱼群生长规律的投饵方案。
　　在鱼群摄食过程中，每隔10秒拍摄一张鱼群游至水面摄食的图像，并利用Labview和Matlab软件对图像进行处理。通过图像处理过程，提取出图像中有鱼部分以及鱼群摄食引起的水花部分的特征，将图像中几何特征中的面积比率参数作为研究鱼群摄食规律的特征参数。由于有鱼部分的面积比率参数和水花部分的面积比率参数能够很好地反映鱼群摄食过程中鱼群聚集状态，根据参数特征绘制了随时间变化的曲线，通过曲线可以直观地研究鱼群摄食规律的变化特点。根据曲线所反映的变化规律，构建了新的投饵量计算模型，并在原有投饵机的基础上改进了投饵控制系统和投饵机结构，使其能够适应新的投饵方法，利用改进的投饵系统和投饵机进行了投饵对比试验。
　　通过实验证明，利用本文构建的投饵规律进行投饵，无论在养殖鲈鱼还是养殖小黄鱼的过程中都节约了饵料，提高了投饵的准确性及自动化程度。

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1绪论

1.1选题的目的及意义

1.2国内外对网箱养殖自动投饵系统的研究现状

1.3国内外对图像处理技术在水产养殖中的应用现状

1.4图像处理技术在其他行业的应用现状

1.5本文研究的主要内容

2鱼群摄食图像的采集与预处理

2.1鱼群摄食图像采集装置的设计和图像的采集

2.2鱼群摄食图像的预处理

2.3预处理的结果分析

2.4本章小结

3鱼群摄食图像的分割

3.1图像的二值化处理

3.2图像分割的结果分析

3.3本章小结

4鱼群摄食过程的水面图像特征参数的提取和分析

4.1图像特征参数提取

4.2图像特征参数的分析

4.3本章小结

5投饵系统的设计与实验研究

5.1投饵量的计算设计

5.2投饵方法的设计

5.3投饵机下料机构以及控制系统设计

5.4实验验证

5.5本章小结

6总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

附录A 投饵机控制系统电路图

在学研究成果

致谢