[发明专利]一种基于RGB-D相机的奶牛体尺检测装置及其检测方法

权利要求书

1.一种基于RGB-D相机的奶牛体尺检测装置，其特征在于：

包括奶牛通道、RGB-D相机、红外传感器和计算机；

所述奶牛通道由左右两侧横杆围栏构成，所述奶牛通道单次只允许一头奶牛通过；

所述RGB-D相机安装在所述奶牛通道的一侧，所述RGB-D相机是由3D相机和RGB相机组合构成，并与计算机相连，将采集的点云图像和RGB图像上传计算机；

所述红外传感器安装在所述奶牛通道的上横杆围栏上，与计算机设备相连，用于判断奶牛是否处于最佳拍摄位置，发出采集图像信号；

所述计算机对接收到的RGB图像，利用奶牛的黑白花纹特征进行奶牛的身份识别，对接收到的点云图像，依据奶牛体型和颜色特征，对点云图像和RGB图像进行融合处理分析实现非接触式的奶牛体尺检测。

2.根据权利要求1所述的一种基于RGB-D相机的奶牛体尺检测装置，其特征在于：所述3D相机成像的坐标系统x轴正方向水平向右、y轴正方向竖直向下、z轴正方向垂直向后。

3.一种基于RGB-D相机的奶牛体尺检测方法，其特征在于包括下述步骤：

A、在实验场地中搭建奶牛图像采集平台，获取目标图像，具体包括以下步骤：

a1：搭建采集奶牛通道：所述采集奶牛通道单次只允许一头奶牛通过；在奶牛通道上安装红外传感器来判断奶牛是否处于最佳拍摄位置，当红外传感器检测到奶牛通过通道时，发出采集图像指令；

a2：搭建采集图像设备：将RGB-D相机安装在支架上并设置于奶牛通道的一侧，并将RGB-D相机连接于计算机上；接收到采集图像指令，利用RGB相机获取RGB图像，并将RGB图像传输给计算机设备，利用3D相机进行获取点云图像，并将点云图像传输给计算机设备；

B、对所述步骤a2的RGB图像进行处理，实现奶牛的身份识别；

C、对所述步骤a2的RGB图像、点云图像进行处理，实现RGB和点云的配准融合；

D、对所述步骤C的融合点云图像进行处理，实现奶牛体尺的自动检测。

4.根据权利要求3所述的一种基于RGB-D相机的奶牛体尺检测方法，其特征在于所述步骤B具体包括以下步骤：

b1：图像预处理：对所述步骤a2的RGB图像进行图像归一化和滤波预处理；

b2：图像分割：对所述步骤a2的RGB图像进行边缘分割、区域分割等操作，提取奶牛腹部区域；

b3：图像特征提取：对步骤b2的RGB图像经过智能算法进行特征数据的提取，并对特征数据进行降维优化，构建奶牛个体分类识别的特征空间；

b4：通过神经网络分类器、支持向量机分类器或深度学习技术，构建所提取的奶牛黑白花纹特征空间与奶牛个体的关系模型，并保证模型识别精度在95％以上。

5.根据权利要求4所述的一种基于RGB-D相机的奶牛体尺检测方法，其特征在于：所述b3步骤中特征数据包括奶牛黑白花纹的纹理特征和颜色特征。

6.根据权利要求3所述的一种基于RGB-D相机的奶牛体尺检测方法，其特征在于所述步骤C具体包括以下步骤：

c1：相机标定：基于OpenCV进行对RGB相机和3D相机的标定，求取两个相机的参数和相对位置；

c2：图像的配准融合：利用c1步骤相机的参数，进行RGB相机和3D相机坐标系间的转换，可将3D相机点云直接投影到RGB相机上。

7.根据权利要求3所述的一种基于RGB-D相机的奶牛体尺检测方法，其特征在于所述步骤D具体包括以下步骤：

d1：图像预处理：对所述步骤C的融合点云图像去除地面噪声、奶牛通道、背景环境离散点的预处理，并提取出地面模型的参数；

d2：提取奶牛点云：对所述步骤d1的融合点云图像提取其颜色特征、深度特征和三维曲面法线特征，去除所述步骤d1的复杂背景、离散点等干扰，并分割提取出奶牛的点云；

d3：奶牛特征点提取：对所述步骤d2的点云图像，依据奶牛身体几何外形和颜色特征，提取奶牛身体的特征点。

d4：奶牛体尺检测：通过空间距离的计算，可实现奶牛体尺的自动检测。

8.根据权利要求7所述的基于RGB-D相机的奶牛体尺检测方法，其特征在于：所述步骤d3的提取奶牛身体的特征点如下：

2.1：利用直通滤波方法提取目标区域：通过对整体奶牛点云进行三维可视化发现，奶牛身体的特征点基本位于奶牛的肩部、腹部、尾部、后肢区域，利用直通滤波方法提取这四部分的点云数据；

2.2：在奶牛点云的肩部、腹部、尾部、后肢区域，基于颜色特征、深度特征和三维曲面法线特征提取奶牛耆甲点、体深上点、体深下点等特征点；基于深度特征、形态特征利用寻找极值点的方法提取特征点，包括奶牛肩端点、腹宽点、腰角点、坐骨结节点和后肢飞节点；

2.3：提取所述步骤2.2中的耆甲点、体深上点和体深下点，构建奶牛身体对称面的平面方程；

2.4：利用空间中距离方程进行计算奶牛的体尺参数：通过利用所述步骤D的地面平面方程、所述步骤2.3的奶牛身体对称面的平面方程、所述步骤2.2的奶牛身体的特征点，通过计算空间中的距离来进行相对应的奶牛体尺检测。