JP6677473B2 - 対象動物の体温を非接触で測定するための体温測定システム - Google Patents

Description

本発明は、動物の体温を測定する技術に関し、より詳しくは、対象動物の深部体温を反映する体表上の特定の位置の温度を測定することによって対象動物の体温を非接触で取得することができる、体温測定システムに関する。

家畜に悪性の伝染病が発生し、その治療方法が確立していない場合には、伝染病の蔓延を防止するために、発生した家畜舎だけでなく近隣の生産地まで予防的殺処分の対策がとられることが多く、地域経済に与える損害は多大なものとなる。こうした伝染病による疾病には発熱が伴うため、損害をできるだけ抑えるためには家畜の発熱を早期に発見することが重要である。家畜の発熱を早期に発見するためには、体温を頻繁に測定することが効果的である。しかしながら、近年の酪農規模の拡大傾向により飼育頭数が増加しているとともに、少人数での集団管理を行っている現状では、体温の頻繁な測定は、例えば保定に要する手間やコスト負担、家畜に与える影響などの点から困難であることが多い。したがって、日々変化する家畜の状態を、手間及びコストをできるだけかけずに、家畜にも大きな影響を与えることなく、監視することができる技術の開発が求められている。

このような技術として、家畜の体温を自動的に計測する技術の研究が進められている。例えばペットなどでは、体温計測機能が付加された、皮下に埋め込むタイプのＩＣチップが実用化されているが、例えば家畜牛の場合には、食肉処理時において異物となるチップを確実に取り出す必要があること、データ取得のために読取装置を近づけなければならないことなどの理由により、こうした方法を適用することは容易ではない。また、腟内留置型体温センサが実用化されているが、このセンサを利用できるのは成体に限られており、センサを膣内に留置させる手間がかかることや、膣が未発達の子供の場合にはその成長を阻害する恐れがあることなどの問題が挙げられる。さらに、従来のような家畜に装着するタイプのセンサでは、頭数分のセンサが必要になるため、頭数が多くなればなるほどコストがかかること、センサを家畜に取り付けるためには熟練した作業が必要であること、適応する家畜や出荷時の確実な取り外しなどの導入条件が存在するなどといった多くの制約がある。そのため、家畜に直接装着する手間がかからず、頭数が多くなっても大きな追加コストを必要とせず、子供から成体まですべての成長段階において適用できる体温監視システムが求められている。

非接触で対象動物の温度を計測できる装置として、一般に、赤外線サーモグラフィカメラがある。こうしたカメラは、例えば空港における入国時に入国者の体温を計測する際に利用されている。このような技術として、例えば特許文献１に開示される技術が提案されている。この技術は、対象となる人の眼又は前額の領域の赤外線画像を取得するとともに、赤外線画像データを温度リファレンスからの温度を用いて補正するものである。また、非接触で動物や人の核心温度を測定する技術として提案されている特許文献２では、眼球からの熱放射を捉えるとともに、測定されたデータを、直腸温度を用いて校正することによって、核心温度を正確に測定できるとしている。さらに、特許文献３は、対象の可視光画像を撮像し、その画像から画像認識技術を用いて測定対象における体温測定部位の位置を求め、赤外線ユニットの測定視野を体温測定部位に位置合わせし、その部位から放射される赤外線の測定値から対象の体温を算出する技術を提案する。

一方で、これまでの研究において、例えば牛の眼縁部の表面温度は、他の部位と比較して高く、かつ通常は３９℃前後である直腸温度すなわち深部体温と関係があることが分かっている（非特許文献１）。したがって、眼縁部の温度を正確に測定することができれば、対象動物に接触することなくその体温を推定することができるものと考えられる。

特表２００７−５１６０１８号公報 特表２００５−５１５８７２号公報 特開２００５−２３７８６１号公報

澁谷他、「サーモグラフィ熱画像による牛の体温測定とその精度検証」、平成２３年度 食関連クラスター支援事業 食関連クラスター支援事業補助金研究成果報告書、公益財団法人北海道科学技術総合振興センター ＯｐｅｎＣＶ公式ウェブサイト＜URL：http://opencv.org＞

上述のとおり、対象動物の体温を非接触で測定する従来技術においては、以下のような課題がある。
第一に、対象動物の体温を非接触で測定する場所が、例えば畜舎などの、外気温の影響を受けやすい場所である場合には、対象動物の体表面の温度や熱画像を取得する検出手段が外気温の影響を大きく受ける。したがって、深部体温を最も正確に表すと思われる位置の温度を単に測定するだけの場合は当然のことながら、基準熱源による補正処理を行っても、精度の高い温度測定は難しい。特に、北海道などの寒冷地では、冬期における低温が温度測定の精度に与える影響はきわめて大きく、外気温が体表の温度を低下させ、測定された温度が正確に深部体温を反映しない場合がある。

また、従来の技術では、対象動物の動きや距離の変化については十分に考慮されていない。測定対象が人であれば測定時に意識的に動かないようにすることも可能であるが、測定対象が動物である場合や、対象が大きく動き回る状況では、深部体温を最も正確に反映する考えられる測定位置を熱画像として正確に捉えて、その温度を測定することは難しい。熱画像を取得する際に対象動物が動いて、測定位置とサーモグラフィカメラとの距離が頻繁に変動したり、測定位置が体毛に隠れたり、測定位置が熱画像を取得するサーモグラフィカメラの焦点面に対して傾いたりすると、実際には測定位置ではない部分が測定位置として判断され、その位置の温度が体温とされるおそれがある。

本発明は、環境温度の影響が排除されるとともに対象動物の動きが抑制された状態で、対象動物の深部体温を反映する体表上の特定の位置を含む熱画像を安定的に取得し、取得された熱画像から該位置を正確に特定し、特定された位置の温度から体温を算出することができる、非接触式の体温測定システムを提供することを課題とする。

本発明は、対象動物の体温を非接触で測定するための体温測定システムを提供する。体温測定システムは、対象動物を所定の位置に確保する確保手段と、確保手段によって確保された対象動物の深部体温を反映する体表上の測定位置を含む熱画像を取得する検出手段と、該検出手段を環境温度の影響から隔離して該検出手段の温度を維持するための温度維持手段とを有する、熱画像取得手段と、取得された熱画像の温度データを、基準熱源を用いて補正するための温度補正手段と、補正された熱画像において測定位置を特定する測定位置特定手段と、特定された測定位置における温度に基づいて対象動物の体温を算出する体温算出手段とを備える。測定位置は、対象動物の眼瞼において眼に近い部分の表面、すなわち眼縁部であることが好ましい。

確保手段は、測定位置を含む対象動物の部位を、一定時間、熱画像取得手段との間に所定の距離を設けて確保可能なものであることが好ましく、対象動物に自動的に哺乳するための自動哺乳装置であることがより好ましい。

温度維持手段は、一定の温度に維持された内部に検出手段を保持することが可能な恒温ボックスであることが好ましい。温度補正手段は、熱画像取得手段の視野内に配置された基準熱源面と、基準熱源面の設定温度と熱画像内における基準熱源面の位置に相当する位置の温度との差に基づいて熱画像の温度を補正する補正処理手段とを有するものであることが好ましい。

一実施形態においては、測定位置特定手段は、補正された熱画像において最高温度を有する画素の位置を測定位置として特定するものとすることができる。別の実施形態においては、測定位置特定手段は、測定位置を含む領域を識別するように機械学習を用いて予め学習された画像処理手段を含むものとすることができる。この実施形態の場合には、測定位置特定手段は、補正された熱画像から、該熱画像における最高温度に対応する温度を基準として二値化した二値化画像を作成し、二値化画像において少なくとも最高温度に対応する前記温度がすべて含まれる領域を第１の領域とし、画像処理手段によって測定位置を含む領域として識別された領域を第２の領域とし、第１の領域が第２の領域に含まれる第１の条件と、第１の領域内の最高温度が所定の温度以上である第２の条件との両方を満たす場合には、その最高温度を有する画素の位置が測定位置であると特定するように構成することができる。画像処理手段は、測定位置を含む熱画像と測定位置を含まない熱画像とに基づいて予め学習されたカスケード型オブジェクト識別器を含み、対象動物について熱画像取得手段によって取得された熱画像における測定位置を学習結果に基づいて識別するように構成されたものであることが好ましい。

体温測定システムは、対象動物が保持手段に入ったことを検出するとともに対象動物を識別するための個体認識手段をさらに備えることが好ましい。また、対象動物は子牛とすることができる。

本発明によれば、基準熱源と、温度維持手段及び位置特定アルゴリズムとを組み合わせることにより、対象動物の体温を、手間及びコストをできるだけかけず、且つ対象動物にも大きな影響を与えることなく、頻繁に精度よく測定することができるため、対象動物の発熱などによる体温の異常を早期に発見することが可能となる。

本発明の一実施形態による体温測定システムの構成図である。 本発明の一実施形態による熱画像の温度を補正する処理を示す 本発明の一実施形態による測定位置を特定するための処理を示す。

［システムの概要］
図１は、本発明の一実施形態による体温測定システム１の装置構成を示す。体温測定システム１は、対象動物を子牛とし、子牛の動きを制限しながら、体温の測定位置を含む熱画像を自動的に撮影し、撮影された測定位置の熱画像から子牛の体温を測定するシステムである。測定位置は、その温度が対象動物の深部体温を反映する体表上のいずれかの位置であり、対象動物の眼瞼において眼に近い部分の表面、すなわち眼縁部であることが好ましい。測定位置の温度が対象動物の深部体温を反映するとは、測定位置の温度が対象動物の深部体温と同一若しくは深部体温に近い温度であるか、又は、測定位置の温度が深部体温の変化に追随することをいう。なお、本発明による体温測定システムを用いて体温を測定することができる対象動物は、子牛に限定されるものではなく、陸上に生息し、測定位置の温度が深部体温と同一温度若しくは近い温度であるか又は深部体温の変化に追随する、いずれかの動物とすることができる。

体温測定システム１は、子牛を所定の位置に確保するための確保手段１０と、確保手段１０によって確保された子牛の眼縁部を含む熱画像を取得する熱画像取得手段２０とを備える。取得された熱画像は、通信ネットワークや、フラッシュメモリなどの独立した記憶装置などを介して、解析装置３０に送られ、解析装置３０において温度補正、画像解析、眼縁部の特定、体温算出などが行われる。解析装置３０は、各種データの記憶手段３１を有する汎用のコンピュータ装置を用いることができる。

熱画像取得手段２０は、対象となる子牛の眼縁部を含む熱画像を取得する検出手段２２と、検出手段２２を環境温度の影響から隔離して温度を維持するための温度維持手段２４とを有している。体温測定システム１は、取得された熱画像の温度補正に用いられる基準熱源装置４０をさらに備える。体温測定システム１は、個体を識別するための個体認識手段５０をさらに備えることが好ましい。熱画像取得手段２０、基準熱源装置４０及び個体認識手段５０は、各種データの記憶手段６２を有する汎用のコンピュータ装置を用いることができる制御装置６０によって、動作を制御することができる。体温測定システム１は、熱画像、測定された体温及び／又はその他の各種データを表示又は印刷するための表示装置及び／又は印刷装置をさらに含んでもよい。

次に、体温計測システム１を構成する装置を詳細に説明する。
［確保手段］
体温測定システム１は、子牛を所定の位置に確保するための確保手段１０を備える。本実施形態においては、体温測定システム１は、子牛の眼縁部の温度を非接触で測定することができる。眼縁部の温度を精度よく測定するためには、子牛の動き、特に頭部の動きを制限するとともに、後述される熱画像取得手段２０の検出手段２２から眼縁部までの距離が、画像取得中にできるだけ一定の距離に保たれるような状態で、眼縁部の熱画像を取得することが必要である。子牛を、一定時間、所定の位置に確保してその頭部ができるだけ動かない状態、すなわち熱画像取得手段２０の検出手段２２の視野内において眼縁部の位置ができるだけ動かない状態を作り出すために、体温測定システム１は、確保手段１０として自動哺乳装置１０を用いる。自動哺乳装置１０は、子牛が入る程度の内部空間を有する枠１２と、枠１２に入った子牛に自動的に哺乳を行う哺乳ロボット１４とを備える。枠１２は、子牛が内部空間に入ったときに子牛の動きを適切に制限できる程度の大きさ及び材質のものであればよい。哺乳ロボット１４は、酪農業において一般的に用いられているものであれば特に限定されるものではなく、例えば、全農畜産サービス社から入手可能なカーフフィーダー スタンドアロン２プラスを用いることができる。

枠１２の内部空間に入った子牛は、哺乳ロボット１４の所定の位置にある乳首をくわえてミルクを飲むため、その間、少なくとも頭部が動かない状態でその場所に滞在する。哺乳ロボット１４には、子牛の個体別に１日の哺乳量が設定されており、子牛は、その哺乳量を４〜５回に分けて飲むようになっている。哺乳ロボット１４は、１回分の量を飲み終わるとミルクが止まり、乳首がロボット内に引き込まれるようになっており、哺乳が終わると、子牛は枠１２から出て行く。１回分の哺乳時間は、概ね１０分程度であり、測定精度を高める観点から、その間に複数の熱画像を取得することが好ましい。熱画像の取得数は、特に限定されないが、１日の取得数ができるだけ多いことが好ましい。

本実施形態においては、確保手段１０として自動哺乳装置を用いているが、これに限定されるものではなく、確保手段１０は、例えば自動給水装置、自動搾乳装置、体重測定装置など、対象動物を一定時間、所定の位置に確保して、熱画像取得手段２０の検出手段２２の視野内において眼縁部の位置をできるだけ動かないようにすることができる装置であればよい。

［個体認識手段］
体温測定システム１においては、取得された熱画像がどの牛の熱画像であるかを識別できるように、個体識別手段５０を有することが好ましい。個体識別手段５０としては、正確性、汎用性及びコスト等を勘案すると、ＲＦＩＤ装置を用いることが好ましいが、これに限定されるものではない。例えば自動哺乳装置１０が個体識別情報を取得している場合にはこれを個体識別手段５０として利用することもできる。ＲＦＩＤ装置５０は、子牛に取り付けられるＲＦＩＤタグ５２と、ＲＦＩＤタグ５２のデータを読み取って信号を送出するＲＦＩＤアンテナ５４と、ＲＦＩＤアンテナ５４からの信号を受信して制御装置６０に出力するＲＦＩＤ受信機５６とを有する。ＲＦＩＤ装置は、市販されている汎用的な装置を用いることができる。ＲＦＩＤアンテナ５４の受信範囲は、例えば自動哺乳装置１０の枠１２の範囲に設定されており、例えば子牛の首ベルトに取り付けられたＲＦＩＤタグ５２がそのＲＦＩＤアンテナ５４の受信範囲に入ったときに、ＲＦＩＤタグ５２に記憶された牛個体番号が、ＲＦＩＤアンテナ５４に受信されるようになっている。ＲＦＩＤアンテナ５４は、ＲＦＩＤタグ５２がその受信範囲に入ったときに信号を送信するようにしてもよいし、ＲＤＩＦタグ５２が受信範囲に入ってから所定の時間（例えば数秒間）が経過するまでタグ５２の検知が行われ続けたときに信号を送信するようにしてもよい。

ＲＦＩＤアンテナ５４は、牛個体番号とともに、その牛個体番号に対応する熱画像の撮影を開始するように指示する信号を制御装置６０に送信するようにしてもよい。このようにすることによって、枠１２に子牛が入ったとき、又は入ってから一定時間が経過したときに、制御装置６０は、熱画像取得手段２０に、子牛の眼縁部を含む熱画像の撮影を指示する。ＲＦＩＤアンテナ５４は、子牛が枠１２内に留まっている間は連続的に信号を送信することが好ましく、その間、熱画像取得手段２０が、複枚の熱画像の取得を連続的に行うようにすることができる。

哺乳が終了し、子牛が枠１２から出ていくと、ＲＦＩＤタグ５２がＲＦＩＤアンテナ５４の受信範囲から外れ、ＲＤＩＦアンテナ５４は、ＲＦＩＤタグ５２からの信号を受信しなくなる。ＲＦＩＤアンテナ５４は、ＲＦＩＤタグ５２が受信範囲から出ていったとき、又は受信範囲から出ていった後、所定の時間（例えば数秒間）が経過したとき、制御装置６０に、ＲＦＩＤタグ５２が受信範囲から外れたことの信号を送信する。この信号を受信した制御装置６０は、熱画像取得手段２０に熱画像の撮影終了を指示する。

［熱画像取得手段］
子牛が自動哺乳装置１０によってミルクを飲み始めると、より詳細には、ＲＦＩＤアンテナ５４からの信号に基づいて制御装置６０からの撮影指示を受けたときに、熱画像取得手段２０は、子牛の眼縁部を含む熱画像の取得を開始する。取得された熱画像は、制御装置６０に設けられた記憶手段６２に記憶される。熱画像は、子牛が確保手段１０に確保されている間、例えば約１回〜約５回／秒の頻度で取得することができる。

熱画像取得手段２０は、体温測定の対象となる子牛の熱画像を取得可能な検出手段２２を有する。検出手段２２としては、測定対象から放射されている赤外線放射エネルギーを検出して熱画像（温度分布画像）を撮影するサーモグラフィカメラ２２を用いることが好ましい。サーモグラフィカメラ２２は、特に限定されるものではなく、市販の赤外線サーモグラフィカメラ（例えば、株式会社ビジョンセンシングのＵＬＶＩＰＳシリーズ）を用いることができる。サーモグラフィカメラ２２は、子牛の眼縁部の温度をできるだけ高精度で測定できるものであることが好ましい。

一般に、サーモグラフィカメラ２２は、環境温度の影響を受けて測定精度が低下する傾向があり、特に高温及び低温の領域でその影響は大きくなる。そこで、本発明においては、環境温度による影響を排除するために、熱画像取得手段２０に温度維持手段２４を設ける。温度維持手段２４は、サーモグラフィカメラ２２を一定の温度環境に維持することによって環境温度の影響から保護できるものであればよく、一実施形態においては、内部にサーモグラフィカメラ２２を収納して環境温度の影響から隔離することができる恒温ボックス２４を用いることが好ましい。

恒温ボックス２４は、内部に配置された冷却及び加熱源としてのペルチェ素子と、内部空間を外部の温度環境から隔離するための高断熱パネルとを有し、内部の環境を一定の温度環境に維持することができるようにしたものであり、市販の恒温ボックス（例えば、センサーコントロールズ社製の卓上恒温ボックス）を、サーモグラフィカメラ２２を内部に保持できるように適宜改造して、用いることができる。恒温ボックス２４の内部の温度は、ペルチェ素子を制御するためのコントローラ２６によって制御することができる。恒温ボックス２４の内部には、特にサーモグラフィカメラ２２周辺の温度ムラの発生を防止することができるように、空調用ファンを設けることが好ましい。

［温度補正手段］
上述のように、サーモグラフィカメラ２２は、環境温度の影響によって測定精度が低下することがある。また、サーモグラフィカメラの２２の撮像センサには、レンズや筐体から放射される赤外線や、センサ自体の発熱による赤外線などが入射し、これらの外乱要因の影響によって測定精度が低下することがある。これらの要因の影響を排除するために、体温測定システム１は、取得された熱画像の温度データを補正するための温度補正手段を有する。温度補正手段は、サーモグラフィカメラ２０の視野内に配置された基準熱源面を有する基準熱源４２と、基準熱源面の設定温度と熱画像内における基準熱源面の位置に相当する位置の温度との差に基づいて熱画像の温度データを補正する補正処理手段３８とを有する。

基準熱源４２の基準熱源面は、基準熱源温度コントローラ４４によって一定の温度に維持されており、基準熱源４２及び基準熱源温度コントローラ４４からなる基準熱源装置４０として、例えば、オーム電機株式会社の電子冷却器（ボックスクール）を用いることができる。基準熱源４２は、ペルチェ素子に、黒体塗料が塗布されたアルミプレートが密着して設けられており、アルミプレートの表面は、常に設定された温度となるように、基準熱源温度コントローラ４４によって制御される。基準熱源面は、サーモグラフィカメラ２２と測定対象である子牛との間において、サーモグラフィカメラ２２の視野内の位置でサーモグラフィカメラ２２に向かうように配置される。基準熱源面は、子牛の熱画像の取得を妨げない位置、例えば視野内の縁部付近に位置するように配置されることが好ましい。基準熱源面は、サーモグラフィカメラ２２の視野内において、子牛の眼縁部の位置の後方に位置するように配置してもよい。この場合には、子牛がサーモグラフィ２２の視野内にいないときに基準熱源面の温度データを取得しておき、このデータを熱画像の補正に用いることもできる。基準熱源面の温度は、測定対象温度に近い温度に設定されることが好ましく深部体温３９℃の子牛の表面温度（深部体温３９℃から２〜３℃低い温度）と環境温度による表面温度の上下を考慮して設定される。例えば冬季を想定した場合には３５℃に設定することができ、例えば夏季を想定した場合には３９℃に設定することができる。

サーモグラフィカメラ２２によって取得された熱画像は、基準熱源面の温度を用いて補正される。補正は、基準熱源面の設定温度と熱画像内における基準熱源面の位置に相当する位置の画素の温度データとの差に基づいて熱画像の温度データを補正する補正処理手段３２によって行われる。

図２は、補正処理手段３２によって行われる処理２００を示す。まず、解析装置３０は、取得された熱画像を、制御装置６０の記憶手段６２から、例えば通信ネットワークや、フラッシュメモリなどの独立した記憶装置などを介して、取り込む。取得された熱画像が制御装置６０の記憶手段６２から解析装置３０の記憶手段３１に移動している場合には、解析装置３０は、記憶手段３１から熱画像を取り込んでもよい。取得された熱画像が複数枚の場合には、各々の熱画像について補正処理手段３２による処理を行うことが好ましい。

解析装置３０は、Ｓ２０２において、取り込んだ熱画像の指定された矩形領域を複製する。この矩形領域は、熱画像内における基準熱源面の位置に相当する領域であり、これは、この後のステップＳ２０４において熱画像に写っている基準熱源面のみを考慮する目的で不要な部分をカットするための処理である。

次いで、解析装置３０は、画素間のはらつきを考慮し、Ｓ２０４において、Ｓ２０２で複製した矩形領域における全画素の温度データの平均値を求め、その平均値を代表値とする。全画素の平均値ではなく、矩形領域の任意の複数画素の温度データの平均値や、任意の１つの画素の温度データをそのまま用いてもよい。

次に、解析装置３０は、Ｓ２０６において、基準熱源面の設定温度である３５℃と、Ｓ２０４で求められた平均値（代表値）との差を求め、求められた差を補正値として記憶する。この差には、環境温度の影響が含まれている。

最後に、解析装置３０は、Ｓ２０８において、最初に取り込まれた熱画像の全画素の温度データにＳ２０６で求められた補正値を加算又は減算して、それらのデータを熱画像の補正後の温度データとして記憶装置３１に記憶する。このようにして、環境温度が温度測定に与えた影響を補正することができる。

［測定位置特定手段］
基準熱源による温度補正が行われた熱画像において、測定位置特定手段３４によって眼縁部の位置が特定される。温度補正が行われた熱画像が複数枚の場合には、各々の熱画像について眼縁部の位置が特定される。上述のように、これまでの研究において、牛の眼縁部の表面温度は、他の部位より高く、かつ、深部体温と関係があることが分かっている。したがって、一実施形態においては、測定位置特定手段３４は、温度補正後の熱画像中における最高温度を有する画素の位置が、子牛の眼縁部の位置であると判定する。

ところで、熱画像取得時にサーモグラフィ２２の被写体である子牛などの対象動物が動いたときに、本来の最高温度が現れる眼縁部の位置が体毛に隠れたり、子牛が頭を傾けることによって眼縁部の位置がサーモグラフィ２２の焦点面から離れたりすることなどが原因で、実際には最高温度ではない位置が最高温度であると判定される場合がある。このような場合には、体温測定システムによって測定された温度と、測定時における子牛の実際の深部体温との間の乖離が大きくなり、例えば高熱を発している子牛の体温が実際より低く測定されることにより、疾病による体温変化を正確に捉えられず、結果として子牛の重大な病気を見逃すことになりかねない。そこで、別の実施形態においては、熱画像取得時に子牛が動いた場合でも正確に眼縁部の位置を特定できるようにするための眼縁部特定処理が行われる。図３は、測定位置特定手段３４によって行われる処理３００を示す。

この処理３００では、子牛の眼縁部が存在すると認識される領域を二通りの方法で取得し、それらの領域の関係に関する条件と、熱画像中の温度に関する条件との両方を満たした場合には、考慮されている領域に眼縁部があるものと特定される。
まず、解析装置３０の測定位置特定手段３４は、補正された熱画像を、解析装置３０の記憶手段３１から取り込む。測定位置特定手段３４は、Ｓ３０２において、取り込んだ熱画像の指定された矩形領域を複製する。この矩形領域は、眼縁部を含む領域であり、この処理は、熱画像内の眼縁部ではないものを排除して、眼縁部の認識率を上昇させること、解析装置３０によるこれ以降の処理を高速化させることなどを目的とする処理である。子牛が哺乳中の場合には、眼縁部は、必ず熱画像中のある特定の領域に存在すると考えられるため、こうした矩形領域の位置、大きさは、経験的に定めることができる。この矩形領域が、これ以降の処理において用いられる。

測定位置特定手段３４は、Ｓ３０４において、指定された矩形領域内の最高温度と最低温度とを探索し、それらの温度を有する画素の温度データを取得する。

次いで、測定位置特定手段は、Ｓ３０６において、最高温度に対応する温度を基準とし、対応する温度以上の温度を有する画素を１、対応する温度より低い温度を有する画素を０として、熱画像の二値化を行う。最高温度に対応する温度は、最高温度そのものであってもよいが、最高温度から所定の値を引いた温度とすることがより好ましい。最高温度から所定の値を引いた温度以上の温度を有する画素を１として二値化を行うのは、熱画像において眼縁部の位置を特定しやすくするためである。最高温度を有する画素を１とし、それ以外を０として二値化を行うことも可能であるが、そうすると、その最高温度が真の最高温度ではなかった場合には、真の最高温度を有する画素が領域から外れてしまうおそれがある。したがって、最高温度が存在すると考えられる領域を広めに設定しておくことを目的として、最高温度から１℃を引いた値を基準に二値化を行うことが好ましい。所定の値は、限定されるものではないが、より確実に眼縁部が含まれるように矩形領域を指定するとともに、より確実な眼縁部の特定を可能にする観点から、経験的に１℃程度とすることが好ましい。

次いで、測定位置特定手段３４は、Ｓ３０８、Ｓ３１０において、二値化された画像の１をもつ画素がすべて含まれる領域を抽出し、それを第１の領域とする。そのために、Ｓ３０８では、二値化された画像の横方向をｘ方向、縦方向をｙ方向とし、１の値を有する画素の最大の座標（ｘ１，ｙ１）と、最小の座標（ｘ２，ｙ２）とを求める。Ｓ３１０において、これらの座標によって定められる矩形領域を第１の領域として定め、第１の領域は記憶手段３１に記憶される。第１の領域は、複数の場合もある。

本発明のこの実施形態においては、眼縁部を含む領域をより確実に識別することができるように、機械学習を用いて予め学習された画像処理手段３６を含むことが好ましい。画像処理手段３６によって特定された眼縁部を含む画像部分は第２の領域として定められ、後述されるように、この第２の領域と、Ｓ３１０で定められた第１の領域との間の関係を用いて、眼縁部の位置をより確実に特定することができる。画像処理手段３６は、与えられた熱画像において子牛の眼縁部を含む領域を含まない領域から識別することができるように、機械学習によって予め学習させることができるものであればよい。本実施形態においては、画像処理手段３６は、多数の眼縁部を含む熱画像と眼縁部を含まない熱画像とに基づいて予め学習されたカスケード型オブジェクト識別器を用いることができる。

カスケード型オブジェクト識別器は、複数のオブジェクト識別器を直列に用いて、それぞれの識別器ごとに、識別すべきオブジェクト（ここでは、子牛の眼縁部）を含む画像（熱画像）からオブジェクトが含まれない部分を段階的に除去していくことにより、最終的に識別すべきオブジェクトを含む領域を定めることができるように設計されたコンピュータ・アルゴリズムである。複数のオブジェクト識別器の各々は、画像中の識別すべきオブジェクトを、例えばエッジ検出技術などを用いて識別することができるとともに、識別すべきオブジェクトが含まれる画像と含まれない画像とを用いて、オブジェクトをより精度よく識別できるように予め訓練されている。本実施形態においては、カスケード型オブジェクト識別器として、インテル（商標）が開発したオープンソースのコンピュータビジョン向けライブラリであるＯｐｅｎＣＶ（Ｏｐｅｎ Ｓｏｕｒｃｅ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｖｉｓｉｏｎ Ｌｉｂｒａｒｙ）（非特許文献２を参照）の機能を用いているが、これに限定されるものではない。

本実施形態では、このカスケード型オブジェクト識別器を用いることができるように、Ｓ３０４で探索された最高温度及び最低温度を用いて、Ｓ３１２において、以下の計算式によって、補正された熱画像をグレースケール画像に変換する。
画素の温度＝
（補正された熱画像の画素の温度−最低温度）÷（最高温度−最低温度）×２５５

Ｓ３１４において、グレースケール化された熱画像をカスケード型オブジェクト識別器に与えて、グレースケール化された熱画像において眼縁部を含むと識別された領域が得られる。この領域は、複数の場合もある。Ｓ３１６において、得られた領域を第２の領域として定め、第２の領域は記憶手段３１に記憶される。

次に、Ｓ３１８において、測定位置特定手段３４は、Ｓ３１０で定められた第１の領域と、Ｓ３１６で定められた第２の領域とを比較し、第２の領域の中に第１の領域が含まれるかどうかついての第１の条件が満たされているかどうかを判定する。第１の条件に加えて、解析装置３０は、第１の領域内の最高温度が所定の温度以上であるかどうかについての第２の条件が満たされているかどうかを判定する。所定の温度は、子牛の頭部が動いた場合でも確実に眼縁部を特定することができるように、データ取得の安全性を考慮して３０℃であることが好ましい。これらの条件を判定することにより、例えば熱画像が眼縁部以外の部分を捉えたものであるにもかかわらず、その中の最高温度（明らかに子牛の体温より低くても当該画像中においては最高温度である）を含む部分が第１の領域として定められた場合や、眼縁部と離れた場所で眼縁部の温度と同じ温度が捉えられていたために、最高温度を含む第１の領域として眼縁部を含む複数の領域が定められた場合などでも、より確実に眼縁部の特定が可能となる。

第１の条件及び第２の条件がいずれも満たされた場合には、測定位置特定手段３４は、Ｓ３２０において、第１の領域に眼縁部が存在するものと判定し、第１の領域における最高温度を有する画素の位置が、子牛の眼縁部の位置であると特定する。

［体温算出手段］
測定位置特定手段３４によって、補正された熱画像の第１の領域における最高温度を有する画素の位置が、子牛の眼縁部の位置であると特定された場合には、体温算出手段３８は、その画素の温度データを記憶手段３１から取り込み、取り込んだ温度データを子牛の体温として出力する。体温算出手段３８は、温度データを、例えば解析装置３０に表示装置が接続されている場合にはその表示装置に出力することができ、印刷装置が接続されている場合には印刷装置に出力することができる。

体温算出手段３８は、最高温度を子牛の体温として出力するだけでなく、最高温度とそれより所定の温度だけ低い温度との間の温度を有する画素の温度データを記憶手段３１から取り込み、それらの温度データの平均値を算出し、その平均値を子牛の体温として出力するようにしてもよい。あるいは、眼縁部が特定された熱画像が複数枚ある場合には、体温算出手段３８は、複数枚の熱画像の各々における最高温度データの中の最大値を抽出し、その温度を子牛の体温として出力するようにしてもよい。

１ 体温測定システム
１０ 確保手段（自動哺乳装置）
１２ 枠
１４ 哺乳ロボット
２０ 熱画像取得手段
２２ 検出手段（サーモグラフィカメラ）
２４ 温度維持手段（恒温ボックス）
２６ コントローラ
３０ 解析装置
３１ 記憶手段
３２ 補正処理手段
３４ 測定位置特定手段
３６ 画像処理手段
３８ 体温算出手段
４０ 基準熱源装置
４２ 基準熱源
４４ 基準熱源温度コントローラ
４６ 外気温度計
５０ 個体識別手段（ＲＦＩＤ装置）
５２ ＲＦＩＤタグ
５４ ＲＦＩＤアンテナ
５６ ＲＦＩＤ受信機
６０ 制御装置
６２ 記憶手段

Claims (9)

1. 対象動物の体温を非接触で測定するための体温測定システムであって、
   対象動物を所定の位置に確保する確保手段と、
   前記確保手段によって確保された対象動物の体温を反映する体表上の測定位置を含む熱画像を取得する検出手段と、該検出手段を環境温度の影響から隔離して該検出手段の温度を維持するための温度維持手段とを有する、熱画像取得手段と、
   取得された前記熱画像の温度データを、基準熱源を用いて補正するための温度補正手段と、
   補正された前記熱画像において前記測定位置を特定する測定位置特定手段と、
   特定された前記測定位置における温度に基づいて対象動物の体温を算出する体温算出手段と、
   を備え、
   前記測定位置特定手段は、
   前記測定位置を含む領域を識別するように機械学習を用いて予め学習された画像処理手段を含み、
   補正された前記熱画像から、該熱画像における最高温度に対応する温度を基準として二値化した二値化画像を作成して、その二値化画像において少なくとも最高温度に対応する前記温度がすべて含まれる領域を第１の領域とし、
   補正された前記熱画像において前記画像処理手段によって前記測定位置を含む領域として識別された領域を第２の領域とし、
   前記第１の領域が前記第２の領域に含まれる第１の条件と、前記第１の領域内の最高温度が所定の温度以上である第２の条件との両方を満たす場合には、その最高温度を有する画素の位置が前記測定位置であると特定する、
   体温測定システム。
2. 前記測定位置は眼縁部である、請求項１に記載の体温測定システム。
3. 前記確保手段は、前記測定位置を含む対象動物の部位を、一定時間、前記熱画像取得手段との間に所定の距離を設けて確保可能なものである、請求項１に記載の体温測定システム。
4. 前記確保手段は、対象動物に自動的に哺乳するための自動哺乳装置である、請求項１に記載の体温測定システム。
5. 前記温度維持手段は、一定の温度に維持された内部に前記検出手段を保持する恒温ボックスである、請求項１に記載の体温測定システム。
6. 前記温度補正手段は、前記熱画像取得手段の視野内に配置された基準熱源面と、前記基準熱源面の設定温度と前記熱画像内における前記基準熱源面の位置に相当する位置の温度との差に基づいて前記熱画像の温度を補正する補正処理手段とを有する、請求項１に記載の体温測定システム。
7. 前記画像処理手段は、測定位置を含む熱画像と測定位置を含まない熱画像とに基づいて予め学習されたカスケード型オブジェクト識別器を含み、対象動物について前記熱画像取得手段によって取得された前記熱画像における前記測定位置を学習結果に基づいて識別するように構成された、請求項１に記載の体温測定システム。
8. 対象動物が前記確保手段に入ったことを検出するとともに対象動物を識別するための個体認識手段をさらに備える、請求項１に記載の体温測定システム。
9. 対象動物は子牛である、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の体温測定システム。
   
   

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