[發明專利]基于輪廓不變矩特征的豬行走姿態識別系統和方法

無效

• 申請號: 201110369315.X
• 申請日: 2011-11-19
• 公開（公告）號: CN102509085A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 朱偉興;李新城;王勇;馬長華
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/20;G06K9/46
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 盧亞麗

技術領域

本發明涉及圖像處理和機器視覺技術，具體涉及機器視覺圖像識別部分中的特征提取、模式識別技術以及動物行為分析技術。

背景技術

隨著農業現代化的發展，農業各部門領域都朝著自動化、信息化、智能化方向穩步前進。我國是世界養豬生產和豬肉消費第一大國，近年來，隨著規模養豬業的發展，豬病的流行與蔓延是制約養豬業高效高產的主要問題。在豬病產生的早期，總會出現一些異常行為，如起臥不停、行走姿態萎靡、步態疲沓和長時間躺臥等。如果能及時發現這些異常行為，果斷采取隔離措施，切斷病豬傳染源，就可將損失降到最低程度。

然而，對動物異常行為通常采用人工觀察和手工記錄，一方面觀察人員勞動強度大，且工作環境差，長時間在豬舍中觀察將嚴重影響工作人員的健康；另一方面由于僅靠人工觀察，因人手緊、成本高以及人的疲勞和認知程度等因素導致信息疏漏等現象發生，所以尋找更可靠、更精確、更方便的發現手段成了迫切需要。隨著計算機技術的不斷發展，計算機設備的價格不斷下降，計算能力等性能得到了極大的提高，計算機視覺技術將會應用到各個領域。因為它融合了計算機科學、圖像工程、模式識別、人工智能等先進技術，技術特征正好符合上述需要。為此，利用機器視覺代替人工觀察來進行豬的行走姿態識別是一個必然趨勢，這對保護養殖工人的身心健康、提高他們的工作效率具有非常重要的現實意義。

計算機系統在識別目標圖像時，往往希望該識別系統能具備如下重要特征：對圖像平移、旋轉及比例等變換具有不變性，即無論被識別的圖像目標在視場中作平移、旋轉、放大或縮小，都能正確識別而不發生錯誤。不變矩算法就是一種通過提取具有平移、旋轉和比例不變性的數學特征進行圖像識別的方法。它是一種以圖像分布的各階矩來描述灰度統計特性的矩描述方法。

模板匹配是數字圖像處理的重要組成部分之一。模板匹配法是將所要檢測的物體的樣本與像場中所有位置的物體進行比較，考察是否存在與模板匹配的物體。傳統模板匹配算法計算量大，像場中景物的平均灰度值的變化會影響匹配結果的正確性，并且對于像場中景物的方位旋轉和尺度縮放不具有適應性。

本發明采用具有平移、旋轉、尺度縮放不變性的結構矩特征提取方法來獲取特征值，然后采用模板匹配法結合特征值的方法進行豬行為姿態識別，該方法克服了傳統模板匹配法的缺陷，提取特征值后進行相似度比較，以區分正常站立(行走)、低頭站立、抬頭站立、躺臥等行為，實現豬行為的識別。

發明內容

本發明提出一種基于輪廓不變矩特征的豬的行走姿態識別系統和方法。該發明為研制基于機器視覺的養殖場中豬的精神狀態和異常行為識別裝備提供一種新的基本方法。

在本發明中，以CCD相機、圖像采集卡和計算機等構建一個圖像采集控制平臺，完成圖像的自動采集；以計算機為處理器，以Visual?C++6.0/OpenCV軟件開發工具，運用數字圖像處理技術，構建圖像處理系統。運用機器視覺技術，對行走姿態進行識別；最后將圖片和檢測結果等信息存儲在計算機中，以供查詢。

本發明所述的基于輪廓不變矩特征的豬的行走姿態識別系統，包括攝像機、圖像采集卡和計算機；攝像頭是一種基于CCD圖像傳感器的圖像獲取設備，用來獲取目標圖像。本系統采用彩色工業數字攝像機采集養殖場內豬的圖像。圖像采集卡是攝像頭和計算機的接口，它對模擬信號進行采樣并作A/D轉換成為數字信號，并把攝像機所得到的圖像信息進行解碼轉化為能在計算機中進行存儲和處理的圖像數據格式。計算機是圖像處理及識別的核心部分。采集到的圖像由圖像采集卡傳送到計算機中，并由計算機根據本發明的圖像處理及識別算法進行處理，實現對運動目標豬的圖像的預處理、目標檢測、特征提取及行走姿態的識別。本發明采用數字攝像機采集養豬場內豬的視頻圖像。由于養殖場環境惡劣等因素，必需對采集到的原始圖像進行預處理，并獲得豬舍場景的的背景圖像。采用背景減除法提取視頻序列中的運動目標豬的輪廓，并利用最大類間方差法對目標圖像進行二值化處理，再對二值化后的圖像進行中值濾波、數學形態學開閉運算和內部區域填充處理，再用Canny算子作邊緣檢測，提取出原始圖像中豬的輪廓圖像。然后，利用邊界不變矩特點構建一個描述豬的行走姿態的輪廓特征向量模型，提取相應的特征向量。分別計算待識別樣本豬的輪廓特征向量與標準行為樣本中豬的輪廓特征向量，并計算上述兩者的特征向量的歐氏距離，經比較獲得待識別樣本與某一類標準樣本的最小歐氏距離，實現對豬的四種行走姿態，如正常站立(行走)、低頭站立、抬頭站立、躺臥的識別。

附圖說明

圖1是本發明的硬件結構示意圖；

圖2是本發明的軟件設計流程圖；