申请/专利权人：安徽正华生物仪器设备有限公司

申请日：2020-07-24

公开（公告）日：2024-02-23

公开（公告）号：CN111832531B

主分类号：G06V40/20

分类号：G06V40/20;G06V20/10;G06V20/40;A01K29/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.02.23#授权;2020.11.13#实质审查的生效;2020.10.27#公开

摘要：本发明公开了一种基于深度学习适用于啮齿动物社交实验的分析系统和方法，包括实验模块、数据采集模块和视频分析模块，实验模块用于啮齿动物的社交实验；数据采集模块用于采集社交实验数据，并将采集到的社交实验数据发送至服务器和视频分析模块；视频分析模块用于社交实验数据的视频分析；本发明无需特殊的实验硬件设备与人为对动物进行特殊化学试剂标记处理，通过多目标分析与多身体关键点识别技术实现全自动化无间断追踪多只动物，捕捉大小鼠社交实验超精细行为指标；本发明适用于传统的三箱社交实验方法，还适用于更自然的社交环境与更多实验动物只数，实现长期动态的实验研究，并捕获更加广泛、精细的指标，形成超精细化社交行为指标体系。

主权项：1.基于深度学习适用于啮齿动物社交实验的分析系统，其特征在于，包括实验模块、数据采集模块、视频分析模块、发送模块、显示模块、生成打印模块、数据库、计时模块以及服务器；所述实验模块用于啮齿动物的社交实验，实验装置具体为三箱装置或旷场反应箱，所述三箱装置包括左侧箱室、中间箱室和右侧箱室，所述中间箱室内部放置有实验小鼠，所述左侧箱室内部放置有底部直径为4cm的空铁丝杯，且空铁丝杯中放置有实验小鼠的新颖小鼠，所述右侧箱室内部放置有底部直径为4cm的空铁丝杯，且空铁丝杯中放置有实验小鼠的新颖物体；所述数据采集模块用于采集社交实验数据，并将采集到的社交实验数据发送至服务器和视频分析模块，数据采集模块具体为拍摄相机；所述视频分析模块用于社交实验数据的视频分析，具体基于计算机视觉与深度学习技术，进行啮齿动物社交实验多目标追踪与多身体关键点识别，实现多只小鼠全自动追踪，精确捕获多只小鼠间超精细行为指标，构建社交行为动作序列图，具体视频分析过程如下：S1：以实验小鼠为例，获取拍摄相机的分辨率P*Q，得知每帧照片大小，获取照片的数量i，i＝1、……、n，以拍摄相机的分辨率建立二维坐标系，其中X数值为Y轴、Y数值为X轴，并以像素点为单位；S2：以实验小鼠的鼻尖、左眼、右眼、左耳、右耳、头部中心、躯干中心、尾根、左前肢、右前肢、左后肢和右后肢建立12个身体关键点，身体关键点对应标记为j，j＝1、……、12；S3：当实验模块具体为三箱装置时；S31：获取每帧照片中实验小鼠各个身体关键点所对应的X、Y轴的坐标值，坐标值标记为Xji，Yji；S32：以实验小鼠的鼻尖-尾根、鼻尖-眼睛、鼻尖-耳朵建立骨架；S33：以实验小鼠的鼻尖为原点建立二维坐标系，获取鼻尖-尾根向量、鼻尖-眼睛向量、鼻尖-耳朵向量与X轴正方向所成的夹角，即骨架方向角，若鼻尖-尾根向量与X正方向重合则骨架方向角为0°，骨架方向角顺时针旋转角度不断增加，骨架方向角逆时针旋转角度不断减小；S34：像素点与cm进行换算，1cm等于A个像素点，其中A等于三箱装置实际长对应的像素点三箱装置实际边长；S35：三箱装置长的像素点值范围为：X1到X2，且X2＞X1；三箱装置宽的像素点值范围为：Y1到Y2，且Y2＞Y1：S36：左侧箱室长的像素点值范围为：X1到X1+X2-X1÷3；右侧箱室长的像素点值范围为：X2-X2-X1÷3到X2；中间箱室长的像素点值范围为：X1+X2-X1÷3到X2-X2-X1÷3；S37：实验小鼠在左侧箱室所待总时长：实验小鼠躯干中心像素点X轴数值大于X1且小于X1+X2-X1÷3的总时长；实验小鼠在右侧箱室所待总时长：实验小鼠躯干中心像素点X轴数值大于X2-X2-X1÷3且小于X2的总时长；实验小鼠在中间箱室所待总时长：实验小鼠躯干中心像素点X轴数值大于X1+X2-X1÷3且小于X2-X2-X1÷3的总时长；S38：实验小鼠探索新颖小鼠：以左侧箱室放置新颖小鼠的空铁丝杯的中心点为原点，以该原点3×A个像素点为半径的长度划圆，若小鼠鼻尖在此圆范围内则算为实验小鼠探索新颖小鼠；实验小鼠探索新颖物体：以右侧箱室空铁丝杯的中心点为原点，以该原点3×A个像素点为半径的长度划圆，若小鼠鼻尖在此圆范围内则算为实验小鼠探索新颖物体；S4：当实验模块具体为旷场反应箱时；S41：实验小鼠具体为小鼠M、大鼠M、小鼠N和大鼠N，四个实验小鼠标记为q，q＝1、2、3、4，分别获取每帧照片中四个实验小鼠各个身体关键点所对应的X、Y轴的坐标值，坐标值标记为Xqji，Yqji；S42：分别以四个实验小鼠的鼻尖-尾根、鼻尖-躯干中心、躯干中心-尾根建立骨架；S43：分别以四个实验小鼠的鼻尖为原点建立二维坐标系，获取鼻尖-尾根向量、鼻尖-眼睛向量、鼻尖-耳朵向量与X轴正方向所成的夹角，即骨架方向角，若鼻尖-尾根向量与X正方向重合则骨架方向角为0°，骨架方向角顺时针旋转角度不断增加，骨架方向角逆时针旋转角度不断减小；S44：像素点与cm进行换算，1cm等于B个像素点，其中B等于旷场反应箱边长对应的像素点旷场反应箱实际边长；S45：小鼠M相对小鼠N的方向或大鼠M相对大鼠N的方向：小鼠M头部指向鼻尖的向量与小鼠M头部指向小鼠N躯干中心的向量所组成的角度；大鼠M头部指向鼻尖的向量与大鼠M头部指向大鼠N躯干中心的向量所组成的角度；S46：小鼠M相对小鼠N距离或大鼠M相对大鼠N的距离：小鼠M的躯干中心与小鼠N躯干中心的距离；大鼠M的躯干中心与大鼠N躯干中心的距离；小鼠或大鼠运动的距离：小鼠或大鼠尾根运动的距离；S47：小鼠M嗅探小鼠N身体或大鼠M嗅探大鼠N身体：小鼠M相对小鼠N的方向或大鼠M相对大鼠N的方向小于30°，并且小鼠M鼻尖与小鼠N躯干中心的距离小于0.5×B个像素点；小鼠M相对小鼠N的方向或大鼠M相对大鼠N的方向小于30°，并且大鼠M鼻尖与大鼠N躯干中心的距离小于0.5×B个像素点；小鼠M嗅探小鼠N鼻尖或大鼠M嗅探大鼠N鼻尖：小鼠M相对小鼠N的方向或大鼠M相对大鼠N的方向小于30°，并且小鼠M鼻尖与小鼠N鼻尖的距离小于0.5×B个像素点；小鼠M相对小鼠N的方向或大鼠M相对大鼠N的方向小于30°，并且大鼠M鼻尖与大鼠N鼻尖的距离小于0.5×B个像素点；小鼠M嗅探小鼠N生殖器或大鼠M嗅探大鼠N生殖器：小鼠M相对小鼠N的方向或大鼠M相对大鼠N的方向小于30°，并且小鼠M鼻尖与小鼠N尾根的距离小于0.5×B个像素点；S48：小鼠M的口与小鼠N的口接触或大鼠M的口与大鼠N的口接触：两只实验小鼠头部中心之间的距离小于2×B个像素点；小鼠M的口与小鼠N的生殖器接触或小鼠N的口与大鼠N的生殖器接触：小鼠M的头部中心与小鼠N尾根间的距离或小鼠M的头部中心与大鼠N尾根间的距离小于1.5×B个像素点；小鼠M与小鼠N进行社交接触或大鼠M与大鼠N进行社交接触：两只实验小鼠躯干中心之间的距离小于1×B个像素点，最短时间持续0.5s；S49：小鼠M社交接近小鼠N或大鼠M社交接近大鼠N：两只实验小鼠躯干中心点间距离小于20×B个像素点，小鼠M相对于小鼠N的方向或大鼠M相对于大鼠N的方向小于30度，小鼠M向小鼠N运动距离或大鼠M向大鼠N运动距离大于10×B个像素点；小鼠M或大鼠M尾根运动速度大于3×B个像素点30帧；小鼠M社交离开小鼠N或大鼠M社交离开大鼠N：两只实验小鼠躯干中心点间距离小于10×B个像素点，小鼠M相对于小鼠N的方向或大鼠M相对于大鼠N的方向大于30度，小鼠M向小鼠N运动距离或大鼠M向大鼠N运动距离大于10×B个像素点；小鼠M或大鼠M尾根运动速度大于3×B个像素点30帧；小鼠M社交跟随小鼠N或大鼠M社交跟随大鼠N：两只实验小鼠躯干中心点间距离小于20×B个像素点，小鼠M相对于小鼠N的方向或大鼠M相对于大鼠N的方向小于30度，小鼠N相对于小鼠M的方向或大鼠N相对于大鼠M的方向大于90度，小鼠M与小鼠N的运动速度或大鼠M与大鼠N的运动速度都大于4×B个像素点30帧；小鼠M背向小鼠N或大鼠M背向大鼠N：小鼠M相对于小鼠N的方向或大鼠M相对于大鼠N的方向大于90度，小鼠N相对于小鼠M的方向或大鼠N相对于大鼠M的方向大于90度；S5：视频分析成功后输出的结果为追踪视频、运动轨迹图、运动热点图、身体关键点像素值、骨架长度、骨架方向角及其各个数据的可能性；所述发送模块用于发送社交实验数据的分析结果，所述显示模块用于显示社交实验数据的分析结果，所述生成打印模块用于将社交实验数据的分析结果生成健康表后指派去指定位置进行打印；所述数据库用于存储社交实验数据；所述计时模块用于实验模块的实验时间进行计时。

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