冷熱板動(dòng)物行為示差檢測(cè)儀

一、簡(jiǎn)介

冷熱板示差法的主要設(shè)計(jì)思想是通過(guò)無(wú)擾的監(jiān)測(cè)方式，客觀評(píng)價(jià)動(dòng)物對(duì)環(huán)境溫度的趨向行為，屬于動(dòng)物行為學(xué)評(píng)價(jià)方法。由于行為學(xué)試驗(yàn)很容易受到外界影響因素的干擾，為了提高研究結(jié)果的重現(xiàn)性和可靠性，課題組在研制冷熱板示差系統(tǒng)時(shí)，采用了三個(gè)方面的特別設(shè)計(jì)：高精度溫控模塊：通過(guò)PLC自動(dòng)控制半導(dǎo)體控溫裝置，實(shí)現(xiàn)動(dòng)物活動(dòng)板區(qū)的控溫誤差小于±0.5℃，降低儀器系統(tǒng)誤差；實(shí)驗(yàn)隔離箱體及空調(diào)模塊：通過(guò)相對(duì)密閉的空間將實(shí)驗(yàn)動(dòng)物與外界環(huán)境隔離開(kāi)，并通過(guò)空調(diào)系統(tǒng)控制實(shí)驗(yàn)箱體的溫度恒定，避免外界溫度波動(dòng)對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的干擾；視頻遙測(cè)及智能識(shí)別模塊：通過(guò)視頻遙測(cè)避免觀察者對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物行為的干擾，并通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件智能識(shí)別，實(shí)現(xiàn)動(dòng)物運(yùn)動(dòng)行為的實(shí)時(shí)在線處理和分析，提高系統(tǒng)的分析效能和檢測(cè)準(zhǔn)確度。

二、系統(tǒng)組成

根據(jù)上述設(shè)計(jì)理念，冷熱板動(dòng)物行為示差檢測(cè)儀由三個(gè)部分組成：

（1）自動(dòng)溫控系統(tǒng)

包括高精度半導(dǎo)體控溫裝置、PLC控制器、冷熱板（動(dòng)物活動(dòng)板）和實(shí)驗(yàn)箱體組成。冷熱板系由三塊相互隔溫而又連接在一起金屬板，每塊金屬板的溫度由一個(gè)獨(dú)立的控溫裝置控制，設(shè)置為不同的溫度值后形成三個(gè)相對(duì)恒定的溫區(qū)（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)）。根據(jù)研究需要，也可設(shè)置二個(gè)溫區(qū)。在溫控板上，放置一個(gè)六通道隔板，從而可同時(shí)容納6只動(dòng)物在不同溫區(qū)間選擇活動(dòng)。隔板上放置透明蓋板（帶通氣孔），防止動(dòng)物逃逸。

（2）遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

包括高分辨率數(shù)碼攝像機(jī)和電腦系統(tǒng)組成。實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過(guò)安裝在箱體頂部的攝像頭，將實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)行為拍攝下來(lái)，避免操作人員現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)對(duì)動(dòng)物行為的干擾。通過(guò)由遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)軟件控制的攝像頭遠(yuǎn)程跟蹤監(jiān)測(cè)動(dòng)物對(duì)各溫區(qū)的趨向性變化，輸出視頻圖像的同時(shí)，將跟蹤信號(hào)轉(zhuǎn)化為原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

（3）軟件系統(tǒng)

包括動(dòng)物行為智能識(shí)別和數(shù)據(jù)記錄、管理及統(tǒng)計(jì)分析等軟件功能。動(dòng)物行為智能識(shí)別采用基于視頻顏色差值分析的方法，將實(shí)驗(yàn)動(dòng)物與觀測(cè)背景區(qū)分開(kāi)來(lái)，計(jì)算動(dòng)物輪廓重心，確定動(dòng)物實(shí)時(shí)坐標(biāo)，然后將坐標(biāo)數(shù)據(jù)記錄下來(lái)，即得到了動(dòng)物運(yùn)動(dòng)行為的時(shí)間軌跡。通過(guò)軟件分析動(dòng)物運(yùn)動(dòng)軌跡在不同溫度區(qū)間的頻次，計(jì)算出動(dòng)物在不同溫區(qū)的停留比例等指標(biāo)，進(jìn)而評(píng)判動(dòng)物的溫度趨向性。視頻識(shí)別軟件參考Aguiar Paulo文獻(xiàn)中的算法，數(shù)據(jù)分析軟件采用Visual Basic 6.0語(yǔ)言編制。

動(dòng)物運(yùn)動(dòng)軌跡記錄窗口（實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)）      數(shù)據(jù)處理及結(jié)果分析界面

圖3  控制軟件及動(dòng)物行為視頻識(shí)別軟件界面

三、溫控模塊技術(shù)說(shuō)明

試驗(yàn)箱調(diào)溫板調(diào)節(jié)范圍10~50℃，調(diào)節(jié)精度±0.5℃，總功率小于2000W，采用PLC控制，照明燈時(shí)序控制開(kāi)關(guān)48小時(shí)任意可調(diào)。中控機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控。每塊溫度調(diào)節(jié)板溫度的設(shè)定、顯示，溫度數(shù)據(jù)采樣及歷史記錄的操作全部在計(jì)算機(jī)上完成。

四、視頻采集及軟件模塊技術(shù)說(shuō)明

視頻采集系統(tǒng)由工業(yè)攝像頭和視頻識(shí)別軟件組成，工業(yè)攝像頭視頻幀數(shù)>30幀。視頻識(shí)別軟件隨機(jī)附贈(zèng)（軟件著作權(quán)：軟著登字第0203995號(hào)）。

五、外部箱體技術(shù)說(shuō)明

產(chǎn)品為立柜式，帶有腳輪可隨時(shí)移動(dòng)。產(chǎn)品分為上下層，下層為設(shè)備層，內(nèi)為一套溫控系統(tǒng)，安裝好設(shè)備后不需對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作，兩側(cè)有散熱孔或網(wǎng)，后部有電源線、網(wǎng)線、攝像頭線出口，設(shè)備層底面無(wú)隔板；上層為實(shí)驗(yàn)觀察層，內(nèi)部底面是3塊縱向溫控板，上有6條橫向跑道，跑道上放入小白鼠，跑道互相隔離。兩側(cè)分別有一燈管用于觀察室照明，頂部中心安有1攝像頭。實(shí)驗(yàn)觀察層前面為一透明柜門(mén)，其他三面封閉。

圖4  冷熱板動(dòng)物行為示差檢測(cè)儀外觀圖及真機(jī)照片