數(shù)字農(nóng)業(yè)若干技術(shù)在畜禽業(yè)應(yīng)用簡報之二中國種豬信息網(wǎng)

數(shù)字農(nóng)業(yè)若干技術(shù)在畜禽業(yè)

應(yīng)用簡報之二中國農(nóng)業(yè)大學報告人：滕光輝研究意義研究現(xiàn)狀研究進展利用雙目視覺檢測豬體高的研究研究意義4環(huán)境控制依據(jù)

4生產(chǎn)性能指標

3豬宰殺等級評定

2反映營養(yǎng)狀況

1反映生長狀態(tài)

5選擇最佳屠宰時間

實時監(jiān)測豬體尺體重傳統(tǒng)方式不足費時費力接觸測量造成應(yīng)激設(shè)備易壞連續(xù)監(jiān)測困難技術(shù)改進困難圍欄稱稱重車圖像工程技術(shù)

技術(shù)水平提高省時省力無接觸式避免應(yīng)激

易于實現(xiàn)實時

可盡量避免損壞圖像工程技術(shù)圖像分析圖像處理圖像理解圖像工程圖像分三個層次抽象性數(shù)據(jù)量廣泛應(yīng)用于：生物、醫(yī)學、遙感、測繪、工業(yè)自動化及農(nóng)業(yè)等丹麥Nabil等(1996)：豬體背部設(shè)置一部攝像機，利用預(yù)先在距地面半米高處設(shè)置好的標桿對系統(tǒng)進行定標，采集圖像后計算得到豬體背部的面積，并利用面積的對數(shù)得到與體重對數(shù)的線性關(guān)系。

國外相關(guān)研究簡介日本的H.Minagawa等(2003)：

建立如右圖的平臺，根據(jù)經(jīng)驗公式估計豬體重，設(shè)備可以在一個導軌上移動，改變光源成分增大背景與豬體之間的反差，簡化圖像處理算法設(shè)計

英國Schofield的研究：在豬進入飼喂器時，利用背部的攝像機采集豬體背部圖像，求取背部區(qū)域內(nèi)象素數(shù)目，以此回歸豬體重。2004JiahuaWu,RobinTillett,NigelMcFarlaneetal.Extractingthethree-dimensionalshapeoflivepigsusingstereophotogrammetry.ComputersandElectronicsinAgriculture.2004,4:203~222對于三維技術(shù)的應(yīng)用，國外也有研究。文獻中介紹了利用立體攝像合成三維圖像的方法。系統(tǒng)采用六部攝像頭，三個方位（每個方位兩部）：側(cè)面，背面，后面采集圖像。每個方位布置了一個閃光燈，采集圖像時進行補光，閃光燈中的一盞由計算機控制，另兩盞由第一個閃光燈控制。采集系統(tǒng)布置在豬舍一角，將試驗豬只根據(jù)飼養(yǎng)配方不同分成兩組以獲得體型上的差異。試驗開始階段人工引導豬進入采集區(qū)域，等其適應(yīng)后人就不再干預(yù)，僅設(shè)置一些吃的東西誘使豬進入采集區(qū)域。試驗的豬體重由30kg生長到80kg，試驗持續(xù)了14個周，圖像數(shù)據(jù)存儲通過IEEE1394接口傳至計算機保存在一個硬盤中；這個采集系統(tǒng)沒有介紹觸發(fā)設(shè)備，主要著力介紹三維合成，利用三個角度獲得的六張圖像合成了三維圖，其研究的主要目的是建立一個不同周齡、飼料配方、體重、姿態(tài)的豬體型數(shù)據(jù)庫。

2004R.P.White,C.P.Schofield,D.M.Greenetal.Theeffectivenessofavisualimageanalysis(VIA)systemformonitoringtheperformanceofgrowing/finishingpigs.AnimalScience2004,78:409-418.

國外研究比較成熟的可視圖像分析（VIA）系統(tǒng)，可以實現(xiàn)自動實時地獲取豬體尺寸和形狀信息，為了客觀評價該系統(tǒng)的使用效果，文獻三中介紹了評價該系統(tǒng)性能所進行的實驗設(shè)計、實施和數(shù)據(jù)處理的整個過程。選擇由代表性的不同體型、性別、日齡等的豬進行實驗，評價結(jié)果表明：1）VIA系統(tǒng)可以監(jiān)測到8－10天的豬體參數(shù)變化；2）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）和變量歸一化分析（canonicalvariatesanalysis）對該系統(tǒng)性能進行分析，可以得出該系統(tǒng)能夠識別出豬體的類型和性別，對不同類型的豬體識別正確率最低在64％，最高在81％，且利用ANN分析得到的識別正確率較后者高，認為VIA系統(tǒng)是一個有實際意義的系統(tǒng)，能夠成為整個綜合管理系統(tǒng)（IMS）的一部分。體形體重飼養(yǎng)豬生長模型算法控制機構(gòu)實現(xiàn)消耗總氮監(jiān)測背膘IMA飼喂站等子系統(tǒng)預(yù)定目標IntegratedManagementSystem（IMA）

可以利用VIA系統(tǒng)提供的參數(shù)實現(xiàn)對預(yù)測模型的實時優(yōu)化利用IMA可以通過改變飼料配方控制豬體的增重可以部分實現(xiàn)對背膘的控制，但并不理想，還需要獲取一些與背膘有關(guān)的反饋信息，有望從VIA系統(tǒng)獲得在控制增重的同時減少了廢棄物的排放VIA系統(tǒng)和飼喂系統(tǒng)能夠為研究健康狀況和福利情況提供途徑主要功能2004A.R.Frost,A.P.French,R.D.Tillettetal.Avisionguidedrobotfortrackingalive,looselyconstrainedpig.ComputersandElectronicsinAgriculture,2004,44:93–106一些傳感器能夠獲得豬體的生理指標，如：背膘厚、心跳率、呼吸率、肌體組成等，經(jīng)常獲取這些生理指標對各項控制措施有重要意義。但這些傳感器不易操作，利用人工布置或操作這些傳感器則需要較強的專業(yè)技巧，特別是要要常獲取這些信息時，難度更大。出于這個問題，文獻以背膘厚為檢測對象，設(shè)計了一個基于機器視覺的智能系統(tǒng)。超聲波背膘傳感器有其固定的測試部位，為了準確、自動化地布置測背膘傳感器的位置，利用采集到的背部圖像，提取出背部輪廓的四個關(guān)鍵點位置，根據(jù)這四點的坐標，經(jīng)過運算求得傳感器應(yīng)該布置的位置，再控制氣動的機械機構(gòu)將傳感器布置到位。國外研究總結(jié)有對單只豬的研究也由對多只豬的研究；有二維圖像的也有三維圖像的；灰度圖像研究較多，彩色較少。由僅估計體重到豬各項體尺、面積包括體重等的生長參數(shù)實時監(jiān)測有對系統(tǒng)硬件進行研究也有對如何評價系統(tǒng)進行研究的利用機器視覺及智能控制向智能化的方向發(fā)展國外其他研究JiahuaWu研究利用立體視覺合成豬體三維圖像的方法Doeschl研究豬在生長過程中在尺寸和形狀方面的變化，連續(xù)監(jiān)測了豬體背部11個參數(shù)，描述豬生長變化過程White對建立的可視圖像分析系統(tǒng)，可以獲取豬體背部尺寸和形狀信息，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價了該系統(tǒng)的使用效果，認為系統(tǒng)能夠成為豬場整個綜合管理系統(tǒng)的一部分

其他主要包括：豬體定位算法、彩色圖像分析技術(shù)及算法模型穩(wěn)定性研究等

國內(nèi)研究現(xiàn)狀中國農(nóng)業(yè)大學研究：劉艷國：豬活體等級評定以貼在豬背部已知尺寸的長方形塊為標準，用數(shù)碼相機采集豬體圖像，研究了種豬背部去除頭部和尾部后剩余的投影面積與體重的相關(guān)性

實測了與豬宰殺等級有關(guān)的體形參數(shù)，建立了這些參數(shù)實測值與宰后指標及豬肉等級的關(guān)模型；再利用數(shù)碼相機獲取豬體圖像，通過圖像處理獲取體尺參數(shù)，并利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立了豬肉等級的預(yù)測模型。國內(nèi)研究文獻國內(nèi)有一些利用體尺參數(shù)估計體重的經(jīng)驗或公式，與圖像技術(shù)相關(guān)的主要有以下幾篇：2005劉艷國.圖像處理技術(shù)在活體豬等級評定中的應(yīng)用.中國農(nóng)業(yè)大學碩士論文2006呂剛.計算機視覺技術(shù)在豬肉質(zhì)評定中的應(yīng)用.中國農(nóng)業(yè)大學碩士論文.2006年5月2006楊艷.利用二維數(shù)字圖像估算種豬體重.中國農(nóng)業(yè)大學學報.2006，11（3）：61-64系統(tǒng)定標問題國內(nèi)研究不夠系統(tǒng)、深入圖像采集方式對體高的考慮不足存在問題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析目前的工作研究目的：

利用機器視覺原理實現(xiàn)實時（每天）遠程無接觸檢測（測量）種豬體尺，包括：體高、體長、背寬、背部面積等，及時掌握豬體的生長狀況和環(huán)境信息并對豬體重進行預(yù)測，為管理決策提供依據(jù)主要研究內(nèi)容：

豬個體識別；豬體圖像的采集、傳輸、處理；體尺參數(shù)的提取、存儲；環(huán)境參數(shù)的采集、存儲；利用體尺參數(shù)進行生長過程監(jiān)測，研究決策算法，對生長狀態(tài)進行評估。雙目視覺攝象機標定

用CCD攝像機CMOS攝像器

線性標定、自標定、雙目視覺標定

提取對應(yīng)的圖象特征

尋找同一個空間點在兩幅圖象中的對應(yīng)點，得到視差圖

根據(jù)視差信息求解三維空