一、簡介

冷熱板示差法的主要設(shè)計思想是通過無擾的監(jiān)測方式，客觀評價動物對環(huán)境溫度的趨向行為，屬于動物行為學(xué)評價方法。由于行為學(xué)試驗(yàn)很容易受到外界影響因素的干擾，為了提高研究結(jié)果的重現(xiàn)性和可靠性，課題組在研制冷熱板示差系統(tǒng)時，采用了三個方面的特別設(shè)計：高精度溫控模塊：通過PLC自動控制半導(dǎo)體控溫裝置，實(shí)現(xiàn)動物活動板區(qū)的控溫誤差小于±0.5℃，降低儀器系統(tǒng)誤差；實(shí)驗(yàn)隔離箱體及空調(diào)模塊：通過相對密閉的空間將實(shí)驗(yàn)動物與外界環(huán)境隔離開，并通過空調(diào)系統(tǒng)控制實(shí)驗(yàn)箱體的溫度恒定，避免外界溫度波動對實(shí)驗(yàn)動物的干擾；視頻遙測及智能識別模塊：通過視頻遙測避免觀察者對實(shí)驗(yàn)動物行為的干擾，并通過計算機(jī)軟件智能識別，實(shí)現(xiàn)動物運(yùn)動行為的實(shí)時在線處理和分析，提高系統(tǒng)的分析效能和檢測準(zhǔn)確度。

二、系統(tǒng)組成

根據(jù)上述設(shè)計理念，冷熱板動物行為示差檢測儀由三個部分組成：

（1）自動溫控系統(tǒng)

包括高精度半導(dǎo)體控溫裝置、PLC控制器、冷熱板（動物活動板）和實(shí)驗(yàn)箱體組成。冷熱板系由三塊相互隔溫而又連接在一起金屬板，每塊金屬板的溫度由一個獨(dú)立的控溫裝置控制，設(shè)置為不同的溫度值后形成三個相對恒定的溫區(qū)（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)）。根據(jù)研究需要，也可設(shè)置二個溫區(qū)。在溫控板上，放置一個六通道隔板，從而可同時容納6只動物在不同溫區(qū)間選擇活動。隔板上放置透明蓋板（帶通氣孔），防止動物逃逸。

（2）遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)

包括高分辨率數(shù)碼攝像機(jī)和電腦系統(tǒng)組成。實(shí)驗(yàn)時，通過安裝在箱體頂部的攝像頭，將實(shí)驗(yàn)動物的運(yùn)動行為拍攝下來，避免操作人員現(xiàn)場觀測對動物行為的干擾。通過由遠(yuǎn)程監(jiān)測軟件控制的攝像頭遠(yuǎn)程跟蹤監(jiān)測動物對各溫區(qū)的趨向性變化，輸出視頻圖像的同時，將跟蹤信號轉(zhuǎn)化為原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

（3）軟件系統(tǒng)

包括動物行為智能識別和數(shù)據(jù)記錄、管理及統(tǒng)計分析等軟件功能。動物行為智能識別采用基于視頻顏色差值分析的方法，將實(shí)驗(yàn)動物與觀測背景區(qū)分開來，計算動物輪廓重心，確定動物實(shí)時坐標(biāo)，然后將坐標(biāo)數(shù)據(jù)記錄下來，即得到了動物運(yùn)動行為的時間軌跡。通過軟件分析動物運(yùn)動軌跡在不同溫度區(qū)間的頻次，計算出動物在不同溫區(qū)的停留比例等指標(biāo)，進(jìn)而評判動物的溫度趨向性。視頻識別軟件參考Aguiar Paulo文獻(xiàn)中的算法，數(shù)據(jù)分析軟件采用Visual Basic 6.0語言編制。

動物運(yùn)動軌跡記錄窗口（實(shí)時數(shù)據(jù)）      數(shù)據(jù)處理及結(jié)果分析界面

圖3  控制軟件及動物行為視頻識別軟件界面

三、溫控模塊技術(shù)說明

試驗(yàn)箱調(diào)溫板調(diào)節(jié)范圍10~50℃，調(diào)節(jié)精度±0.5℃，總功率小于2000W，采用PLC控制，照明燈時序控制開關(guān)48小時任意可調(diào)。中控機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控。每塊溫度調(diào)節(jié)板溫度的設(shè)定、顯示，溫度數(shù)據(jù)采樣及歷史記錄的操作全部在計算機(jī)上完成。

四、視頻采集及軟件模塊技術(shù)說明

視頻采集系統(tǒng)由工業(yè)攝像頭和視頻識別軟件組成，工業(yè)攝像頭視頻幀數(shù)>30幀。視頻識別軟件隨機(jī)附贈（軟件著作權(quán)：軟著登字第0203995號）。

五、外部箱體技術(shù)說明

產(chǎn)品為立柜式，帶有腳輪可隨時移動。產(chǎn)品分為上下層，下層為設(shè)備層，內(nèi)為一套溫控系統(tǒng)，安裝好設(shè)備后不需對設(shè)備進(jìn)行操作，兩側(cè)有散熱孔或網(wǎng)，后部有電源線、網(wǎng)線、攝像頭線出口，設(shè)備層底面無隔板；上層為實(shí)驗(yàn)觀察層，內(nèi)部底面是3塊縱向溫控板，上有6條橫向跑道，跑道上放入小白鼠，跑道互相隔離。兩側(cè)分別有一燈管用于觀察室照明，頂部中心安有1攝像頭。實(shí)驗(yàn)觀察層前面為一透明柜門，其他三面封閉。

圖4  冷熱板動物行為示差檢測儀外觀圖及真機(jī)照片