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研究生:林榮華
論文名稱:魚苗自動計數機之試驗研究
論文名稱(外文):Study of an Automatic Counting Machine for Fish larva
指導教授:陳俊明陳俊明引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:生物產業機電工作學系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2003
畢業學年度:91
語文別:中文
論文頁數:103
中文關鍵詞:影像處理魚苗計數
外文關鍵詞:image processingfish larvacounting
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中 文 摘 要
台灣加入World Trade Organization ( WTO,世界貿易組織 ) 之後對漁業造成極大的衝擊,為因應加入WTO ,調整養殖產業生產策略,積極開發精緻且具競爭潛力之養殖漁產生產體系,以提昇國際競爭力為刻不容緩之課題,而發展水產種苗事業為其因應措施之一。
為了使魚苗計數作業自動化,以提昇台灣養殖產業的競爭力,本研究以影像處理技術為基礎,建立魚苗自動計數系統,並完成該系統之研製,主要由三部分組成 (一)魚苗進料機構、(二)取像及影像處理裝置、(三)魚苗出料機構。
此魚苗自動計數系統作業方式,係將水和魚苗置放於進魚槽中,藉由上下球閥開啟與關閉作定量控制,經導管進入透明魚盤中,以CCD取像,再利用影像處理技術計算魚苗數量,最後倒入集魚槽中完成一個作業循環。
因該系統係由三組相同的機構組成,故其作業流程不需等待,可一直循環作業。試驗結果顯示,每批次平均139尾魚苗的作業時間為3秒,計數的準確率為91%;在長時間作業下人工逐尾計數之準確率為85%,換算為每139尾魚苗的平均作業時間為66秒,顯示本系統的速度為人工逐尾計數的22倍,正確率亦優於人工計數。
本研究同時完成系統軟體SAFC 1.0之開發,提供使用者能輕易安裝與使用此軟體。

ABSTRACT
In order to ensure competition in the world market for Taiwan aquacultural industry, an automatic production line is a key factor. Therefore, a counting system using the image processing techniques for fish larva was developed in this study.
A counting machine for fish larva was first designed and constructed. The counting system consists of three major parts (1) provide mechanism, (2) image grabbing, processing and counting equipment and (3) export mechanism.
According to the testing results, this machine achieved a rapid recognizing and counting ability. It only required three seconds to count 139 fish larvas where as sixty-six seconds needed for manual counting one by one, 22 times of the time spent for the newly developed system. It also reached the accuracy of 91% while counting manually had only 85% accuracy.
The system of automatic fish larva counting software 1.0 (SAFC 1.0) was also developed which could be performed easily.

目 錄
中文摘要-------------------------------------------------- Ⅰ
英文摘要-------------------------------------------------- Ⅲ
目錄------------------------------------------------------ Ⅳ
表目錄---------------------------------------------------- Ⅸ
圖目錄---------------------------------------------------- Ⅹ
第一章 緒論----------------------------------------------- 1
1.1 產業現況------------------------------------------ 1
1.2 加入WTO對養殖產業之影響--------------------------- 2
1.3 產業調整策略與因應措施---------------------------- 3
1.4 研究目的------------------------------------------ 7
第二章 文獻探討------------------------------------------- 8
2.1 魚苗人工計數-------------------------------------- 8
2.2 影像處理的應用------------------------------------ 8
第三章 理論分析------------------------------------------- 16
3.1 數位影像------------------------------------------ 16
3.2 影像校正------------------------------------------ 20
3.3 二值化-------------------------------------------- 22
3.4 數學形態學---------------------------------------- 24
3.5 Blob分析技術-------------------------------------- 27
第四章 試驗設備、材料與方法------------------------------- 31
4.1 試驗設備------------------------------------------ 31
4.1.1 魚苗進料機構--------------------------------- 31
4.1.2 魚苗取像及影像處理裝置----------------------- 33
4.1.3 魚苗出料機構--------------------------------- 36
4.1.4 魚苗自動計數機構----------------------------- 38
4.1.5 魚苗自動計數控制系統------------------------- 41
4.2 試驗材料------------------------------------------ 51
4.3 試驗方法------------------------------------------ 51
4.3.1 基礎試驗------------------------------------- 51
4.3.1.1 魚苗進料均勻度測試----------------------- 51
4.3.1.2 夾魚率測試------------------------------- 52
4.3.1.3 處理能量測試----------------------------- 53
4.3.1.4 取像範圍測試----------------------------- 53
4.3.1.5 閥值測試--------------------------------- 55
4.3.1.6 打光測試--------------------------------- 56
4.3.1.7 出料傾斜度測試--------------------------- 57
4.3.2 魚苗自動計數系統之性能測試--------------------58
4.3.2.1 系統穩定性測試--------------------------- 58
4.3.2.2 系統處理能量及準確率測試----------------- 58
4.3.2.3 系統魚苗損傷率測試----------------------- 59
第五章 魚苗自動計數系統軟體之開發------------------------- 60
5.1 魚苗自動計數系統軟體之設計--------------------- --- 60
5.2 使用者介面------------------------------------- --- 64
5.2.1 監控介面------------------------------------- 64
5.2.2 執行按鈕------------------------------------- 66
5.3 系統程式------------------------------------------ 68
5.4 系統程式及安裝程式之製作-------------------------- 69
第六章 結果與討論----------------------------------------- 70
6.1 基礎試驗結果-------------------------------------- 70
6.1.1 魚苗進料均勻度測試結果----------------------- 70
6.1.2 夾魚率測試結果------------------------------- 73
6.1.3 處理能量測試結果----------------------------- 74
6.1.4 取像範圍測試結果----------------------------- 75
6.1.5 閥值測試結果--------------------------------- 77
6.1.6 打光測試結果--------------------------------- 78
6.1.7 出料傾斜度測試結果--------------------------- 79
6.2 魚苗自動計數系統之性能測試結果-------------------- 80
6.2.1 系統穩定性測試結果--------------------------- 80
6.2.2 系統處理能量及準確率測試結果----------------- 80
6.2.3 系統魚苗損傷率測試結果----------------------- 82
第七章 結論與建議----------------------------------------- 83
7.1 結論------------------------------------------- 83
7.2 建議------------------------------------------- 84
第八章 參考文獻------------------------------------------- 86
附錄------------------------------------------------------ 90
附錄A 魚苗自動計數系統程式碼------------------------- 90
附表1 台灣地區歷年漁業生產量值---------------------- 96
附表2 PLC之指令程式--------------------------------- 97
附表3 無導氣管,進魚槽內不同密度的進魚量------------ 98
附表4 有導氣管,進魚槽內不同密度的進魚量------------ 98
附表5 上球閥關閉速度為2秒,進魚槽內不同魚苗密度之夾魚量---------------------------------------------- 99
附表6 上球閥關閉速度與夾魚率之關係------------------ 99
附表7 不同CCD高度(取像範圍),150尾魚苗重疊的尾數---100
附表8 不同閥值計算準確率之比較表--------------------100
附表9 100尾魚苗不同閥值之準確率---------------------101
附表10 150尾魚苗不同閥值之準確率--------------------101
附表11 200尾魚苗不同閥值之準確率--------------------102
附表12 白色壓克力均化板安裝位置對魚苗計算準確率之影響
------------------------------------------- 102
附表13 透明魚盤出料傾斜角度與滯留魚苗尾數之關係-----103
表 目 錄
表4.1 攝影機規格-------------------------------------- 33
表4.2 魚苗自動計數系統之作業程序---------------------- 50
表6.1 有、無加裝導氣管之進魚情形比較------------------ 72
表6.2 CCD高度與取像範圍之關係-------------------------76
表6.3 本系統(魚計機)與其他計數方式之比較-------------- 81
表6.4 實驗作業後魚苗死亡數之比較---------------------- 82
圖 目 錄
圖3.1 數位影像------------------------------------------ 18
圖3.2 描述影像的座標系統-------------------------------- 18
圖3.3 RGB彩色模型--------------------------------------- 19
圖3.4 校正前之原始格點影像------------------------------ 21
圖3.5 校正後之格點影像(格點排列成直線)------------------ 21
圖3.6 原始魚苗影像-------------------------------------- 28
圖3.7 校正後之魚苗影像(calibration image)--------------- 28
圖3.8 二值化之魚苗影像---------------------------------- 29
圖3.9 經侵蝕、膨脹之魚苗影像---------------------------- 29
圖3.10 魚苗區塊標示(Blob Label)-------------------------- 30
圖3.11 blob分析、計數之結果----------------------------- 30
圖4.1 魚苗進料機構示意圖-------------------------------- 31
圖4.2 魚苗進料機構實體圖-------------------------------- 32
圖4.3 取像裝置示意圖------------------------------------ 34
圖4.4 取像裝置實體圖------------------------------------ 34
圖4.5 魚苗出料機構示意圖-------------------------------- 36
圖4.6 魚苗出料機構實體圖-------------------------------- 37
圖4.7 魚苗自動計數機構示意圖---------------------------- 39
圖4.8 魚苗自動計數機構實體圖---------------------------- 40
圖4.9 個人電腦 ( PC ) ---------------------------------- 41
圖4.10 可程式控制器 ( PLC ) ----------------------------- 42
圖4.11 電磁閥-------------------------------------------- 42
圖4.12 氣壓缸-------------------------------------------- 43
圖4.13 系統設備電路配置之方塊圖-------------------------- 45
圖4.14 PLC 配線電路-------------------------------------- 46
圖4.15 氣壓迴路------------------------------------------ 46
圖4.16 PLC程式之步進階梯圖------------------------------- 48
圖4.17 各組機構個別之作業流程---------------------------- 50
圖4.18 加裝導氣管輔助排氣-------------------------------- 52
圖4.19(a) 取像範圍測試示意圖----------------------------- 54
圖4.19(b) 取像範圍測試實體圖------------------------------54
圖4.20 閥值對影像分離之影響------------------------------ 55
圖4.21 影像產生聚光情形---------------------------------- 56
圖4.22 出料傾斜度測試示意圖------------------------------ 57
圖5.1 取像模組之執行流程-------------------------------- 61
圖5.2 影像處理與計數模組之執行流程---------------------- 62
圖5.3 系統控制模組之執行流程---------------------------- 63
圖5.4 監控視窗顯示介面---------------------------------- 65
圖5.5 訊息方塊視窗-------------------------------------- 67
圖5.6 系統程式之架構------------------------------------ 68
圖6.1 無導氣管, 進魚槽內不同密度的進魚量---------------- 71
圖6.2 有導氣管, 進魚槽內不同密度的進魚量---------------- 71
圖6.3 上球閥關閉速度為2秒 , 進魚槽內不同密度之夾魚量----73
圖6.4 上球閥關閉速度與夾魚量之關係---------------------- 75
圖6.5 CCD高度(取像範圍)與魚苗重疊之關係----------------- 76
圖6.6 不同尾數,不同閥值準確率之比較-------------------- 77
圖6.7 白色壓克力均化板安裝位置對魚苗計算準確率之影響---- 78
圖6.8 透明魚盤出料傾斜角度與滯留魚苗尾數之關係-----------79

參 考 文 獻
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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