测量装置、测量方法和测量系统与流程

1.本技术涉及测量装置、测量方法和测量系统，具体涉及通过向生物体给予外部刺激以使其表现出趋化性来测量目标生物体的技术。


背景技术：

2.已经提出一种测量装置，其施加具有预定波长的激发光以激发浮游植物，并测量从激发的浮游植物发射的荧光的强度以测量浮游植物存在的量(例如，参见专利文献1)。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本专利申请特开号2019-165687


技术实现要素：

6.本发明要解决的问题
7.上述测量装置仅可以测量由激发光激发的浮游植物。因此，为了测量浮游动物或水生生物的幼虫，使用一种用水采样器或浮游生物网收集和测试浮游动物或水生生物的幼虫的方法。然而，这种方法是耗时的并且不能实现有效测量。
8.因此，本技术的目的是有效地测量目标生物体。
9.问题的解决方案
10.根据本技术的测量装置包括：刺激控制单元，被配置为使刺激产生装置产生符合生物体的趋化性条件的外部刺激；成像单元，被配置为捕获产生外部刺激的预定成像范围的图像；以及测量单元，被配置为基于由成像单元捕获的图像来测量目标生物体。
11.利用上述配置，可以使用生物体的趋化性对目标生物体进行测量。
12.在上述根据本技术的测量装置中，可以设想，成像单元包括视觉传感器，该视觉传感器被配置为根据入射在二维布置的多个像素的每一个上的光量来异步地获取像素数据。
13.这使得可以仅读取其中已经发生事件的像素的像素数据并且基于该像素数据来测量目标生物体。
14.在上述根据本技术的测量装置中，可想到刺激控制单元引起目标生物体表现出正趋化性的外部刺激的产生。
15.这使得可以在成像范围内收集目标生物体。
16.在上述根据本技术的测量装置中，可想到刺激控制单元引起外部刺激的产生，通过该外部刺激，除目标生物体之外的非目标生物体表现出负趋化性。
17.这使得可以从成像范围中排除非目标生物体。
18.在上述根据本技术的测量装置中，可想到刺激控制单元引起外部刺激的产生，通过该外部刺激，除目标生物体之外的非目标生物体表现出负趋化性，并且目标生物体不表现出负趋化性。
19.这使得可以减少目标生物体从目标范围的排除，同时将非目标生物体从成像范围
排除。
20.在上述根据本技术的测量装置中，可想到刺激控制单元引起目标生物体不表现出趋化性的外部刺激的产生。
21.这使得可以在不受外部刺激影响的情况下捕获图像。
22.在上述根据本技术的测量装置中，可以设想，外部刺激是光，并且刺激控制单元引起目标生物体不表现出趋化性的光的施加。
23.这使得可以在甚至在黑暗外部环境下目标生物体不表现出走行性的状态下测量目标生物体。
24.在上述根据本技术的测量装置中，可以设想成像单元在沿预定方向移动的同时捕捉图像。
25.这使得能够进行宽范围的测量。
26.在上述根据本技术的测量装置中，可想到，测量单元基于由成像单元捕获的图像基于目标生物体在表现出趋化性方面执行的行为导出信息，以基于该信息指定目标生物体。
27.这使得有可能测量表现出趋化性的生物体。
28.在上述根据本技术的测量装置中，可想到测量单元获得目标生物体的数量、密度或平均活动水平中的至少一个。
29.这使得可以测量目标生物体的实际状态。
30.在上述根据本技术的测量装置中，可以设想，成像单元包括视觉传感器和被配置为根据帧速率以规则间隔捕捉图像的成像传感器。
31.这使得可以使用由视觉传感器和成像传感器捕获的图像中的一者或两者来测量目标生物体。
32.在上述根据本技术的测量装置中，可想到刺激控制单元使刺激产生装置施加具有特定波长和强度的光，或者产生热量。
33.这使得有可能使用展现出走行性或热负荷能力的生物的趋化性来测量目标生物体。
34.在上述根据本技术的测量装置中，可想到刺激控制单元使刺激产生装置发射特定物质。
35.这使得有可能测量响应于特定物质表现出趋化性的生物体。
36.根据上述本技术的测量方法包括使刺激产生装置产生符合生物体的趋化性条件的外部刺激，捕捉输出外部刺激的预定成像范围的图像，并基于捕捉的图像测量目标生物体。
37.同样利用这种测量方法，可以产生与上述根据本技术的测量装置产生的效果类似的效果。
38.根据上述本技术的测量系统包括：刺激产生装置，被配置为产生符合生物体的趋化性条件的外部刺激；刺激控制单元，被配置为使刺激产生装置产生外部刺激；成像单元，被配置为捕获输出外部刺激的预定成像范围的图像；以及测量单元，被配置为基于由成像单元捕获的图像来测量目标生物体。
39.同样利用这种测量系统，可以产生与上述根据本技术的测量装置产生的效果类似
的效果。
附图说明
40.图1是用于说明根据实施方式的测量系统的配置的视图。
41.图2是用于说明测量设定的示例的视图。
42.图3是用于说明操作时序图的示例的视图。
43.图4是示出测量方法的处理过程的流程图。
44.图5是用于说明关于目标生物体的定义信息的视图。
45.图6是用于说明所检测的对象的轨迹和图像的示例的视图。
46.图7是用于说明识别结果的示例的视图。
47.图8是用于说明在第一使用示例中所施加的光的波长的视图。
48.图9是用于说明在第二使用示例中所施加的光的波长的视图。
49.图10是用于说明在第三使用示例中施加的光的波长的视图。
50.图11是用于说明第四使用示例中的测量的视图。
51.图12是用于说明其中在水产养殖场中使用测量系统的示例的视图。
52.图13是用于说明根据变形例的测量系统的配置的视图。
53.图14是用于说明根据另一变形例的测量系统的配置的视图。
具体实施方式
54.在下文中，将按照以下顺序描述实施方式。
55.《1.测量系统的配置》
56.《2.测量过程》
57.《3.使用示例》
58.[3-1.第一使用示例]
[0059]
[3-2.第二使用示例]
[0060]
[3-3.第三使用示例]
[0061]
[3-4.第四使用示例]
[0062]
《4.具体示例》
[0063]
[4-1.第一具体示例]
[0064]
[4-2.第二具体示例]
[0065]
[4-3.第三具体示例]
[0066]
《5.测量系统的配置的另一示例》
[0067]
《6.结论》
[0068]
《7.本技术》
[0069]
《1.测量系统的配置》
[0070]
首先，将描述作为根据本技术的实施方式的测量系统1的配置。
[0071]
测量系统1例如是使用海水中含有的微生物、在空气中飞行的生物的趋化性对所测量的目标生物体进行测量的系统。这里的测量是包括目标生物体的类型、数量、活性水平、密度和特性的规范中的至少一者、或者目标生物体的捕获图像的记录或存储的概念。此
外，目标生物体不限于表现出趋化性的生物体，并且包括不表现出趋化性的生物体。
[0072]
在此，趋化性是由生物体响应于定向外部刺激而执行的先天行为。外部刺激的示例包括光、压力、重力、化学物质(信息素)、电、振动、温度、接触等。然后，例如，响应于光的趋化性被称为走行性(running performance)，并且响应于温度的趋化性被称为热滑行性。此外，将朝向外部刺激源的方向的移动称为正趋化性，将远离外部刺激源的方向的移动称为负趋化性。
[0073]
例如，原生动物鞭毛虫(眼虫属)在暴露于光时朝向光源移动。在该示例中，可以说定向外部刺激是光，并且眼虫属表现出正走行性。
[0074]
此外，当放置在具有温度梯度的环境中时，线虫朝向适合于线虫的温度场(约25℃)移动。在这个示例中，可以说，定向外部刺激是温度，并且线虫表现出趋温性。
[0075]
如上所述，已知某些生物体表现出趋化性。测量系统1使用这些生物体的趋化性对目标生物体进行测量。在植物和动物中都发现了表现出趋化性的生物体。因此，测量系统1可执行关于目标生物体的测量，而不管目标生物体是动物还是植物。
[0076]
图1是用于说明根据实施方式的测量系统1的配置的视图。如图1所示，测量系统1包括测量装置2和刺激产生装置3。
[0077]
测量装置2是适当地控制测量系统1的各装置(测量装置2和刺激产生装置3)并使用生物体的趋化性对目标生物体进行测量的装置。测量装置2包括控制单元10、存储器11、通信单元12、重力传感器13、成像单元14和透镜15。
[0078]
例如，控制单元10包括包含中央处理单元(cpu)、只读存储器(rom)和随机存取存储器(ram)的微型计算机，并且执行测量系统1的整体控制。在本实施方式中，控制单元10作为刺激控制单元21、成像控制单元22、类别识别单元23发挥功能。此外，关于刺激控制单元21、成像控制单元22以及类别识别单元23，在后面详细说明。
[0079]
此外，控制单元10执行读取存储在存储器11中的数据的处理、将数据存储到存储器11中的处理以及经由通信单元12向外部装置发送/从外部装置接收各种数据。
[0080]
存储器11包括非易失性存储器。通信单元12向/从外部装置执行有线或无线数据通信。重力传感器13检测重力加速度(重力方向)并且将检测结果输出至控制单元10。另外，测量装置2不必包括重力传感器13。
[0081]
成像单元14具有视觉传感器14a和成像传感器14b。视觉传感器14a是被称为动态视觉传感器(dvs)或基于事件的视觉传感器(evs)的传感器。视觉传感器14a通过透镜15捕获预定成像范围的图像。
[0082]
视觉传感器14a是异步图像传感器，在该异步图像传感器中，具有光电转换元件的多个像素二维地布置并且为每个像素提供实时检测地址事件的检测电路。应注意，地址事件是针对分配给二维布置的多个像素的每一个的每个地址发生的事件，并且例如是其中基于在光电转换元件中产生的电荷的电流的电流值或其变化量超过特定阈值等的现象。
[0083]
视觉传感器14a检测每个像素是否存在地址事件的发生，并且在检测到地址事件的发生的情况下，从已经发生地址事件的像素中读取像素信号作为像素数据。
[0084]
视觉传感器14a对检测到发生地址事件的像素执行像素信号读取操作，因此，与以预定帧速率对所有像素中的每个执行读取操作的同步图像传感器相比，能够以更高的速度进行读取。此外，在一个帧中读取的数据量小。
[0085]
因此，在测量系统1中，可以通过使用视觉传感器14a更快速地检测目标生物体的移动。此外，视觉传感器14a可以减少数据量并且还减少功耗。
[0086]
成像传感器14b例如是电荷耦合器件(ccd)图像传感器或互补金属氧化物半导体(cmos)图像传感器，在该传感器中具有光电转换元件的多个像素被二维布置。成像传感器14b根据帧速率以规定间隔捕获经过镜头15的预定成像范围的图像，以产生图像数据。注意，在测量装置2中，可以使用带板(zone plate)、针孔板(pinhole plate)或透明板(transparent plate)来代替透镜15。
[0087]
要注意的是，布置视觉传感器14a和成像传感器14b，以便传感器通过透镜15捕获基本上相同的成像范围的图像。例如，只要将半反射镜(未示出)配置在视觉传感器14a与成像传感器14b与透镜15之间，使得由半反射镜分光的光的一部分入射到视觉传感器14a，另一部分入射到成像传感器14b即可。
[0088]
刺激产生装置3是向由成像单元14捕获的图像的成像范围产生(输出)外部刺激、并对存在于该成像范围内的生物体给予外部刺激的装置，具备光/热产生装置30和刺激物质发射装置31。
[0089]
光/热产生装置30包括向成像范围照射光的照明装置30a(光源)和向成像范围施加热的热源装置30b(热源)。根据控制单元10的控制来驱动照明装置30a，并且照明装置30a可改变施加至成像范围的光的波长和强度。热源装置30b根据控制单元10的控制被驱动，并且可以改变成像范围的温度。
[0090]
刺激物质发射装置31例如包括含有信息素(刺激物质、化学物质)并具有打开/关闭门的容器，并且可以通过基于控制单元10的控制打开和关闭打开/关闭门来将信息素发射到成像范围。
[0091]
另外，作为光/热产生装置30一体设置的照明装置30a和热源装置30b也可以分开设置。
[0092]
另外，由于作为生物体表现出趋化性的外部刺激，光、温度是共通的，因此考虑到一般的通用性，刺激产生装置3至少具有照明装置30a和热源装置30b是理想的。然而，刺激产生装置3可以仅包括发射刺激物质作为外部刺激的刺激物质发射装置31。即，刺激产生装置3只要具备产生外部刺激的至少一个装置即可，也可以省略照明装置30a、热源装置30b、刺激物质放射装置31中的任一个。
[0093]
此外，刺激产生装置3可以包括产生光、温度、刺激物质或其两种或多种的组合中的任一种作为外部刺激的装置，具体地，照明装置30a、热源装置30b、和刺激物质发射装置31中的任一种或其两种或多种的组合。
[0094]
此外，刺激产生装置3可以包含产生除了光、温度和信息素之外的外部刺激的装置。例如，刺激产生装置3可以产生诸如压力、重力、电力、振动、接触的符合趋化性条件的外部刺激，以在该趋化性条件下生物体展现出趋化性。
[0095]
《2.作为实施方式的测量方法》
[0096]
接下来，将描述用于测量作为实施方式的目标生物体的方法的概要。
[0097]
图2是用于说明测量设定的示例的视图。图3是用于说明操作时序图的示例的视图。
[0098]
如图2所示，控制单元10根据预先指定的测量设置执行测量。在测量设置中，指定
测量开始条件、刺激产生装置3的操作时序图、识别程序(识别方法)以及测量结束条件。
[0099]
作为测量开始条件，规定开始测量的条件，例如规定开始测量的时间、经由通信单元12输入的测量开始指令的接收等。
[0100]
作为操作时序图，规定了使刺激产生装置3产生符合趋化性条件的外部刺激的时序图，该趋化性条件是生物体表现出趋化性的外部刺激的条件。例如，根据图3的a所示的操作时序图，执行控制使得不从照明装置30a施加光，不从热源装置30b输出热，并且不从刺激物质发射装置31发射信息素，直到从测量开始过去五分钟。此外，在从测量开始起5分钟到10分钟的时间段内，执行控制使得从照明装置30a施加具有420nm的波长和3w/m2的强度的光，不从热源装置30b输出热，并且不从刺激物质发射装置31发射信息素。此外，在从开始测量起10分钟到15分钟的时间段内，执行控制使得不从照明装置30a施加光，不从热源装置30b输出热，并且不从刺激物质发射装置31发射信息素。此外，在从测量开始起15分钟至20分钟的时间段内，执行控制使得从照明装置30a施加具有420nm的波长和10w/m2的强度的光，不从热源装置30b输出热，并且不从刺激物质发射装置31发射信息素。
[0101]
此外，根据图3的b所示的操作时序图，执行控制使得不从发光装置30a施加光，不从热源装置30b输出热，并且不从刺激物质发射装置31发射信息素，直到从开始测量起经过一分钟。此外，在从开始测量起1分钟至11分钟的时间段内，执行控制，使得从照明装置30a以5w/m2的强度依次施加具有自400nm开始每分钟增加20nm的波长的光，从热源装置30b输出热，使得测量范围为15℃，并且不从刺激物质发射装置31发射信息素。此外，在从测量开始起11分钟至21分钟的时间段内，执行控制，使得从照明装置30a以5w/m2的强度依次施加具有自400nm开始每分钟增加20nm的波长的光，从热源装置30b输出热，使得测量范围为20℃，并且不从刺激物质发射装置31发射信息素。此外，在从开始测量起21分钟到过去31分钟的时间段内，执行控制使得从照明装置30a以5w/m2的强度依次施加具有自400nm起每分钟增加20nm的波长的光，从热源装置30b输出热，使得测量范围为25℃，并且不从刺激物质发射装置31发射信息素。
[0102]
如上所述，在操作时序图中，针对测量范围指定从刺激产生装置3产生何种外部刺激以及产生这种外部刺激的时间。
[0103]
在识别程序中，指定用于识别目标生物体的程序(方法)，并且例如，指定通过机器学习的识别、基于规则的识别、通过输入/输出参数的识别等。
[0104]
作为测量结束条件，指定用于结束测量的条件，并且例如，指定到结束测量的时间、经由通信单元12输入的测量结束命令的接收等。
[0105]
图4是示出测量方法的处理过程的流程图。如图4所示，在步骤s1中，控制单元10确定是否满足在测量设置中指定的测量开始条件。然后，控制单元10重复步骤s1，直到满足测量开始条件。
[0106]
另一方面，在满足测量开始条件的情况下(步骤s1中为是)，在步骤s2中，刺激控制单元21根据在测量设定中指定的操作时序图，使刺激产生装置3进行操作，以产生符合生物体的趋化条件的外部刺激。在步骤s3中，成像控制单元22控制成像单元14以捕获成像范围的图像，从而获取像素数据和图像数据。之后，在步骤s4中，类别识别单元23执行识别处理。
[0107]
在识别处理中，类别识别单元23基于由成像单元14捕获的图像(像素数据和图像数据)对目标生物体进行测量。在本实施例中，类识别单元23根据成像单元14捕获到的图
像，按外部刺激的每个条件导出识别信息，将该识别信息与存储在存储器11中的设定信息进行比较，检测目标生物体。此外，类别识别单元23导出诸如检测到的目标生物体的数量、密度和平均活性水平的识别结果。
[0108]
图5是用于说明关于目标生物体的定义信息的视图。图6是用于说明所检测的对象的轨迹和图像的示例的视图。图7是用于说明识别结果的示例的视图。
[0109]
针对每个目标生物体设置如图5所示的定义信息并且将其存储在存储器11中。定义信息包括目标生物体的类型(生物名称)、外部刺激信息、趋化响应信息和图像信息。外部刺激信息表示目标生物体表现出趋化性的外部刺激的条件。
[0110]
趋化响应信息是主要根据由视觉传感器14a捕获的图像检测的信息，并且是基于目标生物体表现出响应于外部刺激的趋化性的行为进行的信息。趋化响应信息例如是相对于外部刺激源的移动方向(正或负)、速度、轨迹等信息。此外，趋化响应信息可以是基于由成像传感器14b捕获的图像检测出的信息。图5所示的趋化响应信息仅是实施例，并且可以省略信息的一部分，或者可以包括其他信息。
[0111]
图像信息是主要基于由成像传感器14b捕获的图像检测的信息，并且是关于目标生物体的外形的信息。图像信息例如是诸如目标生物体的大小和触觉器官的存在或不存在的信息。此外，该图像信息可以是基于由视觉传感器14a拍摄到的图像而检测出的信息。图5中示出的图像信息仅仅是实施例，并且可以省略一部分信息，或者可以包括其他信息。
[0112]
这些定义信息通过用于识别程序的相应不同方法存储在存储器11中。例如，在基于规则的识别程序中，由用户预先设置定义信息并将其存储在存储器11中。此外，在通过机器学习的识别程序中，定义信息在学习模式中通过机器学习产生和更新并且存储在存储器11中。
[0113]
此外，定义信息可包括通过重力传感器13检测的重力的方向和经由通信单元12获取的外部环境信息。应注意，作为外部环境信息，可考虑导电性、温度、ph、气体浓度(例如，甲烷、氢、氦)、金属浓度(例如，锰、铁)等。
[0114]
类别识别单元23基于由视觉传感器14a捕获的图像(像素数据)来检测存在于成像范围内的对象。例如，类别识别单元23基于在预定时段内输入的像素数据创建一个帧数据，并且检测在帧数据中检测到运动的预定范围内的像素组作为对象。
[0115]
此外，类别识别单元23通过图案匹配等跟随多个帧数据之间的对象，如图6的a和图6的c所示。然后，类识别单元23基于对象的追随结果来导出针对刺激源的移动方向、速度、轨迹作为识别信息。在图6的a和图6的c中，每个帧数据的对象的位置由黑色圆圈表示。在图6的a的示例中，对象以螺旋方式移动，并且在图6的c的实施例中，对象以蜿蜒方式移动。
[0116]
另外，类别识别单元23根据像素数据产生帧数据的期间与成像传感器14b获取图像数据的期间(帧速率)相同或比其短。
[0117]
此外，类别识别单元23对于已从其推导出识别信息的对象，从成像传感器14b输入的图像数据中提取对应于该对象的图像部分，如图6的b和图6的d所示。要注意的是，图6的b示出了遵循在图6的a中所示的轨迹的物体的图像，并且图6的d示出了遵循在图6的c中所示的轨迹的物体的图像。
[0118]
然后，类别识别单元23基于所提取的图像部分通过图像分析得出物体的尺寸、触
觉器官的存在或不存在等作为识别信息。注意，已知的方法可以用于图像分析，因此这里省略其描述。
[0119]
类别识别单元23将由刺激产生装置3产生的外部刺激和针对检测到的对象导出的识别信息(移动方向、轨迹、速度、大小、触觉器官的有无)与符合指定的识别程序的设定信息进行对照，判断物体是否为目标生物体。这里，例如，如果所推导出的关于对象的识别信息落入由关于目标生物体的定义信息指示的范围内，则类别识别单元23确定所推导出的对象是由定义信息指示的类型。
[0120]
然后，如图7所示，类别识别单元23通过对检测的每种类型的目标有机体计数得到目标有机体的数目(每种类型)。此外，类别识别单元23导出每种类型的目标生物体的密度和平均活性水平。注意，基于成像范围中的目标生物体的数目导出密度，并且基于目标生物体的速度导出平均活动水平。要注意的是，如图7中所示，对于除了目标生物体之外的物体，例如，在名称“未知a”和“未知b”下，针对每个类似的特性导出数量、密度和平均活动水平。
[0121]
此后，在步骤s5(参见图4)中，类别识别单元23通过将表示所检测的目标生物体的类型、数量、密度和平均活动水平的识别结果和由图像传感器14b捕获的图像存储在存储器11中，经由通信单元12将它们发送到外部装置等，来输出它们。
[0122]
在步骤s6中，控制单元10确定是否满足在测量设置中指定的测量结束条件。然后，控制单元10重复步骤s2至s5，直到满足测量结束条件。在满足测量结束条件的情况下(步骤s6：是)，控制单元10使刺激产生装置3停止，结束成像单元14的捕获，结束处理。
[0123]
《3.使用示例》
[0124]
在下文中，将描述测量系统1的使用示例。另外，在以下说明的第一至第四使用示例中，作为外部刺激，从照明装置30a产生光，从热源装置30b及刺激物质放射装置31不产生外部刺激(热、信息素)。因此，省略热源装置30b和刺激物质发射设备31的控制的描述。
[0125]
[3-1.第一使用示例]
[0126]
图8是用于说明在第一使用示例中施加的光的波长的视图。在第一使用示例中，刺激产生装置3产生使目标生物体表现出正趋化性的外部刺激。
[0127]
例如，假定目标生物体显示出走行性与波长之间的关系，如图8所示。在这种情况下，由于目标生物体在波长范围r1中表现出正走行性，因此指定测量设定，以将使目标生物体表现出正走行性的波长范围r1的光应用于来自照明装置30a的成像范围。然后，刺激控制单元21根据测量设定，使照明装置30a向成像范围照射使目标生物体表现出正走行性的波长范围rl的光。
[0128]
成像控制单元22在刺激产生装置3照射使目标生物体表现出正走行性的光的同时，使视觉传感器14a获取像素数据，并且使成像传感器14b获取图像数据。
[0129]
类别识别单元23根据由成像单元14获取到的像素数据和图像数据来导出目标生物体的识别结果。
[0130]
在第一使用示例中，对成像范围照射使目标生物体表现出正走行性的光，使得存在于成像范围内的目标生物体向光源移动。另外，在第一使用示例中，存在于成像范围外的目标生物体向光源移动，因此向成像范围移动。因此，在第一使用示例中，可有效地确定目标生物体的存在或不存在。
[0131]
[3-2.第二使用示例]
[0132]
图9是用于说明在第二使用示例中所施加的光的波长的视图。在第二使用示例中，与第一使用示例不同，从刺激产生装置3产生使目标生物体以外的生物体(以下称为非目标生物体)表现出负趋化性的外部刺激。注意，在第二使用示例中，期望从刺激产生装置3产生使非目标生物体表现出负趋化性并且目标生物体不表现出负趋化性的外部刺激。然而，也可以产生使目标生物体表现出负趋化性的外部刺激，只要该外部刺激引起相对弱的负趋化性的展现，例如与非目标生物体相比与趋化性相关的较低速度。
[0133]
例如，假定非目标生物表现出的走行性与波长之间的关系如图9所示。在这种情况下，由于非目标生物体在波长范围r10中表现出负走行性，因此指定测量设定，使得使非目标生物体表现出负走行性的波长范围r10的光从照明装置30a被施加至成像范围。然后，刺激控制单元21根据测量设定，使照明装置30a向成像范围照射非目标生物体表现出负走行性的波长范围r10的光。
[0134]
成像控制单元22在刺激产生装置3照射使非目标生物体的走行性变差的光的期间，使视觉传感器14a取得像素数据，并且使成像传感器14b取得图像数据。
[0135]
类别识别单元23根据由成像单元14获取到的像素数据和图像数据来导出目标生物体的识别结果。
[0136]
在第二使用示例中，对成像范围应用使非目标生物体表现出负走行性的光，使得存在于成像范围内的非目标生物体向远离光源的方向移动，换言之向成像范围外移动。因此，在第二使用示例中，非目标生物体被排除在成像范围之外，并且可执行限于目标生物体的有效测量。
[0137]
[3-3.第三使用示例]
[0138]
图10是用于说明在第三使用示例中施加的光的波长的视图。在第三使用示例中，与第一使用示例和第二使用示例不同，从刺激产生装置3产生至少使目标生物体不表现出趋化性(正趋化性和负趋化性)的外部刺激。注意，不引起趋化性显示的外部刺激不仅包括根本不引起趋化性显示的外部刺激，而且还包括以比其他外部刺激更低的速率引起趋化性显示的外部刺激。
[0139]
例如，假定两个目标生物体表现出的走行性与波长之间的关系如图10所示。在这种情况下，一个目标生物体表现出响应于波长范围r20中的光的走行性，并且另一个目标生物体表现出响应于波长范围r21中的光的走行性。由此，指定测量设定，使得将使目标生物体中的一者不表现出走行性的波长范围r22的光从照明装置30a应用于成像范围。然后，刺激控制单元21根据测量设定，使得照明装置30a向成像范围照射目标生物体的一者不表现出走行性的波长范围r22的光。
[0140]
成像控制单元22在刺激产生装置3照射目标生物体的任一者不表现出走行性的光的同时，使视觉传感器14a获取像素数据，并且使成像传感器14b获取图像数据。
[0141]
类别识别单元23根据由成像单元14获取到的像素数据和图像数据来导出目标生物体的识别结果。
[0142]
这里，在自然光未到达的地方(诸如夜间或深水中)测量目标生物体的情况下，需要将照明光施加至成像范围。此时，如果对成像范围应用使目标生物体表现出趋化性的照明光，则无法准确地测量成像范围内的目标生物体。具体地，为了向成像范围施加照明光(通过该照明光，目标生物体表现出正向走行性)将增加成像范围中的目标生物体的数量。
此外，为了向成像范围施加照明光(通过该照明光，目标生物体表现出负走行性)将减少成像范围中的目标生物体的数量。
[0143]
然后，在第三使用示例中，将使目标生物体不表现出趋化性的照明光应用于成像范围，并且因此可以在不影响目标生物体的情况下捕获图像，这使得能够在原始自然环境中有效地测量。
[0144]
[3-4.第四使用示例]
[0145]
图11是用于说明第四使用示例中的测量的视图。在第四使用示例中，测量装置2在第三使用示例中在移动的同时捕获图像。由此，照明装置30a与第三使用示例同样地，对成像范围照射目标生物体的任一个都不表现出走行性的波长范围r22的光。
[0146]
然后，如图11所示，测量装置2沿着从刺激产生装置3的光/热产生装置30施加的光的光轴方向移动。注意，测量装置2可以连接到移动机构(未示出)并且被控制成使得其在控制单元10的控制下移动，或者可以手动地移动。此外，测量装置2仅需要能够沿预定方向移动。例如，测量装置2可以沿着重力方向移动，或者可以沿着与从光/热产生装置30施加的光的光轴正交的方向移动。
[0147]
然后，成像控制单元22在测量装置2沿着光轴方向移动期间，使视觉传感器14a获取像素数据，并且使成像传感器14b获取图像数据。
[0148]
类别识别单元23根据由成像单元14获取到的像素数据和图像数据来导出目标生物体的识别结果。
[0149]
在第四使用示例中，移动成像范围，这使得能够在宽范围内测量目标生物体。此外，在第四使用示例中，例如，在光轴方向与重力方向彼此一致并且测量设备2在重力方向上移动的情况下，可测量目标生物体在重力方向上的分布。
[0150]
《4.具体示例》
[0151]
测量系统1旨在水下和陆地上使用。例如，在水中，测量系统1旨在用于测量以下生物体作为目标生物体：用于饲料(轮转虾、盐水虾、粪肥鱼)的生物体、寄生于栽培动物上的寄生物(鱼虱、寄生粪肥鱼、寄生纤毛虫、白内尼拉丝虫)、深海动物的幼虫、水热羽流固有的浮游浮游生物、引起红潮的浮游植物、以及鱼。此外，在陆地上，测量系统1旨在用于对作为目标生物的有害昆虫(如蚊子、蛾或苍蝇)进行测量。以下，将通过具体示例给出描述。
[0152]
[4-1.第一具体示例]
[0153]
图12是用于解释其中测量系统1用在水产养殖场中的示例的视图。在第一具体示例中，如图12所示，测量系统1放置在水产养殖场中，并且估计用于鱼类养殖中的饲料的盐水虾的幼虫的量。此外，在第一具体示例中，假设指定机器学习作为识别程序。
[0154]
在这种情况下，类别识别单元23在水产养殖场的悬浮物质(例如浮游动物和灰尘)共存的环境中通过机器学习来估计盐水虾的数量(幼虫的量)。
[0155]
此处，已知盐水虾响应于波长约为420nm的光而表现出显著的走行性。此外，已知占浮游动物群落大部分、平均80％以上的节拍响应于具有约400-500nm波长的光而显示出显著的走行性。
[0156]
由此，在学习模式中，刺激控制单元21使照明装置30a对各液体试样照射波长420nm的光和波长530nm的光，各液体试样仅包含卤水虾、铜虾、尘埃中的任意一种。在刺激产生装置3照射各波长的光的期间，成像控制单元22使成像单元14进行操作来进行摄像。
[0157]
类别识别单元23基于由成像单元14捕获的图像学习关于盐水虾、粪肥和灰尘的识别信息作为训练数据。
[0158]
由此，在学习模式中，在施加具有420nm的波长的光的情况下，基于关于卤水虾、粪肥和灰尘的各个标识信息，以及在施加具有530nm的波长的光的情况下，基于关于卤水虾、粪肥和灰尘的各个标识信息，产生关于卤水虾、粪肥和灰尘的定义信息。
[0159]
然后，在盐水虾、浮游动物和灰尘共存的水产养殖场中，刺激控制单元21使照明装置30a施加具有420nm的波长的光和具有530nm的波长的光。在刺激产生装置3照射各波长的光的期间，成像控制单元22使成像单元14进行操作来进行成像。
[0160]
类识别单元23根据由成像单元14捕获到的图像，使用在学习模式中学习到的定义信息来导出卤水虾的幼虫量(识别结果)。
[0161]
如上所述，测量系统1可以通过机器学习预先学习目标生物体的特性，有效且准确地得到未知液体样品中的目标生物体的识别结果。
[0162]
[4-2.第二具体示例]
[0163]
在第二个具体示例中，估计大部分居住在浅海区域的幼虫鱼的数量。此外，在第二具体示例中，假设指定规则库作为识别程序。
[0164]
这里，假定当成为成年鱼时，待测量的幼虫鱼具有绿色视觉敏感度特性和蓝色视觉敏感度特性。即，待测量的幼虫鱼表现出响应于具有约550nm波长的光(绿光)的走行性。
[0165]
此时，刺激控制单元21使照明装置30a照射波长550nm的光。成像控制单元22在刺激产生装置3照射光的期间，使成像单元14进行操作来进行成像。类识别单元23根据由成像单元14捕获的图像，按照规则库，使用存储在存储器11中的定义信息，导出幼虫鱼的识别结果。
[0166]
[4-3.第三具体示例]
[0167]
在第三个具体示例中，估计存在于土壤中的线虫的数目。此外，在第三具体示例中，假设指定规则库(rule base)作为识别程序。
[0168]
在此，已知待测量的线虫表现出趋温性，其中，它移动到约25℃的温度场。
[0169]
刺激控制单元21使热源装置30b操作，以使测量范围为25℃。成像控制单元22在热源装置30b的控制下使成像单元14进行操作来进行捕获。
[0170]
类别识别单元23根据由成像单元14捕获的图像，根据规则库，使用存储在存储器11中的定义信息来导出线虫的识别结果。
[0171]
《5.测量系统的配置的另一示例》
[0172]
应注意，实施方式不限于上述具体示例，并且可采用各种配置作为变形。
[0173]
在上述实施例中，测量系统1包括一个测量装置2和一个刺激产生装置3。然而，测量装置2或刺激产生装置3的数量并不限于一个，也可以设置多个测量装置2或刺激产生装置3。
[0174]
图13是用于解释根据变形例的测量系统100的配置的视图。如图13所示，本变形例的测量系统100包括一个测量装置2和两个刺激产生装置3(光/热产生装置30)。两个光/热产生装置30被布置为能够在彼此正交的方向上施加光，并且能够将具有彼此不同的波长的光施加至成像范围。
[0175]
在上述测量系统100中，能够从两个光/热产生装置30施加不同波长的光，因此能
够通过一次测量来导出表现出响应于不同波长的光的走行性的目标生物体的识别信息，这能够实现高效测量。
[0176]
图14是用于解释根据另一变形例的测量系统200的配置的视图。如图14所示，本变形例的测量系统200包括两个测量装置2和一个刺激产生装置3(光/热产生装置30)。这两个测量装置2被安排成能够在彼此正交的方向上捕捉图像。
[0177]
在上述测量系统100中，可通过两个测量装置2(成像单元14)捕获图像，从而可检测对象的三维移动，这使得能够更有效地进行测量。
[0178]
另外，在设置两个测量装置2的情况下，一个测量装置2也可以仅包括成像单元14。
[0179]
另外，在上述实施方式中，成像单元14具有视觉传感器14a和成像传感器14b。但是，只要能够捕获至少能够导出表示趋化性的识别信息的图像，则成像单元14也可以包含视觉传感器14a和成像传感器14b中的任一者。此外，成像单元14可包括单光子雪崩二极管(spad)传感器而不是视觉传感器14a和成像传感器14b。
[0180]
另外，在上述实施方式中，根据由视觉传感器14a获取到的像素数据和由成像传感器14b获取到的图像数据来导出识别信息。但是，也可以根据由视觉传感器14a取得的像素数据和由成像传感器14b取得的图像数据中的一者或两者，导出识别信息。另外，也可以进行控制，使得在摄像传感器14b保持停止的状态下仅驱动视觉传感器14a，并且在视觉传感器14a获取像素数据时驱动视觉传感器14a和摄像传感器14b。
[0181]
此外，在上述实施例中，照明装置30a可以改变所施加的光的波长和强度。但是，也可以构成为能够选择有无闪烁、改变闪烁的频率、选择有无偏振光，改变偏振光的方向、改变光源的大小、改变光源的形状、改变光源相对于重力方向和测量装置2的方向的取向，根据生物体的趋化性，除了改变所施加的光的波长和强度以外，或者代替改变所施加的光的波长和强度，还改变传播的方向等。
[0182]
《6.实施方式的结论》
[0183]
如上所述，本实施例的测定装置2具备：刺激控制单元21，使刺激产生装置3产生符合生物体的趋化条件的外部刺激；成像单元14，捕获产生外部刺激的预定成像范围的图像；以及测定部(类别识别单元23)，基于由成像单元14捕获到的图像来测定目标生物体。
[0184]
利用上述构造，可以使用生物体的趋化性对目标生物体进行测量。
[0185]
因此，测量装置2可以使用生物体的趋化性来有效地测量植物/动物作为目标生物体。
[0186]
在上述根据本技术的测量装置2中，成像单元14包括被配置为根据入射在二维布置的多个像素的每一个上的光量来异步地获取像素数据的视觉传感器14a。
[0187]
这使得可以仅读取其中已经发生事件的像素的像素数据并且基于该像素数据来测量目标生物体。
[0188]
因此，测量装置2可以降低功耗。
[0189]
在上述根据本技术的测量装置2中，刺激控制单元21产生目标生物体表现出正趋化性的外部刺激。
[0190]
这使得可以在成像范围内收集目标生物体。
[0191]
因此，测量装置2可以有效地测量目标生物体的存在或不存在。
[0192]
在上述根据本技术的测量装置2中，刺激控制单元21引起外部刺激的产生，通过该
外部刺激，除目标生物体之外的非目标生物体表现出负趋化性。
[0193]
这使得可以从成像范围中排除非目标生物体。
[0194]
因此，测量装置2可以排除非目标生物体并且执行限于目标生物体的测量。
[0195]
在上述根据本技术的测量装置2中，刺激控制单元21引起外部刺激的产生，通过该外部刺激，除目标生物体之外的非目标生物体表现出负趋化性，并且目标生物体不表现出负趋化性。
[0196]
这使得可以减少目标生物体从目标范围的排除，同时将非目标生物体从成像范围排除。
[0197]
因此，测量装置2可以准确地测量目标生物体。
[0198]
在上述根据本技术的测量装置2中，刺激控制单元21引起目标生物体不表现出趋化性的外部刺激的产生。
[0199]
这使得可以在不受外部刺激影响的情况下捕获图像。
[0200]
因此，测量装置2可以在不受外部刺激影响的情况下准确地测量目标生物体。
[0201]
在上述根据本技术的测量装置2中，外部刺激是光，并且刺激控制单元21引起目标生物体不表现出趋化性的光的施加。
[0202]
这使得可以在甚至在黑暗外部环境下目标生物体不表现出走行性的状态下测量目标生物体。
[0203]
因此，测量装置2可以在不受外部刺激影响的情况下准确地测量目标生物体。
[0204]
在上述根据本技术的测量装置2中，成像单元14在沿预定方向移动的同时捕捉图像。
[0205]
这使得能够进行宽范围的测量。
[0206]
因此，测量装置2可以在更宽的范围内测量目标生物体。
[0207]
在上述根据本技术的测量装置2中，测量单元(类别识别单元23)基于由成像单元14捕获的图像导出基于由目标生物体在表现出趋化性方面执行的行为的信息(识别信息)，以基于该信息指定目标生物体。
[0208]
这使得有可能测量到表现出趋化性的生物体。
[0209]
因此，测量装置2可以使用基于在表现出趋化性中进行的行为的信息来更精确地指定目标生物体。
[0210]
在上述根据本技术的测量装置2中，测量单元(类别识别单元23)导出目标生物体的数量、密度或平均活动水平中的至少一个。
[0211]
这使得可以测量目标生物体的实际状态。
[0212]
因此，测量装置2可以指定目标生物体的数量、密度或平均活动水平中的至少一个。
[0213]
在上述根据本技术的测量装置2中，成像单元14包括视觉传感器14a和根据帧速率以规则的间隔捕获图像的成像传感器14b。
[0214]
这使得可以使用由视觉传感器14a和成像传感器14b捕获的图像中的一者或两者来测量目标生物体。
[0215]
此外，测量装置2使用基于由视觉传感器14a捕获的图像的信息，因此与仅使用成像传感器测量目标生物体的情况相比，由成像传感器14b捕获的图像可以是粗糙的。这使得
能够利用相同数量的像素以比仅使用图像传感器的情况更宽的范围捕获图像。
[0216]
在上述根据本技术的测量装置2中，刺激控制单元21使刺激产生装置3施加具有特定波长和强度的光，或者产生热量。
[0217]
这使得有可能使用展现出走行性或热负荷能力的生物的趋化性来测量目标生物体。
[0218]
因此，测量装置2可以使用展现出走行性或热滑行性的生物的趋化性来有效地测量目标生物。
[0219]
在上述根据本技术的测量装置2中，刺激控制单元21使刺激产生装置3发射特定物质。
[0220]
这使得有可能测量响应于特定物质表现出趋化性的生物体。
[0221]
因此，测量装置2可以使用响应于特定物质表现出趋化性的生物的趋化性来有效地测量目标生物。
[0222]
上述根据本技术的测量系统1包括：刺激产生装置3，被配置为输出符合生物体的趋化性条件的外部刺激；刺激控制单元21，被配置为使刺激产生装置3产生外部刺激；成像单元14，被配置为捕获产生外部刺激的预定成像范围的图像；以及测量单元(类别识别单元23)，被配置为基于由成像单元14捕获的图像测量目标生物体。
[0223]
同样，利用这种测量系统1，可以提供与根据上述本技术的测量装置2提供的功能和效果类似的功能和效果。
[0224]
应注意，在本说明书中描述的效果仅是实施例而不是限制性的，并且可提供其他效果。
[0225]
《7.本技术》
[0226]
本技术还可采用以下配置。
[0227]
(1)
[0228]
一种测量装置，包括：
[0229]
刺激控制单元，被配置为使刺激产生装置产生符合生物体的趋化性条件的外部刺激，
[0230]
成像单元，被配置为针对产生外部刺激的预定成像范围捕获图像，以及
[0231]
测量单元，被配置为基于由成像单元捕获的图像测量目标生物体。
[0232]
(2)
[0233]
根据(1)的测量装置，
[0234]
其中，成像单元：
[0235]
包括视觉传感器，视觉传感器被配置为根据入射到二维布置的多个像素中的每一个上的光量来异步地获取像素数据。
[0236]
(3)
[0237]
根据(1)或(2)的测量装置，
[0238]
其中，刺激控制单元：
[0239]
引起使目标生物体表现出正趋化性的外部刺激的产生。
[0240]
(4)
[0241]
根据(1)至(3)中任一项的测量装置，
[0242]
其中，刺激控制单元：
[0243]
引起使除目标生物体之外的非目标生物体表现出负趋化性的外部刺激的产生。
[0244]
(5)
[0245]
根据(4)的测量装置，
[0246]
其中，刺激控制单元：
[0247]
引起使除目标生物体之外的非目标生物体表现出负趋化性并且使目标生物体不表现出负趋化性的外部刺激的产生。
[0248]
(6)
[0249]
根据(1)或(2)的测量装置，
[0250]
引起使目标生物体不表现出趋化性的外部刺激的产生。
[0251]
(7)
[0252]
根据(6)的测量装置，
[0253]
其中，外部刺激是光，并且
[0254]
引起使目标生物体不表现出趋化性的光的施加。
[0255]
(8)
[0256]
根据(1)至(7)中任一项的测量装置，
[0257]
其中，成像单元：
[0258]
在沿预定方向移动的同时捕获图像。
[0259]
(9)
[0260]
根据(1)至(8)中任一项的测量装置，
[0261]
其中，测量单元：
[0262]
基于由成像单元捕获的图像来导出基于目标生物体在表现出趋化性时所进行的行为的信息，并且基于信息来指定目标生物体。
[0263]
(10)
[0264]
根据(9)的测量装置，
[0265]
其中，测量单元：
[0266]
导出目标生物体的数目、密度、以及平均活性水平中的至少一者。
[0267]
(11)
[0268]
根据(2)的测量装置，
[0269]
其中，成像单元：
[0270]
包括视觉传感器和成像传感器，该成像传感器被配置为根据帧速率以规则的间隔捕获图像。
[0271]
(12)
[0272]
根据(1)至(11)中任一项的测量装置，
[0273]
其中，刺激控制单元
[0274]
使刺激产生装置施加具有特定波长和强度的光，或者产生热量。
[0275]
(13)
[0276]
根据(1)至(12)中任一项的测量装置，
[0277]
其中，刺激控制单元
[0278]
使该刺激产生装置发射特定物质。
[0279]
(14)
[0280]
一种测量方法，包括：
[0281]
使刺激产生装置产生符合生物体的趋化性条件的外部刺激；
[0282]
针对输出外部刺激的预定成像范围捕获图像；以及
[0283]
基于所捕获的图像来测量目标生物体。
[0284]
(15)
[0285]
一种测量系统，包括：
[0286]
刺激产生装置，被配置为产生符合生物体的趋化性条件的外部刺激；
[0287]
刺激控制单元，被配置为使刺激产生装置产生外部刺激；
[0288]
摄像部成像单元，被配置为针对输出外部刺激的预定成像范围捕获图像；以及
[0289]
测量单元，被配置为基于由成像单元捕获的图像来测量目标生物体。
[0290]
参考符号列表
[0291]
1 测量系统
[0292]
2 测量装置
[0293]
3 刺激产生装置
[0294]
10 控制单元
[0295]
14 成像单元
[0296]
14a 视觉传感器
[0297]
14b 成像传感器
[0298]
21 刺激控制单元
[0299]
22 成像控制单元
[0300]
23 类别识别单元。

技术特征：
1.一种测量装置，包括：刺激控制单元，被配置为使刺激产生装置产生符合生物体的趋化性条件的外部刺激；成像单元，被配置为对产生所述外部刺激的预定成像范围捕获图像；以及测量单元，被配置为基于由所述成像单元捕获的图像来测量目标生物体。2.根据权利要求1所述的测量装置，其中，所述成像单元：包括视觉传感器，所述视觉传感器被配置为根据入射到二维布置的多个像素中的每一个上的光量来异步地获取像素数据。3.根据权利要求1所述的测量装置，其中，所述刺激控制单元：引起使所述目标生物体表现出正趋化性的外部刺激的产生。4.根据权利要求1所述的测量装置，其中，所述刺激控制单元：引起使除所述目标生物体之外的非目标生物体表现出负趋化性的外部刺激的产生。5.根据权利要求4所述的测量装置，其中，所述刺激控制单元：引起使除所述目标生物体之外的所述非目标生物体表现出负趋化性并且使所述目标生物体不表现出负趋化性的外部刺激的产生。6.根据权利要求1所述的测量装置，其中，所述刺激控制单元：引起使所述目标生物体不表现出趋化性的外部刺激的产生。7.根据权利要求6所述的测量装置，其中，所述外部刺激是光，并且所述刺激控制单元：引起使所述目标生物体不表现出趋化性的光的施加。8.根据权利要求1所述的测量装置，其中，所述成像单元：在沿预定方向移动的同时捕获所述图像。9.根据权利要求1所述的测量装置，其中，所述测量单元：基于由所述成像单元捕获的图像来导出基于所述目标生物体在表现出趋化性时所进行的行为的信息，并且基于所述信息来指定所述目标生物体。10.根据权利要求9所述的测量装置，其中，所述测量单元：导出所述目标生物体的数目、密度、以及平均活性水平中的至少一者。11.根据权利要求2所述的测量装置，其中，所述成像单元：包括所述视觉传感器和成像传感器，所述成像传感器被配置为根据帧速率以规则的间隔捕获所述图像。
12.根据权利要求1所述的测量装置，其中，所述刺激控制单元：使所述刺激产生装置施加具有特定波长和强度的光，或者使所述刺激产生装置产生热量。13.根据权利要求1所述的测量装置，其中，所述刺激控制单元：使所述刺激产生装置发射特定物质。14.一种测量方法，包括：使刺激产生装置产生符合生物体的趋化性条件的外部刺激；对输出所述外部刺激的预定成像范围捕获图像；以及基于所捕获的图像来测量目标生物体。15.一种测量系统，包括：刺激产生装置，被配置为产生符合生物体的趋化性条件的外部刺激；刺激控制单元，被配置为使所述刺激产生装置产生所述外部刺激；成像单元，被配置为对输出所述外部刺激的预定成像范围捕获图像；以及测量单元，被配置为基于由所述成像单元捕获的图像来测量目标生物体。

技术总结
根据本发明的测量装置包括：刺激控制单元，使刺激产生装置根据生物体的趋化性产生外部刺激；成像单元，捕获产生该外部刺激的预定成像区域的图像；以及测量单元，基于由该成像单元捕获到的图像对目标生物体执行测量。单元捕获到的图像对目标生物体执行测量。单元捕获到的图像对目标生物体执行测量。


技术研发人员：高塚进 铁川弘树
受保护的技术使用者：索尼集团公司
技术研发日：2021.11.17
技术公布日：2023/8/4