鱼类行为与应激响应的计算机视觉实时监测分析方法研究

鱼的行为、应激状况等信息可为养殖过程的控制和管理提供基础数据，在工厂化养鱼系统内，养殖密度大，水质变化快，当鱼处于缺氧、氨氮升高等应激条件下，鱼类会产生生理和行为的变化，在较短时间内就会产生严重后果，造成较大损失。要实现渔业的优质高产，必须了解养殖生物的生长和健康状况，提高对生物和环境的监测调控能力。借助现代图像处理新技术，可以量化不同应激条件下鱼的行为变化，实时获得鱼的行为特点和应激状态等信息。课题通过建立基于计算机视觉的量化鱼类群体行为和体色明暗程度的新方法，研究溶氧剧烈波动和不同非离子氨浓度应激条件下鱼的行为反应、鱼对背景颜色的适应性、鱼在非离子氨应激条件下的体色和应激生理指标的变化等，获得应激条件和鱼行为之间的关系，将进一步丰富鱼类行为学的研究方法，促进工厂化养殖管理水平的提升。

本项目以罗非鱼Oreochromis niloticus为实验生物，在建立基于计算机视觉的鱼类群体活跃性和体色明暗程度量化方法基础上，研究了工厂化设施养殖过程中经常出现的溶氧和氨氮波动应激条件下鱼的行为响应和体色的变化规律，获得的主要成果包括：（1）建立了鱼类群体活跃性的计算机视觉量化方法。通过识别鱼个体的形心和投影面积建立计算鱼类空间分布的方法，利用相邻一定时间采集图像序列的帧差图像来识别和量化鱼群体的活跃性，研究建立了一种计算机视觉量化新方法得到鱼群中每条鱼的体长倍数游速，进而得到鱼群的总体平均游速来表示群体的活跃程度；（2）建立了鱼类体色明暗程度的计算机视觉量化方法。研究采用计算机监测处理图像和标准灰级对比的方法获得水中活动鱼的体色亮暗程度，建立了水中鱼的体色量化方法以连续量化鱼在应激和背景变化过程中的体色变化；（3）研究获得了鱼类对溶氧和非离子氨（UIA）浓度变化应激响应。研究罗非鱼在环境溶氧下降、保持在低浓度和恢复到正常浓度等不同条件下，鱼的呼吸频率、群体活跃性、位置分布、密集程度等行为参数的实时变化。监测分析了罗非鱼群体的行为（游速、池中位置）指标在pH上升引起的非离子氨（UIA）浓度急剧上升过程中的变化；（4）初步建立了罗非鱼对不同背景颜色的适应性。研究了在正常条件和应激条件下，适应不同灰度背景的罗非鱼体色对背景颜色变化的响应程度和变化程度，利用健康鱼类体色对背景颜色变化的生理响应特性，初步建立通过鱼对背景颜色的适应能力快速判断鱼处于应激或健康状态的方法；（5）研究建立了在非离子氨（UIA）应激条件下的体色和应激生理指标的变化。研究了不同UIA浓度下鱼体明度和血浆皮质醇、葡萄糖的变化，建立了体色变化和皮质醇浓度变化之间的关系；研究建立了通过体色变化判断鱼受应激和应激程度的基本方法。