[发明专利]一种面向导航的大鼠机器人自动训练装置以及大鼠行为识别方法和训练方法

权利要求书

1.一种面向导航的大鼠机器人自动训练装置，其特征在于，包括：

能够三维移动的八臂载体；

固定在所述八臂载体上的八臂迷宫，且该八臂迷宫包括中心区域以及绕中心区域均匀分布的八条通道，各通道均为单向通道，在各通道的尽头设有大鼠回转区；

处在所述八臂迷宫的上方的摄像头；

用于采集摄像头信号的计算机；

通过老鼠衣固定于大鼠背部的电刺激背包，电刺激背包通过蓝牙方式接收来自所述计算机的指令。

2.如权利要求1所述的面向导航的大鼠机器人自动训练装置，其特征在于，所述八臂迷宫由透明底板以及可拆卸连接在透明底板顶面的透明墙板围成。

3.一种基于图像处理的八臂迷宫中大鼠行为识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

a）在权利要求1或2所述的大鼠机器人自动训练装置中放入大鼠，利用摄像头实时采集八臂迷宫俯视图，得到带有大鼠的实时环境图像；

对当前帧进行二值化处理得到灰度图I_c；对于放入大鼠前的八臂迷宫俯视图进行二值化处理得到灰度图I_b；将灰度图I_c与灰度图I_b做差分处理得到差分图I_d；

b）对差分图I_d做腐蚀操作，并计算目标像素点个数N_r；

c）用第一参照矩形框由行到列均以40像素的步差搜索整个差分图I_d，找出目标像素点最多的第一参照矩形框位置，计算该第一参照矩形框中目标像素点的平均位置P_r作为大鼠的身体质心位置，以平均位置P_r为中心建立跟踪矩形框R_r；所述参照矩形框与踪矩形框大小相同；

d）在差分图I_d中以踪矩形框R_r为感兴趣区域建立新的图像I_r，采用Shi-Tomasi特征提取方法提取得到图像I_r中的角点；

e）用第二参照矩形框由行到列均以10像素为步差搜索跟踪矩形框R_r，找到角点最多的第二参照矩形框R_s，计算第二参照矩形框R_s中各角点的平均位置P_h作为大鼠的头部质心位置，并根据平均位置P_h相对于平均位置P_r的指向获得大鼠的身体朝向θ_b；

f）计算第二参照矩形框R_s中运动跟踪点的个数N_m和平均偏转方向θ_h，θ_h做为大鼠的头部偏转方向。

4.如权利要求3所述的基于图像处理的八臂迷宫中大鼠行为识别方法，其特征在于，还包括对大鼠爬墙状态的识别，包括首先判定大鼠是否在通道内，若是则对比步骤b）中目标像素点个数N_r与阈值N，若目标像素点个数N_r<阈值N则认为大鼠处在爬墙状态。

5.如权利要求4所述的基于图像处理的八臂迷宫中大鼠行为识别方法，其特征在于，还包括对大鼠静止状态的识别，若连续50帧步骤f)中运动跟踪点个数N_m都为0，则认为大鼠处在静止状态。

6.一种利用权利要求1或2的大鼠机器人自动训练装置进行大鼠机器人自动训练的方法，其特征在于，包括：

（1）利用摄像头在八臂迷宫正上方采集得到放入大鼠前的八臂迷宫俯视图作为背景环境图像，在所述环境图像上对八臂迷宫关键位置点进行标定，得到迷宫地图；

（2）设定训练阶段；

（3）将大鼠放置在八臂迷宫中任一位置开始训练，利用摄像头实时采集八臂迷宫俯视图，得到带有大鼠的实时环境图像；

在实时环境图像中利用权利要求3～5任一项所述的识别方法获取大鼠行为；

（4）结合大鼠当前所处的训练阶段以及步骤（3）获取的参数向大鼠发送相应的刺激指令，直至完成所有训练阶段。