大鼠机器人迷宫实验系统的设计与实现

发布时间：2017-03-25 11:08

  本文关键词：大鼠机器人迷宫实验系统的设计与实现，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着脑机接口和混合智能技术的不断发展和完善,传统基于人工观察统计和被动奖赏式的行为实验技术正被以结合计算机视觉和脑电奖赏刺激的新式训练方式所取代。同时,正是因为计算机视觉技术的引入,使分析实验动物复杂行为模式成为可能。本文以大鼠机器人的迷宫学习为背景,研究并设计一套大鼠机器人迷宫实验系统,分为实时实验软件和数据分析软件。实时实验软件能够实时捕捉并分析迷宫中大鼠身体运动,并实时根据行为规则给予脑电刺激；数据分析软件实验后自动离线分析实验数据,衡量实验结果。本文具体内容包括四个方面：1.设计并搭建整体迷宫环境,并对系统中所使用的CMOS摄像头畸形矫正技术、多摄像头视频采集和场地拼接技术进行介绍。2.实时实验软件的设计与实现。在实时实验软件中使用多线程异步编程技术,可以实时采集记录大鼠行为数据,并根据事先定义的位置状态规则对大鼠进行脑电刺激。3.通过分析大鼠身体特征,使用图像处理算法提取出大鼠身体轮廓及质心。同时因为本实验环境中存在大量被遮挡的暗区,且大鼠身体灵活多变、特征点较少,运动模式复杂无法预测,传统轮廓曲率法和标记法适用受限。所以本文提出一套通过HOG/SVM方法定位尾部,迭代计算尾部与身体质心来定位头部的大鼠头尾自动标注算法,以提高数据分析中大鼠运动参数提取的稳定性。4.实验数据分析软件的设计与实现。分析离线实验数据,并使用自定义的数据指标(包括决策正确率、路径总长度、实验总时间、不同等级错误计数)来对实验进展进行评估。
【关键词】：大鼠机器人 迷宫实验 脑电刺激 HOG/SVM
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242;TP391.41
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-19
• 1.1 研究背景12-14
• 1.2 实验系统介绍14-17
• 1.2.1 实验迷宫及研究工作14-15
• 1.2.2 大鼠实验系统15-17
• 1.3 本文组织结构17-18
• 1.4 本章小结18-19
• 第2章 相关工作及技术19-28
• 2.1 大鼠机器人技术19-23
• 2.1.1 SD大鼠简介19-20
• 2.1.2 电极植埋手术20-21
• 2.1.3 刺激背包21-23
• 2.2 计算机相关技术23-27
• 2.2.1 HOG特征23-25
• 2.2.2 SVM分类器25-27
• 2.3 本章小结27-28
• 第3章 迷宫实验系统设计28-40
• 3.1 实验场地28-29
• 3.2 系统框架29-30
• 3.3 配置参数管理30-32
• 3.4 视频采集记录32-36
• 3.5 地图/运动分析36-38
• 3.5.1 位置状态定义36-37
• 3.5.2 规则定义37-38
• 3.6 脑电刺激控制38-39
• 3.7 本章小结39-40
• 第4章 大鼠运动参数分析40-55
• 4.1 场地对齐拼接40-43
• 4.1.1 摄像头标定40-41
• 4.1.2 场地视频拼接41-43
• 4.2 大鼠身体姿态识别43-45
• 4.2.1 提取大鼠身体43-45
• 4.2.2 测量大鼠身体质心45
• 4.3 大鼠头尾识别45-54
• 4.3.1 轮廓曲率法与标记法46-48
• 4.3.2 尾部识别48-52
• 4.3.3 头部定位52-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第5章 实验设计及数据分析55-62
• 5.1 实验设计55-56
• 5.2 数据指标56-57
• 5.2.1 决策正确率56
• 5.2.2 路径总长度56
• 5.2.3 实验总时间56-57
• 5.2.4 错误等级分类57
• 5.3 实验结果分析57-61
• 5.4 本章小结61-62
• 第6章 总结与展望62-64
• 参考文献64-70
• 攻读硕士学位期间的主要研究成果70-71
• 致谢71

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