基于计算机视觉的头足类角质颚特征研究Ⅰ:轮廓与特征点提取

轮廓与特征点研究是头足类角质颚形态特征鉴别的基本方法,对于轮廓与特征点的提取最常用的方法是手动描绘与标定,利用计算机视觉进行轮廓与特征点的提取,不仅可以降低手动提取带来的误差、提高准确性,而且更加快速、便捷。文章将利用计算机视觉提取头足类角质颚的轮廓与特征点,首先将自制装置拍摄得到的角质颚三视图放入MTALAB软件中进行编程处理,然后利用Canny算法提取角质颚轮廓,最后根据地标点的定义标定特征点位置并建立空间坐标系得到角质颚的特征点坐标。研究结果显示,利用计算机视觉提取角质颚的轮廓图像以及特征点坐标是可行的,当标准差σ取值为0.1时角质颚轮廓图效果最佳,在得到的轮廓图上进行特征点的标定,通过迭代遍历轮廓图获得各个特征点的空间坐标。研究分析认为,将计算机视觉应用于头足类角质颚形态学的研究可以提高研究的便捷性,同时也为后续的研究提供了新的实验思路和方法。     

东海太平洋褶柔鱼角质颚的形态学分析

依据2010年9月及2011年5月、9月东海渔业资源底拖网调查采集的139尾(雌性66尾,雄性73尾)太平洋褶柔鱼(Todarodes pacificus)样本的胴长、体重和角质颚各部分的长度数据,分析了东海太平洋褶柔鱼角质颚的形态学特征。结果表明:(1)太平洋褶柔鱼角质颚上、下颚的喙长(RL)、头盖长(HL)、脊突长(CL)、翼长(WL)、翼宽(WW)等长度差异较大;(2)伴随RL的增长,HL、CL、WL、WW呈现极显著的异速生长特征(P<0.001);(3)各长度指标随胴长、体重的增长呈显著的线性增长趋势;(4)RL/CL、HL/CL的比值非常稳定,随胴长、体重的变化很小,可作为东海太平洋褶柔鱼角质颚形态特征的稳定指标。     

基于角质颚长度的头足类种类判别

本文根据2013 年8 月于舟山市沈家门东河菜场采集的5 种近海常见经济头足类(剑尖枪乌 贼、杜氏枪乌贼、金乌贼、曼氏无针乌贼和短蛸), 利用逐步判别和主成分分析法对其上、下角质颚 的各5 种长度指标(喙长、头盖长、脊突长、侧壁长、翼长)进行分析。结果显示, 这5 种头足类角质 颚长度差异显著(ANOVA: P<0.001), 其中以金乌贼的角质颚尺寸最大, 短蛸的角质颚尺寸最小。判 别分析显示, 角质颚长度适合用来划分头足类的种类, 综合判别成功率为96.2%, 其中以上颚侧壁 长、上颚头盖长和下颚脊突长对判定的贡献率最高。然而, 与之相比, 标准化后的角质颚长度则更适 合用来划分头足类的种类, 综合判别成功率达到100%, 其中以标准化下颚喙长和标准化下颚翼长对 判定的贡献率最高。主成分分析显示, 角质颚长度及标准化后角质颚长度对枪乌贼类和乌贼类的判 定成功率均达到100%.本文建立了一种基于角质颚长度判别分析法的头足类种类判定的新方法, 丰 富了头足类种类鉴定的技术手段, 为我国学者在相关领域的研究提供了基础。     

基于计算机视觉的3种金枪鱼属鱼类形态指标自动测量研究

金枪鱼类是我国远洋渔业重要的捕捞对象,其形态指标对研究金枪鱼类的生长、发育和生活史具有重要意义。人工测量形态指标是一种非常繁琐且低效率的测量方法,而计算机视觉是一种高效和客观的自动测量方法。因此,本文通过计算机视觉库OpenCV对3种金枪鱼类图像进行预处理,主要利用双边滤波、灰度变换、二值化处理和提取轮廓等图像处理技术得到金枪鱼类形态轮廓图像。根据预先选定的特征点,利用计算机视觉技术遍历轮廓图像上所有的像素点,并自动定位出每张轮廓图像的预选特征点共17个。利用计算机视觉技术遍历得到的特征点位置,自动测量出3种金枪鱼的形态指标像素长度,并计算出形态指标实际长度。还分析自动测量与人工测量形态指标的绝对误差和相对误差。研究结果表明,通过计算机视觉技术对3种金枪鱼的形态指标的自动测量效果较好,大眼金枪鱼、黄鳍金枪鱼和长鳍金枪鱼的12个形态指标的绝对误差范围分别为0～1.46 cm、0～1.73 cm、0～1.32 cm,其相对误差范围分别为0.01%～5.84%、0%～6.17%、0%～6.89%。本研究以期为金枪鱼类智能识别提供前期工作基础,也为其他鱼类自动测量研究提供基础参考。     

西北太平洋柔鱼角质颚微结构及其生长纹周期性研究

本文分析了采集于北太平洋海域的35尾柔鱼(Ommastrephes bartramii)角质颚的微结构,并对其生长纹的周期性进行了验证。研究结果显示:上颚喙部截面由头盖和脊突两部分组成,周期性的生长带明显,每条生长带由明、暗相间的两条生长纹组成。头盖部的生长纹明显比脊突部的清晰,两者交汇于内轴成""形。喙部顶端以及后端常有明显的标记轮,其形成与个体发育期的特殊事件以及外界的突发事件有关。角质颚生长纹数目与耳石日龄相当(P0.05),证明柔鱼角质颚生长纹的沉积为"一日一纹"。根据角质颚生长纹估算柔鱼的生命周期小于1年,样本胴长、体重和角质颚喙长与日龄呈显著的逻辑斯蒂关系。研究结果不仅为柔鱼类年龄鉴定和生长估算提供新方法,而且为我国头足类学者开展相关研究提供重要基础。     

南海西沙群岛海域鸢乌贼(Sthenoteuthis oualaniensis)角质颚微结构及生长特性研究

角质颚是鸢乌贼重要的摄食器官,信息储存能力强,被广泛用于重建头足类生活史等研究。根据2017年5—8月中国灯光罩网渔船在南海西沙群岛海域采集的860尾鸢乌贼样本,结合经研磨后角质颚微结构中的日龄轮纹,对角质颚微结构及其外形生长特性展开了研究。结果表明,鸢乌贼角质颚上颚微结构分为头盖部和脊突部,两部均由明暗交替的日龄生长纹组成,头盖部的日龄生长纹较为清晰且易于读取。选取上头盖长(UHL)、上脊突长(UCL)、上侧壁长(ULWL)、上翼长(UWL)、下头盖长(LHL)、下脊突长(LCL)、下侧壁长(LLWL)和下翼长(LWL)作为描述西沙群岛海域鸢乌贼角质颚生长的外形特征参数。协方差分析表明,角质颚外形特征参数不存在性别间显著性差异。AIC分析表明, UCL和LCL与日龄的生长关系最适用线性生长模型表示, ULWL和LLWL与日龄的生长关系最适用对数生长模型表示, UHL、UWL、LHL和LWL与日龄的生长关系则均最适用于逻辑斯蒂生长模型表示。随着日龄的增加,鸢乌贼角质颚外形特征参数与胴长的比值基本稳定。日龄范围为211—240 d时,鸢乌贼角质颚UHL、UCL、UWL、LHL、LCL、LLWL和LWL的绝对生长率(AGR)较低。鸢乌贼角质颚在日龄介于121—210 d时生长迅速,在日龄介于211—240 d时生长速率下降,日龄211—240 d可能是鸢乌贼角质颚外部形态生长的拐点。研究结果为后续利用角质颚研究南海鸢乌贼的渔业生物学、生态学和关键生活史提供了科学依据。     

南黄海和东海毛颚类生态特征的研究Ⅱ.群落特征

在对南黄海和东海毛颚类生态特征的研究数量分布特征后的续篇.重点探讨调查区毛颚类群落性质和群落结构的特征及与海区环境因子的相关性.结果表明,本区共记录毛颚类28种,种类季节变化不明显,周年共有种达64.3%;但群落优势种则有季节差异与区域差异.毛颚类群落多样性指数(H')和均匀度(J')年均值分别为1.68和0.64.H'的平面分布表现出外部海区大于近岸海区的分布格局.在群落中存在4个生态类群,其中近海暖温带类群和广盐暖水类群可分别指示黄海水、浙江沿岸流和东海陆架混合水在南黄海和东海这两个海区的相互推移和消长过程.此外,从不同侧面的计算分析也表明,影响群落特征值(H')的主要因子是温度和盐度.群落性质是以近岸暖温带低盐种和暖水广布种为主,近岸暖水种和大洋暖水种占一定比例的暖温带-亚热带群落结构的特点.     

视觉基本矩阵与摄影测量中相对方位元素的关系推导

数字摄影测量与计算机视觉（特别是计算机立体视觉）的研究内容十分相近。基本矩阵是计算机视觉领域里的一个重要概念,其求解的稳健性和精度将直接影响到三维重构的效果和意义。从两者研究的对象出发,找出了两者之间的内在联系,也即视觉基本矩阵F与相对方位元素求解公式之间的表达关系,这将对今后数字摄影测量和计算机视觉两门学科的交叉发展有重要意义。     

南黄海和东海毛颚类生态特征的研究Ⅰ.数量分布的特征

根据国家海洋局1977年12月份至1978年11月份在黄海南部和东海(28°~34°N,120°30'~127°00'E)广大海域进行周年逐月份的12航次综合调查资料,对该海域毛颚类数量变动、时空分布及其与环境因子的关系进行了分析.结果表明,本调查区毛颚类的数量以6~9月份较高,7月份为年最高值.1~4月份为年低值期,尤以4月份为最低谷.其中在数量上取主导作用的种类是肥胖箭虫(Sagitta enflata)、强壮箭虫(S.crassa)拿卡箭虫(S.nagae)和百陶箭虫(S.bedoti)等种类.在平面分布上,长江口以北毛颚类数量一般高于长江口以南的海域,在南黄海,除夏季外,其他季节均有出现高值.在东海高密集区一般出现在不同水系交汇区,尤其在长江冲淡水、沿岸水和外海高温高盐水交汇的锋面最为密集.这对于不同水系在研究区内运动和消长有一定的指示意义.     

基于平行立体视觉技术的海底立体摄像系统研究

计算机视觉经过几十年的发展,被广泛应用于社会各个领域,其核心是研究仿人类视觉从二维投影图像恢复三维景物世界的技术理论。尽管视觉计算理论数学方法上可行,但针对不同的应用需要,其数学算法实现上有所不同。结合应用于大洋海底资源勘查的"海底立体摄像系统"的研制,提出利用平行立体视觉理论实现从摄像图像重构三维海底微地形的技术方法。包括立体摄像机的研制要点、立体图像匹配、图像数据预处理、海底地形三维反演算法等,并对双目立体视觉技术的发展和应用提出了新的认识。     

星斑川鲽形态特征及相关参数的观测

为了给星斑川鲽的分类和种质鉴定提供基础资料,采用传统的形态学和解剖学方法,对人工养殖星斑川鲽的外部形态性状及内部组织器官系统地进行了观测和描述,采用生物统计法对星斑川鲽可量性状进行回归分析。星斑川鲽可量长度性状之间为线性关系,全长与体长回归方程为lt=1.386 4lb-0.303 5;体重与可量长度性状之间为乘幂函数关系,体重与体长回归方程为m=0.033 9lb3.060 6。结果表明不同地方种群间存在明显的形态差异。星斑川鲽的头颅骨骼特征具有鲽形目鱼类的共同特征,在筛骨区和眼区骨骼向有眼侧偏移,尾舌骨呈弓形。左右下咽骨前半部分愈合在一起,下咽齿小;具一对较薄的耳石,有5~6个乳状突。星斑川鲽属"I"型胃,幽门垂有2~4个;解剖的左眼型星斑川鲽肝脏全部在有眼侧,而右眼型星斑川鲽肝脏多在无眼侧,部分在有眼侧。     

基于砂质海岸剖面形态数值模拟的参数敏感度分析

为了探究XBeach模型中系统的参数调试对模拟剖面演变的影响,该文基于波浪水槽实验通过广义似然不确定性估计法(GLUE)对XBeach模型中的波浪非线性(facua)、沙滩湿崩塌临界坡度(wetslp)、波能耗散(alpha)等调试参数进行敏感性分析,阐述所选参数的物理意义及控制方程,选取不同的参数值观察岸滩剖面演变过程,并通过Brier Skill Score评价方法对模拟效果进行评价。结果表明改变参数值大小会得到不同的岸滩剖面模拟形态。其中参数facua控制波形,波浪由于非线性作用于岸滩会使剖面发生不同趋势的演变,改变facua参数值能够改变模拟剖面演化的趋势,使得模拟地形剖面演变产生较大的变化;参数wetslp作为湿崩塌临界斜率,改变其数值大小模拟地形改变的首要特征为剖面坡度;参数alpha作为波能耗散系数,改变其值会影响破波所释放的能量,从而影响剖面的侵淤程度。最终选取三者值分别为0.65、0.2、1.3,与水槽实验结果拟合最好。该结果对于XBeach的研究及应用具有一定的参考意义。     

基于少量地面控制的航空重力测量

提出6种少量地面重力测量布设方案和4种基于少量地面控制的航空重力测量数据处理方法,建立基于最小二乘配置的格网平均重力异常的融合模型,有效地估计出了航空重力数据可能存在的系统偏差,提高了格网数据的质量。     

基于视觉特性的影像增强算法研究

遥感影像对比度调整是影像预处理中的关键部分。分析人的视觉特性发现：影像中不同区域特征变化被感知度有所差异。相对于高频区域及对角线方向,人眼更容易感觉到平缓部分的特征变化。以往的对比度增强算法并没有考虑这一视觉特性,提出了一种基于视觉特性的影像增强算法。实验表明,该算法在较好的保持影像细节特征的同时,改善了影像的对比度,得到了较好的视觉效果。     

基于视觉的水雷目标识别方法研究

水下目标识别一直是目标识别领域的研究热点,为此,以水雷目标识别为需求背景提出了一种基于视觉的水雷目标识别方法。该方法从水雷目标形状的本质特征出发,根据几何矩的物理意义,结合区域特征和边界特征构造了三个适合于水雷目标形状描述子,采用阈值判决的方法,实现水雷目标的识别。实验结果表明,该方法比基于不变矩的方法识别率更高,具有较好的稳定性,尤其适用于水下特定形状的目标识别和目标受到部分遮挡的情况。其中水下图像处理和特征的定义方法对水下目标识别具有指导和借鉴意义。     

基于X波段海洋雷达的南海西北部内波参数特征研究

中国南海是内波频发海域,卫星遥感在内波参数特征的统计分析中得到了广泛应用,但是卫星轨道的重复访问时间长,不能连续观测内波参数的变化特征。X波段海洋雷达具有高时间和空间分辨率,可以长期连续观测内波的变化,本文提出了利用X波段海洋雷达图像提取内波参数的方法,并利用连续观测的数据研究了各参数的分布特征。首先,对雷达图像进行预处理,包括平均处理及斜坡校正两步;利用二维快速傅里叶变换确定内波的传播方向,进而根据该方向上的径向廓线确定内波的相速度大小、波长及周期。最后,利用在南海石油平台上观测的X波段雷达图像对内波各参数进行提取和统计分析,结果表明,研究区域内波的传播方向多为西北向及西向传播,相速度多为0.6～0.8 m/s,波长一般为400～600 m,周期大部分不超过1000 s。     

基于参数优化的建筑物多边形化简研究

针对建筑物多边形化简当前存在的问题,将参数优化的方法引入化简的全过程,在渐进式图形化简的基础上,通过把建筑物多边形的几何特征、结构特征和化简所遵循的一系列约束规则参数化、变量化表示,建立了建筑物多边形化简的数学模型,通过对模型的求解,来达到化简建筑物多边形的目的。 成果已经应用于数字地图的生产,实践证明该算法的化简效果好,普适性较高,符合应用需求。     

套筒参数对T型管节点受力特征的影响研究

在外界荷载作用下,管节点由于截面突变、应力集中等原因,往往在远低于其设计承载能力时发生破坏,本文针对这一现象,借鉴多高层钢结构建筑节点相关成果,对T型管节点端部采用套管进行加强,以达到改善应力集中、提高承载能力的目的。本文采用ansys软件研究了17个模型在轴向力作用下的极限强度变化规律,比较了用钢量与承载能力之间的对应关系,详细分析了加强套筒长度及厚度等参数对T型管节点极限强度的影响,成果表明采用套筒加强的方法,可大幅提高T型管节点的承载能力,且节点对套筒长度的变化更为敏感。     

基于视觉定位的水下机器人无通信高精度编队技术研究

水下机器人集群技术是目前水下机器人技术领域的发展热点之一。针对以往基于通信的水下机器人编队存在的编队精度低、队形保持困难等问题,提出了基于水下矢量光图案及视觉定位的水下集群编队方法,并通过水池试验分别验证了视觉定位以及水下密集编队的功能和相关指标。试验结果表明：水下视觉定位能够达到不大于3%的定位精度和不小于2Hz的定位频率,能够为水下机器人自主航行提供准确连续的控制输入。基于视觉定位的水下集群能够实现相互距离10 m以内的密集编队,编队精度不大于10%,较以往基于通信的编队方法有较大提升。     

基于嵌入式计算机的船舶定位系统研究

在对国内外相关技术分析基础上,设计了基于嵌入式计算机和光纤陀螺罗经的捷联式船舶定位、定向系统,此系统具有低成本、小体积、高精度的特点,可应用于民船,有很好的应用前景。