斑馬魚群的自動(dòng)跟蹤系統(tǒng).pdf

1、群體行為是一種在大自然的生物中廣泛存在的自然現(xiàn)象，這一奇妙的現(xiàn)象吸引了各個(gè)領(lǐng)域眾多科學(xué)家的濃厚興趣，他們?cè)噲D發(fā)現(xiàn)隱藏在其背后的規(guī)律，這些看似簡單的個(gè)體產(chǎn)生出這么復(fù)雜的行為，背后形成的機(jī)理是什么，這些行為對(duì)它們的生存有什么作用以及是怎樣影響的，通過解答這些問題不僅有助于人類探索和揭示大自然的奧秘，同時(shí)對(duì)這些規(guī)律的發(fā)現(xiàn)和研究并且將這些規(guī)律服務(wù)于人類社會(huì)，可以極大促進(jìn)人類社會(huì)的發(fā)展。斑馬魚作為一種模式生物，被廣泛運(yùn)用為研究群體行為的對(duì)象，通過

2、獲得斑馬魚的運(yùn)動(dòng)軌跡，分析每條軌跡以及軌跡之間的關(guān)系，成為了研究群體行為的主要手段，為了獲得軌跡，視頻相機(jī)提供了一種很方便的選擇。
　　近年來，相機(jī)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展，但是怎樣從視頻中準(zhǔn)確魯棒地恢復(fù)魚群的軌跡仍然是一件非常具有挑戰(zhàn)性的問題，主要因?yàn)?(1)斑馬魚的身體具有一定體積，不能簡單地抽象為粒子的運(yùn)動(dòng)，并且其身體靈活，在游動(dòng)中形變太(2)因?yàn)楦櫟氖囚~群，魚之間存在頻繁、嚴(yán)重的交互和遮擋，對(duì)跟蹤造成干擾。<

3、br>　　為了解決這些挑戰(zhàn)，本文提出了兩種自動(dòng)跟蹤斑馬魚群的新方法，兩種方法各有側(cè)重點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，分別從兩個(gè)角度解決斑馬魚群跟蹤問題。
　　基于檢測的魚群跟蹤算法。根據(jù)斑馬魚顯著的頭部特點(diǎn)和成像特征，設(shè)計(jì)一個(gè)基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)的魚頭檢測器，從而減少了身體形變對(duì)跟蹤的影響，該檢測器能快速、準(zhǔn)確地檢測魚頭部位置和方向;在跟蹤算法中，通過對(duì)斑馬魚的運(yùn)動(dòng)建模，結(jié)合全局匹配算法，使跟蹤算法對(duì)漏檢、錯(cuò)檢和短暫的遮擋有很強(qiáng)的容忍性。
　　跟蹤斑馬魚

4、輪廓的跟蹤算法。在該算法中，提出了通過子空間對(duì)斑馬魚的身體建模，該子空間從大量的斑馬魚樣本中學(xué)習(xí)得到，雖然斑馬魚的身體靈活，形變大，但是該模型不僅能準(zhǔn)確地描述魚的身體形變，而且控制參數(shù)很少，在跟蹤過程中只有相對(duì)較少的參數(shù)需要估計(jì)，因此該模型十分有利于跟蹤;在跟蹤算法中，提出了“分組跟蹤”的思想，即根據(jù)目標(biāo)之間的相互距離，把所有的目標(biāo)分成若干個(gè)組，不同的組之間獨(dú)立、并行地處理，從而避免了同時(shí)估計(jì)所有斑馬魚的參數(shù)導(dǎo)致極高的維度，在同一組中的