CN101904748B

CN101904748B - 奶牛体态数据影像测量采集方法

Info

Publication number: CN101904748B
Application number: CN2009100523910A
Authority: CN
Inventors: 吴维华; 罗传伟; 王俊; 吴新民
Original assignee: SHANGHAI INSTRUMENT RESEARCH INSTITUTE
Current assignee: SHANGHAI INSTRUMENT RESEARCH INSTITUTE
Priority date: 2009-06-02
Filing date: 2009-06-02
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2029-06-02
Also published as: CN101904748A

Abstract

本发明公开了一种结合多媒体影像摄制和计算机处理的奶牛体态数据影像测量采集方法。该方法采用了图像测量方法解决奶牛体态数据采集问题，不直接接触奶牛个体，既避免了奶牛对生人的应激反应，也可以防止奶牛对测量人员造成伤害。同时，图像法的实际测量离线完成，其数据采集过程比现在常用的人工测量法时间上要短得多。而且数据采集期间奶牛的活动很小，对测量结果影响也较小。现在人工测量其主观因素对测量结果的影响较大，而采用图像法就更加客观，数据的重复性、准确度也更高。图像法取得的数据直接可以以数据库的形式保存在数字系统中，避免了人工二次录入带来的误差，有利于奶牛场的数字化管理。

Description

奶牛体态数据影像测量采集方法

技术领域：

本发明涉及一种结合多媒体影像和计算机进行图像测量的方法，特别涉及一种奶牛体态数据影像测量采集方法。

背景技术：

奶牛生产的目标是高产、稳产、健康、长寿，而研究奶牛体质外貌的目的，在于揭示外貌与生产性能和健康程度之间的关系，以便在奶牛生产上尽可能的选出高产、稳产、健康的牛只。实践证明，通过科学的外貌鉴别技术，鉴定出的体质外貌较好的牛，一般生产性能也较高。因此，各国在奶牛的育种工作中，除重视牛的产奶性能之外，也十分重视奶牛的体质外貌。而称量体重可准确了解奶牛的生长发育情况，检查饲养效果。同时体重也是科学配置日粮的依据，奶牛育种的重要指标。

目前用于奶牛体尺测量的器具主要有测杖、卷尺、圆形测定仪、测角器等。进行测量时，要使牛站在平坦的地上。肢势端正，左右二侧的前后肢均须在同一直线上，从后面看后腿掩盖前腿，侧望左腿掩盖右腿，或右腿掩盖左腿。头应自然前伸，即不左右偏，也不高抬或下垂，枕骨应与警甲接近在一个水平线上。只有这样的姿势才能得到比较准确的体尺数值。

测定部位的多少，依测定的目的而定。奶牛常用的测定项目有以下几项：

(1)鬐甲高：又称体高，自鬐甲最高点垂直到地面的高度。用测杖量取。

(2)胸围：在肩胛骨后缘处作一垂线，用卷尺围绕1周测量之，其松紧度以能插入食指和中指上下滑动为准。

(3)体斜长：从肩端至坐骨端的距离。用卷尺或测杖量取，但需注明所用测具。

(4)体直长：从肩端至坐骨端后缘垂直线的水平距离。用测杖量取。

(5)背高：最后胸椎棘突后缘垂直到地面的高度。用测杖量取。

(6)腰高：亦称十字部高，两腰角的中央(即十字部)垂直到地面的高度。用测杖量取。

(7)尻高：荐骨最高点垂直到地面的高度。用测杖量取。

(8)胸深：在肩胛骨后方，从鬐甲到胸骨的垂直距离。用测杖量取。

(9)胸宽：左右第六肋骨间的最大距离，即肩胛骨后缘胸部最宽处的宽度。用测杖或圆形测定器量取。

(10)臀端高：坐骨结节至地面的高度。用测杖量取。

(11)背长：从肩端垂直切线至最后胸椎棘突后缘的水平距离。用测杖量取。

(12)腰长：从最后胸椎棘突的后缘至腰角前缘切线的水平距离。用测杖量取。

(13)尻长：从腰角前缘至尻端后缘的直线距离。用测杖量取。

(14)腰角宽：又称后躯宽，左右两腰角(髋结节)最大宽度。用测杖或圆形测定器量取。

(15)髋宽：左右髋部(髋关节)的最大宽度。用测杖或圆形测定器量取。

(16)坐骨端宽：左右坐骨结节最外隆凸间的宽度。用圆形测定器量取。

(17)管围：前肢胫部上1/3处的周径，一般在前管的最细处量取。用卷尺量取。

奶牛的称重方法主要有实测法和估测法两种。实测法一般应用平台式地磅，使奶牛站在上面，进行实测，这种方法比较准确。而估测法主要在没有地磅的情况下进行，奶牛的重量根据体尺进行估计。各龄奶牛体重可采用以下公式进行估测：

6～12月龄：体重(kg)＝胸围2(m)×体斜长(m)×98.7

16～18月龄：体重(kg)＝胸围2(m)×体斜长(m)×87.5

初产～成年：体重(kg)＝胸围2(m)×体斜长(m)×90

体尺测量工作十分繁琐，而且牛并不可能一直站立不动，所以测量精度很难保证。

发明内容：

本发明的目的是提供一种结合多媒体影像摄制和计算机处理的奶牛体态数据影像测量采集方法。该方法能解决以往测量奶牛体型的过程中精度很难保证的问题。

这种奶牛体态数据影像测量采集方法，具体步骤如下：

1、数据采集

奶牛体态数据需要在一个特定的场地上进行，对该场地具有这么几个要求：空间有限，保证奶牛站在场地中间基本没有回旋的余地，以减小后续图像测量的误差；场地下方为称重机构，且托台足够大；在多个方位设立固定的摄像装置；场地适当的位置上安装有身份识别器。

在开始数据采集之时，首先将奶牛引入限制区域。此时，固定的身份识别器自动识别安装在牛耳上的耳标，读取对应的牛号数据送到控制台。控制台在数据库里找到对应的牛只档案，在该档案下根据时间参数新建数据表。在奶牛基本站定之后，控制台启动称重装置，再将读入的体重数据写入新建的数据表中。接着，系统通过设置在场地四周的摄像头从奶牛的正前方、正侧方、正上方、正后方等多个角度同时对被测奶牛进行同步定格，并将摄取的图像自动编号存入数据库中相应的位置，留待作下一步的数据处理。对于荷斯坦奶牛来说，从正侧方、正上方摄取的图像也可以作为牛身花片的记录资料保存。

完成上述工作即为实现一头奶牛的体态数据及影像的采集，可将该奶牛引出限制区域。然后开始下一头奶牛的测量工作。

2、数据处理

本发明所述的数据处理是针对前一步骤中摄取的图像进行的半自动测量过程，测量方法类似在示波器上对波形周期及幅度的测量，整个测量工作通过移动两根定标线完成。从数据库中调出需要测量的奶牛图像，移动一根定标线至测量原点，再移动另一根定标线至指定位置，确认后系统计算出两根定标线之间的像素值，然后根据预设的计算公式标识出两根定标线之间的距离。数据同步存入奶牛数据库中对应的项目栏中。

根据实测的数据，系统可以给奶牛个体的体态情况进行评定，进而推动优质奶牛的筛选工作。

3、参照系的标定与体态数据修正

在每次测量之初，需对测量系统进行矫正，以保证测量的准确度。这个过程称之为“标定”。取已知长度的丁字标尺代替奶牛个体放在测量区域的固定位置，摄像后对图像进行数据处理。在固定比例下建立标尺显示值与图像测量像素点数之间的函数关系，并将这个函数关系作为实际测量时进行数据处理的计算公式写入系统。

由于摄像设备往往采用广角定焦镜头，所摄图像存在一定的畸变，边缘部分尤其严重，会对精确测量带来困难。而且被摄物体离摄像设备越近，则产生的畸变越严重。所以实际测量时必须进行数据修正。于是在进行参照系标定时，不仅对于要标定理想站位，对于相对理想站位有一定偏离的位置也要进行标定，根据不同的偏离量确定不同的比例系数。实际测量在数据处理时，首先要确定奶牛站位的偏离量，然后根据偏离量找到对应的比例系数代入计算公式，那么才能得到比较准确的实测值。

综上所述，本发明方法采用了图像测量方法解决奶牛体态数据采集问题，不直接接触奶牛个体，既避免了奶牛对生人的应激反应，也可以防止奶牛对测量人员造成伤害。同时，图像法的实际测量离线完成，其数据采集过程比现在常用的人工测量法时间上要短得多。而且数据采集期间奶牛的活动很小，对测量结果影响也较小。现在人工测量其主观因素对测量结果的影响较大，而采用图像法就更加客观，数据的重复性、准确度也更高。图像法取得的数据直接可以以数据库的形式保存在数字系统中，避免了人工二次录入带来的误差，有利于奶牛场的数字化管理。

附图说明：

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本发明所述的体态测量现场示意图。

图2为实施例中涉及的图像测量法示意图。

图3为实施例中涉及的数据修正示意图。

具体实施方式：

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

根据上述发明中的方案，具体实施过程中如图1所示，首先我们用两道栏杆格出一个专用通道，并在通道中央设立地磅。通道的进口和出口处分别设立限位杆以限制奶牛活动。两根限位杆之间的通道即为测量空间5，前端安装身份识别器1，另外分别在通道的正上方和正侧方架设摄像头(2、3)。控制台4在距离测量空间一段距离的地方，安装计算机和电气控制箱(图中未标出)。计算机分别通过RS232接口、USB接口与身份识别器1、地磅6、摄像头(2、3)连接。

当奶牛进入测量空间后，令其站定，这时身份识别器马上就可以读取奶牛的号码信息，同时地磅测得奶牛的重量，并录入系统。然后计算机控制摄像头拍摄奶牛的图像，并存入计算机中。这样，一次测量工作就完成了。

如果奶牛比较配合，很快到位的话，所需时间仅仅一两分钟，相比常规测试大大缩短了。体尺测量于是可以离线进行，在完成全部图像采集之后，根据编号分别取出对应的奶牛的照片，通过软件提供的测量功能，将标尺线根据需要分别定位在需要测量的两端，计算机将自动将标尺线移动的距离计算出来，并存入相应的表格空间。

如图2所示。所有的体态数据将形成一张EXCEL表单，供牧场管理软件随时调用。

在实测中，我们发现奶牛站立的位置对测量精度的影响比较大。因为摄像头是广角镜头，变形比较严重，奶牛站的位置离摄像头越近，图像变形越大。因此我们同期建立了一张修正表，先确定标准中心线，然后根据奶牛所站位置相对于标准中心线的偏离程度，对实测数据自动进行修正。

如图3所示，左视照图牛背上若干竖线(图中打圈处)为标尺线，这些竖线中间稍长的就是标准中心线。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.奶牛体态数据影像测量采集方法，该方法包括数据采集、数据处理以及参照系的标定与体态数据修正三个步骤；其特征在于，

所述数据采集步骤是首先将奶牛引入限制区域；此时，固定的身份识别器自动识别安装在牛耳上的耳标，读取对应的牛号数据送到控制台；控制台在数据库里找到对应的牛只档案，在该档案下根据时间参数新建数据表；在奶牛基本站定之后，控制台启动称重装置，再将读入的体重数据写入新建的数据表中；接着，系统通过设置在场地四周的摄像头从奶牛的正前方、正侧方、正上方、正后方等多个角度同时对被测奶牛进行同步定格，并将摄取的图像自动编号存入数据库中相应的位置，留待作下一步的数据处理；完成上述工作即为实现一头奶牛的体态数据及影像的采集，可将该奶牛引出限制区域；然后开始下一头奶牛的测量工作；

所述数据处理步骤是针对前一步骤中摄取的图像进行的半自动测量过程，测量方法类似在示波器上对波形周期及幅度的测量，整个测量工作通过移动两根定标线完成；从数据库中调出需要测量的奶牛图像，移动一根定标线至测量原点，再移动另一根定标线至指定位置，确认后系统计算出两根定标线之间的像素值，然后根据预设的计算公式标识出两根定标线之间的距离；数据同步存入奶牛数据库中对应的项目栏中；

所述参照系的标定与体态数据修正步骤是，首先，取已知长度的丁字标尺代替奶牛个体放在测量区域的固定位置，摄像后对图像进行数据处理；在固定比例下建立标尺显示值与图像测量像素点数之间的函数关系，并将这个函数关系作为实际测量时进行数据处理的计算公式写入系统；其次，在进行参照系标定时，不仅对于要标定理想站位，对于相对理想站位有一定偏离的位置也要进行标定，根据不同的偏离量确定不同的比例系数；实际测量在数据处理时，首先要确定奶牛站位的偏离量，然后根据偏离量找到对应的比例系数代入计算公式，那么才能得到比较准确的实测值。

2.根据权利要求1的奶牛体态数据影像测量采集方法，其特征在于，所述奶牛体态数据采集时所需场地空间要保证奶牛站在场地中间基本没有回旋的余地，以减小后续图像测量的误差；场地下方为称重机构，且托台足够大；在多个方位设立固定的摄像装置；场地适当的位置上安装有身份识别器。

3.根据权利要求1的奶牛体态数据影像测量采集方法，其特征在于，所述数据采集步骤中从正侧方、正上方摄取的图像作为牛身花片的记录资料保存。

4.根据权利要求1的奶牛体态数据影像测量采集方法，其特征在于，所述数据处理步骤中，根据实测的数据，系统给奶牛个体的体态情况进行评定，进而推动优质奶牛的筛选工作。