CN113805162B - 一种基于超声相控阵的鱼类生长检测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种基于超声相控阵的鱼类生长检测方法及装置，应用于渔业养殖领域，包括：获取待测鱼类区域；根据声波发射阵列对单元区域采用动态聚焦方式进行扫描，通过声波接收阵元接收反射的回波，得到回波信号；将所述回波信号按照信号延时的方式进行叠加后提取包络信号，根据所述包络信号判断是否聚焦；是，则记录所述回波返回的时间，将所述时间与速度相乘，得到第一边缘距离和第二边缘距离；根据三角形公式将所述第一边缘距离和所述第二边缘距离进行计算，得到所述单元区域鱼类尺寸，汇总得到所述待测鱼类区域的鱼类尺寸。本方案采用超声相控阵技术，实现波束的偏转和聚焦，并采用动态聚焦的方式进行扫描，提高了检测的全面性和准确度。
Description
技术领域
本发明涉及渔业养殖领域，尤其涉及一种基于超声相控阵的鱼类生长检测方法及装置。
背景技术
在渔业养殖生产中，需要周期性监测鱼类生长情况，为科学养殖提供依据，但是，由于技术限制，通常的监测方法只能人为的观察鱼生长情况，难以定量监测鱼类尺寸等数据，如果可以实现在饲养池中周期性的定量监测鱼类生长，提供较为准确的鱼类生长数据，可以为生产活动提供准确的依据。
超声相控阵技术起源于相控阵雷达技术，已有20多年的发展历史。超声相控阵技术首先应用于超声影像领域，后逐步应用于工业无损检测等方面，在海洋地貌探测及反潜声纳等领域也有应用。超声相控阵技术是通过控制换能器阵列中各阵元的激励脉冲时间的延迟，实现了可控的声束偏转和聚焦，从而可以对被测物通过动态聚焦方式进行扫描，根据不同方向上目标的回波，可以实现不同方位的探测，即立体探测。
现有技术中，有的采用拍摄鱼类的二位图像进行数据分析，最终确定鱼类的尺寸形状，但是该技术存在不能全方位的对鱼类进行尺寸测量，并且数据处理量较大，存在准确度较低的问题，有的采用红外光栅技术，将通过该光栅的鱼类的图像保留下来，进行数据分析，确定鱼类的尺寸形状，但是该技术是应用在固定的洄游通道进行鱼类检测，而不能具有更广泛的适用范围，适用性较差。
发明内容
本申请提供了一种基于超声相控阵的鱼类生长检测方法及装置，旨在解决上述问题中的检测不够全面，精度不高，适用范围小导致适用性较低的问题。
为了实现上述目的，本申请采用以下技术方案：
获取待测鱼类区域；
根据声波发射阵列对单元区域采用动态聚焦方式进行扫描，通过声波接收阵元接收反射的回波，得到回波信号，所述声波发射阵列由预定数量的压电陶瓷超声换能器按照正方形排列生成，每一个所述压电陶瓷超声换能器都为一个阵元，所述单元区域根据所述待测鱼类区域按照预设格式进行划分获得，所述声波接收阵元为所述声波发射阵列中心阵元的相邻阵元；
将所述回波信号按照信号延时的方式进行叠加后提取包络信号，根据所述包络信号判断是否聚焦；
是，则记录所述回波返回的时间，将所述时间与速度相乘，得到第一边缘距离和第二边缘距离，所述速度为声波在水中的传播速度；
根据三角形公式将所述第一边缘距离和所述第二边缘距离进行计算，得到所述单元区域鱼类尺寸，汇总得到所述待测鱼类区域的鱼类尺寸。
作为优选，所述根据声波发射阵列对单元区域采用动态聚焦方式进行扫描，通过声波接收阵元接收反射的回波，得到回波信号，包括：
所述声波发射阵列中阵元分别按照不大于所述回波信号延时的时间进行声波发射，根据所述超声相控阵原理，实现所述声波的偏转和聚焦，依次采用动态聚焦方式对所有单元区域依次扫描，将所述声波发射阵列中心阵元的相邻阵元中的边角阵元作为声波接收阵元，根据所述声波接收阵元接收所述单元区域中被测物反射的回波，得到回波信号。
作为优选，所述根据所述声波接收阵元接收所述单元区域中被测物反射的回波，得到回波信号，包括：
所述声波接收阵元采用运算放大器和模电转换器作为接收端检测所述回波信号，将所述回波信号波形的模拟信号进行转换，得到数字信号形式的回波信号。
作为优选，所述将所述回波信号按照信号延时的方式进行叠加后提取包络信号，根据所述包络信号判断是否聚焦，包括：
将所述回波信号从所述被测物回到所述声波接收阵元的时间作为所述延时时间，在所述声波接收阵元中按照所述延时时间对所述回波信号进行叠加，得到叠加回波信号，根据包络计算公式
进行计算，得到包络信号，其中，z(t)为包络信号，
和
为所述回波信号经过带通滤波和低通滤波得到的新的信号，θ为任意相位值，E(t)为输入信号的代表函数，
为初相位；
根据所述包络信号判断包络形状是否聚焦，当所述包络形状中包含多个波峰，则判断没有聚焦，当所述包络形状为单一波峰，则判断聚焦，所述包络信号聚焦时，存在所述被测物。
作为优选，所述是，则记录所述回波返回的时间，将所述时间与速度相乘，得到第一边缘距离和第二边缘距离，包括：
所述包络信号聚焦，则根据渡越时间算法对所述回波信号到达所述声波接收阵元的时间进行计算，得到返回时间；
根据四则运算算法将所述返回时间与所述传播速度相乘，得到所述回波信号的传输距离，当所述回波信号的包络由聚焦变为不聚焦时，取所述聚焦时对应的传输距离分别作为第一边缘距离和第二边缘距离。
一种基于超声相控阵的鱼类生长检测装置，包括：
获取模块：用于获取待测鱼类区域；
声波扫描模块：用于根据声波发射阵列对单元区域采用动态聚焦方式进行扫描，通过声波接收阵元接收反射的回波，得到回波信号；
鱼类检测模块：用于将所述回波信号按照信号延时的方式进行叠加后提取包络信号，根据所述包络信号判断是否聚焦；
声波反射距离计算模块：用于判断是，则记录所述回波返回的时间，将所述时间与速度相乘，得到第一边缘距离和第二边缘距离；
鱼类尺寸计算模块：用于根据三角形公式将所述第一边缘距离和所述第二边缘距离进行计算，得到所述单元区域鱼类尺寸，汇总得到所述待测鱼类区域的鱼类尺寸。
作为优选，所述鱼类检测模块，包括：
回波信号包络计算模块：用于将所述回波信号从所述被测物回到所述声波接收阵元的时间作为所述延时时间，在所述声波接收阵元中按照所述延时时间对所述回波信号进行叠加，得到叠加回波信号，根据包络计算公式
进行计算，得到包络信号，其中，z(t)为包络信号，
和
为所述回波信号经过带通滤波和低通滤波得到的新的信号，θ为任意相位值，E(t)为输入信号的代表函数，
为初相位；
被测物存在的判断模块：用于根据所述包络信号判断包络形状是否聚焦，当所述包络形状中包含多个波峰，则判断没有聚焦，当所述包络形状为单一波峰，则判断聚焦，所述包络信号聚焦时，存在所述被测物。
作为优选，所述声波反射距离计算模块，包括：
返回时间计算模块：用于所述包络信号聚焦，则根据渡越时间算法对所述回波信号到达所述声波接收阵元的时间进行计算，得到返回时间；
边缘距离计算模块：用于根据四则运算算法将所述返回时间与所述传播速度相乘，得到所述回波信号的传输距离，当所述回波信号的包络由聚焦变为不聚焦时，取所述聚焦时对应的传输距离分别作为第一边缘距离和第二边缘距离。
一种基于超声相控阵的鱼类生长检测装置，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储一条或多条计算机指令，其中，所述一条或多条计算机指令被所述处理器执行以实现如上述中任一项所述的一种基于超声相控阵的鱼类生长检测方法。
一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被计算机执行时实现如上述中任一项所述的一种基于超声相控阵的鱼类生长检测方法。
本发明具有以下有益效果：
在声波发射阵列发射声波时，通过超声相控阵的原理，可以实现声波波束的偏转和聚焦，使得通过调整发射时间就可以实现对单元区域中被测物进行检测，可以对被测物进行全方位的检测，使得检测更加全面；并且采用动态聚焦的方式进行扫描，可以对不同方向上的聚焦偏差进行动态聚焦补偿，从而提高了对单元区域检测的准确度，也提高了最终鱼类尺寸测量的精度，并且采用超声相控阵的技术对不同的区域都可以进行鱼类生长的监测，提高了适用范围，从而提高了本申请技术方案的适用性；声波发射阵列中的阵元依次按照不大于回波信号延时的时间进行声波的发射，这样的发射顺序可以提高对单元区域的扫描速度，从而提高了整体技术方案的效率；在声波接收阵元中按照延时时间对回波信号进行叠加，使得叠加后的回波信号得到了极大的增强，从而产生较大的幅值，便于后续步骤中对包络信号的提取，以及判断包络形状是否聚焦，便于判断单元区域内是否有被检测到的鱼类，提高了对鱼类检测的精度，提高了整体方案的准确性；在测量鱼类尺寸的时候，采用了渡越时间算法计算时间，并采用了三角形公式进行长度的计算，通过采用科学有效的技术手段提高了计算结果的准确性，从而使得鱼类尺寸的测量更精准。
附图说明
图1是本发明实施例实现一种基于超声相控阵的鱼类生长检测方法的流程图；
图2是本发明实施例实现一种声波发射阵列的结构的示意图；
图3是本发明实施例实现一种对叠加后的回波信号提取包络，并根据包络判断是否聚焦的方法的流程图；
图4是本发明实施例实现一种被测物P点发射回波到声波接收阵元进行延时的示意图；
图5是本发明实施例实现一种包络信号聚焦和不聚焦的两种状态的示意图；
图6是本发明实施例实现一种通过计算得到第一边缘距离和第二边缘距离的方法的流程图；
图7是本发明实施例实现一种判断被测物边缘距离的示意图；
图8是本发明实施例实现一种基于超声相控阵的鱼类生长检测装置的示意图；
图9是本发明实施例实现一种基于超声相控阵的鱼类生长检测装置中的鱼类检测模块30的示意图；
图10是本发明实施例实现一种基于超声相控阵的鱼类生长检测装置中的声波反射距离计算模块40的示意图；
图11是本发明实施例实现一种基于超声相控阵的鱼类生长检测装置的一种电子设备示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请的权利要求书和说明书的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，这仅仅是描述本申请的实施例中对相同属性的对象在描述时所采用的区分方式，此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，以便包含一系列单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他单元。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同，本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本申请。
实施例1
如图1所示，一种基于超声相控阵的鱼类生长检测方法，包括以下步骤：
S11、获取待测鱼类区域；
S12、根据声波发射阵列对单元区域采用动态聚焦方式进行扫描，通过声波接收阵元接收反射的回波，得到回波信号；
S13、将所述回波信号按照信号延时的方式进行叠加后提取包络信号，根据所述包络信号判断是否聚焦；
S14、是，则记录所述回波返回的时间，将所述时间与速度相乘，得到第一边缘距离和第二边缘距离；
S15、根据三角形公式将所述第一边缘距离和所述第二边缘距离进行计算，得到所述单元区域鱼类尺寸，汇总得到所述待测鱼类区域的鱼类尺寸。
在实施例1中，首先确定需要进行检测的鱼类区域，将该区域作为待测鱼类区域，然后进行本技术方案的设置，将相控阵偏转角度30º，选择直径1.2cm、主频是500KHz的压电陶瓷超声换能器，组成超声相控阵列，即声波发射阵列，采用25个压电陶瓷超声换能器按照正方形排列，组成5*5阵列，接收阵元采用收发一体的压电陶瓷超声换能器，中心发射频率为主频的500KHz，发射声压为10V，当回波信号频率为主频时，接收灵敏度可达-65dB，静电容量为1800±30%PF，声束角60 º，相邻两个换能器阵列间距为0.5mm，如图2所示，以13号阵元为中心阵元，7号、9号、17号、19号阵元作为信号接收阵元，即声波接收阵元，接着声波发射阵列中的每一个阵元采用动态聚焦方式，将扫描区域即待测鱼类区域，分成同一平面下的100*100个点，依次进行被测点的扫描，并且阵元的发射需要一定的延时时间，以实现声波波束的偏转和聚焦，从而可以从多方位对被测物进行检测，而且彼此阵元之间的发射周期的时间加上各自阵元的延时时间的时间之和应当小于声波接收阵元对回波信号叠加的延时时间，这样发射的声波会最可能的在被测物处产生相同的相位，声波发射阵列中的所有阵元按照发射周期对单元区域中被测物依次发射声波，被测物对发射的声波发生反射，产生回波，在声波接收阵元中采用运算放大器和A/D转换器作为回波信号的接收端检测并接收被测物反射的回波信号，将接收到的回波信号的波形的模拟信号进行转换，转换成数字信号形式的回波信号，转换完成后，得到回波信号，然后将声波接收阵元得到的回波信号按照一定的延时时间进行叠加，再将叠加后的回波信号进行提取，将包络信号提取出来，根据包络信号的包络波形进行判断，如果聚焦则单元区域存在鱼类被测物，不聚焦则不存在鱼类被测物，判断结果是聚焦时，将回波从被测物返回到声波接收阵元的返回时间记录下来，并且将返回时间乘以声波在水中的传播速度，计算得到被测物在同一方位上的两个边缘与接收阵元之间的距离，分别为第一边缘距离和第二边缘距离，然后根据三角形的计算公式c²=a²+b²-2×a×b×cosC，通过第一边缘距离a和第二边缘距离b的计算，得到被测物此方位上的尺寸长度c，将每一个方位上的尺寸长度都汇总起来，得到单元区域中的鱼类尺寸，将所有的单元区域都汇总起来，就得到了待测鱼类区域的所有鱼类的鱼类尺寸。本实施例的有益效果是：在声波发射阵列发射声波时，通过超声相控阵的原理，可以实现声波波束的偏转和聚焦，使得通过调整发射时间就可以实现对单元区域中被测物进行检测，可以对被测物进行全方位的检测，使得检测更加全面，并且采用动态聚焦的方式进行扫描，可以对不同方向上的聚焦偏差进行动态聚焦补偿，从而提高了对单元区域检测的准确度，也提高了最终鱼类尺寸测量的精度，并且采用超声相控阵的技术对不同的区域都可以进行鱼类生长的监测，提高了适用范围，从而提高了本申请技术方案的适用性，声波发射阵列中的阵元依次按照不大于回波信号延时的时间进行声波的发射，这样的发射顺序可以提高对单元区域的扫描速度，从而提高了整体技术方案的效率，并且使得在被测物处产生能量最强的回波，在后续操作的时候，能够得到更直观的结果，便于检测结果的准确性，在声波接收阵元中，采用运算放大器和A/D转换器作为接收端，提高了回波信号的接收效率和加快了信号转化的速度，便于对回波信号进行延时叠加的操作。
实施例2
如图3所示，一种对叠加后的回波信号提取包络，并根据包络判断是否聚焦的方法，包括以下步骤：
S21、将所述回波信号从所述被测物回到所述声波接收阵元的时间作为所述延时时间，在所述声波接收阵元中按照所述延时时间对所述回波信号进行叠加，得到叠加回波信号，根据包络计算公式
进行计算，得到包络信号，其中，z(t)为包络信号，
和
为所述回波信号经过带通滤波和低通滤波得到的新的信号，θ为任意相位值，E(t)为输入信号的代表函数，
为初相位；
S22、根据所述包络信号判断包络形状是否聚焦，当所述包络形状中包含多个波峰，则判断没有聚焦，当所述包络形状为单一波峰，则判断聚焦，所述包络信号聚焦时，存在所述被测物。
在实施例2中，首先在声波接收阵元中采用信号延时的方式对回波信号进行叠加，如图4所示，设P点为单元区域的被测物，其发射回波到声波接收阵元7、9、17、19的时间为T7、T9、T17、T19，4个阵元接收到回波之后，以T7、T9、T17、T19进行延时，即移相操作，将不同相位的信号进行叠加，如果P点为聚焦点，则叠加后的信号将得到极大的增强，如果P点不是聚焦点，则叠加后的信号会产生抵消，幅值得到较小，以此来判断P点是否存在被测物体，得到叠加的回波信号之后，接着将采集到的回波信号i(t)进行中心频率为fc的带通滤波，去掉噪声等干扰，得到信号x(t)，然后生成与超声脉冲信号x(t)中心频率fc同频的一对正交信号u(t)和v(t)，其中u(t)=sin(2πfct+θ)，v(t)=cos(2πfct+θ)，θ为任意相位值，将生成的正交信号sin(2πfct+θ)和cos(2πfct+θ)分别与输入信号x(t)相乘，得到两个信号
和
，
将公式变换为：
，
，将以上两个信号
和
分别进行低通滤波，则以上两个表达式中的2fc频率信号将被滤波，得到
和
)两个信号,
，
，
和
两个信号正交，平方求和后开方，得到z(t)信号，即回波信号的包络信号
，在得到包络信号后，通过判断包络形状是否聚焦，来判断声波发射阵列所扫描的单元区域中是否存在鱼类，即是否存在被测物，如果聚焦则是，不聚焦则否，如图5所示，如果包络中包含多个波峰，则判断没有聚焦，如果是单一波峰则判断为聚焦状态。本实施例的有益效果是：在声波接收阵元中按照延时时间对回波信号进行叠加，使得叠加后的回波信号得到了极大的增强，从而产生较大的幅值，便于后续步骤中对包络信号的提取，以及判断包络形状是否聚焦，便于判断单元区域内是否有被检测到的鱼类，提高了对鱼类检测的精度，提高了整体方案的准确性，并且采用图标的形式对包络形状进行描述，能够更加直观的进行是否聚焦的判断。
实施例3
如图6所示，一种通过计算得到第一边缘距离和第二边缘距离的方法，包括以下步骤：
S31、所述包络信号聚焦，则根据渡越时间算法对所述回波信号到达所述声波接收阵元的时间进行计算，得到返回时间；
S32、根据四则运算算法将所述返回时间与所述传播速度相乘，得到所述回波信号的传输距离，当所述回波信号的包络由聚焦变为不聚焦时，取所述聚焦时对应的传输距离分别作为第一边缘距离和第二边缘距离。
在实施例3中，首先判断包络是否聚焦，当包络聚焦时，则证明该单元区域内存在被测物，然后进行回波从被测物返回声波接收阵元的返回时间的计算，采用TOF算法即渡越时间算法对上述中的返回时间进行计算，得到返回时间之后，根据四则运算中的乘法进行计算，将返回时间乘以声波在水中的传播速度，一般为1450m/s，然后就可以得到被测物与声波接收阵元之间的距离，这里得到的距离是被测物中所有聚焦处与声波接收阵元之间的距离，为了得到被测物此时方位的尺寸长度，那么就要计算该被测物此时方位的边缘到声波接收阵元之间的距离，如图7所示，扫描到边缘位置，L1聚焦，L2处于不聚焦的位置，可判断出在查扫边缘的位置，回波幅值逐渐降低，以此可判断差扫到边缘位置，通过上述的判断，能够确定被测物两端的边缘距离，并分别设为第一边缘距离和第二边缘距离。本实施例的有益效果为：采用渡越时间算法对返回时间进行计算，使得计算得到的时间更为准确，提高了方案检测结果的精度，并且通过确定被测物的边缘距离，可以使得后续计算被测物尺寸的时候，进行全方位的计算，可以根据得到的不同方位的边缘距离进行相应方位的计算，得到更加全面的鱼类尺寸检测结果。
实施例4
如图8所示，一种基于超声相控阵的鱼类生长检测装置，包括：
获取模块10：用于获取待测鱼类区域；
声波扫描模块20：用于根据声波发射阵列对单元区域采用动态聚焦方式进行扫描，通过声波接收阵元接收反射的回波，得到回波信号；
鱼类检测模块30：用于将所述回波信号按照信号延时的方式进行叠加后提取包络信号，根据所述包络信号判断是否聚焦；
声波反射距离计算模块40：用于判断是，则记录所述回波返回的时间，将所述时间与速度相乘，得到第一边缘距离和第二边缘距离；
鱼类尺寸计算模块50：用于根据三角形公式将所述第一边缘距离和所述第二边缘距离进行计算，得到所述单元区域鱼类尺寸，汇总得到所述待测鱼类区域的鱼类尺寸。
上述装置的一种实施方式为：首先在获取模块10中，获取待测鱼类区域，然后在声波扫描模块20中，根据声波发射阵列对单元区域采用动态聚焦方式进行扫描，通过声波接收阵元接收反射的回波，得到回波信号，接着在鱼类检测模块30中，将所述回波信号按照信号延时的方式进行叠加后提取包络信号，根据所述包络信号判断是否聚焦，然后在声波反射距离计算模块40中，判断是，则记录所述回波返回的时间，将所述时间与速度相乘，得到第一边缘距离和第二边缘距离，最后在鱼类尺寸计算模块50中，根据三角形公式将所述第一边缘距离和所述第二边缘距离进行计算，得到所述单元区域鱼类尺寸，汇总得到所述待测鱼类区域的鱼类尺寸。
实施例5
如图9所示，一种基于超声相控阵的鱼类生长检测装置中的鱼类检测模块30，包括：
回波信号包络计算模块31：用于将所述回波信号从所述被测物回到所述声波接收阵元的时间作为所述延时时间，在所述声波接收阵元中按照所述延时时间对所述回波信号进行叠加，得到叠加回波信号，根据包络计算公式
进行计算，得到包络信号，其中，z(t)为包络信号，
和
为所述回波信号经过带通滤波和低通滤波得到的新的信号，θ为任意相位值，E(t)为输入信号的代表函数，
为初相位；
被测物存在的判断模块32：用于根据所述包络信号判断包络形状是否聚焦，当所述包络形状中包含多个波峰，则判断没有聚焦，当所述包络形状为单一波峰，则判断聚焦，所述包络信号聚焦时，存在所述被测物。
上述装置的一种实施方式为：首先在回波信号包络计算模块31中，将所述回波信号从所述被测物回到所述声波接收阵元的时间作为所述延时时间，在所述声波接收阵元中按照所述延时时间对所述回波信号进行叠加，得到叠加回波信号，根据包络计算公式
进行计算，得到包络信号，然后在被测物存在的判断模块32中，根据所述包络信号判断包络形状是否聚焦，当所述包络形状中包含多个波峰，则判断没有聚焦，当所述包络形状为单一波峰，则判断聚焦，最后当所述包络信号聚焦时，存在所述被测物。
实施例6
如图10所示，一种基于超声相控阵的鱼类生长检测装置中的声波反射距离计算模块40，包括：
返回时间计算模块41：用于所述包络信号聚焦，则根据渡越时间算法对所述回波信号到达所述声波接收阵元的时间进行计算，得到返回时间；
边缘距离计算模块42：用于根据四则运算算法将所述返回时间与所述传播速度相乘，得到所述回波信号的传输距离，当所述回波信号的包络由聚焦变为不聚焦时，取所述聚焦时对应的传输距离分别作为第一边缘距离和第二边缘距离。
上述装置的一种实施方式为：首先在返回时间计算模块41中，所述包络信号聚焦，则根据渡越时间算法对所述回波信号到达所述声波接收阵元的时间进行计算，得到返回时间，然后在边缘距离计算模块42中，根据四则运算算法将所述返回时间与所述传播速度相乘，得到所述回波信号的传输距离，最后当所述回波信号的包络由聚焦变为不聚焦时，取所述聚焦时对应的传输距离分别作为第一边缘距离和第二边缘距离。
实施例7
如图11所示，一种电子设备，包括存储器701和处理器702，所述存储器701用于存储一条或多条计算机指令，其中，所述一条或多条计算机指令被所述处理器702执行以实现上述的任一一种方法。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的电子设备的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序使计算机执行时实现如上述的任一一种方法。
示例性的，计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，一个或者多个模块/单元被存储在存储器701中，并由处理器702执行，并由输入接口705和输出接口706完成数据的I/O接口传输，以完成本发明,一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序在计算机设备中的执行过程。
计算机设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。计算机设备可包括，但不仅限于，存储器701、处理器702,本领域技术人员可以理解，本实施例仅仅是计算机设备的示例，并不构成对计算机设备的限定，可以包括更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如计算机设备还可以包括输入器707、网络接入设备、总线等。
处理器702可以是中央处理单元(CentralProcessingUnit，CPU)，还可以是其他通用处理器702、数字信号处理器802(DigitalSignalProcessor，DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-ProgRAM503mableGateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器702可以是微处理器702或者该处理器702也可以是任何常规的处理器702等。
存储器701可以是计算机设备的内部存储单元，例如计算机设备的硬盘或内存。存储器701也可以是计算机设备的外部存储设备，例如计算机设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡（SmartMediaCard,SMC），安全数字（SecureDigital,SD）卡，闪存卡（FlashCard）等,进一步地，存储器701还可以既包括计算机设备的内部存储单元也包括外部存储设备,存储器701用于存储计算机程序以及计算机设备所需的其他程序和数据,存储器701还可以用于暂时地存储在输出器708，而前述的存储介质包括U盘、移动硬盘、只读存储器ROM703、随机存储器RAM704、碟盘或光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。
Claims (9)
1.一种基于超声相控阵的鱼类生长检测方法，其特征在于，包括：
获取待测鱼类区域；
根据声波发射阵列对单元区域采用动态聚焦方式进行扫描，通过声波接收阵元接收反射的回波，得到回波信号，所述声波发射阵列由预定数量的压电陶瓷超声换能器按照正方形排列生成，每一个所述压电陶瓷超声换能器都为一个阵元，所述单元区域根据所述待测鱼类区域按照预设格式进行划分获得，所述声波接收阵元为所述声波发射阵列中心阵元的相邻阵元；
将所述回波信号按照信号延时的方式进行叠加后提取包络信号，根据所述包络信号判断包络形状是否聚焦；
判断结果是聚焦时，则记录所述回波返回的时间，将所述时间与速度相乘，得到第一边缘距离和第二边缘距离，所述速度为声波在水中的传播速度，所述第一边缘距离和所述第二边缘距离为被测物在同一方位上的两个边缘与接收阵元之间的距离，所述被测物为鱼类被测物；
根据三角形公式
将所述第一边缘距离和所述第二边缘距离进行计算，得到所述单元区域鱼类尺寸，得到所述待测鱼类区域的鱼类尺寸，其中c为被测物同一方位上的尺寸长度，汇总得到所述单元区域鱼类尺寸，a为所述第一边缘距离，b为所述第二边缘距离，cosC为ab边的夹角的余弦值。
2.根据权利要求1所述的一种基于超声相控阵的鱼类生长检测方法，其特征在于，所述根据声波发射阵列对单元区域采用动态聚焦方式进行扫描，通过声波接收阵元接收反射的回波，得到回波信号，包括：
所述声波发射阵列中阵元分别按照不大于所述回波信号延时的时间进行声波发射，根据所述超声相控阵原理，实现所述声波的偏转和聚焦，依次采用动态聚焦方式对所有单元区域依次扫描，将所述声波发射阵列中心阵元的相邻阵元中的边角阵元作为声波接收阵元，根据所述声波接收阵元接收所述单元区域中被测物反射的回波，得到回波信号。
3.根据权利要求2所述的一种基于超声相控阵的鱼类生长检测方法，其特征在于，所述将所述回波信号按照信号延时的方式进行叠加后提取包络信号，根据所述包络信号判断包络形状是否聚焦，包括：
将所述回波信号从所述被测物回到所述声波接收阵元的时间作为延时时间，在所述声波接收阵元中按照延时时间对所述回波信号进行叠加，得到叠加回波信号，根据包络计算公式
进行计算，得到包络信号，其中，z(t)为包络信号，
和
为所述回波信号经过带通滤波和低通滤波得到的新的信号且所述
和所述
两个信号正交，θ为任意相位值，E(t)为输入信号的代表函数，
为初相位；
根据所述包络信号判断包络形状是否聚焦，当所述包络形状中包含多个波峰，则判断没有聚焦，当所述包络形状为单一波峰，则判断聚焦，所述包络形状聚焦时，存在所述被测物。
4.根据权利要求3所述的一种基于超声相控阵的鱼类生长检测方法，其特征在于，所述判断结果是聚焦时，则记录所述回波返回的时间，将所述时间与速度相乘，得到第一边缘距离和第二边缘距离，包括：
所述包络形状聚焦，则根据渡越时间算法对所述回波信号到达所述声波接收阵元的时间进行计算，得到返回时间；
根据四则运算算法将所述返回时间与所述速度相乘，得到所述回波信号的传输距离，当所述回波信号的包络由聚焦变为不聚焦时，取所述聚焦变为不聚焦时对应的传输距离分别作为第一边缘距离和第二边缘距离，所述传输距离包括所述被测物中所有聚焦处与声波接收阵元之间的距离。
5.一种基于超声相控阵的鱼类生长检测装置，用于实现权利要求1所述的一种基于超声相控阵的鱼类生长检测方法，其特征在于，包括：
获取模块：用于获取待测鱼类区域；
声波扫描模块：用于根据声波发射阵列对单元区域采用动态聚焦方式进行扫描，通过声波接收阵元接收反射的回波，得到回波信号；
鱼类检测模块：用于将所述回波信号按照信号延时的方式进行叠加后提取包络信号，根据所述包络信号判断包络形状是否聚焦；
声波反射距离计算模块：用于判断结果是聚焦时，则记录所述回波返回的时间，将所述时间与速度相乘，得到第一边缘距离和第二边缘距离，所述第一边缘距离和所述第二边缘距离为被测物在同一方位上的两个边缘与接收阵元之间的距离，所述被测物为鱼类被测物；
鱼类尺寸计算模块：用于根据三角形公式
将所述第一边缘距离和所述第二边缘距离进行计算，得到所述单元区域鱼类尺寸，得到所述待测鱼类区域的鱼类尺寸，其中c为被测物同一方位上的尺寸长度，汇总得到所述单元区域鱼类尺寸，a为所述第一边缘距离，b为所述第二边缘距离，cosC为ab边的夹角的余弦值。
6.根据权利要求5所述的一种基于超声相控阵的鱼类生长检测装置，其特征在于，所述鱼类检测模块，包括：
回波信号包络计算模块：用于将所述回波信号从所述被测物回到所述声波接收阵元的时间作为延时时间，在所述声波接收阵元中按照延时时间对所述回波信号进行叠加，得到叠加回波信号，根据包络计算公式
进行计算，得到包络信号，其中，z(t)为包络信号，
和
为所述回波信号经过带通滤波和低通滤波得到的新的信号且所述
和所述
两个信号正交，θ为任意相位值，E(t)为输入信号的代表函数，
为初相位；
被测物存在的判断模块：用于根据所述包络信号判断包络形状是否聚焦，当所述包络形状中包含多个波峰，则判断没有聚焦，当所述包络形状为单一波峰，则判断聚焦，所述包络形状聚焦时，存在所述被测物。
7.根据权利要求5所述的一种基于超声相控阵的鱼类生长检测装置，其特征在于，所述声波反射距离计算模块，包括：
返回时间计算模块：用于所述包络形状聚焦，则根据渡越时间算法对所述回波信号到达所述声波接收阵元的时间进行计算，得到返回时间；
边缘距离计算模块：用于根据四则运算算法将所述返回时间与所述速度相乘，得到所述回波信号的传输距离，当所述回波信号的包络由聚焦变为不聚焦时，取所述聚焦变为不聚焦时对应的传输距离分别作为第一边缘距离和第二边缘距离，所述传输距离包括所述被测物中所有聚焦处与声波接收阵元之间的距离。
8.一种基于超声相控阵的鱼类生长检测装置，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储一条或多条计算机指令，其中，所述一条或多条计算机指令被所述处理器执行以实现如权利要求1～4中任一项所述的一种基于超声相控阵的鱼类生长检测方法。
9.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机程序被计算机执行时实现如权利要求1～4中任一项所述的一种基于超声相控阵的鱼类生长检测方法。
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