CN116777976A - 牛肉胴体眼肌面积自动测定方法和系统 - Google Patents

牛肉胴体眼肌面积自动测定方法和系统 Download PDF

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CN116777976A CN202310525342.4A CN202310525342A CN116777976A CN 116777976 A CN116777976 A CN 116777976A CN 202310525342 A CN202310525342 A CN 202310525342A CN 116777976 A CN116777976 A CN 116777976A
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赵拴平
金海�
徐磊
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Institute of Animal Husbandry and Veterinary Medicine of Anhui Academy of Agricultural Sciences
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Abstract

本申请公开了一种牛肉胴体眼肌面积自动测定方法和系统，包括：获取包含测量目标以及至少一个标定卡片的图像；根据所述标定卡片的特征从图像中识别出标定卡片；确定图像中标定卡片的边缘，并根据所述标定卡片的边缘拟合形状；根据拟合得到的形状确定标定位置的像素比例值；根据所述像素比例及构建图像像素比例场；获取用户框选目标时的坐标集合；根据所述坐标集合和所述像素比例场估算目标面积。通过本申请实施例可以在有限条件下实现准确测量。

Description

牛肉胴体眼肌面积自动测定方法和系统
技术领域
本申请涉及图像处理技术，特别是一种牛肉胴体眼肌面积自动测定方法和系统。
背景技术
牛胴体眼肌面积是指第12至13胸肋间的背最长肌横切面积，不仅是衡量牛肉品质的重要指标，而且与家畜产肉性能有强相关关系，在育种上尤为重要。目前常用的测定方法包括方格透明卡测定、也可利用硫酸纸将眼肌描样后保存，再用方格透明卡或求积仪计算,参照图3(a)、图3(b)、图3(c)。测定时，将方格透明卡覆盖在待测眼肌样品或描样纸上，读取眼肌部位所占的格子数量，一个格子为1cm2。取格子的原则为满1/2视为一个，不满1/2不计，记录每次读取的数据，每个样品一次由同一实验人员测量三次，取平均值。方格透明卡和硫酸纸测定均以人工为主，主观性较强，同一产品不同工作人员测定的结果可能不同，准确性较差。
近年来，随着计算机、人工智能等技术不断发展，相关技术也引入到了牛的畜牧业中进行牛胴体眼肌面积测量。其中，最为典型的是利用相机采集图像，通过手动在图像上框选出眼肌区域，通过轮廓坐标来计算面积。目前这种方式，对图像采集要求非常严格：
相机成像面与目标平行且距离固定。使用前需要一个特制的标定板人工对相机进行标定，来获取图像像素与物理世界的单位比例。苛刻的使用条件使得产品设计及用户体验都很差：当相机的距离或图像的分辨率发生变化时，则需要用户重新标定。当相机发生轻微的倾斜时，会导致测量的精度急剧下降。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种牛肉胴体眼肌面积自动测定方法和系统，以在简易条件下实现准确测量。
一方面，本申请实施例提供了一种牛肉胴体眼肌面积自动测定方法，包括：
获取包含测量目标以及标定卡片的图像；
根据所述标定卡片的特征从图像中识别出标定卡片；
确定图像中标定卡片的边缘，并根据所述标定卡片的边缘拟合形状；
根据拟合得到的形状确定标定位置的像素比例值；
根据所述像素比例及构建图像像素比例场；
获取用户框选目标时的坐标集合；
根据所述坐标集合和所述像素比例场估算目标面积。
在一些实施例中，所述标定卡片为纯色圆形卡片。
在一些实施例中，所述拟合得到的形状是椭圆形；
所述根据拟合得到的形状确定标定位置的像素比例值，具体是：
根据椭圆的方程，来求解图像中椭圆沿中心点在水平方向和垂直方向上的跨度距离；
根据所述跨度距离和标定卡片的实际直径确定像素坐标(xc,yc)位置处沿x方向和沿y方向的像素比例值。
在一些实施例中，所述根据椭圆的方程，来求解图像中椭圆沿中心点在水平方向和垂直方向上的跨度距离，具体是：
椭圆方程为：a+bX+cY+dXY+eX2+fY2＝0；
椭圆的中心点为(xc,yc)，代入方程可以求得跨度距离sx,sy为：
其中，a,b,c,d,e,f均为已知系数，sx是椭圆沿中心点在水平方向跨度距离，sy是椭圆沿中心点在垂直方向跨度距离。
在一些实施例中，所述根据所述跨度距离和标定卡片的实际直径确定像素坐标(xc,yc)位置处沿x方向和沿y方向的像素比例值，具体是：
那么像素坐标(xc,yc)位置处沿x方向的像素比例值为rx＝cd/sc,沿y方向的像素比例值为ry＝cd/sy；
标记卡片的实际直径为cd。
在一些实施例中，所述标定卡片的数量有多个；
其中，第l个标记卡片得到的标定信息为：
l:表示标定卡片的编号；
表示第l个标定卡片在图像上生成的椭圆的中心；
表示图像位置/>处，沿x方向的像素比例值；
表示图像位置/>处，沿y方向的像素比例值。
在一些实施例中，所述根据所述像素比例及构建图像像素比例场，具体是：
根据任意目标点与各标定点之间的距离来确定不同标定点的像素比例值对该点的计算权重；
根据各标点对应的像素比例值计算目标点的像素比例值；
其中，标定点是指在图像中标定卡片的中心点。
在一些实施例中，对于图像上任意一个目标点(i,j)，目标点沿x和y方向对应的像素比例值分别为fx(i,j)和fy(i,j):
其中，表示点(i,j)针对第l个标定点的距离权重：
n是标定点的数量，所有标定点的权重之和为1。
在一些实施例中，根据所述坐标集合和所述像素比例场估算目标面积，具体是：
目标区域的坐标点依次为(x1,y1),(x2,y2),…,(xm,ym)；
其中，xm+1＝x1,ym+1＝y1，m是用户按选定的点数。
另一方面，本申请实施例提供了一种牛肉胴体眼肌面积自动测定系统，包括：
存储器，用于存储程序；
处理器，用于加载所述程序以执行如所述的牛肉胴体眼肌面积自动测定方法。
本申请实施例通过设置一个标定卡片，并利用图像识别的方式根据所述标定卡片的特征从图像中识别出标定卡片，接着通过确定图像中标定卡片的边缘，并根据所述标定卡片的边缘拟合形状，根据拟合得到的形状确定标定位置的像素比例值；随后根据所述像素比例及构建图像像素比例场；接着获取用户框选目标时的坐标集合，并根据所述坐标集合和所述像素比例场估算目标面积；通过这一方式，通过构建像素比例场的方式解决拍摄角度偏差的问题，可以不要求用户正对肉进行拍摄，即便拍摄存在一定的角度也可以准确识别牛肉的面积，同时，可以由用户自行选择目标区域的范围，减少因为图像识别原因造成的误差；本方案标记方式简单，而且标记位置没有过多的限制，而且普通用户也可以完成标定测量的工作，并且，标定卡片制作简单。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例所提供的流程图；
图2是本申请实施例所提供的椭圆示意图；
图3(a)是现有技术中的眼肌面积示意图；
图3(b)是现有技术中的方格透明卡测定法中的示意图；
图3(c)是现有技术中的硫酸纸描样的示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将参照本申请实施例中的附图，通过实施方式清楚、完整地描述本申请的技术方案，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
首先，在实施本方案之前需要制作标定卡片，标定卡片用于标定图像像素对应着物理世界的尺度。原则上，任何形状都可以作为标定卡片。但是，复杂的形状会增大后期算法检测的难度。
为了简化任务，这里采用固定大小的圆形卡片。例如，半径为3cm的蓝色圆形硬纸片。
关于标定卡片，我们设计了两种标定卡片：圆形贴纸和带孔的圆形卡片：
(1)圆形贴纸：就是一片实心圆的贴纸使用时，直接贴到牛肉上。
(2)带孔的圆形卡片：就是圆形卡片中间有一个小孔。使用时，将大头针穿过小孔，使用卡片固定在牛肉上。卡片的材质不限，可以是塑料也可以是金属或者硬纸板。
关于颜色：我们测量的对象牛肉的颜色通常为红色和白色。颜色只要不是红色和白色都可以。这样方便在图像中检测标定卡片。
参照图1，本申请实施例提供了一种牛肉胴体眼肌面积自动测定方法，包括：
S1、获取包含测量目标以及至少一个标定卡片的图像。
根据检测精度要求，选择标定卡片的数量(1～4片)。通常，精度要求越高，则需要的标定卡片就越多。将标定卡片与待测量的牛肉放在同一场景下。标定卡片尽量分散摆放在检测区域的四周，不要遮挡要测量的眼肌区域。针对牛肉采集图像，要求成像包含牛肉和标定卡片。拍摄图像的设备可以是手机或者相机等。
S2、根据所述标定卡片的特征从图像中识别出标定卡片。
圆形的标定卡片在图像成表现为圆斑，需要通过算法进行检测。可以采用图像识别模型进行识别。基于传统的视觉算法可以通过检测颜色或提取连通域检测圆形度等策略筛选目标，基于学习的视觉算法可以使用目标检测等算法进行检测。
S3、确定图像中标定卡片的边缘，并根据所述标定卡片的边缘拟合形状。
检测到的标定卡片后，通过获取边缘，提取标定卡的边缘点来拟合椭圆。因为相机成像面与牛肉场景可能不平行，这样圆形卡片在图像中成像并非标准的圆，更多情况是椭圆结构。
S4、根据拟合得到的形状确定标定位置的像素比例值。
拟合椭圆后，可以得到椭圆的方程。根据椭圆的方程，来求解椭圆沿中心点在水平方向和垂直方向上的跨度距离。
参照图2，假设求得的椭圆方程为：
a+bX+cY+dXY+eX2+fY2＝0
其中，a,b,c,d,e,f均为已知系数。
记椭圆的中心点为(xc,yc)，代入方程可以求得跨度距离sx,sy为：
若标记卡片的实际直径为cd，那么像素坐标(xc,yc)位置处沿x方向的像素比例值为rx＝cd/sx,沿y方向的像素比例值为ry＝cd/sy。
每个标记卡片都会得到图像上一个位置(椭圆中心)沿x和y方向的像素比例值。为了方便表达，记第i个标记卡片得到的标定信息为：
其中，
l:表示标定卡片的编号。
表示第l个标定卡片在图像上生成的椭圆的中心。
表示图像位置/>处，沿x方向的像素比例值。
表示图像位置/>处，沿y方向的像素比例值。
S5、根据所述像素比例及构建图像像素比例场。
假设得到了n个标定卡片的标定信息，对于图像上任意一个坐标点(i,j)，其沿x和y方向对应的像素比例值分别为fx(i,j)和fy(i,j):
其中，表示点(i,j)针对第l个标定点的距离权重：
说明：若点(i,j)离标定点的距离越近，则对应的权重越大；若点(i,j)离标定点/>的距离越远，则对应的权重越小。同时，所有标定点的权重之和为1。
这样可以得到整个图像上任意一个点，沿x和y方向的像素比例值。
S6、获取用户框选目标时的坐标集合。
可以理解的是，用户在采集的图像上用鼠标(电脑平台)或触控笔(手机平台)框选出牛肉眼肌的区域，即得到得是一组像素坐标点。
S7、根据所述坐标集合和所述像素比例场估算目标面积。
假设用户框选目标区域的坐标点依次为(x1,y1),(x2,y2),…,(xm,ym)，引入我们的面积计算方式：
其中，xm+1＝x1,ym+1＝y1，是用户按选定的点数；
说明：我们的面积公式是在鞋带公式上引入了坐标的像素比例值。
基于上述实施例和背景技术的描述可以确定的是本方案具备以下优点：对工作人员从业经验要求低；图像采集设备不受限制，即可以是普通相机也可是手机。图像采集角度、距离、成像分辨率不受限制，用户可以自己选择合适的成像条件去采集图像。对用户而言是不需要标定操作的。精度可以控制。当用户不需要高精度的测量时，仅需要1个标定卡片即可。标定卡片制作非常容易。
注意，上述仅为本申请的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本申请不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本申请的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种牛肉胴体眼肌面积自动测定方法，其特征在于，包括：
获取包含测量目标以及至少一个标定卡片的图像；
根据所述标定卡片的特征从图像中识别出标定卡片；
确定图像中标定卡片的边缘，并根据所述标定卡片的边缘拟合形状；
根据拟合得到的形状确定标定位置的像素比例值；
根据所述像素比例及构建图像像素比例场；
获取用户框选目标时的坐标集合；
根据所述坐标集合和所述像素比例场估算目标面积。
2.根据权利要求1所述的牛肉胴体眼肌面积自动测定方法，其特征在于，所述标定卡片为纯色圆形卡片。
3.根据权利要求2所述的牛肉胴体眼肌面积自动测定方法，其特征在于，所述拟合得到的形状是椭圆形；
所述根据拟合得到的形状确定标定位置的像素比例值，具体是：
根据椭圆的方程，来求解图像中椭圆沿中心点在水平方向和垂直方向上的跨度距离；
根据所述跨度距离和标定卡片的实际直径确定像素坐标(xc,yc)位置处沿x方向和沿y方向的像素比例值。
4.根据权利要求3所述的牛肉胴体眼肌面积自动测定方法，其特征在于，所述根据椭圆的方程，来求解图像中椭圆沿中心点在水平方向和垂直方向上的跨度距离，具体是：
椭圆方程为：a+bX+cY+dXY+eX2+fY2＝0；
椭圆的中心点为(xc,yc)，代入方程可以求得跨度距离sx,sy为：
其中，a,b,c,d,e,f均为已知系数，sx是椭圆沿中心点在水平方向跨度距离，sy是椭圆沿中心点在垂直方向跨度距离。
5.根据权利要求4所述的牛肉胴体眼肌面积自动测定方法，其特征在于，所述根据所述跨度距离和标定卡片的实际直径确定像素坐标(xc,yc)位置处沿x方向和沿y方向的像素比例值，具体是：
像素坐标(xc,yc)位置处沿x方向的像素比例值为rx＝cd/sx,沿y方向的像素比例值为ry＝cd/sy；
标记卡片的实际直径为cd。
6.根据权利要求5所述的牛肉胴体眼肌面积自动测定方法，其特征在于，所述标定卡片的数量有多个；
其中，第l个标记卡片得到的标定信息为：
l:表示标定卡片的编号；
表示第l个标定卡片在图像上生成的椭圆的中心；
表示图像位置/>处，沿x方向的像素比例值；
表示图像位置/>处，沿y方向的像素比例值。
7.根据权利要求6所述的牛肉胴体眼肌面积自动测定方法，其特征在于，
所述根据所述像素比例及构建图像像素比例场，具体是：
根据任意目标点与各标定点之间的距离来确定不同标定点的像素比例值对该点的计算权重；
根据各标点对应的像素比例值计算目标点的像素比例值；
其中，标定点是指在图像中标定卡片的中心点。
8.根据权利要求7所述的牛肉胴体眼肌面积自动测定方法，其特征在于，
对于图像上任意一个目标点(i,j)，目标点沿x和y方向对应的像素比例值分别为fx(i,j)和fy(i,j):
其中，表示点(i,j)针对第l个标定点的距离权重：
n是标定点的数量，所有标定点的权重之和为1。
9.根据权利要求8所述的牛肉胴体眼肌面积自动测定方法，其特征在于，根据所述坐标集合和所述像素比例场估算目标面积，具体是：
目标区域的坐标点依次为(x1,y1),(x2,y2),…,(xm,ym)；
其中，xm+1＝x1,ym+1＝y1，m是用户按选定的点数。
10.一种牛肉胴体眼肌面积自动测定系统，其特征在于，包括：
存储器，用于存储程序；
处理器，用于加载所述程序以执行如权利要求1-9任一项所述的牛肉胴体眼肌面积自动测定方法。
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