CN113384234B - 动物三维视觉测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及动物视觉实验技术领域,公开了一种动物三维视觉测量装置,包括透明箱体和影像发生装置,将实验动物放入透明箱体中,使实验动物具有一定的活动空间,减少对动物的干扰,能够还原实验动物的真实反应,不会对动物产生伤害,保证了操作人员的安全,且通过影像发生装置显示全息影像,透明箱体内的实验动物可观看到该全息影像,吸引实验动物,通过控制全息影像可控制动物的视觉范围,并可刺激动物做出视觉反应,得到动物真实的视觉状态,使视觉测量更加准确。本发明还提供一种动物三维视觉测量装置,通过采集实验动物与全息影像的视觉目标之间的相对位置关系和实验动物的头部重力信息进行视觉方向的判断,实现对动物三维视觉的测量。
Description
技术领域
本发明涉及动物视觉实验技术领域,特别是涉及一种动物三维视觉测量装置及方法。
背景技术
视觉是人和动物最重要的感知能力。大脑获得的外界信息,绝大部分由视觉提供。因此,对动物的视觉研究,对视觉***和仿生装置具有重大意义。
螳螂是昆虫中唯一被证明为拥有3D视觉的昆虫,可以说螳螂是拥有3D视觉的最低级生物。因此螳螂是一个非常重要的视觉研究对象。在研究动物视觉的实验中,由于螳螂的活动范围比较大,视觉范围更大,因此在研究螳螂的视觉过程中,如何约束螳螂的视觉范围一直是一个很重要的问题,但是,将螳螂固定起来,会带来很多不必要的问题。
一种将螳螂固定起来的实验装置会不可避免的对螳螂生命产生危害,并且螳螂的夹钳对人体有一定的危险性,因此在螳螂的固定过程中,工序繁琐且有一定的危险性。另外,螳螂在自然界捕食过程中,后脚会跟随猎物的运动而逐渐调整自己的位置,待位置最佳时再发动攻击,而将螳螂固定起来后,并不能百分百还原动物的真实视觉状态。
中国发明专利CN108535871A(公开日为2018年09月14日)公开了一种动物实验用桌面虚拟现实视觉刺激***,包括:显示器支架、视觉刺激屏幕***和图像处理装置;所述显示器支架包括平面板,平面板的一侧开设有凹口;视觉刺激屏幕***包括:三个分别安装于平面板的凹口一侧开之外的三个侧部的显示器,图像处理装置同时与视觉刺激屏幕***的三个显示器连接,以将三个方向的图像同步传输到对应的显示器上,形成3D视觉效果。并且平面板的凹口处可拆卸的嵌设一小面板,使用体型较大的非人灵长类动物进行实验时,可将放置动物的猴椅固定到凹口上,以方便的进行视觉相关实验;使用体格较小的啮齿类动物进行实验时,可在凹口中嵌入小面板以消除凹口,以便在平面板上直接放置啮齿类动物。该专利在放置实验动物时,需要采取固定措施,对动物具有干扰,不能百分百还原动物的真实视觉状态,若不限制实验动物,则会造成实验动物脱逃,导致实验无法进行。
发明内容
本发明的目的是问题是提供一种操作安全、可降低对动物的伤害且能够真实还原动物视觉状态的动物三维视觉测量装置及方法。
为了实现上述目的,本发明提供了一种动物三维视觉测量装置,包括动物放置装置和影像发生装置,所述影像发生装置用于显示全息影像,所述动物放置装置包括透明箱体,所述透明箱***于所述影像发生装置的前方;所述影像发生装置包括竖直设置的第一显示屏、第二显示屏和半透膜,并且,所述第一显示屏和所述第二显示屏垂直,所述半透膜位于所述第一显示屏和所述第二显示屏之间,且所述半透膜与所述第一显示屏和所述第二显示屏之间的夹角均为45°;所述透明箱体为柱体,且所述透明箱体的侧面具有与所述半透膜垂直的观察面;作为优选方案,所述透明箱体为截面是直角三角形的三棱柱,且其斜边立面为所述观察面。
作为优选方案,所述透明箱体除所述观察面外的其他面均涂覆有润滑层。
作为优选方案,所述观察面上设置有絮状物。
作为优选方案,还包括移动机构,所述透明箱体与所述移动机构连接,以带动所述透明箱体沿靠近或远离所述影像发生装置的方向移动。
本发明还提供一种应用上述动物三维视觉测量装置进行动物三维视觉测量的方法,包括如下步骤:
步骤一:采集放置在透明箱体的实验动物与影像发生装置显示的全息影像的初始相对位置信息;
步骤二:通过影像发生装置播放动态的全息影像,显示对实验动物有刺激的视觉目标;
步骤三:采集实验动物与视觉目标的实验相对位置信息,并同时采集实验动物的头部重力信息;
步骤四:改变视觉目标与实验动物的相对位置或视觉目标的种类或视觉目标的颜色,并重复步骤三,直至达到预设的信息采集次数。
作为优选方案,在步骤一和步骤三中,通过采集透明箱体与影像发生装置的相对位置信息和实验动物在透明箱体上的位置信息来获得初始相对位置信息和实验相对位置信息。
作为优选方案,在步骤三中,通过在实验动物的头部设置重力传感器以采集其头部重力信息。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
本发明通过设置透明箱体,将实验动物放入透明箱体中,使实验动物具有一定的活动空间,减少对动物的干扰,能够还原实验动物的真实反应,不需要固定实验动物,不会对动物产生伤害,保证了操作人员的安全,且通过影像发生装置显示全息影像,透明箱体内的实验动物可观看到该全息影像,对实验动物产生视觉刺激,吸引实验动物,通过控制全息影像可控制动物的视觉范围,并可刺激动物做出视觉反应,得到动物真实的视觉状态,使视觉测量更加准确。
附图说明
图1是本发明实施例的动物三维视觉测量装置的结构示意图。
图2是本发明实施例的动物三维视觉测量方法的流程图。
图中,1-透明箱体;101-观察面;2-第一显示屏;3-第二显示屏;4-半透膜;5-导轨;6-移动轮。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示,本发明优选实施例的一种动物三维视觉测量装置,包括动物放置装置和影像发生装置,影像发生装置用于显示全息影像,动物放置装置包括透明箱体1,透明箱体1位于影像发生装置的前方。本实施例通过设置透明箱体1,将实验动物放入透明箱体1中,使实验动物具有一定的活动空间,减少对动物的干扰,能够还原实验动物的真实反应,不需要固定实验动物,不会对动物产生伤害,保证了操作人员的安全,且通过影像发生装置显示全息影像,透明箱体1内的实验动物可观看到该全息影像,对实验动物产生视觉刺激,吸引实验动物,通过控制全息影像可控制动物的视觉范围,并可刺激动物做出视觉反应,得到动物真实的视觉状态,使视觉测量更加准确。
在本实施例中,影像发生装置包括竖直设置的第一显示屏2、第二显示屏3和半透膜4,并且,第一显示屏2和第二显示屏3垂直,半透膜4位于第一显示屏2和第二显示屏3之间,且半透膜4与第一显示屏2和第二显示屏3之间的夹角均为45°。在第一显示屏2和第二显示屏3上播放相同的视频,在半透膜4的作用下,利用偏振光原理,生成3D影像。本实施例的实验动物为螳螂,本实施例将影像发生装置生成的全息影像目标设置为红蓝色,对螳螂的视觉刺激效果最大,另外,本实施例将影像发生装置生成的全息影像目标设置为螳螂的捕食对象,可进一步增强对螳螂的刺激。
进一步地,本实施例的透明箱体1为柱体,且透明箱体1的侧面具有与半透膜垂直的观察面101,使实验动物有最佳的观看全息影像的侧面。本实施例的透明箱体1为截面是直角三角形的三棱柱,且其斜边立面为观察面,可方便确定实验动物在透明箱体1内的位置。另外,透明箱体1除观察面101外的其他面均涂覆有润滑层,使本实施例的实验动物螳螂仅能攀附在观察面101上,使螳螂受到视觉刺激,限制螳螂的视觉范围。本实施例的润滑层为油脂层。进一步地,观察面101上设置有絮状物,方便螳螂攀附,符合螳螂的习性,还原其生活环境,以获得螳螂的真实反应。在本实施例中,透明箱体1、第一显示屏2和第二显示屏3等高,且透明箱体1的观察面的长度等于第一显示屏2背离第三显示屏3的一侧和第二显示屏3背离第一显示屏2的一侧之间的距离。另外,本实施例的透明箱体1为玻璃箱体。
本实施例的测量装置还包括移动机构,透明箱体1与移动机构连接,以带动透明箱体1沿靠近或远离影像发生装置的方向移动,通过移动机构可调整透明箱体1的空间位置,使影像发生装置的全息影像尽可能地处于实验动物的视觉范围内。本实施例的移动机构包括导轨5,导轨5与第一显示屏2平行且垂直于第二显示屏3,使透明箱体1沿与第二显示屏3垂直的方向移动。另外,透明箱体1的底部连接有移动轮6,移动轮6连接在导轨5上,可方便移动透明箱体1。应当指出的是,本实施例的移动还包括是具有三个自由度的机械臂。
如图2所示,本发明实施例还提供一种应用上述动物三维视觉测量装置进行动物三维视觉测量的方法,包括如下步骤:
步骤一:采集放置在透明箱体的实验动物与影像发生装置显示的全息影像的初始相对位置信息;
步骤二:通过影像发生装置播放动态的全息影像,显示对实验动物有刺激的视觉目标;
步骤三:采集实验动物与视觉目标的实验相对位置信息,并同时采集实验动物的头部重力信息;
步骤四:改变视觉目标与实验动物的相对位置或视觉目标的种类或视觉目标的颜色,并重复步骤三,直至达到预设的信息采集次数。
本实施例通过采集实验动物与视觉目标的相对位置以及其头部重力信息,可较为准确地判断实验动物的视觉方向,实现对动物三维视觉的测量。本实施例在步骤一中,初始相对位置信息为实验动物与步骤二中将要出现的视觉目标所在的区域的相对位置。在步骤四中,视觉目标与实验动物的相对位置,可通过调整实验动物所在的透明箱体与影像发生装置之间的相对位置实现,也可通过改变全息影像的视觉目标实现,如改变视觉目标在显示屏的显示区域、改变视觉目标的大小达到与实验动物远近的位置改变等。
本实施例采用的实验动物为螳螂,视觉目标为螳螂的捕食对象,且视觉目标的颜色设置为红蓝色,对螳螂的刺激达到最大。此外,本实施例的影像发生装置包括竖直设置的第一显示屏、第二显示屏和半透膜,在步骤一中,进行位置信息采集前,将第一显示屏和第二显示屏垂直放置,并把半透膜放于第一显示屏和第二显示屏之间,使半透膜与第一显示屏和第二显示屏之间的夹角均为45°。然后在截面为直角三角形的三棱柱透明箱体除其斜边立面外的其他面涂上油脂,斜边立面上放置絮状物,再把螳螂放入透明箱体中,然后使透明箱体的斜边立面与半透膜垂直放置的方式放置透明箱体。
进一步地,在步骤一和步骤三中,通过采集透明箱体与影像发生装置的相对位置信息和实验动物在透明箱体上的位置信息来获得初始相对位置信息和实验相对位置信息,可较为准确的得到实验动物的位置信息。本实施例的影像发生装置是固定的,在测量过程中,通过改变透明箱体的位置实现二者的相对位置的改变,而透明箱体的位置改变是根据预设的位置进行的,因此,透明箱体与影像发生装置的相对位置可获得准确数据。实验动物位于透明箱体中,透明箱体的形状、范围是固定的,获得实验动物在透明箱体中位置较为容易。进一步地,本实施例除一个侧面外其他面都涂覆润滑层,使实验动物无法攀附,只能攀附在一个面上,更利于实验动物的位置确定,本实施例通过摄像头采集的影像确定实验动物在透明箱体中的位置,且摄像头起到记录实验动物反应的作用,为实验研究提供视频资料。
可选地,在步骤三中,通过在实验动物的头部设置重力传感器以采集其头部重力信息,重力信息包括实验动物的头部与水平面的夹角以及头部的重力加速度,可还原实验动物在收到视觉刺激的真实视觉反应。
综上,本发明实施例提供一种动物三维视觉测量装置,其通过设置透明箱体1,将实验动物放入透明箱体1中,使实验动物具有一定的活动空间,减少对动物的干扰,能够还原实验动物的真实反应,不需要固定实验动物,不会对动物产生伤害,保证了操作人员的安全,且通过影像发生装置显示全息影像,透明箱体1内的实验动物可观看到该全息影像,对实验动物产生视觉刺激,吸引实验动物,通过控制全息影像可控制动物的视觉范围,并可刺激动物做出视觉反应,得到动物真实的视觉状态,使视觉测量更加准确。本发明还提供一种动物三维视觉测量装置,通过采集实验动物与全息影像的视觉目标之间的相对位置关系和实验动物的头部重力信息进行视觉方向的判断,实现对动物三维视觉的测量。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和替换,这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.动物三维视觉测量装置,其特征在于,包括动物放置装置和影像发生装置,所述影像发生装置用于显示全息影像,所述动物放置装置包括透明箱体(1),所述透明箱体(1)位于所述影像发生装置的前方;
所述影像发生装置包括竖直设置的第一显示屏(2)、第二显示屏(3)和半透膜(4),并且,所述第一显示屏(2)和所述第二显示屏(3)垂直,所述半透膜(4)位于所述第一显示屏(2)和所述第二显示屏(3)之间,且所述半透膜(4)与所述第一显示屏(2)和所述第二显示屏(3)之间的夹角均为45°;
所述透明箱体(1)为柱体,且所述透明箱体(1)的侧面具有与所述半透膜(4)垂直的观察面(101);所述透明箱体(1)为截面是直角三角形的三棱柱,且其斜边立面为所述观察面(101)。
2.根据权利要求1所述的动物三维视觉测量装置,其特征在于,所述透明箱体(1)除所述观察面(101)外的其他面均涂覆有润滑层。
3.根据权利要求1所述的动物三维视觉测量装置,其特征在于,所述观察面(101)上设置有絮状物。
4.根据权利要求1所述的动物三维视觉测量装置,其特征在于,还包括移动机构,所述透明箱体(1)与所述移动机构连接,以带动所述透明箱体(1)沿靠近或远离所述影像发生装置的方向移动。
5.一种应用权利要求1所述的动物三维视觉测量装置进行动物三维视觉测量的方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤一:采集放置在透明箱体的实验动物与影像发生装置显示的全息影像的初始相对位置信息;
步骤二:通过影像发生装置播放动态的全息影像,显示对实验动物有刺激的视觉目标;
步骤三:采集实验动物与视觉目标的实验相对位置信息,并同时采集实验动物的头部重力信息;
步骤四:改变视觉目标与实验动物的相对位置或视觉目标的种类或视觉目标的颜色,并重复步骤三,直至达到预设的信息采集次数。
6.根据权利要求5所述的动物三维视觉测量的方法,其特征在于,在步骤一和步骤三中,通过采集透明箱体与影像发生装置的相对位置信息和实验动物在透明箱体上的位置信息来获得初始相对位置信息和实验相对位置信息。
7.根据权利要求5所述的动物三维视觉测量的方法,其特征在于,在步骤三中,通过在实验动物的头部设置重力传感器以采集其头部重力信息。
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