基于计算机视觉的育肥猪的自动行为分析系统及方法技术方案

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及动物行为检测
，尤其涉及一种融合传感器信息与视频监控跟踪信息的自动行为分析系统及方法。
技术介绍
猪肉作为人们日常生活必不可少的消费品和营养品，其产量和质量与人民的健康生活息息相关。20世纪70年代以来，虽然我国已经形成高密度、集中化的养猪体系，养猪业得到了长足的发展，但是仍然存在着猪肉质量不高、出栏率低、生产效率低、养猪成本居高不下等诸多问题。规模化饲养技术密度高，往往会由于舍内环境调控设施不当，引起舍内环境条件差，不能满足猪的正常设立机能。猪舍内温度过高或者过低，湿度过大、舍内潮湿通常会引发病状；通风不良及有害气体的蓄积等因素，使猪产生不适感或休息不好；光照过强，猪处于兴奋状态，烦躁不安而引起猪的行为异常，从而影响生产力。目前国内主要采用人工观察的方式监测猪的行为，该方法不但消耗人工大量的时间和精力，而且得到的观测数据主观性较强，无法准确地、连续地记录育肥猪行为。农业劳动力的日趋贫乏，必然要求智能化、视觉化、机械的农业。计算机视觉是一个包括获取、处理、分析和理解图像信息的领域。利用计算机视觉技术对群养育肥猪的日常采食、饮水、排泄行为进行监测，对序列图像中的运动育肥猪进行实时的检测跟踪，记录育肥猪在一天内采食饮水量、饮水饮食次数、排泄次数，作为后续判断育肥猪是否有异常行为的依据，能够及时发现和诊治疾病，防止猪瘟的传播降低育肥猪疾病死亡率。同时避免因使用大量药品，影响猪肉的质量，对猪肉安全造成威胁。对满足人们的消费需求，提高人们的生活水平有很大的现实意义和应用价值。猪个体行为是否正常可以作为判断健康状况的重要指标。因此，利用计算机视觉技术对猪进行监控、跟踪的行为检测是亟待需要解决的重要课题。现有技术公开了一种基于RFID和ARM嵌入式技术的猪行为自动监测系统，该系统将嵌入式系统及FRID、GPRS无线网络相结合，用于自动化检测群养猪日常行为活动，检测是否存在异常行为，以便及时诊治出现异常的猪，并记录其生长过程。该技术仅仅对猪的行为进行检测，忽略了禽畜的行为随着环境的不同，其采食、饮水、排泄等亦会有所不同。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题就是如何提供一种基于计算机视觉的育肥猪系统及方法，使其能够将育肥猪的行为与环境进行结合，并对异常行为进行分析处理。( 二 )技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于计算机视觉的育肥猪的自动行为分析系统，其特征在于，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(XD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。优选地，所述环境信息模块包括七个不同的传感器，包括粉尘、氨氮、硫化氢、光照、温度、湿度 、二氧化碳七种传感器各一个，该模块用于采集猪舍的环境信息；本专利技术还提供一种基于计算机视觉的育肥猪的自动行为分析方法，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1?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，对检测到的目标猪进行跟踪；视频图像跟踪模块的数据分析模块，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；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。优选地，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；优选地，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视频图像跟踪模块，视频图像跟踪模块的跟踪模块对目标育肥猪进行目标跟踪；B:将跟踪信息传递给视频图像跟踪模块的数据分析模块，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。优选地，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本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于计算机视觉的育肥猪的自动行为分析系统，其特征在于，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。...

【技术特征摘要】
1.一种基于计算机视觉的育肥猪的自动行为分析系统，其特征在于，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CXD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。2.根据权利要求1所述的基于计算机视觉的育肥猪的自动行为分析系统，其特征在于，所述环境信息模块包括七个不同的传感器，包括粉尘、氨氮、硫化氢、光照、温度、湿度、二氧化碳七种传感器各一个，该模块用于采集猪舍的环境信息。3.根据权利要求1或2所述的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，所述方法包括以下步骤: 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。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤四中视频图像检测模块进行处理视频数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：李振波，张泷，李道亮，房慎彬，李乔宇，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11