[發明專利]一種基于面積特征算子的豬的呼吸頻率檢測方法

有效

• 申請號: 201410055510.9
• 申請日: 2014-02-18
• 公開（公告）號: CN103824057B
• 公開（公告）日: 2017-06-27
• 發明（設計）人: 朱偉興;唐亮;李新城
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/46;A61B5/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于機器視覺技術領域,具體涉及一種基于面積特征算子的豬的呼吸頻率檢測方法。

背景技術

呼吸檢測是醫學和自動化研究領域的重要課題。國內外對人體呼吸檢測的研究較多，但對動物呼吸頻率檢測的研究較少。運用在人體呼吸檢測的一些手段和方法，如紅外線，超聲波，激光，體外傳感器等，無法移植到動物的呼吸監測上來或者無法實現非接觸式的檢測。目前對動物特別是對豬的呼吸頻率檢測，主要還是靠人工觀察來檢測識別。該方法耗時耗力，尤其在人力成本高昂，科技進步的時代背景下，人工檢測方法已不再適合于農業自動化發展的需要。

2011年，紀斌，朱偉興等建立了一個基于脊腹線的模型，得到了一個與呼吸相關的二維信號，實現了基于機器視覺的豬的呼吸頻次檢測，取得了較好的實驗效果。但由于該方法通過測定豬的脊腹線的變化來檢測呼吸快慢，豬輪廓的圖像預處理的精度會直接影響呼吸檢測，結果過于敏感；其次該方法前期采用簡單的背景相減法只能得到粗糙的輪廓，對實驗結果會造成較大影響；再者該方法后期并沒有對呼吸信號進行必要處理，在一定程度上也會影響結果的可靠性。

發明內容

為了克服現有技術耗時耗力，可靠性不高，檢測誤差大的不足。本發明提供一種基于面積特征算子的豬的呼吸頻率檢測方法。采用先進機器視覺技術，實現非接觸式、無侵入性的豬的呼吸頻率測量，為豬的呼吸頻率檢測提供一種新的方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種基于面積特征算子的豬的呼吸頻率檢測方法，包括如下步驟：

（1）使用相機拍攝豬的視頻；

（2）在計算機軟件平臺上進行視頻分幀處理，將視頻圖像轉換成圖片；

（3）對圖片進行預處理和優化，將圖片中豬的前景輪廓提取出來；

（4）構建、提取及測量豬的脊腹區域面積特征算子；

（5）利用小波分析對豬的呼吸信號進行優化處理和峰值點檢測，得到豬的呼吸頻次N；

（6）計算豬的呼吸頻率。

進一步地，所述步驟（3）中的圖片預處理和優化，包括如下步驟：

A.對圖片進行色度優化，提高整張圖像的對比度；

B.對圖片進行閾值分割，初步提取出豬的輪廓；

C.對圖片采用邊界跟蹤算法，過濾掉部分離散點，進一步提取豬的輪廓圖；

D.對圖片采用Roberts算子，精確提取豬的輪廓；

E.對圖片進行反色變換和開閉運算，去除小顆粒噪聲，填充目標內部細小空洞，得到完整、清晰的豬的輪廓。

進一步地，所述步驟（4）中的構建、提取及測量豬的脊腹區域面積特征算子，包括如下步驟：

A.求取目標圖像質心，計算公式為：和其中n為豬的輪廓線上所有像素點的個數；（x_i,y_i)是輪廓線上像素點的坐標；

B.提取并計算過質心的連接線，計算公式為：L=abs(y_C1-y_C2)，L為所需的過質心的連接線長度，交豬的脊背于點C1，交腹部為點C2，其中y_c1,，y_c2分別為C1，C2兩像素點在圖像中的縱軸上的相對坐標，abs（）為取絕對值運算符；

C.計算面積區域的寬度，計算公式為：W=L×λ，W為寬度，L為為所需的過質心的連接線長度，λ為調節常數；

D.提取面積特征算子，計算公式為S為構建的面積特征算子，W為面積特征算子的寬度，Li為寬度W內i點的豬脊部輪廓線上的截距長度，L為i等于零時的過質心的截距長，即L_i=0=L。

進一步地，所述步驟（5）中的利用小波分析對豬的呼吸信號進行優化處理和峰值點檢測,包括如下步驟：

A.對每一幀圖片提取一個面積特征算子，進行歸一化處理，以處理值為縱坐標，圖像對應的幀數為橫坐標，構建一個二維坐標曲線；

B.采用DB3小波對豬的呼吸信號進行離散小波變換，做2層小波分解；

C.選用全局閾值進行信號增強處理，消除信號毛刺；

D.對呼吸信號進行波峰檢測，得到豬呼吸的頻次N。

進一步地，所述步驟（6）中的豬的呼吸頻率計算，計算公式為：F為每分鐘呼吸頻率，N為檢測得到的呼吸頻次，t為耗時。