冷熱板動(dòng)物行為示差檢測儀

一、簡(jiǎn)介

冷熱板示差法的主要設計思想是通過(guò)無(wú)擾的監測方式，客觀(guān)評價(jià)動(dòng)物對環(huán)境溫度的趨向行為，屬于動(dòng)物行為學(xué)評價(jià)方法。由于行為學(xué)試驗很容易受到外界影響因素的干擾，為了提高研究結果的重現性和可靠性，課題組在研制冷熱板示差系統時(shí)，采用了三個(gè)方面的特別設計：高精度溫控模塊：通過(guò)PLC自動(dòng)控制半導體控溫裝置，實(shí)現動(dòng)物活動(dòng)板區的控溫誤差小于±0.5℃，降低儀器系統誤差；實(shí)驗隔離箱體及空調模塊：通過(guò)相對密閉的空間將實(shí)驗動(dòng)物與外界環(huán)境隔離開(kāi)，并通過(guò)空調系統控制實(shí)驗箱體的溫度恒定，避免外界溫度波動(dòng)對實(shí)驗動(dòng)物的干擾；視頻遙測及智能識別模塊：通過(guò)視頻遙測避免觀(guān)察者對實(shí)驗動(dòng)物行為的干擾，并通過(guò)計算機軟件智能識別，實(shí)現動(dòng)物運動(dòng)行為的實(shí)時(shí)在線(xiàn)處理和分析，提高系統的分析效能和檢測準確度。

二、系統組成

根據上述設計理念，冷熱板動(dòng)物行為示差檢測儀由三個(gè)部分組成：

（1）自動(dòng)溫控系統

包括高精度半導體控溫裝置、PLC控制器、冷熱板（動(dòng)物活動(dòng)板）和實(shí)驗箱體組成。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)獨立的控溫裝置控制，設置為不同的溫度值后形成三個(gè)相對恒定的溫區（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區）。根據研究需要，也可設置二個(gè)溫區。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）遠程監測系統

包括高分辨率數碼攝像機和電腦系統組成。實(shí)驗時(shí)，通過(guò)安裝在箱體頂部的攝像頭，將實(shí)驗動(dòng)物的運動(dòng)行為拍攝下來(lái)，避免操作人員現場(chǎng)觀(guān)測對動(dòng)物行為的干擾。通過(guò)由遠程監測軟件控制的攝像頭遠程跟蹤監測動(dòng)物對各溫區的趨向性變化，輸出視頻圖像的同時(shí)，將跟蹤信號轉化為原始實(shí)驗數據。

（3）軟件系統

包括動(dòng)物行為智能識別和數據記錄、管理及統計分析等軟件功能。動(dòng)物行為智能識別采用基于視頻顏色差值分析的方法，將實(shí)驗動(dòng)物與觀(guān)測背景區分開(kāi)來(lái)，計算動(dòng)物輪廓重心，確定動(dòng)物實(shí)時(shí)坐標，然后將坐標數據記錄下來(lái)，即得到了動(dòng)物運動(dòng)行為的時(shí)間軌跡。通過(guò)軟件分析動(dòng)物運動(dòng)軌跡在不同溫度區間的頻次，計算出動(dòng)物在不同溫區的停留比例等指標，進(jìn)而評判動(dòng)物的溫度趨向性。視頻識別軟件參考Aguiar Paulo文獻中的算法，數據分析軟件采用Visual Basic 6.0語(yǔ)言編制。

動(dòng)物運動(dòng)軌跡記錄窗口（實(shí)時(shí)數據）      數據處理及結果分析界面

圖3  控制軟件及動(dòng)物行為視頻識別軟件界面

三、溫控模塊技術(shù)說(shuō)明

試驗箱調溫板調節范圍10~50℃，調節精度±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。中控機遠程監控。每塊溫度調節板溫度的設定、顯示，溫度數據采樣及歷史記錄的操作全部在計算機上完成。

四、視頻采集及軟件模塊技術(shù)說(shuō)明

視頻采集系統由工業(yè)攝像頭和視頻識別軟件組成，工業(yè)攝像頭視頻幀數>30幀。視頻識別軟件隨機附贈（軟件著(zhù)作權：軟著(zhù)登字第0203995號）。

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，下層為設備層，內為一套溫控系統，安裝好設備后不需對設備進(jìn)行操作，兩側有散熱孔或網(wǎng)，后部有電源線(xiàn)、網(wǎng)線(xiàn)、攝像頭線(xiàn)出口，設備層底面無(wú)隔板；上層為實(shí)驗觀(guān)察層，內部底面是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。兩側分別有一燈管用于觀(guān)察室照明，頂部中心安有1攝像頭。實(shí)驗觀(guān)察層前面為一透明柜門(mén)，其他三面封閉。

圖4  冷熱板動(dòng)物行為示差檢測儀外觀(guān)圖及真機照片