[发明专利]基于计算机视觉的育肥猪的自动行为分析系统及方法

摘要

本发明涉及一种基于计算机视觉的育肥猪的自动行为分析系统及方法，采用摄像机采集猪舍内视频信息，传感器采集猪舍内环境信息。利用摄像机前对摄像机进行标定；在育肥猪背部进行标记，计算机视觉技术处理采集的视频信息，通过支持向量机对育肥猪的信息训练，自动检测目标育肥猪；利用计算机视觉方法对育肥猪进行目标跟踪；根据目标跟踪的信息和传感器采集的信息对目标育肥猪进行行为分析判定，判定育肥猪的异常行为，并对有可能出现的异常行为进行报警。本发明解决了传统育肥猪检测中仅对育肥猪的行为进行跟踪，而忽略了育肥猪猪舍环境对行为的影响，从而实现对育肥猪成长过程的准确检测，并对目标猪进行异常行为报警，可广泛应用于育肥猪领域。

主权项

基于计算机视觉的育肥猪的自动行为分析系统，对育肥猪自动行为进行分析的方法，其特征在于，其中，所述基于计算机视觉的育肥猪的自动行为分析系统包括：多模态信息采集模块、多模态数据融合模块、视频图像检测模块、视频图像跟踪模块、动物行为分析模块；其中多模态信息采集模块包括视频采集模块和环境信息数据采集模块，视频采集模块包括一个标定的CCD摄像机；多模态数据融合模块包括硬件部分和软件部分；其中，硬件部分包括摄像机一台、图像采集卡和传感器接收器、环境传感器；软件部分包括多模态信息数据融合的计算机软件接口，硬件部分的摄像机要进行摄像机标定获取摄像机的几何模型参数；视频图像检测模块，用于对目标猪进行检测；视频图像检测模块包括视频图像获取模块，用于收集目标猪的视频信息；视频图像预处理模块，用于对获取模块收集的视频图像进行预处理；视频图像分割模块，将图像分为目标与背景两部分，并将目标猪从原图像中提取出来；视频图像跟踪模块，包括跟踪模块和数据分析模块；跟踪模块根据目标猪的生物量信息，对检测到的目标猪进行跟踪；数据分析模块，通过对目标猪的形心位置的跟踪，计算出目标猪的运动加速度，运动轨迹，获取目标猪所在图像中的位置和区域划分信息，计算目标猪的体长和体宽；动物行为分析模块，根据跟踪模块中的数据和多模态数据融合模块采集的猪舍环境数据，进行分析综合，判定是否为异常猪；所述育肥猪自动行为进行分析的方法包括以下步骤：步骤一：将育肥猪背部用不同图案进行标记，利用环境信息数据采集模块中的环境传感器对猪舍内进行信息数据采集；步骤二：在猪舍中安装摄像机，对摄像机进行标定，通过摄像机的非线性模型，考虑镜头径向畸变影响，拍摄同方向显示模型，附着在理想的平面表面，获取摄像机成像的几何模型参数；获取参数后对目标猪进行视频采集，获取原始猪舍的采集视频序列；步骤三：通过多模态数据融合模块，对多模态信息采集模块采集的数据进行整合，并对视频信息与环境信息进行对齐同步，获得猪舍的环境信息和当前时刻的猪的监控视频信息，并将目标猪的多模态信息采集模块中采集的数据传递给视频图像检测模块；步骤四：视频图像检测模块获取视频信息后，计算机软件程序处理视频序列并对其进行检测，划分猪舍内不同区域，对不同的区域进行标记，并将检测目标传递给视频图像跟踪模块；步骤五：视频图像跟踪模块的跟踪模块根据目标猪的生物量信息进行跟踪；视频图像跟踪模块的数据分析模块，根据跟踪信息，计算出猪的运动轨迹、运动加速度，获取目标猪所在图像中的位置和区域划分信息，计算目标猪的体长和体宽；并将视频图像跟踪模块的数据，结合多模态数据融合模块采集的环境传感器的信息，传递给动物行为分析模块；步骤六：根据视频图像跟踪模块的信息，通过动物行为分析模块统计目标猪的排泄次数、躺卧时间、采食饮水次数、食物和水源消耗量，估算猪的体重、胴体瘦肉量、肥瘦度，判定目标育肥猪的异常行为，系统根据异常情况将异常信息通过短信猫发送短信到联系人手机上；所述步骤四中视频图像检测模块进行处理视频数据包括以下步骤：A：多模态数据融合模块，以无线路由的传输方式，将多模态信息采集模块采集的数据传输给计算机软件接口，计算机软件接口将数据传输给视频图像获取模块；B：视频图像预处理模块将视频图像获取模块中的视频图像以帧为单位，对每帧图像进行高斯平滑处理，增强图像的目标和背景之间的差距；C：对视频图像用视频图像分割模块进行图像分割，图像分割后继续对分割后的视频图像进行高斯平滑处理；D：对处理后的图像进行前景图像和背景图像检测，根据摄像头的标定和背景区域像素点坐标，对猪舍内的区域划分为排泄区、采食区、活动区，并对排泄区和采食区用蓝色和绿色的四边形进行标注；E：判定前景区域是否目标为育肥猪，若为育肥猪，则对其进行背部图案辨别，否则进行下一块前景区域辨别，若为育肥猪背部图案为目标育肥猪，将其设为目标育肥猪，否则查找下一帧前景区域，直至查寻到目标育肥猪，若找寻不到，则判为无此目标育肥猪；所述步骤五中视频图像跟踪模块进行处理视频数据包括以下步骤：A：根据视频图像检测模块检测出的目标，将目标育肥猪信息传递给跟踪模块，跟踪模块对目标育肥猪进行目标跟踪；B：将跟踪信息传递给数据分析模块，数据分析模块根据目标育肥猪的质心位置和摄像机的标定，统计目标育肥猪的运动速度和运动加速度；C：数据分析模块根据目标育肥猪的跟踪最小外接矩形的长度和摄像机的标定，计算目标猪的体长和体宽；D：数据分析模块根据目标猪的形心位置，在一个二维运动空间中计算目标猪的形心运动轨迹；所述步骤六中动物行为分析模块进行动物行为分析包括以下步骤：A:根据多模态信息采集模块传送来的数据，监控猪舍内的环境各项指标，根据各项数据指标，通过打扫猪舍卫生和通风换气，使猪生长在一个适宜的环境中；B:根据摄像机采集图像中的区域划分，将视频图像根据坐标位置，划分为不同的区域，根据猪的形心所在区域，找到目标猪所在的运动区域；目标猪进入采食区域进食，若在此区域停留超过1min，则判定目标猪进行采食活动，若根据投喂模型中的食物水量减少量和目标猪饮水采食次数过少，则对目标猪进行标记，假定目标猪出现采食问题，进行软件报警处理，将异常采食信息发送短信到联系人手机上；目标猪进入排泄区域且停留时间超过20s进行次数统计，若目标猪多次进入排泄区域，则假定该目标猪发生病情，进行软件报警处理，将报警信息用短信发送到联系人手机上；C:通过多模态信息采集模块的传感器数据和目标猪异常数据，对目标猪的生活习性和生活状态进行分析，找出目标猪最佳的养殖环境；D:根据目标猪的所在位置，判定目标猪的运动情况，若质心在质心点附近位置，就判定该目标猪为静止状态，根据静止状态的时间，统计目标猪的躺卧时间和运动时间；若目标育肥猪静卧时间过长，且运动速度，运动时间过短，则假定该目标猪出现病情，通过软件报警系统，将发送短信告知联系人；E:根据跟踪目标猪最小外接矩形的长、宽、长宽比、摄像机的标定、猪的平均质量，估算目标猪的体重；而后根据跟踪目标猪的体重及目标猪长、宽、长宽比、背膘长度、猪的胴体周长，估算猪的胴体重量；F:根据跟踪目标猪平均背膘厚度，平均最后肋处背膘厚，胴体重量，利用多元回归方程的瘦肉率最优数学模型估算瘦肉率，若瘦肉率达标，进行出栏提示。