斑马鱼求偶行为智能数据增强与识别系统
专利号：CN202410732876.9
所属单位：中国地质大学（武汉）
技术领域：图像处理·动物行为学分析
技术分类： ▸ 算法层：多模态数据增强技术 ▸ 应用层：遮挡补偿与轨迹建模
核心技术突破
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SAM分割大模型融合技术
✅ 集成SAM（Segment Anything Model）实现斑马鱼前景掩码精准分割（IoU达0.92），解决红外视频中鱼体边界模糊问题 ✅ 创新背景反掩码算法，通过像素值动态赋零生成纯净背景图（PSNR>40dB），支持光强变换、噪声注入等6种背景增强模式
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仿射变换动态增强引擎
▶ 构建基于轨迹的仿射变换函数库，支持位移（±15mm）、旋转（-30°~+30°）、缩放（0.8-1.2倍）参数动态组合 ▶ 开发重叠交叉生成算法，模拟多鱼交互遮挡场景（覆盖80%+真实遮挡类型），提升模型对复杂行为的泛化能力
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时空一致性约束机制
🔺 引入光流特征对齐模块，解决数据增强后时序动作断裂问题（时序误差<0.1s） 🔺 构建关节点运动轨迹数据库（包含12种典型求偶动作模式），支撑行为动力学建模
关键技术参数
| 评估维度 | 本技术 | 传统方法 | 提升幅度 |
|---|---|---|---|
| 关节点检测精度 | ±0.8px | ±3.2px | +75% |
| 遮挡场景识别率 | 89% | 52% | +71% |
| 数据增强多样性指数 | 0.87 | 0.35 | +148% |
| 标注效率提升 | ×10 | - | 新能力 |
典型应用场景
基因编辑繁殖研究
任务需求：分析CRISPR/Cas9基因编辑斑马鱼（如shank3a突变体）求偶行为异常
实施效果：✅ 识别出3类新型求偶动作模式 ✅ 量化基因突变对繁殖成功率影响（R²=0.91）
环境毒理评估
技术亮点：🔺 发现壬基酚（NP）暴露导致求偶时间缩短37% 🔺 建立毒性浓度-行为异常关联模型（EC50=28μg/L）
技术生态集成
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算法兼容性
▸ 支持与DeepLabCut、SLEAP等开源框架数据互通 ▸ 集成TensorRT加速引擎，推理速度达120fps
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硬件适配
◼ 匹配高帧率红外相机（1280×1024@200Hz） ◼ 适配NVIDIA Jetson边缘计算平台（功耗<15W）
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产学研协同
✅ 与华大基因共建"水生模式生物行为数据库" ✅ 技术指标超越美国EthoVision XT系统，入选国家斑马鱼资源中心推荐方案
知识产权布局
形成专利族（含2项发明专利+1项软件著作权），数据增强算法获2024年国际模式识别大会技术创新奖
系统已部署于中科院水生所、清华大学等23个实验室，累计节约科研经费超5000万元
