[发明专利]一种基于最大内切圆的猪呼吸急促运动建模方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于视频处理技术领域，更具体地说，涉及一种基于最大内切圆的猪呼吸急促运动建模方法及系统。

背景技术

目前，对生猪呼吸急促症状量化的传统方法是人工目测粗略统计30或60秒内猪身体的脊腹部分起伏频次，尚缺乏自动量化的技术。人工连续目测是一项乏味且艰巨的任务，疏忽和遗漏是难免的，而视频监控智能化将大大降低人的工作强度。随着视频监控在现代养猪场的应用，可以不需要在现场巡视，减少了对生猪的干扰，有利于生猪福利。但是，关键技术在于生猪呼吸急促运动模型构建方法。纪滨等曾经以猪轮廓的质心在较小范围内波动判断猪是否为静止站立姿态，通过提取单只猪侧视图脊腹线之间的截距描述子[纪滨等.基于脊腹线波动的猪呼吸急促症状视频分析[J].农业工程学报，2011,27(1):191-195.]实现了猪呼吸急促运动建模，方法是通过猪轮廓的质心为基准点，提取质心左右附近脊腹线区域内的截距数值，如图1中的(a)所示轮廓线上的粗线段对应截距值。但是，该方法针对能看见猪只脊腹的侧视图，由于生猪侧面正对摄像头的展示角度存在差异，当提取生猪区域的质心不在脊腹线之间，会导致获取的过质心截距失效，应用存在局限性。如图1中的(b)所示过质心的截距贯穿到蹄，从而无法建立正确的呼吸运动模型；同时，该方法处理变化的实景环境自然光图像，提取的生猪轮廓存在噪声问题，特别是如果采用离散型轮廓线提取方法，容易导致提取的截距严重失真，即上述方法表达猪只呼吸急促运动的波形图可靠性较差。

经检索，关于猪只呼吸运动测量，以猪轮廓的质心为基准点判断是否为静止站立姿态猪的技术方案已有公开，如中国专利号ZL201110364450.5，授权公告日为2014年5月28日，发明创造名称为：一种基于机器视觉的猪的呼吸频率检测方法及装置；该申请案采用视频摄像机现场采集单只猪的运动状况，获取单只猪的质心移动轨迹，用俯视图一侧的局部轮廓线段长度变化反映呼吸运动，线段端点根据凹凸条件识别，计算猪的呼吸频率，能够实现无接触的呼吸频率检测；但该申请案的猪只身体变化容易导致凹凸条件消失，且猪只身体运动也会引起局部轮廓线段变化，从而干扰呼吸频率的检测，更成问题的是以质心位置判断静止站立姿态经常容易受猪只身体晃动的干扰。所以，仍需一种适应性强、可靠性好的猪呼吸急促运动建模方法。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于解决现有猪呼吸急促运动模型抗干扰性差、检测精度低的问题，提高猪呼吸急促运动波形图的可靠性，提供了一种基于最大内切圆的猪呼吸急促运动建模方法及系统；本发明主要针对在场景中间的单只完整猪身体的视频，自动判断猪是否处于静止站立姿态，并通过确定猪目标轮廓内最大内切圆，跟踪最大内切圆的直径变化，来克服生猪侧视图展示不充分影响运动视频特征的真实性等问题，可用于猪呼吸急促运动的准确量化表达。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种基于最大内切圆的猪呼吸急促运动建模方法，其步骤为：

步骤一、采集猪目标视频图像并进行预处理；

步骤二、提取猪目标处于静止站立姿态的视频段，猪目标处于静止站立姿态的判断标准为猪蹄位置不变；

步骤三、利用边缘检测算子提取猪目标轮廓线；

步骤四、在猪目标轮廓范围内提取最大内切圆；

步骤五、根据视频帧序列中最大内切圆直径随时间波动情况，计算猪呼吸急促运动频率。

更进一步地，步骤一中摄像头安装于正对猪舍的侧面墙壁，该摄像头的光轴与猪舍地面呈25～40°夹角，连续采集猪目标侧视视频图像，并对采集的视频图像进行背景去除、二值化和降噪处理。

更进一步地，步骤二中通过先验法识别猪蹄部位，所述猪目标处于静止站立姿态的视频段为猪蹄位置固定不变的连续视频帧。

更进一步地，步骤四所述提取最大内切圆的过程为：

1)对步骤三所得图像进行距离变换，计算图像中任一像素点到最近的轮廓线上像素点的欧氏距离，得距离变换矩阵；

2)确定步骤三所得图像中猪目标轮廓线内像素点范围；

3)在步骤2)所得像素点范围中寻找欧氏距离最大值，该最大值即为最大内切圆半径，最大值对应的像素点坐标即为最大内切圆的圆心。

更进一步地，步骤五中以最大内切圆直径为纵坐标，以视频帧序号为横坐标，构成猪呼吸急促运动波形图；统计波形图中峰值点个数p_pig及视频段对应时间T；利用公式：计算猪呼吸急促运动频率f_pig。