[发明专利]一种基于机器视觉的动物机器人刺激参数测定系统和方法

摘要

本发明公开了一种基于机器视觉的动物机器人刺激参数测定系统和方法，属于动物机器人控制领域，该系统利用机器视觉技术获取动物机器人的运动轨迹和转动方向，可更精确和定量化的分析动物机器人的运动行为；并进一步地定量化分析出刺激参数与动物机器人受控行为的对应关系，从而确定出适于特定动物个体的最佳刺激参数，为动物机器人的实用化研究提供必要信息；通过机器视觉代替了人工判断，基于本发明所提出的方法不仅保证了实验流程的标准性和实验数据的客观性，进而得到客观一致的刺激参数测定结果；同时，大大减少了原来由人工刺激参数测定实验所带来的低价值劳动，提高了动物机器人的研究效率。

主权项

1.一种基于机器视觉的动物机器人刺激参数测定系统，其特征在于：包括测控系统和刺激器；测控系统主要由工业相机、PC机和无线通讯模块A组成；刺激器主要由微处理器、多通道编码信号发生器、无线通讯模块B和基本功能电路组成；工业相机，通过USB接口与PC机连接，被配置为用于采集刺激实验过程中的动物机器人的运动状态，将视频数据传送给PC机；无线通讯模块A，通过串口与PC机连接，被配置为用于将来自PC机的数据无线发射出去；PC机，使用基于OpenCV库所开发的数据分析系统，对传输来的刺激信号和检测画面进行分析与处理，通过检测动物机器人特征点的方法分析出所处状态，计算出动物机器人转动的角度；结合每次转动所对应的刺激信号，筛选出对动物机器人有效控制的录像画面，自动保存这些可控制的录相；最后将刺激信号强度和转动角度进行分析、比对，得到被测动物机器人的转动角度与刺激强度之间对应关系，计算出可控灵敏度；无线通讯模块B，通过串口与微处理器连接，被配置为用于无线接收来自PC机的数据；微处理器，通过串口与无线通讯模块B连接，同时，通过I/O口控制多通道编码信号发生器的工作状态；微处理器基于无线通讯模块B接收的信息产生期望的编码电刺激信号，并将其施加到动物机器人的目标脑区上，使动物产生期望的运行行为；多通道编码信号发生器，被配置为用于对微处理器的原始信号进行处理和变换，并在微处理器的控制下实现刺激通道的选择、启动和停止功能，进而产生一个刺激信号频率、刺激信号幅值和刺激信号时程均可调的编码刺激信号，并将这个编码刺激信号施加到目标脑区；基本功能电路，被配置为用于为微处理器和无线通讯模块B提供电能；基于PC机的测控系统按照设定的规律生成刺激参数和控制命令，并通过无线通讯设备A发送给刺激器；同时，基于PC机的测控系统同步记录和保存实验过程中的刺激参数信息和反映动物机器人的受控行为的视频文件；最后，基于视频文件和相应的刺激参数，分析出受控行为与刺激参数的对应关系；刺激器上设置有标识块，标识块被配置为用于标准化刺激实验过程中动物机器人转向角的测量，在实际的转向角测量中，取三个标识线转向角的平均值作为最终的转向角；标识块由三条不同颜色的线条组成，每个线条均标有一个用于标识该线条的方向的箭头，三个线条交叉于一点，在平面上平均分布两两相差120度。