JP5519693B2 - 動物の身体の状態のスコアを決定するための装置及び方法 - Google Patents
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Description
生画像データの処理はフィルタリング及びセグメント化を含む。
最も多い特徴認識方法は主に幾何学的情報に基づくので、それは、三次元技術では物体画像の適切な正規化を実施するためには二次元においてよりさらに一層重要である。
パラメータとBCSの間の相関関係を求める二つの異なる方法が一般に関心がある:修正された距離画像の表面の統計的尺度を使用する大域的な方法、及び曲線及び角度が輪郭に適合される局所的な方法。
雌牛の画像の多くの部分は、鉤状骨の前の閉塞部を除いて背中及び腰領域の部分にわたって鋭い縁がない。これらの領域では、表面テキスチャはやせた動物及び太った動物に対して異なっていることが見出されている。なぜならば動物の背中の椎骨のような骨は太った動物よりやせた動物の方がより明確に記録されるからである。従って、画像テキスチャの測定はそれらの身体の状態のスコアに従って雌牛の分類のために使用されることができる。テキスチャは、感触で目の粗い(looseness)又はでこぼこの荒い(roughness)を意味する粗さ(coarseness)によって定性的に記載される。粗さは局所構造の空間反復周期に関連する。周期が長いほど荒い構造を意味し、周期が小さいほど均一な構造を意味する。重要なことは、粗さが画像点の近くのテキスチャの相対的尺度であることを認識することである。テキスチャは空間的特性であるので、測定は相対的に均一な領域に制限されるべきである。これは背中領域の場合である。鉤状骨の後の閉塞部、及び尾根の近くの変化した曲率のため、臀部幅の1/3、及びその距離長の2倍の小領域が統計的評価のための良好な候補であることが見出された。その小領域は、寛骨、無名骨、又は尾根のような大きく又は強く突出する特徴を含まないことが理解されるだろう。好ましくは、小領域は尾根の前に位置される。この領域の表面の凹凸は動物のBCSと十分に相関があること、そしてこの領域はノイズ、視野角などにあまり敏感でないデータを与えることが示された。
身体の状態のスコアにリンクするために最適パラメータを求めるために、表面の異なるパラメータの統計的特性が調査される。四つの形状に特異的なパラメータが分析された:距離又は深度値、減衰された距離又は差し引かれた深度値、点勾配及び面法線。距離値は、正規化されたデータセットのxy面から表面まで測定され、背中の形状を記述する。個々の変動を除外する行動において、強くフィルタリングされた画像は元々フィルタリングされたものから差し引かれ、その差し引かれた画像のxy面から測定される距離値は減衰された距離値として言及される。そのアイデアは、強いフィルターが雌牛の基本形状のみを残し、画像を差し引くことが肥満による変動のみを残すはずであることである。距離ヒストグラムは、深度距離が他の物体又は背景クラッタによって影響されうるときに問題である。
φはxy面における変動を表し、θはz軸まわりの法線の変動を与える。
次の四つの特徴パラメータ:距離、減衰距離、勾配及び面法線は、全ての統計的パラメータとともに、分析するための約90の因子をもたらす。一次排除を行い、どの因子が他のものより有意であるかを見るために、異なる身体の状態を有する雌牛の簡単なモデルが作られる。モデルは、3.0の身体の状態のスコアを有する実際の雌牛の画像から補間された表面を使用することによって作られる。データのz値は0.8〜1.2の範囲の係数によって扱われる。低い値は背中を平らにすることによって太った雌牛をシミュレートし、高い値は骨と皮膚だけのやせた雌牛のシミュレーションを与える。図11は、モデルがどのように作用するかの思想を表す。
式中、kiは画像iのBCSであり、pniは第i番目の画像の第n番目のパラメータであり、cnはモデル係数であり、Cは切片であり、それらは動物の数に対して手動的に決定されたBCS値に基づいて決定される。
式中、c′nは二乗パラメータに対応するモデル係数である。両モデルに対してBCS値を予測するための未知の係数は、パラメータについて最小二乗法を適用することによって求められる。
図12は、本発明の装置の三次元カメラシステム51によってとられた雌牛の背中の正規化された三次元表面表現である。
Claims (30)
- 動物(50)の身体の状態のスコアを決定するための装置において:
− 動物の方へ向けられかつ動物の少なくとも一つの三次元画像を記録するために与えられた三次元カメラシステム(51);及び
− 三次元カメラシステム(51)によって記録された三次元画像から動物の一部分の三次元表面表現を形成し、三次元表面表現の表面を統計的に分析し、三次元表面表現の統計的に分析された表面に基づいて動物の身体の状態のスコアを決定するために与えられ、かつ三次元カメラシステム(51)に接続された画像処理装置(52)
を含み、
前記統計的分析は、三次元表面表現の表面の特徴パラメータのヒストグラムの統計的特性の計算を含むことを特徴とする装置。 - 動物の前記少なくとも一つの三次元画像は動物の二次元画像を含み、二次元画像の各画素に対して、三次元カメラシステム(51)と撮像された物体点の間の距離が与えられる、請求項1に記載の装置。
- 前記統計的分析は三次元表面表現の表面の凹凸の分析を含む、請求項1又は2に記載の装置。
- 前記統計的分析は三次元表面表現の表面勾配、表面法線、及び/又は表面の範囲もしくは深度値の統計的分析を含む、請求項1〜3のいずれかに記載の装置。
- 前記統計的分析は三次元表面表現の表面の凹凸のスペクトル測定値の統計的分析を含む、請求項1〜4のいずれかに記載の装置。
- 前記統計的分析は三次元表面表現の表面の表面曲率又はスピン画像の統計的分析を含む、請求項1〜5のいずれかに記載の装置。
- 前記統計的分析は動物の椎骨の特徴パラメータの統計的分析を含む、請求項1〜6のいずれかに記載の装置。
- 前記統計的分析は動物の鉤状骨の特徴パラメータの統計的分析を含む、請求項1〜7のいずれかに記載の装置。
- 前記統計的分析は動物の肋骨の特徴パラメータの統計的分析を含む、請求項1〜8のいずれかに記載の装置。
- 前記統計的分析は動物の尾根と無名骨の間の窩洞の特徴パラメータの統計的分析を含む、請求項1〜9のいずれかに記載の装置。
- 動物の一部分は動物の背中及び/又は腰部の領域である、請求項1〜10のいずれかに記載の装置。
- 動物の一部分は、動物の背中の領域よりずっと小さく、かつ動物の尾根の前にあって動物の臀部又は無名骨を含まないように十分に狭い領域を持つ、請求項11に記載の装置。
- 前記統計的特性は、平均値、標準偏差、平滑性、歪み、均一性、エントロピー、ヒストグラムの幅、最大値の半分の幅、及び/又はヒストグラムに適合した曲線のパラメータを含む、請求項1〜12のいずれかに記載の装置。
- 前記画像処理装置(52)は、三次元表面表現を分析する前に動物の一部分の三次元表面表現を正規化するために与えられ、前記正規化の前に、動物の一部分の三次元表面表現において正規化のための制御点として作用する参照点を探すことが行われ、前記参照点は動物の尾根、無名骨、鉤状骨及び脊柱隆線のいずれかを含む、請求項1〜13のいずれかに記載の装置。
- 動物の一部分の三次元表面表現は、参照点の位置に基づいた回転、並進、及びスケーリングによって正規化される、請求項14に記載の装置。
- 前記画像処理装置(52)は、三次元表面表現を形成する前に三次元画像を処理するために与えられる、請求項1〜15のいずれかに記載の装置であって、前記三次元画像の処理は三次元画像のフィルタリングを含み、前記フィルタリングはそれらの強度値及び/又はそれらの距離情報に依存して画像データ点を除去することを含む、装置。
- 前記三次元画像の処理は三次元画像のセグメント化を含む、請求項16に記載の装置。
- 前記三次元カメラシステム(51)は、飛行時間距離カメラ又は能動波面サンプリングカメラのいずれかである、請求項1〜17のいずれかに記載の装置。
- 前記三次元カメラシステム(51)は、動物(50)の上に、かつ任意選択的に後方に位置され、動物(50)の下方に、任意選択的に前方に、背中の方に向けられ、動物の背部及び後部から画像情報を与える、請求項1〜18のいずれかに記載の装置。
- 前記三次元カメラシステム(51)は、動物の側部にかつ任意選択的に動物の上に位置され、側方にかつ任意選択的に下方に向けられ、無名骨と鉤状骨の間の領域を示す動物の側部/背部画像を与える、請求項1〜19のいずれかに記載の装置。
- 動物識別装置と請求項1〜20のいずれかに記載の装置を与えられた、給餌、搾乳、又は休息ステーションのような動物装置。
- 獣群管理システムと、獣群管理システムに動作可能に接続されかつ獣群管理システムに動物(50)の決定された身体の状態のスコアを供給するように与えられた請求項1〜20のいずれかに記載の装置とを含む動物装置。
- 動物(50)の身体の状態のスコアを決定する方法において:
− 三次元カメラシステム(51)を動物の方へ向け、動物の少なくとも一つの三次元画像を記録する;
− 三次元カメラシステム(51)によって記録された三次元画像から動物の一部分の三次元表面表現を形成する;
− 三次元表面表現の表面を統計的に分析する;そして
− 三次元表面表現の統計的に分析された表面に基づいて動物の身体の状態のスコアを決定する
工程を含み、
前記統計的分析は、三次元表面表現の表面の特徴パラメータのヒストグラムの統計的特性の計算を含むことを特徴とする方法。 - 動物の少なくとも一つの三次元画像は動物の二次元画像を含み、二次元画像の各画素に対して、三次元カメラシステム(51)と撮像された物体点の間の距離が与えられる、請求項23に記載の方法。
- 以下のものを含むことを特徴とする、動物(50)の身体の状態のスコアを決定するための装置:
− 動物の方へ向けられかつ動物の一部分の少なくとも一つの三次元画像を記録するために与えられた三次元カメラシステム(51);及び
− 三次元画像から三次元表面表現を形成し、三次元表面表現を正規化し、正規化された三次元表面表現の表面に基づいて動物の身体の状態のスコアを決定するために与えられ、かつ三次元カメラシステム(51)に接続された画像処理装置(52)。 - 前記正規化の前に、動物の一部分の三次元表面表現において正規化のための制御点として作用する参照点を探すことが行われ、前記参照点は三次元表面表現において動物の脊柱隆線及び無名骨又は鉤状骨を含む、請求項25に記載の装置。
- 動物の一部分の三次元表面表現は参照点の位置に基づいて回転、並進、及びスケーリングによって正規化され、その結果、脊柱隆線はデカルト座標系の第一軸と本質的に平行であり、無名骨又は鉤状骨の先端間の接続線はデカルト座標系の第一軸と本質的に平行であり、かつ三次元表面表現のスケーリングは無名骨又は鉤状骨の先端間の距離に依存してなされる、請求項26に記載の装置。
- 以下の工程を含むことを特徴とする、動物(50)の身体の状態のスコアを決定するための方法:
− 三次元カメラシステム(51)を動物の方へ向け、動物の一部分の少なくとも一つの三次元画像を記録する;
− 三次元画像から三次元表面表現を形成する;
− 回転、並進、及びスケーリングによって動物の一部分の三次元表面表現を正規化する;そして
− 正規化された三次元表面表現の表面に基づいて動物の身体の状態のスコアを決定する。 - 以下のものを含むことを特徴とする、動物(50)の身体の状態のスコアを決定するための装置:
− 動物の方へ向けられかつ動物の一部分の少なくとも一つの三次元画像を記録するために与えられた三次元カメラシステム(51);及び
− 三次元画像から三次元表面表現を形成し、前記三次元表面表現において解剖学的特徴を認識し、認識された解剖学的特徴の特徴パラメータを計算し、三次元表面表現において認識された解剖学的特徴の計算された特徴パラメータに基づいて動物の身体の状態のスコアを決定するために与えられ、かつ三次元カメラシステム(51)に接続された画像処理装置(52)。 - 以下の工程を含むことを特徴とする、動物(50)の身体の状態のスコアを決定するための方法:
− 三次元カメラシステム(51)を動物の方へ向け、動物の一部分の少なくとも一つの三次元画像を記録する;
− 三次元画像から三次元表面表現を形成する;
− 前記三次元表面表現において解剖学的特徴を認識する;
− 認識された解剖学的特徴の特徴パラメータを計算する;そして
− 三次元表面表現において認識された解剖学的特徴の計算された特徴パラメータに基づいて動物の身体の状態のスコアを決定する。
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