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纺锤形鱼类图像分割方法研究

纺锤形鱼类图像分割方法研究

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作者：朱珈缘大连海洋大学

学位级别：硕士

在水产养殖中,无人化监测鱼类生长信息是智慧养殖的重要环节,因此研究一种用于鱼体尺度的准确、稳定、快速图像分割方法对深入剖析鱼类生长至关重要。然而,在自然界中,为了适应环境,不同的鱼类呈现出不同的体态特征,其中纺锤形是众多养... 详细信息

在水产养殖中,无人化监测鱼类生长信息是智慧养殖的重要环节,因此研究一种用于鱼体尺度的准确、稳定、快速图像分割方法对深入剖析鱼类生长至关重要。然而,在自然界中,为了适应环境,不同的鱼类呈现出不同的体态特征,其中纺锤形是众多养殖鱼类形体特征中较多的一种,涵盖了许多鱼类品种,如淡水鱼类的青草鲢鳙四大家鱼、咸水鱼类的大黄鱼、小黄鱼、马面鱼、黑鱼等。为了使得所研究的方法不仅具有一定的普适性,更要具有较高的精准性,所以本文将研究的重点聚焦在纺锤形鱼类的图像分割任务上。与此同时,随着人工智能技术的快速发展,作为智能技术中的一种模型优化手段——深度神经网络已在图像分割中体现出越来越无法替代的优势,因此为了进一步提高对纺锤形鱼类图像分割的精准性,针对纺锤形鱼类图像分割过程中存在的边缘不清、特征模糊等问题,结合深度学习方法,提出一种多特征增强融合双路级联的纺锤形鱼类图像分割网络模型,所做工作如下:(1)提出基于U-Net网络融合多尺度特征交叉感知模块的网络模型i U-Net。针对纺锤形鱼的特殊体态,通过对U-Net网络的下采样部分进行改进,提出增加一种多尺度特征交叉感知模块(Multiscale Feature Cross Perceptron,MFCP)来增强对特征的处理,从而提高纺锤形鱼分割的精准度。通过消融实验及对比试验验证而所提的i U-Net网络模型相较于传统的U-Net网络模型分割精确度有着约6.5%的提升。而与其他端到端的分割模型相比,i U-Net也有着较大的性能优势,在推理时间方面也与其相当。(2)提出基于多尺度特征增强融合的纺锤形鱼类图像分割模型。为进一步优化处理在下采样过程产生的多尺度特征,提出基于多特征增强融合的纺锤形鱼类分割网络Koi U-Net。Koi U-Net在增加多尺度特征交叉感知模块基础上增加了多尺度特征融合模块(Multiscale Feature Fusion,MFF)和金字塔池化模块(Atrous Spatial Pyramid Pooling,ASPP)模块。同时,Koi U-Net在上采样阶段,使用新设计的多尺度上采样模块(Multiscale Upsampling,MU)方式替换普通的反卷积等上采样操作,进而逐步完善最终的分割结果。通过实验验证Koi U-Net平均分割精度准确率达到98.63%。(3)提出双路结构优化网络。为进一步提高纺锤形鱼类图像的分割效果,特别是纺锤形鱼类主体边缘的精准度,基于Koi U-Net模型提出了一种双路级联的纺锤形鱼类图像分割模型DKoi U-Net。通过这种双路结构,DKoi U-Net能够在不同的层面上同时优化模型的性能,大大提高了边缘准确性和鲁棒性。通过实验验证DKoi U-Net平均分割精度准确率高达99.40%。

关键词：图像分割深度神经网络纺锤形鱼类多尺度

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纺锤形鱼类疫苗自动注射机设备设计与应用

纺锤形鱼类疫苗自动注射机设备设计与应用

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作者：温冬冬杭州电子科技大学

学位级别：硕士

国内外渔民们一直以来受到鱼苗因感染而大面积死亡的困扰,随之出现了一系列鱼苗免疫的方法。譬如,浸泡免疫方法。主要通过将鱼苗投放到一定浓度的疫苗溶液当中浸泡。该方法虽然简单,但是,疫苗使用量较大,不够经济。手工注射方法,主要是... 详细信息

国内外渔民们一直以来受到鱼苗因感染而大面积死亡的困扰,随之出现了一系列鱼苗免疫的方法。譬如,浸泡免疫方法。主要通过将鱼苗投放到一定浓度的疫苗溶液当中浸泡。该方法虽然简单,但是,疫苗使用量较大,不够经济。手工注射方法,主要是工人使用疫苗注射器对鱼苗进行注射,此方法确保了疫苗使用率,经济环保。但是,也大大增加了工作量。为了解放劳动力,提高注射效率,避免因疲劳注射而导致的人身伤害问题,本课题研究并设计出了一款纺锤形鱼类疫苗的自动注射机。本课题研究了纺锤形鱼苗的物理特性;研究了鱼苗体长与注射点的关系;进行了自动注射机结构设计以及控制系统的程序设计;进行了基于ANSYS的鱼苗耐压特性研究;分析了不同压力下鱼苗的变形量;具体研究成果如下:1.研究测量静态数据:鱼长、鱼宽、鱼高（鱼厚）以及鱼头与鱼苗注射点的距离。分析数据关系得出结论:鱼苗注射点占鱼苗长度的49%;鱼苗厚度占鱼苗长度的12%。2.完成了疫苗注射机的结构设计,创新设计出了减压调节夹持机构;使用三维软件CREO建立注射机模型;通过ADMAS对建好的模型进行仿真,以此验证注射机结构的合理性,避免结构干涉;为确保鱼苗顺利滑落,研究确定了夹板旋转的角度应大于30°,同时解决了因夹持力度过大导致鱼苗受伤的问题。3.完成了动作控制的程序设计;使用plc控制气缸、传感器以及电磁阀等元件来完成注射机的注射工作。能够实现自动测量、自动夹持、自动调节注射器位置、自动注射、自动放鱼、复位等一系列动作。4.基于ANSYS的鱼苗耐压特性研究得出了鱼苗安全压力以及合理的变形量。鱼苗的变形量范围是（4.1mm-5.58mm）＜合理变形量9mm;测量夹板实际工作压力5-14N,在安全压力范围（0-30N）内。

关键词：疫苗自动注射机纺锤形鱼类自动注射机 PLC ADMAS ANSYS有限元分析

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