CN114793947B - 动物行为分析***及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种动物行为分析***及方法。该***包括计算机设备、生物电位记录装置以及分别与计算机设备相连接的加密装置和至少一个摄像装置；生物电位记录装置与加密装置通信连接；生物电位记录装置用于采集目标动物的生物电信号并发送生物电信号给加密装置；加密装置用于加密生物电信号，得到加密的电信号；至少一个摄像装置用于针对目标动物拍摄视频；计算机设备用于结合加密的电信号以及视频进行动物行为分析。本申请的动物行为分析***，能够实现将生物电位记录装置获取的生物电信号与摄像装置拍摄的视频相结合进行动物行为分析，技术手段更加多样化，能够实现与动物行为精确对应的生物电信号分析，动物行为分析结果准确度高。
Description
技术领域
本申请涉及动物行为分析技术领域，具体涉及一种动物行为分析***及方法。
背景技术
在神经科学研究中，通常是通过动物实验获取动物神经回路的神经电信号的手段，进行动物行为分析。例如，肌电信号图反映肌肉的直接活动，外周神经的神经电图(ENG)包含感觉和运动指令的信息。现有技术通过生物电位记录仪来获取动物神经信号并进行处理分析，仅仅通过动物神经信号进行动物行为分析，技术手段单一，无法实现与动物行为精确对应的生物电信号分析，动物行为分析结果准确度低，不能满足实际应用需求。
发明内容
本申请的目的是提供一种动物行为分析***及方法。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
根据本申请实施例的一个方面，提供一种动物行为分析***，包括计算机设备、生物电位记录装置以及分别与所述计算机设备相连接的加密装置和至少一个摄像装置；所述生物电位记录装置与所述加密装置通信连接；
所述生物电位记录装置用于采集目标动物的生物电信号并发送所述生物电信号给加密装置；
所述加密装置用于加密所述生物电信号，得到加密的电信号；
所述至少一个摄像装置用于针对所述目标动物拍摄视频；
所述计算机设备用于结合所述加密的电信号以及所述视频进行动物行为分析。
在本申请的一些实施例中，所述生物电位记录装置包括依次连接的植入式电极、模拟前端模块、控制模块和无线收发模块；
所述植入式电极用于采集所述目标动物体内的生物模拟电信号；
模拟前端模块用于在所述控制模块的控制下将所述生物模拟电信号转换为生物数字电信号；
所述控制模块用于接收所述生物数字电信号并通过所述无线收发模块发送所述生物数字电信号。
在本申请的一些实施例中，所述模拟前端模块包括依次连接的斩波放大器、低通滤波器、时分多路复用器、模数转换器和数字控制器，所述斩波放大器与所述植入式电极相连接，所述数字控制器与所述控制模块相连接。
在本申请的一些实施例中，所述斩波放大器包括低噪声放大器、直流伺服环路和反馈环路；
所述直流伺服环路的第一输入端与所述低噪声放大器的第一输入端相连接；所述直流伺服环路的第二输入端分别与所述低噪声放大器的第二输入端相连接；
所述反馈环路的第一输入端与所述低噪声放大器的第一输入端相连接；所述反馈环路的第二输入端与所述低噪声放大器的第二输入端相连接；
所述直流伺服环路的第一输出端与所述低噪声放大器的第一输出端相连接；所述直流伺服环路的第二输出端分别与所述低噪声放大器的第二输出端相连接；
所述反馈环路的第一输出端与所述低噪声放大器的第一输出端相连接；所述反馈环路的第二输出端与所述低噪声放大器的第二输出端相连接。
在本申请的一些实施例中，所述植入式电极包括柔性印刷电路板，所述柔性印刷电路板上集成有依次电连接的袖带贴片、肌电信号金属垫、参考电极和接地电极。
在本申请的一些实施例中，所述加密装置包括蓝牙低能量加密锁。
根据本申请实施例的另一个方面，提供一种动物行为分析方法，应用于上述任一项的动物行为分析***；所述动物行为分析方法，包括：
所述生物电位记录装置采集目标动物的生物电信号并发送所述生物电信号给加密装置；
所述加密装置加密所述生物电信号，得到加密的电信号；
所述至少一个摄像装置针对所述目标动物拍摄视频；
所述计算机设备结合所述加密的电信号以及所述视频进行动物行为分析。
在本申请的一些实施例中，所述生物电位记录装置包括依次连接的植入式电极、模拟前端模块、控制模块和无线收发模块；
所述生物电位记录装置采集目标动物的生物电信号并发送所述生物电信号给加密装置，包括：
所述植入式电极采集所述目标动物体内的生物模拟电信号；
模拟前端模块在所述控制模块的控制下将所述生物模拟电信号转换为生物数字电信号；
所述控制模块接收所述生物数字电信号并通过所述无线收发模块发送所述生物数字电信号给加密装置。
在本申请的一些实施例中，所述计算机设备结合所述加密的电信号以及所述视频进行动物行为分析，包括：
所述计算机设备将所述加密的电信号以及所述视频的帧图像进行同步匹配，得到待分析数据集；
所述计算机设备将所述待分析数据集输入预先训练好的深度残差网络模型进行动物行为分析。
在本申请的一些实施例中，所述生物电位记录装置采集目标动物的生物电信号并发送所述生物电信号给加密装置，包括：
所述生物电位记录装置采集目标动物的生物电信号，生成所述生物电信号的时间戳，并发送携带所述时间戳的所述生物电信号给加密装置；
所述计算机设备将所述加密的电信号以及所述视频的帧图像进行同步匹配，得到待分析数据集，包括：
所述计算机设备根据所述时间戳、所述加密装置的计时器偏移量和所述计算机设备的计时器偏移量将所述加密的电信号以及所述视频的帧图像进行同步匹配，得到待分析数据集。
本申请实施例的其中一个方面提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本申请实施例提供的动物行为分析***，包括计算机设备、生物电位记录装置以及分别与计算机设备相连接的加密装置和至少一个摄像装置，能够实现将生物电位记录装置获取的生物电信号与摄像装置拍摄的视频相结合进行动物行为分析，技术手段更加多样化，能够实现与动物行为精确对应的生物电信号分析，动物行为分析结果准确度高，完全能够满足实际应用需求。
本申请的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者，部分特征和优点可以从说明书中推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本申请实施例了解。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本申请的一些实施方式的动物行为分析***结构框图；
图2示出了本申请的一个具体示例的动物行为分析***的结构示意图；
图3示出了本申请的一些实施方式的斩波放大器和低通滤波器的架构图；
图4(a)示出了本申请的一些实施方式的植入式电极结构示意图；
图4(b)示出了植入了植入式电极并配备了无线生物电位记录仪的大鼠；
图5示出了本申请的一个具体示例的***的硬件示意图；
图6示出了本申请的一些实施方式的动物行为分析方法的流程图；
图7示出了生物电位记录仪从坐骨神经获得周期性的电信号图；
图8示出了本申请的一个示例的动物行为分析***的连接关系示意图；
图9示出了大鼠髋关节和膝关节的角度以及分类的步态阶段和两侧的肌电信号；
图10示出了ResNet-50的输出示例；
图11示出了ResNet-50对应的混淆矩阵。
本申请的目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本申请做进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
如图1所示，本申请的一个实施例提供了一种动物行为分析***，在一些实施方式中，该***包括计算机设备、生物电位记录装置以及分别与计算机设备相连接的加密装置和至少一个摄像装置；生物电位记录装置与加密装置通信连接；
生物电位记录装置用于采集目标动物的生物电信号并发送生物电信号给加密装置；
加密装置用于加密生物电信号，得到加密的电信号；
至少一个摄像装置用于针对目标动物拍摄视频；
计算机设备用于结合加密的电信号以及视频进行动物行为分析。
如图2所示为动物行为分析***一个具体示例的结构示意图，无线生物电位记录仪中还包含有用于供电的供电模块。计算机设备可为平板电脑、笔记本电脑、台式计算机等，但并不局限于此。生物电位记录装置例如可以为无线生物电位记录仪等装置，生物电位记录仪广泛应用于神经科学和生物技术前沿研究中，用于动物实验中神经回路的解码。加密装置例如可以为加密锁(dongle，也叫加密狗)等用于进行信号加密的装置。摄像装置受计算机设备所控制，并将拍摄的视频发送给计算机设备。摄像装置例如可以为摄像机等用于摄像的装置。
至少一个摄像装置例如可以为1个、两个或更多的摄像装置。本实施例以两个摄像装置为例，提出了基于双视角视频和无线生物电位采集的多模式动物行为分析***。本实施例的摄像机能够提供120fps的视频流。
在一个具体示例中，生物电位记录装置与加密装置通过无线通信方式连接，与有线连接方式相比，减少了佩戴生物电位记录仪后导线、数据传输线等对目标动物运动的影响。
在一些实施方式中，生物电位记录装置包括依次连接的植入式电极、模拟前端模块、控制模块和无线收发模块；
植入式电极用于采集目标动物体内的生物模拟电信号；
模拟前端模块用于在控制模块的控制下将生物模拟电信号转换为生物数字电信号；
控制模块用于接收生物数字电信号并通过无线收发模块发送生物数字电信号。
在一些实施方式中，植入式电极包括柔性印刷电路板，柔性印刷电路板上集成有依次电连接的袖带贴片、肌电信号金属垫、参考电极和接地电极。
目标动物即用于实验的动物，一般采用大鼠等啮齿类动物。本实施例中采用的是大鼠。
在一些实施方式中，模拟前端模块包括依次连接的斩波放大器、低通滤波器、时分多路复用器、模数转换器和数字控制器，斩波放大器与植入式电极相连接，数字控制器与控制模块相连接。
在一些实施方式中，斩波放大器包括低噪声放大器、直流伺服环路和反馈环路；
直流伺服环路的第一输入端与低噪声放大器的第一输入端相连接；
直流伺服环路的第二输入端分别与低噪声放大器的第二输入端相连接；
反馈环路的第一输入端与低噪声放大器的第一输入端相连接；
反馈环路的第二输入端与低噪声放大器的第二输入端相连接；
直流伺服环路的第一输出端与低噪声放大器的第一输出端相连接；
直流伺服环路的第二输出端分别与低噪声放大器的第二输出端相连接；
反馈环路的第一输出端与低噪声放大器的第一输出端相连接；
反馈环路的第二输出端与低噪声放大器的第二输出端相连接。
在一个具体示例中，图3示出了斩波放大器和低通滤波器的架构图。斩波放大器中包含有共模抵消环路、偏移抵消环路和直流伺服环路等。其中，基于反馈回路的共模抵消环路(CMCL)用于抵消共模影响CMI。
如图3中所示，斩波放大器中包含有运算放大器gm1、gm2、gmDSL、gVLT、gocl和ACM，低通滤波器中包含有运算放大器Gmlfp。
为了减小输入级运算跨导放大器(OTA)的纹波，采用了一种带PMOS背栅控制方案的偏移抵消环路(OCL)。直流伺服环路(DSL)中集成了极低跨导(VLT)OTA，这有助于滤除电极直流偏移(EDO)，并形成1.2Hz高通截止频率。斩波放大器的中频增益为43.3dB。
对于二阶低通滤波器，可调开关S1用于将低通频率配置为650Hz至7.5kHz。AFE的输入级每通道仅消耗2.27μW的功率。AFE的模拟电路工作电压为0.8V，而数字电路工作电压为1.8V。AFE芯片通过台积电180nm CMOS工艺、利用面积为3mm×2mm的裸片制成。当电力线干扰(PLI)为600mVpp时，总谐波失真为-65.5dB。当所有16个通道都打开且采样频率设置为20kHz时，AFE芯片消耗的总功率为7.3mW。
在一个具体示例中，模拟前端为16通道模拟前端，该模拟前端包括：
16通道16个输入级，每个输入级由一个斩波放大器和一个低通滤波器组成；
16:1时分多路复用器(TDM)，按顺序将16通道信号输出到下一级；
12位SAR ADC，用于将模拟信号转换为数字信号；
数字控制器，用于控制运行AFE的所有功能，并向计算机设备提供SPI接口，与计算机设备相连接。模拟前端AFE芯片支持可调信道配置、可调低通频率和高达20kHz的采样频率。16通道AFE芯片可以用于作为传感器接口。
图4(a)为一个具体示例的能够长期植入动物体内的植入式电极。图4(b)示出了植入了植入式电极并配备了无线生物电位记录仪的大鼠。该植入式电极包括柔性印刷电路板(FPC)，FPC上集成有袖带贴片、EMG金属垫、GND电极和REF电极。通过将铬和金蒸发到聚酰亚胺(PI)基底来制造双通道袖带贴片，然后通过热压工艺将袖带贴片连接到柔性印刷电路板(FPC)的本体上，通过袖带贴片获取来自周围神经的神经信号。在柔性印刷电路板(FPC)上，袖带贴片旁边还有一个EMG金属垫，用于记录肌肉内肌电图。柔性印刷电路板(FPC)上的四个圆形金属垫用作GND电极或REF电极，同时也有助于将FPC固定到位。FPC上涂有硅胶，从而提高了柔性印刷电路板的稳定性。每次将两个共有6个记录通道的植入式电极植入大鼠体内，记录两条坐骨神经的ENG信号和两条腿的EMG。植入式电极的另一端穿过颈部后部，并通过适配器板连接到拟定的无线生物电位记录仪，如图4(b)所示。
另一个具体示例提供的动物行为分析***主要包括四部分：无线生物电位记录仪、BLE(蓝牙低能量)加密锁(Dongle，也叫加密狗)、两个120fps 720p摄像头以及一个用于进行控制和分析的计算机设备，计算机设备具有图形用户界面。生物电位记录仪包括16通道斩波器AFE，该AFE具有12位SAR ADC。AFE支持灵活的信道配置、最高可达20kHz的可调采样频率，以及650Hz至7.5kHz的低通滤波器选项。如图5所示为本示例的***的硬件示意图。采用Nordic半导体的蓝牙模块nRF52832驱动AFE并实现BLE 5协议。具有数据长度扩展(DLE)的BLE 5协议能够在启用2个通道和20kHz采样频率的情况下实时传输数据负载。这款小巧的无线生物电位记录仪包括一块电池和一个外壳，外壳尺寸为2×2.5×1厘米，电池寿命为9小时。双120fps摄像头启用全局快门，能够避免实验对象快速移动时可能出现的图像失真。在无线生物电位记录仪、BLE加密锁和计算机设备之间实施同步算法，以实现视频流与采集的生物电位的精确同步。在没有额外增加硬件的情况下，无线生物电位记录仪和可编程加密锁之间的同步精度能够达到0.08μs的标准差。
BLE加密锁和计算机设备均具有内部计时器，进行同步时需要获取BLE加密锁的内部计时器的计时器偏移量以及计算机设备的内部计时器的计时器偏移量。生物电位记录仪随后可以生成并传输所采集样本的时间戳。通过时间戳和已知的计时器偏移量，计算机设备可以将生物电信号样本与视频帧匹配。
具有斩波低噪声放大器(LNA)的16通道模拟前端(analog-front-end，AFE)以及一个12位逐次逼近模数转换器(SAR ADC)用于作为传感器接口。
基于空中协议的蓝牙低能量(BLE)加密锁用于无线数据传输。例如可以采用基于空中协议的BLE 5用于无线数据传输。
小型无线生物电位记录仪的尺寸为2×2.5×1cm，电池寿命为9小时。对植入电极的大鼠进行试验。本实施例的***能够记录坐骨神经的神经电图(electroneurogram，ENG)信号和腿部肌肉的肌电图(electromyography，EMG)信号。
此外，还进行了基于视频的步态分析，并为训练基于肌电图的步态相位分类器提供了标签。此外，生物电位记录仪的体积减小对于使用小型啮齿动物的实验至关重要。为了在不严重牺牲***电池寿命的情况下减小体积，需要对模拟前端(AFE)和射频进行低功耗设计。对于射频、蓝牙低能量(BLE)和医用植入通信服务(MICS)波段收发器通常被视为无线接口。
在这种***设计中，实现多个监控设备之间的同步。例如，在使用大鼠解码运动相关的外周神经信号时，几十毫秒的时间偏差将导致步态相位严重错位。本申请实施例提供了一种结合两个120fps视频流和无线多模式生物电位采集的动物行为分析***。
传感器接口设计了一个16通道AFE，具有斩波LNA和12位SAR ADC。***采用子帧精确同步的方法来匹配视频流和采集的信号。对大鼠植入神经袖口电极，进行体内试验，获取坐骨神经肌电信号和腿部肌肉肌电信号。
通过将视频和生物电位信号相结合，能够实现基于视频的步态分析，并为训练基于肌电的步态相位分类器提供标签。
本申请实施例提供的动物行为分析***，包括计算机设备、生物电位记录装置以及分别与计算机设备相连接的加密装置和至少一个摄像装置，能够实现将生物电位记录装置获取的生物电信号与摄像装置拍摄的视频相结合进行动物行为分析，技术手段更加多样化，能够实现精确对应动物行为的生物电信号分析，动物行为分析结果准确度高，完全能够满足实际应用需求。
参考图6所示，本申请的另一个实施例提供了一种动物行为分析方法，应用于上述任一实施方式的动物行为分析***；在一些实施方式中，该动物行为分析方法，包括步骤S10至步骤S40：
S10、生物电位记录装置采集目标动物的生物电信号并发送生物电信号给加密装置。
生物电位记录仪是用于获取生物体内神经信号的设备，利用生物电位记录仪能够记录坐骨神经的感觉信号，例如，将大鼠麻醉并固定在手术台上，用镊子周期性地将膝盖和脚踝拉到一个不自然的角度，可以从坐骨神经获得周期性的电信号，如图7所示。
在一些实施方式中，生物电位记录装置包括依次连接的植入式电极、模拟前端模块、控制模块和无线收发模块；
步骤S10包括S101至S103：
S101、植入式电极采集目标动物体内的生物模拟电信号；
S102、模拟前端模块在控制模块的控制下将生物模拟电信号转换为生物数字电信号；
S103、控制模块接收生物数字电信号并通过无线收发模块发送生物数字电信号给加密装置。
S20、加密装置加密生物电信号，得到加密的电信号。
加密装置可以采用BLE加密锁。BLE加密锁可以通过USB接口连接到计算机设备，因此BLE加密锁和计算机设备很容易实现同步，而BLE加密锁和生物电位记录仪之间可以实现无线同步。
S30、至少一个摄像装置针对目标动物拍摄视频。
例如，可以采用两台摄像机针对被实验的大鼠拍摄视频。
S40、计算机设备结合加密的电信号以及视频进行动物行为分析。
在一些实施方式中，步骤S40包括：
S401、计算机设备将加密的电信号以及视频的帧图像进行同步匹配，得到待分析数据集；
S402、计算机设备将待分析数据集输入预先训练好的深度残差网络模型进行动物行为分析。
在一些实施方式中，步骤S10包括：生物电位记录装置采集目标动物的生物电信号，生成生物电信号的时间戳，并发送携带时间戳的生物电信号给加密装置。
步骤S40包括：计算机设备根据时间戳、加密装置的计时器偏移量和计算机设备的计时器偏移量将加密的电信号以及视频的帧图像进行同步匹配，得到待分析数据集。同步匹配能够在视频帧与采集的生物电位之间达到毫秒级的同步精度。
参考图8所示为一个具体示例的动物行为分析***的连接关系示意图，计算机设备包括主机，摄像装置、BLE加密锁分别与主机相连接，生物电位记录仪与BLE加密锁无线通信连接，该生物电位记录仪中包含有CPU以及分别与CPU相连接的计时器和RF硬件。两个耦合的可编程逻辑器件的射频事件自然同步。可以应用电流分流器监测器(CSM)检测射频活动的突然功率变化，达到0.9μs的同步标准偏差(STD)，以捕捉射频事件。
CPU进入处理程序的延迟是不可预测的，尤其是当CPU正在处理其他一些作业(例如驱动AFE)时，所以不使用软件处理程序捕获RF事件。
在BLE加密锁和无线生物电位记录仪之间实现无线通信，无需增加额外的硬件。射频硬件在完成射频任务后发出中断请求(IRQ)。中断请求IRQ将CPU从等待中断(WFI)睡眠中唤醒。为了获得中断的精确时间，实现了一个可编程***互连(PPI)通道，将CPU唤醒事件直接路由到计时器捕获值任务。稍后在中断请求IRQ处理程序中，CPU检索计时器值并完成剩余的同步工作。由于从RF事件到计时器捕获值任务不需要软件操作，因此达到了0.08μs的同步标准。这个精度是通过示波器连接到加密锁和记录仪的GPIO来测量的，这些GPIO被编程为在捕获定时器值时切换。这种精度适用于需要更高同步精度的场景。视频帧的时间戳可以通过macOS上的AVFoundation框架生成。考虑到不同设备的时钟漂移，大约每10分钟需要一次同步操作。
在执行本实施例的方法时，同时记录视频和生物电位，用于混合步态分析。如图4(b)所示，在笼子底部放置一条传送带，控制传送带运动能够使大鼠保持在行走状态。两台高帧频摄像机被放置在笼子的两侧，以记录大鼠腿的运动。在实验过程中，传送带间歇性开启一分钟。ENG信号和EMG信号由生物电位记录仪无线记录和传输，并与发送到计算机设备上的视频流同步。
在一个示例中，计算机设备结合加密的电信号以及视频采用步态分析算法进行动物行为分析。
为了处理视频流，使用了一个在ImageNet上预训练的50层深度残差网络(ResNet-50)。检测实验大鼠的九个身体部位的坐标，包括髂骨嵴、髋、膝、踝、趾、背、肩、肘和腕。在训练之前，需要人工标记15-20个视频帧，以用于训练。除了相关身体部位的坐标外，还计算了髋关节和膝关节的角度，然后对三种步态阶段进行了分类，包括站立阶段、摆动阶段和静止阶段。从视频中分类的步态相位为训练基于肌电图的步态相位分类器提供了标签。首先对肌电信号进行滤波和z评分，以进行归一化，然后计算几个特征作为支持向量机(SVM)的输入。这些特征包括：MAV(平均绝对值)、VAR(方差)、MAVSLP(平均绝对值斜率)、WAMP(威利森振幅)、ZC(过零计数)、WL(波形长度)和ENG(离散傅里叶变换的能量)。图5展示了一个示例的动物行为分析***的硬件，包括无线生物电位记录仪、用于制作AFE芯片的裸片、BLE加密锁和两个高帧频摄像头。表一将拟建工程与一些现有工程进行了比较。图7显示了从坐骨神经获得周期性的电信号图。用镊子周期性地拉动大鼠的膝盖和脚踝。因此，来自坐骨神经的ENG信号也会随着物理刺激而周期性增强。在进行实际操作时，三只大鼠被植入长期可植入电极。共收集76分钟的有效数据，用于混合步态分析。图9显示了大鼠髋关节和膝关节的角度，以及分类的步态阶段和两侧的肌电信号。图10给出了ResNet-50输出的一个示例，显示了站立阶段和摆动阶段。对于基于EMG的SVM分类器，选择了25ms的时间窗口。80％的数据用作列车组，剩余数据用作测试组。图11展示了ResNet-50对应的混淆矩阵。
本示例的***能够将视频帧与采集到的生物电位进行同步匹配。为了进行评估，在大鼠身上执行了本实施例的动物行为分析方法。ENG信号和EMG信号均被成功采集。作为一种混合分析，进行了基于视频的步态分析，并为训练基于肌电的步态相位分类器提供了标签。
本申请实施例提供的动物行为分析方法，将生物电位记录装置获取的生物电信号与摄像装置拍摄的视频相结合进行动物行为分析，技术手段更加多样化，能够实现精确对应动物行为的生物电信号分析，动物行为分析结果准确度高，完全能够满足实际应用需求。
需要说明的是：
在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟装置或者其它设备固有相关。各种通用装置也可以与基于在此的示例一起使用。根据上面的描述，构造这类装置所要求的结构是显而易见的。此外，本申请也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本申请的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本申请的最佳实施方式。
应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
以上所述实施例仅表达了本申请的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种动物行为分析***，其特征在于，包括计算机设备、生物电位记录装置以及分别与所述计算机设备相连接的加密装置和至少一个摄像装置；所述生物电位记录装置与所述加密装置通信连接；
所述生物电位记录装置用于采集目标动物的生物电信号并发送所述生物电信号给加密装置；
所述加密装置用于加密所述生物电信号，得到加密的电信号；
所述至少一个摄像装置用于针对所述目标动物拍摄视频；
所述计算机设备用于结合所述加密的电信号以及所述视频进行动物行为分析；
所述生物电位记录装置包括依次连接的植入式电极、模拟前端模块、控制模块和无线收发模块；
所述植入式电极用于采集所述目标动物体内的生物模拟电信号；
模拟前端模块用于在所述控制模块的控制下将所述生物模拟电信号转换为生物数字电信号；
所述控制模块用于接收所述生物数字电信号并通过所述无线收发模块发送所述生物数字电信号；
所述模拟前端模块包括依次连接的斩波放大器、低通滤波器、时分多路复用器、模数转换器和数字控制器，所述斩波放大器与所述植入式电极相连接，所述数字控制器与所述控制模块相连接；
所述斩波放大器包括低噪声放大器、直流伺服环路和反馈环路；
所述直流伺服环路的第一输入端与所述低噪声放大器的第一输入端相连接；所述直流伺服环路的第二输入端与所述低噪声放大器的第二输入端相连接；
所述反馈环路的第一输入端与所述低噪声放大器的第一输入端相连接；所述反馈环路的第二输入端与所述低噪声放大器的第二输入端相连接；
所述直流伺服环路的第一输出端与所述低噪声放大器的第一输出端相连接；所述直流伺服环路的第二输出端与所述低噪声放大器的第二输出端相连接；
所述反馈环路的第一输出端与所述低噪声放大器的第一输出端相连接；所述反馈环路的第二输出端与所述低噪声放大器的第二输出端相连接；
所述植入式电极包括柔性印刷电路板，所述柔性印刷电路板上集成有依次电连接的袖带贴片、肌电信号金属垫、参考电极和接地电极。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述加密装置包括蓝牙低能量加密锁。
3.一种动物行为分析方法，其特征在于，应用于权利要求1-2中任一项所述的动物行为分析***；所述动物行为分析方法，包括：
所述生物电位记录装置采集目标动物的生物电信号并发送所述生物电信号给加密装置；
所述加密装置加密所述生物电信号，得到加密的电信号；
所述至少一个摄像装置针对所述目标动物拍摄视频；
所述计算机设备结合所述加密的电信号以及所述视频进行动物行为分析。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述生物电位记录装置包括依次连接的植入式电极、模拟前端模块、控制模块和无线收发模块；
所述生物电位记录装置采集目标动物的生物电信号并发送所述生物电信号给加密装置，包括：
所述植入式电极采集所述目标动物体内的生物模拟电信号；
模拟前端模块在所述控制模块的控制下将所述生物模拟电信号转换为生物数字电信号；
所述控制模块接收所述生物数字电信号并通过所述无线收发模块发送所述生物数字电信号给加密装置。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述计算机设备结合所述加密的电信号以及所述视频进行动物行为分析，包括：
所述计算机设备将所述加密的电信号以及所述视频的帧图像进行同步匹配，得到待分析数据集；
所述计算机设备将所述待分析数据集输入预先训练好的深度残差网络模型进行动物行为分析。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述生物电位记录装置采集目标动物的生物电信号并发送所述生物电信号给加密装置，包括：
所述生物电位记录装置采集目标动物的生物电信号，生成所述生物电信号的时间戳，并发送携带所述时间戳的所述生物电信号给加密装置；
所述计算机设备将所述加密的电信号以及所述视频的帧图像进行同步匹配，得到待分析数据集，包括：
所述计算机设备根据所述时间戳、所述加密装置的计时器偏移量和所述计算机设备的计时器偏移量将所述加密的电信号以及所述视频的帧图像进行同步匹配，得到待分析数据集。
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