[發明專利]基于計算機視覺的育肥豬的自動行為分析系統及方法

有效

• 申請號: 201410191838.3
• 申請日: 2014-05-08
• 公開（公告）號: CN104008367B
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發明（設計）人: 李振波;張瀧;李道亮;房慎彬;李喬宇
• 申請（專利權）人: 中國農業大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;H04N7/18;A01K29/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司11002
• 代理人: 李迪

技術領域

本發明涉及動物行為檢測技術領域，尤其涉及一種融合傳感器信息與視頻監控跟蹤信息的自動行為分析系統及方法。

背景技術

豬肉作為人們日常生活必不可少的消費品和營養品，其產量和質量與人民的健康生活息息相關。20世紀70年代以來，雖然我國已經形成高密度、集中化的養豬體系，養豬業得到了長足的發展，但是仍然存在著豬肉質量不高、出欄率低、生產效率低、養豬成本居高不下等諸多問題。規模化飼養技術密度高，往往會由于舍內環境調控設施不當，引起舍內環境條件差，不能滿足豬的正常設立機能。豬舍內溫度過高或者過低，濕度過大、舍內潮濕通常會引發病狀；通風不良及有害氣體的蓄積等因素，使豬產生不適感或休息不好；光照過強，豬處于興奮狀態，煩躁不安而引起豬的行為異常，從而影響生產力。

目前國內主要采用人工觀察的方式監測豬的行為，該方法不但消耗人工大量的時間和精力，而且得到的觀測數據主觀性較強，無法準確地、連續地記錄育肥豬行為。農業勞動力的日趨貧乏，必然要求智能化、視覺化、機械的農業。

計算機視覺是一個包括獲取、處理、分析和理解圖像信息的領域。利用計算機視覺技術對群養育肥豬的日常采食、飲水、排泄行為進行監測，對序列圖像中的運動育肥豬進行實時的檢測跟蹤，記錄育肥豬在一天內采食飲水量、飲水飲食次數、排泄次數，作為后續判斷育肥豬是否有異常行為的依據，能夠及時發現和診治疾病，防止豬瘟的傳播降低育肥豬疾病死亡率。同時避免因使用大量藥品，影響豬肉的質量，對豬肉安全造成威脅。對滿足人們的消費需求，提高人們的生活水平有很大的現實意義和應用價值。豬個體行為是否正常可以作為判斷健康狀況的重要指標。因此，利用計算機視覺技術對豬進行監控、跟蹤的行為檢測是亟待需要解決的重要課題。

現有技術公開了一種基于RFID和ARM嵌入式技術的豬行為自動監測系統，該系統將嵌入式系統及FRID、GPRS無線網絡相結合，用于自動化檢測群養豬日常行為活動，檢測是否存在異常行為，以便及時診治出現異常的豬，并記錄其生長過程。該技術僅僅對豬的行為進行檢測，忽略了禽畜的行為隨著環境的不同，其采食、飲水、排泄等亦會有所不同。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題就是如何提供一種基于計算機視覺的育肥豬系統及方法，使其能夠將育肥豬的行為與環境進行結合，并對異常行為進行分析處理。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種基于計算機視覺的育肥豬的自動行為分析系統，其特征在于，包括多模態信息采集模塊、多模態數據融合模塊、視頻圖像檢測模塊、視頻圖像跟蹤模塊、動物行為分析模塊；

其中多模態信息采集模塊包括視頻采集模塊和環境信息數據采集模塊，視頻采集模塊包括一個標定的CCD攝像機；

多模態數據融合模塊包括硬件部分和軟件部分；其中，硬件部分包括攝像機一臺、圖像采集卡和傳感器接收器、環境傳感器；軟件部分包括多模態信息數據融合的計算機軟件接口，硬件部分的攝像機要進行攝像機標定獲取攝像機的幾何模型參數；

視頻圖像檢測模塊，用于對目標豬進行檢測；

視頻圖像檢測模塊包括視頻圖像獲取模塊，用于收集目標豬的視頻信息；視頻圖像預處理模塊，用于對獲取模塊收集的視頻圖像進行預處理；視頻圖像分割模塊，將圖像分為目標與背景兩部分，并將目標豬從原圖像中提取出來；

視頻圖像跟蹤模塊，包括跟蹤模塊和數據分析模塊；

跟蹤模塊根據目標豬的生物量信息，對檢測到的目標豬進行跟蹤；

數據分析模塊，通過對目標豬的形心位置的跟蹤，計算出目標豬的運動加速度，運動軌跡，獲取目標豬所在圖像中的位置和區域劃分信息，計算目標豬的體長和體寬；

動物行為分析模塊，根據跟蹤模塊中的數據和多模態數據融合模塊采集的豬舍環境數據，進行分析綜合，判定是否為異常豬。

優選地，所述環境信息模塊包括七個不同的傳感器，包括粉塵、氨氮、硫化氫、光照、溫度、濕度、二氧化碳七種傳感器各一個，該模塊用于采集豬舍的環境信息；

本發明還提供一種基于計算機視覺的育肥豬的自動行為分析方法，包括以下步驟：

步驟一：將育肥豬背部用不同圖案進行標記，利用環境信息數據采集模塊中的環境傳感器對豬舍內進行信息數據采集；

步驟二：在豬舍中安裝攝像機，對攝像機進行標定，通過攝像機的非線性模型，考慮鏡頭徑向畸變影響，拍攝同方向顯示模型，附著在理想的平面表面，獲取攝像機成像的幾何模型參數；獲取參數后對目標豬進行視頻采集，獲取原始豬舍的采集視頻序列；