KR102584357B1 - Apparatus for identifying a livestock using a pattern, and system for classifying livestock behavior pattern based on images using the apparatus and method thereof - Google Patents

Apparatus for identifying a livestock using a pattern, and system for classifying livestock behavior pattern based on images using the apparatus and method thereof Download PDF

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KR102584357B1
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고미애
김명호
서성원
김정식
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주식회사 리얼팜
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Abstract

본 발명은 영상을 기반으로 한 가축 행동 패턴 분류 시스템에 관한 것이다. 상기 가축 행동 패턴 분류 시스템은, 농장 내 관리하는 축산 동물들의 개체별 반문 이미지 데이터 셋이 저장된 데이터베이스 서버; 영상들로부터 개체 이미지를 추출하고, 상기 추출된 개체 이미지로부터 개체의 자세를 추정하고, 상기 추정된 자세를 기반으로 하여 개체 이미지의 반문 영역 위치 정보를 추출하고, 반문 영역의 반문 이미지와 개체별 반문 이미지 데이터 셋을 비교하여 개체를 식별하여 개체에 대한 고유 식별 정보를 제공하는 개체 식별 장치; 및 상기 영상들을 이용하여 식별된 개체들에 대한 움직임 데이터를 추출하고, 움직임 데이터를 이용하여 개체별 행동 패턴을 분류하는 행동 패턴 분류 장치;를 구비하여, 영상을 이용하여 농장 내 축산 동물들의 각 개체에 대한 행동 패턴을 분류하여 제공한다. The present invention relates to a livestock behavior pattern classification system based on images. The livestock behavior pattern classification system includes a database server storing individual cross-question image data sets of livestock animals managed within a farm; Extract object images from images, estimate the posture of the object from the extracted object image, extract location information of the semi-print area of the object image based on the estimated posture, and extract the semi-print image of the semi-print area and the semi-print for each object. An object identification device that compares image data sets to identify objects and provides unique identification information for the objects; and a behavior pattern classification device that extracts movement data for the identified entities using the images and classifies the behavior patterns for each entity using the movement data, wherein each individual of the livestock animals in the farm is provided using the images. Provides classification of behavior patterns.

Description

반문 이미지를 기반으로 한 축산 동물의 개체 식별 장치 및 영상을 기반으로 한 가축 행동 패턴 분류 시스템 및 가축 행동 패턴 분류 방법{Apparatus for identifying a livestock using a pattern, and system for classifying livestock behavior pattern based on images using the apparatus and method thereof}Apparatus for identifying a livestock using a pattern, and system for classifying livestock behavior pattern based on images the apparatus and method thereof}

본 발명은 영상을 기반으로 한 가축 행동 패턴 분류 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 젖소 등과 같이 각 개체가 고유한 반문 이미지를 갖는 축산 동물들에 대하여 각 개체의 반문 이미지를 이용하여 개체를 식별하고, 영상을 기반으로 하여, 식별된 각 개체들의 움직임 데이터를 추출하여 각 개체에 대한 행동 패턴을 분류하여 제공할 수 있도록 하는 영상을 기반으로 한 가축 행동 패턴 분류 시스템 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a system and method for classifying livestock behavior patterns based on images. More specifically, for livestock animals, such as dairy cows, where each individual has a unique cross-face image, the individual is identified using the half-face image of each individual. It relates to an image-based livestock behavior pattern classification system and method that identifies and extracts movement data of each identified entity based on the image, classifies and provides a behavior pattern for each entity.

최근, 농가 경쟁력과 생산력을 향상시키기 위한 스마트 축사에 대한 관심은 정밀축산으로 기술을 발전시켜 기후변화와 환경오염 등을 순환구조를 고려한 생산 최적화에 대한 관심으로 확대되고 있다. 스마트 축사는 축사에 ICT 기술을 접목시켜 컴퓨터나 모바일을 통해 원격 또는 자동으로 축사내 가축들의 생육 환경을 적정하게 유지하고 관리할 수 있도록 함으로써, 농장의 생산력을 최대화시키는 것을 목적으로 한다. ICT 기술과 융복합된 스마트 축사는 축사 환경을 모니터링하고 원격으로 실시간 자동 제어할 수 있는 축사 모니터링 장비들과 및 제어 장비들, 축산 동물들의 번식, 질병, 사양, 경영 관련 정보들을 관리할 수 있는 농장 경영 관리 프로그램이 설치된 서버 등을 구비한다. Recently, interest in smart livestock farming to improve farm competitiveness and productivity is expanding to interest in optimizing production by developing technology through precision livestock farming and taking climate change and environmental pollution into account in a circular structure. The purpose of smart livestock farming is to maximize the productivity of the farm by incorporating ICT technology into livestock housing to properly maintain and manage the growing environment of livestock in the livestock barn remotely or automatically through a computer or mobile device. A smart livestock farm that is integrated with ICT technology is a farm that can monitor the livestock environment and remotely and automatically control real-time livestock farming monitoring equipment and control equipment, as well as information related to the breeding, disease, feeding, and management of livestock animals. A server with a business management program installed is provided.

한편, 스마트 축사 시스템은, 양돈 농장, 양계 농장, 낙농 농장 등에 적용될 수 있으며, 음수기, 급이기, 착유기 등과 같은 축사 시설물들에 대하여 ICT 융복합 기술을 적용하여 상태를 모니터링하고 그 동작을 자동으로 제어할 수 있도록 한다. Meanwhile, the smart livestock farming system can be applied to pig farms, poultry farms, dairy farms, etc., and applies ICT convergence technology to livestock facilities such as drinking machines, feeders, milking machines, etc. to monitor the status and automatically monitor their operations. Make it controllable.

이와 같이, 축사의 생산성을 향상시키기 위하여, 스마트 축사 시스템을 설치하고 축사 내 축산 동물들의 각 개체별 행동을 모니터링하고 분석하여, 축사 내 축산 동물들의 각 개체별 상태를 실시간으로 지속적으로 관리하는 것이 필요하다. 이러한 필요에 따라 다양한 형태의 축사 내 가축 행동 모니터링 및 분석 방안들이 제안되고 있다. In this way, in order to improve the productivity of livestock farms, it is necessary to install a smart livestock housing system, monitor and analyze the behavior of each individual animal in the livestock barn, and continuously manage the status of each individual animal in the livestock barn in real time. do. According to this need, various types of methods for monitoring and analyzing livestock behavior in livestock farms are being proposed.

한국등록특허 제 10-2396999호는, 사전 학습된 딥러닝 모델을 이용하여, 동영상에서 가축의 행동을 자동으로 인식 및 검출하고, 이를 통해 단기 행동 분석 및 장기 행동 분석을 수행하여 가축 행동을 자동으로 실시간 모니터링할 수 있도록 하는 “딥러닝을 이용한 가축 행동 자동 인식 및 모니터링 시스템”에 대한 기술을 제안한 바 있다. Korean Patent No. 10-2396999 uses a pre-trained deep learning model to automatically recognize and detect livestock behavior in videos, and through this, perform short-term behavior analysis and long-term behavior analysis to automatically determine livestock behavior. We have proposed a technology for an “automatic livestock behavior recognition and monitoring system using deep learning” that enables real-time monitoring.

이러한 다양한 스마트 축사 관리 시스템 또는 축사 내 가축 행동 모니터링 시스템들이 축산 동물들의 각 개체들을 실시간으로 모니터링할 수 있도록 하기 위하여, 각 개체에 대한 식별이 반드시 선행되어야 한다. In order for these various smart livestock management systems or livestock behavior monitoring systems in the livestock barn to monitor each individual of livestock animals in real time, identification of each individual must be preceded.

종래의 기술에 따른 축사 내 축산 동물들에 대한 개체 식별 방법으로는, 축산 동물들의 각 개체에 태그를 장착하는 방법 및 영상을 이용하는 방법 등이 제안되고 있다. 먼저, 태그 장착 방법은, 모든 개체들에 대해 무선 태그를 장착시킨 후, 농장 내 필요한 장소들에 태그 인식기를 설치하고, 태그 인식기가 인식 가능 범위내에 근접한 개체들을 인식할 수 있게 된다. 하지만, 이 방법은 태그 인식기가 설치되지 아니한 장소에서는 개체를 식별할 수 없는 문제점이 있다. 한편, 영상을 이용하여 개체를 식별하는 방법은, 기계 학습 기반의 개체 식별 모델을 사용하더라도, 축산 동물들의 각 개체들의 정면에 대한 영상들을 정확하게 획득하기 어려울 뿐만 아니라, 축산 동물들의 몸통에 대한 형상들이 대체로 유사하여 이들에 대한 특징들을 구별하기 어려운 문제점이 내재되어 있다. As a method of individual identification of livestock animals in a livestock barn according to the prior art, a method of attaching a tag to each individual of livestock animals and a method of using images have been proposed. First, the tag mounting method is to equip all objects with wireless tags, then install tag recognizers in necessary locations within the farm, and the tag recognizer can recognize objects close to the recognition range. However, this method has a problem in that it cannot identify an object in a place where a tag recognizer is not installed. Meanwhile, in the method of identifying objects using images, even if a machine learning-based object identification model is used, not only is it difficult to accurately obtain images of the front of each individual livestock animal, but also the shapes of the body of the livestock animals are Since they are generally similar, there is an inherent problem that it is difficult to distinguish their characteristics.

이와 같이, 농장 내 모든 공간에 대한 영상들이 확보되더라도, 각 영상들에 포함된 개체들을 제대로 식별하지 못하게 된다면, 각 개체에 대한 행동이나 상태 들을 정확하게 모니터링하기 어려워지게 될 뿐만 아니라 행동 분석도 어려워지게 된다. In this way, even if images of all spaces in the farm are secured, if the objects included in each image cannot be properly identified, not only will it become difficult to accurately monitor the behavior or status of each individual, but also behavior analysis will become difficult. .

한편, 축산 동물들 중 하나인 젖소의 대표적인 품종은 홀스타인(Holstein) 종이며, 한국 내 축산 농장에 널리 사육되고 있다. 이러한 홀스타인 종은 모색은 다양하나 주로 흑백반(黑白班)이며, 흑색이 몸 위쪽에 많이 분포되어 있다. 하지만, 홀스타인 종의 젖소들은 각 개체별로 고유한 반문 이미지를 갖고 있다. Meanwhile, the representative breed of dairy cattle, one of the livestock animals, is the Holstein breed, and it is widely raised on livestock farms in Korea. The color of this Holstein breed varies, but is mainly black and white, with black distributed over the upper part of the body. However, each Holstein cow has its own unique half-face image.

따라서, 본 발명은 축산 동물이 갖는 반문 이미지를 이용하여 정확하게 개체 식별을 하고, 이러한 개체 식별을 통해 각 개체의 행동 패턴을 분류할 수 있는 방법을 제안하고자 한다. Therefore, the present invention seeks to propose a method for accurately identifying individuals using the half-face images of livestock animals and classifying the behavior patterns of each individual through such individual identification.

한국등록특허공보 제 10-1866226 호Korean Patent Publication No. 10-1866226 한국공개특허공보 제 10-2021-0115204 호Korean Patent Publication No. 10-2021-0115204 한국등록특허공보 제 10-2396999 호Korean Patent Publication No. 10-2396999

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 축산 동물들의 각 개체가 갖는 고유한 반문 이미지를 이용하여, 축산 동물들의 움직임 영상에서 각 개체를 식별할 수 있도록 구성된 반문 이미지 기반 개체 식별 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. The purpose of the present invention to solve the above-mentioned problems is to provide a half-face image-based object identification device configured to identify each individual in the movement image of livestock animals using the unique half-face image of each individual of the livestock animals. Do it as

또한, 본 발명은 전술한 반문 이미지를 기반으로 한 개체 식별 장치를 이용하여, 축산 동물들의 움직임 영상들로부터 각 개체들을 식별하고, 식별된 각 개체들의 움직임 데이터들을 추출하고, 추출된 움직임 데이터들에 대한 시공간적 연관성을 이용하여 각 개체들의 행동 패턴을 분류하여 제공할 수 있도록 구성된 영상 기반 가축 행동 패턴 분류 시스템 및 그 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다. In addition, the present invention uses the object identification device based on the above-mentioned half-moon image to identify each object from movement images of livestock animals, extracts motion data of each identified object, and stores the extracted motion data. Another purpose is to provide an image-based livestock behavior pattern classification system and method that can classify and provide behavior patterns of each individual using spatiotemporal correlations.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제1 태양에 따른 농장 내 축산 동물들에 대한 영상을 기반으로 한 가축 행동 패턴 분류 시스템은, 하나 또는 둘 이상의 촬상 장치들을 구비하고, 상기 촬상 장치들에 의해 획득된 축산 동물들에 대한 영상들을 제공하는 영상 획득 장치; 농장 내 관리하는 축산 동물들의 개체별 반문 이미지 데이터 셋 및 상기 영상 획득 장치로부터 제공된 영상들이 저장 및 관리되는 데이터베이스 서버; 상기 영상 획득 장치로부터 제공된 영상들로부터 개체 이미지를 추출하고, 축산 동물들의 각 개체들이 갖는 고유한 반문 이미지를 이용하여 상기 개체 이미지에 포함된 개체를 식별하는 개체 식별 장치; 상기 영상들을 이용하여 상기 개체 식별 장치에 의해 식별된 개체들에 대한 움직임 데이터를 추출하고, 상기 움직임 데이터를 이용하여 개체별 행동 패턴을 분류하는 행동 패턴 분류 장치; 를 구비하여, 영상을 이용하여 농장 내 축산 동물들의 각 개체에 대한 행동 패턴을 분류하여 제공한다. The livestock behavior pattern classification system based on images of livestock animals in a farm according to the first aspect of the present invention for achieving the above-described technical problem includes one or two or more imaging devices, and the imaging devices include: An image acquisition device that provides images of livestock animals acquired by; a database server that stores and manages individual cross-sectional image data sets of livestock animals managed within the farm and images provided from the image acquisition device; an object identification device that extracts an object image from the images provided from the image acquisition device and identifies the object included in the object image using a unique cross-print image of each individual of the livestock animals; a behavior pattern classification device that extracts motion data for the objects identified by the object identification device using the images and classifies behavior patterns for each object using the motion data; Equipped with a video, it classifies and provides behavioral patterns for each individual livestock animal on the farm.

전술한 제1 태양에 따른 영상을 기반으로 한 가축 행동 패턴 분류 시스템에 있어서, 상기 개체 식별 장치는, 상기 영상 획득 장치로부터 영상을 입력받는 영상 입력 모듈; 영상 처리를 통해 상기 입력된 영상으로부터 축산 동물에 대한 개체 이미지를 추출하는 개체 추출 모듈; 상기 추출된 개체 이미지로부터 개체의 자세를 추정하는 자세 추정 모듈; 개체에 대한 상기 추정된 자세를 기반으로 하여 상기 개체 이미지의 반문 영역 위치 정보를 추출하는 반문 영역 추출 모듈; 및 상기 추출된 반문 영역 위치 정보에 따른 반문 이미지와 상기 데이터베이스 서버에 저장된 개체별 반문 이미지 데이터 셋을 비교하여 상기 개체 이미지의 개체를 식별하고, 상기 식별된 개체에 대한 고유 식별 정보를 제공하는 개체 인식 모듈;을 구비하여, 각 영상에 포함된 개체를 식별하고 해당 개체에 대한 고유 식별 정보를 제공하는 것이 바람직하다. In the livestock behavior pattern classification system based on images according to the above-described first aspect, the entity identification device includes: an image input module that receives images from the image acquisition device; an entity extraction module that extracts an entity image of a livestock animal from the input image through image processing; a pose estimation module that estimates the pose of an object from the extracted object image; a half-moon area extraction module that extracts half-moon area location information of the object image based on the estimated posture of the object; And an object recognition device that compares a half-print image according to the extracted half-mark area location information with a half-mark image data set for each object stored in the database server to identify the object in the object image, and provides unique identification information for the identified object. It is desirable to provide a module to identify objects included in each image and provide unique identification information for the objects.

전술한 제1 태양에 따른 영상을 기반으로 한 가축 행동 패턴 분류 시스템에 있어서, 상기 자세 추정 모듈은, 상기 개체 이미지로부터 개체의 스켈레톤 정보를 추출하고, 기계 학습 기반의 자세 추정 모델을 이용하여 상기 스켈레톤 정보에 대응되는 개체의 자세를 추정하는 것을 특징으로 하며, 상기 자세 추정 모델은 축산 동물의 자세별 스켈레톤 정보들로 이루어진 학습 데이터를 이용하여 학습되어 모델링된 기계 학습 모델인 것이 바람직하다. In the livestock behavior pattern classification system based on the image according to the above-described first aspect, the posture estimation module extracts skeleton information of the object from the object image, and uses a machine learning-based posture estimation model to identify the skeleton. It is characterized by estimating the posture of an object corresponding to the information, and the posture estimation model is preferably a machine learning model learned and modeled using learning data consisting of skeleton information for each posture of livestock animals.

전술한 제1 태양에 따른 영상을 기반으로 한 가축 행동 패턴 분류 시스템에 있어서, 상기 반문 영역 추출 모듈은, 기계 학습 기반의 반문 영역 추출 모델을 이용하여, 개체 이미지로부터 추출된 스켈레톤 정보와 자세 추정 모듈에 의해 추정된 자세 정보에 대응되는 상기 개체 이미지의 반문 영역 위치 정보를 추출하는 것을 특징으로 하며, 상기 반문 영역 추출 모델은 축산 동물의 스켈레톤 정보와 자세 정보에 따른 반문 영역 위치 정보들로 이루어진 학습 데이터를 이용하여 학습되어 모델링된 기계 학습 모델인 것이 바람직하다. In the livestock behavior pattern classification system based on the image according to the above-described first aspect, the half-moon area extraction module includes skeleton information and posture estimation module extracted from the object image using a machine learning-based half-moon area extraction model. Characterized by extracting the half-face area location information of the object image corresponding to the posture information estimated by It is preferable that it is a machine learning model that has been learned and modeled using .

전술한 제1 태양에 따른 영상을 기반으로 한 가축 행동 패턴 분류 시스템에 있어서, 상기 데이터베이스 서버에 저장된 상기 반문 이미지 데이터 셋은, 농장 내 사전 등록된 축산 동물들의 각 개체에 대한 반문 이미지 데이터 셋이며, 축산 동물 개체들의 고유 식별 정보에 대응되는 복수 개의 반문 영역들에 대한 반문 이미지 데이터들을 포함하며, 상기 반문 영역은 적어도 축산 동물 개체에 대한 좌측면, 우측면, 상부면, 배면 반문 영역을 포함하는 것이 바람직하다. In the livestock behavior pattern classification system based on the image according to the first aspect described above, the half-face image data set stored in the database server is a half-face image data set for each individual of the pre-registered livestock animals in the farm, It includes half-print image data for a plurality of half-mark areas corresponding to unique identification information of livestock animal individuals, and the half-mark area preferably includes at least a left side, right side, upper side, and back half-mark area for the livestock animal individual. do.

전술한 제1 태양에 따른 영상을 기반으로 한 가축 행동 패턴 분류 시스템에 있어서, 상기 행동 패턴 분류 장치는, 개체 식별이 완료된 영상들의 현재 프레임과 이전 프레임을 분석하여 개체별 움직임 데이터를 추출하는 움직임 데이터 추출 모듈; 상기 개체별 움직임 데이터를 이용하여 사전 설정된 기준에 따라 개체별 움직임 추정값을 측정하는 움직임 추정 모듈; 상기 개체별 움직임 추정값이 사전 설정된 움직임 임계값을 초과하면 동적 움직임으로 판단하고, 그렇지 않은 경우 정적 움직임으로 판단하는 행동 분류 모듈;을 구비하여, 개체별 행동 패턴을 분류하는 것이 바람직하다. In the livestock behavior pattern classification system based on images according to the above-described first aspect, the behavior pattern classification device extracts movement data for each object by analyzing the current frame and previous frame of images for which individual identification has been completed. extraction module; a motion estimation module that measures a motion estimate value for each object according to a preset standard using the motion data for each object; It is desirable to include a behavior classification module that determines the movement as a dynamic movement if the motion estimate value for each object exceeds a preset motion threshold, and determines it as a static movement if not, to classify the behavior pattern for each object.

전술한 제1 태양에 따른 영상을 기반으로 한 가축 행동 패턴 분류 시스템에 있어서, 상기 개체별 움직임 데이터는, 스켈레톤 정보를 기반으로 한 개체의 자세 정보, 영상 내 개체의 위치 정보 및 연속되는 영상 프레임의 시간 정보를 포함하는 것이 바람직하다. In the livestock behavior pattern classification system based on the image according to the above-described first aspect, the movement data for each entity includes posture information of the entity based on skeleton information, location information of the entity in the image, and consecutive image frames. It is desirable to include time information.

본 발명의 제2 태양에 따른 반문 이미지를 기반으로 한 축산 동물에 대한 개체 식별 장치는, 적어도 하나 또는 둘 이상의 촬상 장치들에 의해 획득된 영상을 입력받는 영상 입력 모듈; 농장 내 관리하는 축산 동물들의 개체별 반문 이미지 데이터 셋이 저장 및 관리되는 데이터베이스; 영상 처리를 통해 상기 입력된 영상으로부터 축산 동물에 대한 개체 이미지를 추출하는 개체 추출 모듈; 상기 추출된 개체 이미지로부터 개체의 자세를 추정하는 자세 추정 모듈; 개체에 대한 상기 추정된 자세를 기반으로 하여 상기 개체 이미지의 반문 영역 위치 정보를 추출하는 반문 영역 추출 모듈; 및 상기 추출된 반문 영역 위치 정보에 따른 반문 이미지와 데이터베이스에 저장된 개체별 반문 이미지 데이터 셋을 비교하여 상기 개체 이미지의 개체를 식별하고, 상기 식별된 개체에 대한 고유 식별 정보를 제공하는 개체 인식 모듈;을 구비하여, 축산 동물들의 각 개체들이 갖는 고유한 반문 이미지를 이용하여, 영상에 포함된 개체를 식별하고 해당 개체에 대한 고유 식별 정보를 제공한다.An individual identification device for livestock animals based on a half-faced image according to a second aspect of the present invention includes an image input module that receives images acquired by at least one or two imaging devices; A database in which individual cross-sectional image data sets of livestock animals managed within the farm are stored and managed; an entity extraction module that extracts an entity image of a livestock animal from the input image through image processing; a pose estimation module that estimates the pose of an object from the extracted object image; a half-moon area extraction module that extracts half-moon area location information of the object image based on the estimated posture of the object; and an object recognition module that compares the extracted half-mark image according to the location information of the half-mark area with a half-mark image data set for each object stored in a database, identifies the object in the object image, and provides unique identification information for the identified object. Provided with a , the unique half-print image of each individual of livestock animals is used to identify the individual included in the image and provide unique identification information for the individual.

전술한 제2 태양에 따른 반문 이미지를 기반으로 한 축산 동물에 대한 개체 식별 장치에 있어서, 상기 자세 추정 모듈은, 상기 개체 이미지로부터 개체의 스켈레톤 정보를 추출하고, 기계 학습 기반의 자세 추정 모델을 이용하여 상기 스켈레톤 정보에 대응되는 개체의 자세를 추정하는 것을 특징으로 하며, 상기 자세 추정 모델은 축산 동물의 자세별 스켈레톤 정보들로 이루어진 학습 데이터를 이용하여 학습되어 모델링된 기계 학습 모델인 것이 바람직하다. In the object identification device for livestock animals based on the half-face image according to the above-described second aspect, the pose estimation module extracts skeleton information of the object from the object image and uses a machine learning-based pose estimation model. It is characterized in that the posture of the object corresponding to the skeleton information is estimated, and the posture estimation model is preferably a machine learning model learned and modeled using learning data consisting of skeleton information for each posture of livestock animals.

전술한 제2 태양에 따른 반문 이미지를 기반으로 한 축산 동물에 대한 개체 식별 장치에 있어서, 상기 반문 영역 추출 모듈은, 기계 학습 기반의 반문 영역 추출 모델을 이용하여, 개체 이미지로부터 추출된 스켈레톤 정보와 자세 추정 모듈에 의해 추정된 자세 정보에 대응되는 상기 개체 이미지의 반문 영역 위치 정보를 추출하는 것을 특징으로 하며, 상기 반문 영역 추출 모델은 축산 동물의 스켈레톤 정보와 자세 정보에 따른 반문 영역 위치 정보들로 이루어진 학습 데이터를 이용하여 학습되어 모델링된 기계 학습 모델인 것이 바람직하다. In the object identification device for livestock animals based on the semi-print image according to the above-described second aspect, the semi-print area extraction module includes skeleton information extracted from the object image using a machine learning-based semi-print area extraction model, It is characterized in that it extracts the position information of the half-face area of the object image corresponding to the posture information estimated by the posture estimation module, and the half-face area extraction model includes the half-face area location information according to the skeleton information and posture information of the livestock animal. It is preferable that it is a machine learning model that has been learned and modeled using the training data.

전술한 제2 태양에 따른 반문 이미지를 기반으로 한 축산 동물에 대한 개체 식별 장치에 있어서, 상기 데이터베이스에 저장된 상기 반문 이미지 데이터 셋은, 농장 내 사전 등록된 축산 동물들의 각 개체에 대한 반문 이미지 데이터 셋이며, 축산 동물 개체들의 고유 식별 정보에 대응되는 복수 개의 반문 영역들에 대한 반문 이미지 데이터들을 포함하며, 상기 반문 영역은 적어도 축산 동물 개체에 대한 좌측면, 우측면, 상부면 및 배면의 반문 영역들을 포함하는 것이 바람직하다. In the object identification device for livestock animals based on the half-face image according to the above-described second aspect, the half-face image data set stored in the database is a half-face image data set for each individual of livestock animals pre-registered in the farm. and includes half-mark image data for a plurality of half-mark areas corresponding to unique identification information of livestock animal entities, wherein the half-mark area includes at least half-mark areas on the left side, right side, upper side, and back of the livestock animal entities. It is desirable to do so.

본 발명의 제3 태양에 따른 영상을 기반으로 한 가축 행동 패턴 분류 방법은, 컴퓨팅 시스템을 이용하여, 농장 내 축산 동물들에 대한 영상을 기반으로 한 가축 행동 패턴 분류 방법으로서, (a) 농장 내 관리하는 축산 동물들의 개체별 반문 이미지 데이터 셋을 사전에 데이터베이스에 저장하는 단계; (b) 하나 또는 둘 이상의 촬상 장치들로부터 축산 동물들에 대한 영상들을 제공하는 단계; (c) 상기 제공된 영상들로부터 개체 이미지를 추출하고, 축산 동물들의 각 개체들이 갖는 고유한 반문 이미지를 이용하여 상기 개체 이미지에 포함된 개체를 식별하는 단계; 및 (d) 상기 영상들을 이용하여 상기 식별된 개체들에 대한 움직임 데이터를 추출하고, 상기 움직임 데이터를 이용하여 개체별 행동 패턴을 분류하는 단계; 를 구비하여, 영상을 이용하여 농장 내 축산 동물들의 각 개체에 대한 행동 패턴을 분류하여 제공한다. The livestock behavior pattern classification method based on images according to the third aspect of the present invention is a method of classifying livestock behavior patterns based on images of livestock animals within a farm using a computing system, comprising: (a) within the farm; Saving in advance a data set of images of individual images of managed livestock animals in a database; (b) providing images of livestock animals from one or more imaging devices; (c) extracting an object image from the provided images and identifying the object included in the object image using the unique half-face image of each individual of livestock animals; and (d) extracting movement data for the identified entities using the images and classifying behavior patterns for each entity using the movement data; Equipped with a video, it classifies and provides behavioral patterns for each individual livestock animal on the farm.

전술한 제3 태양에 따른 영상을 기반으로 한 가축 행동 패턴 분류 방법에 있어서, 상기 (c) 단계는, (c1) 영상 처리를 통해 상기 입력된 영상으로부터 축산 동물에 대한 개체 이미지를 추출하는 단계; (c2) 상기 추출된 개체 이미지로부터 개체의 자세를 추정하는 단계; (c3) 개체에 대한 상기 추정된 자세를 기반으로 하여 상기 개체 이미지의 반문 영역 위치 정보를 추출하는 단계; 및 (c4) 상기 추출된 반문 영역 위치 정보에 따른 반문 이미지와 상기 데이터베이스에 저장된 개체별 반문 이미지 데이터 셋을 비교하여 상기 개체 이미지의 개체를 식별하고, 상기 식별된 개체에 대한 고유 식별 정보를 제공하는 단계;을 구비하여, 각 영상에 포함된 개체를 식별하고 해당 개체에 대한 고유 식별 정보를 제공한다. In the method for classifying livestock behavior patterns based on images according to the third aspect described above, step (c) includes: (c1) extracting an individual image of a livestock animal from the input image through image processing; (c2) estimating the posture of an object from the extracted object image; (c3) extracting location information of the half-moon area of the object image based on the estimated posture of the object; and (c4) comparing a half-print image according to the extracted half-mark area location information with a half-mark image data set for each object stored in the database to identify the entity in the object image and providing unique identification information for the identified entity. A step is provided to identify an object included in each image and provide unique identification information for the object.

전술한 제3 태양에 따른 영상을 기반으로 한 가축 행동 패턴 분류 방법에 있어서, 상기 (c2) 단계는, 상기 개체 이미지로부터 개체의 스켈레톤 정보를 추출하고, 기계 학습 기반의 자세 추정 모델을 이용하여 상기 스켈레톤 정보에 대응되는 개체의 자세를 추정하는 것을 특징으로 하며, 상기 자세 추정 모델은 축산 동물의 자세별 스켈레톤 정보들로 이루어진 학습 데이터를 이용하여 학습되어 모델링된 기계 학습 모델인 것이 바람직하다. In the image-based livestock behavior pattern classification method according to the third aspect described above, step (c2) extracts skeleton information of the object from the object image and uses a machine learning-based posture estimation model to It is characterized by estimating the posture of an object corresponding to skeleton information, and the posture estimation model is preferably a machine learning model learned and modeled using learning data consisting of skeleton information for each posture of livestock animals.

전술한 제3 태양에 따른 영상을 기반으로 한 가축 행동 패턴 분류 방법에 있어서, 상기 (c3) 단계는, 기계 학습 기반의 반문 영역 추출 모델을 이용하여, 개체 이미지로부터 추출된 스켈레톤 정보와 자세 추정 모듈에 의해 추정된 자세 정보에 대응되는 상기 개체 이미지의 반문 영역 위치 정보를 추출하는 것을 특징으로 하며, 상기 반문 영역 추출 모델은 축산 동물의 스켈레톤 정보와 자세 정보에 따른 반문 영역 위치 정보들로 이루어진 학습 데이터를 이용하여 학습되어 모델링된 기계 학습 모델인 것이 바람직하다. In the image-based livestock behavior pattern classification method according to the above-described third aspect, step (c3) includes skeleton information extracted from the object image and a posture estimation module using a machine learning-based half-moon region extraction model. Characterized by extracting the half-face area location information of the object image corresponding to the posture information estimated by It is preferable that it is a machine learning model that has been learned and modeled using .

전술한 제3 태양에 따른 영상을 기반으로 한 가축 행동 패턴 분류 방법에 있어서, 상기 (d) 단계는, 개체 식별이 완료된 영상들의 현재 프레임과 이전 프레임을 분석하여 개체별 움직임 데이터를 추출하는 단계; 상기 개체별 움직임 데이터를 이용하여 사전 설정된 기준에 따라 개체별 움직임 추정값을 측정하는 단계; 상기 개체별 움직임 추정값이 사전 설정된 움직임 임계값을 초과하면 동적 움직임으로 판단하고, 그렇지 않은 경우 정적 움직임으로 판단하는 단계;를 구비하여, 개체별 행동 패턴을 분류하는 것이 바람직하다. In the method for classifying livestock behavior patterns based on images according to the third aspect described above, step (d) includes extracting movement data for each entity by analyzing the current frame and previous frame of images for which entity identification has been completed; measuring a motion estimate for each object according to a preset standard using the motion data for each object; If the motion estimate value for each object exceeds a preset motion threshold, determining it to be a dynamic movement; otherwise, determining it to be a static movement. It is desirable to classify the behavior pattern for each object.

전술한 제3 태양에 따른 영상을 기반으로 한 가축 행동 패턴 분류 방법에 있어서, 상기 개체별 움직임 데이터는, 스켈레톤 정보를 기반으로 한 개체의 자세 정보, 영상 내 개체의 위치 정보 및 연속되는 영상 프레임의 시간 정보를 포함하는 것이 바람직하다. In the method for classifying livestock behavior patterns based on images according to the third aspect described above, the movement data for each entity includes posture information of the entity based on skeleton information, location information of the entity in the image, and consecutive image frames. It is desirable to include time information.

본 발명에 따른 가축 행동 패턴 분류 시스템은 축산 동물들에 대한 움직임 영상을 이용하여 개체를 식별하고, 식별된 각 개체별로 행동 패턴을 분류하여 제공할 수 있게 된다. 이러한 본 발명에 따른 시스템을 통해, 각 개체별로 행동 패턴에 대한 정보를 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 각 시공간별로 개체의 행동 패턴에 대한 정보들을 제공할 수 있게 된다. The livestock behavior pattern classification system according to the present invention can identify individuals using movement images of livestock animals and classify and provide behavior patterns for each identified individual. Through the system according to the present invention, it is possible to provide information about the behavior patterns of each individual, as well as information about the behavior patterns of each individual in each space and time.

또한, 본 발명에 따른 가축 행동 패턴 분류 시스템은, 영상을 기반으로 하여 데이터를 수집하고, 수집된 영상을 기반으로 하여 스켈레톤 정보와 반문 이미지 정보를 이용하여 개체를 식별할 수 있다. In addition, the livestock behavior pattern classification system according to the present invention can collect data based on images and identify objects using skeleton information and half-moon image information based on the collected images.

또한, 본 발명에 따른 가축 행동 패턴 분류 시스템은, 식별된 개체별 움직임 추적 영상을 통해 행동 패턴을 분류 및 판단하며, 그 결과 정보는 웹 서비스 서버 및 모바일 앱 서비스 서버로 전송되어 사용자 또는 작업자들에게 제공될 수 있다. 따라서, 목장 관리자 및 수의사 등과 같이 축산동물의 행동과 진단에 관련된 작업자들이 가축에 대한 행동 분류 및 분석 모니터링을 실시간으로 어디서나 할 수 있게 된다. In addition, the livestock behavior pattern classification system according to the present invention classifies and determines behavior patterns through movement tracking images for each identified object, and the resulting information is transmitted to the web service server and mobile app service server to provide users or workers. can be provided. Therefore, workers involved in the behavior and diagnosis of livestock animals, such as ranch managers and veterinarians, can classify and analyze behavior of livestock and monitor them anywhere in real time.

도 1은 본 발명의 제1 태양의 바람직한 실시예에 따른 영상을 기반으로 한 가축 행동 패턴 분류 시스템을 전체적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 가축 행동 패턴 분류 시스템을 설명하기 위하여, 젖소 등과 같은 축산 동물들의 축사에서 사료 급이 시간에 보여지는 축산 동물들의 행동들을 예시적으로 도시한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 제1 태양의 바람직한 실시예에 따른 영상을 기반으로 한 가축 행동 패턴 분류 시스템에 있어서, 농장에 등록된 축산 동물들에 대한 개체별 반문 이미지 데이터 셋을 예시적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 제1 태양의 바람직한 실시예에 따른 영상을 기반으로 한 가축 행동 패턴 분류 시스템에 있어서, 서 있는 자세의 축산 동물에 대한 다시점 뷰에 따른 자세별 스켈레톤 데이터 셋을 예시적으로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 제1 태양의 바람직한 실시예에 따른 영상을 기반으로 한 가축 행동 패턴 분류 시스템에 있어서, 행동 패턴 분류 장치가 시공간 연관성을 기반으로 하여 축산 동물의 각 개체의 움직임을 추정하는 과정을 예시적으로 도시한 모식도이다.
도 6은 본 발명의 제2 태양에 따른 영상을 기반으로 한 가축 행동 패턴 분류 방법을 순차적으로 설명하는 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 제3 태양에 따른 반문 이미지 기반의 개체 식별 장치에 의해 구현된 가축 개체 식별 방법을 순차적으로 설명하는 흐름도이다.
1 is a diagram illustrating the overall structure of an image-based livestock behavior pattern classification system according to a preferred embodiment of the first aspect of the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram illustrating the behavior of livestock animals, such as dairy cows, during feeding time in a barn for livestock animals, such as dairy cows, in order to explain the livestock behavior pattern classification system according to the present invention.
Figure 3 is an exemplary illustration of an individual image data set for livestock animals registered on a farm in the image-based livestock behavior pattern classification system according to a preferred embodiment of the first aspect of the present invention. .
Figure 4 is an image-based livestock behavior pattern classification system according to a preferred embodiment of the present invention, illustrating a skeleton data set for each posture according to a multi-view view for livestock animals in a standing posture. It is shown.
Figure 5 shows a process in which the behavior pattern classification device estimates the movement of each individual livestock animal based on spatiotemporal correlation in the image-based livestock behavior pattern classification system according to the preferred embodiment of the first aspect of the present invention. This is a schematic diagram showing an example.
Figure 6 is a flowchart sequentially explaining a method for classifying livestock behavior patterns based on images according to a second aspect of the present invention.
Figure 7 is a flowchart sequentially explaining a livestock individual identification method implemented by the object identification device based on the half-moon image according to the third aspect of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 반문 이미지를 기반으로 한 축산 동물에 대한 개체 식별 방법, 상기 개체 식별 방법을 이용한 영상 기반의 가축 행동 패턴 분류 시스템 및 방법에 대하여 구체적으로 설명한다. Hereinafter, with reference to the attached drawings, an individual identification method for livestock animals based on half-moon images according to the present invention, and an image-based livestock behavior pattern classification system and method using the object identification method will be described in detail.

먼저, 본 발명의 제1 태양의 바람직한 실시예에 따른 영상을 기반으로 한 가축 행동 패턴 분류 시스템에 대하여 구체적으로 설명한다. First, the livestock behavior pattern classification system based on images according to a preferred embodiment of the first aspect of the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명의 제1 태양의 바람직한 실시예에 따른 영상을 기반으로 한 가축 행동 패턴 분류 시스템을 전체적으로 도시한 구성도이다. 도 1를 참조하면, 본 발명에 따른 영상을 기반으로 한 가축 행동 패턴 분류 시스템(1)은, 하나 또는 둘 이상의 촬상 장치들을 구비하는 영상 획득 장치(10), 데이터들이 저장 및 관리되는 데이터베이스 서버(20), 상기 영상 획득 장치로부터 제공된 영상들로부터 개체 이미지를 추출하고 개체를 식별하는 개체 식별 장치(30), 영상들로부터 식별된 개체들에 대한 움직임 데이터를 이용하여 개체별 행동 패턴을 분류하는 행동 패턴 분류 장치(40)를 구비하여, 영상을 이용하여 농장 내 축산 동물들의 각 개체에 대한 행동 패턴을 분류하여 제공하는 것을 특징으로 한다. 한편, 본 발명에 따른 가축 행동 패턴 분류 시스템은, 개체 식별 장치 및/또는 행동 패턴 분류 장치로부터 제공된 데이터들이 저장된 데이터베이스 서버(20)의 정보들을 활용하여, 농장 내의 축산 동물의 행동 영상을 분류하고 분석한 결과를 사용자에게 제공할 수 있도록 구성된 중앙 관리 서버(150)를 더 구비할 수 있다. 상기 중앙 관리 서버(150)는 사용자의 단말들(160, 170)로 웹 서비스 및 앱 서비스를 제공함으로써, 관련된 작업자들에게 행동분류 및 분석 모니터링을 어디에서나 가능하도록 한다. 1 is a diagram illustrating the overall structure of an image-based livestock behavior pattern classification system according to a preferred embodiment of the first aspect of the present invention. Referring to Figure 1, the livestock behavior pattern classification system 1 based on images according to the present invention includes an image acquisition device 10 having one or two or more imaging devices, and a database server in which data is stored and managed ( 20), an object identification device 30 that extracts object images from images provided from the image acquisition device and identifies objects, and classifies behavior patterns for each object using movement data for objects identified from the images. It is equipped with a pattern classification device 40, and is characterized in that it classifies and provides behavioral patterns for each individual livestock animal in the farm using images. Meanwhile, the livestock behavior pattern classification system according to the present invention uses information from the database server 20, which stores data provided from an individual identification device and/or a behavior pattern classification device, to classify and analyze behavior images of livestock animals in a farm. A central management server 150 configured to provide results to users may be further provided. The central management server 150 provides web services and app services to user terminals 160 and 170, enabling behavior classification and analysis monitoring for related workers anywhere.

도 2는 본 발명에 따른 가축 행동 패턴 분류 시스템을 설명하기 위하여, 젖소 등과 같은 축산 동물들의 축사(100)에서 사료 급이 시간에 보여지는 축산 동물들의 행동들을 예시적으로 도시한 모식도이다. 도 2를 참조하면, 축사(100)에는 사료 급이 시간에 사료 급이 라인에 몰려 들어 섭이중인 대가축(101), 사료 급이 개시이후 섭이 가능한 빈칸을 찾기 위해 늦게 접근하여 이동중인 대가축(102), 사료 자동 급이기의 사료를 섭이중인 대가축(103), 급이칸에서 벗어나 축사 안쪽에서 휴식하면서 반추 활동중인 대가축(104), 음수 활동중인 대가축(105), 급이칸에서 벗어나 축사 안쪽에서 휴식하면서 반추 활동중이나 반추 횟수가 현저히 낮은 대가축(106) 등이 존재할 수 있다. Figure 2 is a schematic diagram illustrating the behavior of livestock animals, such as dairy cows, during feeding time in a barn 100 for livestock animals, such as dairy cows, in order to explain the livestock behavior pattern classification system according to the present invention. Referring to FIG. 2, in the livestock house 100, there are large livestock 101 that are crowded into the feed line at feeding time and are feeding, and large livestock that are moving by approaching late to find an empty space where feeding is possible after the start of feeding ( 102), large livestock feeding feed from an automatic feeder (103), large livestock ruminating while resting inside the barn outside the feeding compartment (104), large livestock active in drinking water (105), in the feeding compartment There may be large livestock (106) that are resting inside the barn and are actively ruminating or have a significantly low number of ruminations.

본 발명에 따른 가축 행동 패턴 분류 시스템에 있어서, 상기 개체 식별 장치 및 행동 패턴 분류 장치는 네트워크에서의 데이터 통신 성능이나 시스템의 처리 성능 등을 고려하여, 농장에 설치된 에지 컴퓨터(120) 등과 같은 하나의 컴퓨팅 시스템에서 구현되거나, 네트워크(130)를 통해 에지 컴퓨터와 연결된 중앙 관리 서버(150)에서 구현되거나, 일부는 에지 컴퓨터(120)에서 구현되고 일부는 중앙 관리 서버(150)에서 구현될 수도 있다. In the livestock behavior pattern classification system according to the present invention, the individual identification device and the behavior pattern classification device are an edge computer such as an edge computer 120 installed on a farm, taking into account data communication performance in the network or processing performance of the system. It may be implemented in a computing system, may be implemented in the central management server 150 connected to the edge computer through the network 130, or may be partially implemented in the edge computer 120 and partially implemented in the central management server 150.

상기 영상 획득 장치(10)는 하나 또는 둘 이상의 촬상 장치들을 구비하며, 상기 촬상 장치는 감시 카메라 등으로 구성될 수 있다. 상기 영상 획득 장치는 축사 내 동물들을 다각도로 관찰하기 위하여 농장 또는 축사(100) 내의 각 공간에 다양한 각도로 설치된다. 상기 영상 획득 장치는 축사 내 여러 공간들에 대한 다시점 영상들을 촬상하고, 촬상된 영상들을 촬상된 시간 및 공간 정보들과 함께 제공한다. The image acquisition device 10 includes one or two or more imaging devices, and the imaging devices may be configured as surveillance cameras or the like. The image acquisition device is installed at various angles in each space within the farm or barn 100 to observe the animals within the barn from various angles. The image acquisition device captures multi-view images of various spaces within the livestock barn and provides the captured images together with the captured time and space information.

상기 데이터베이스 서버(20)에는 농장에 등록된 축산 동물들에 대한 개체별 반문 이미지 데이터 셋이 저장 및 관리된다. 개체별 반문 이미지 데이터 셋은 축산 동물의 각 개체에 대하여 다시점 뷰에 따라 획득된 복수 개의 반문 영역들에 대한 반문 이미지 데이터들을 포함한다. 상기 반문 영역은 적어도 축산 동물 개체에 대한 좌측면, 우측면, 상부면, 배면 반문 영역을 포함하는 것이 바람직하다. 축산 동물 관리를 위한 등록 과정에서, 2D 또는 3D 카메라를 이용하여 축산 동물 개체별로 좌/우/위/뒤 등의 외형 영상을 획득하여 데이터베이스 서버에 저장 및 관리한다. The database server 20 stores and manages individual cross-question image data sets for livestock animals registered in the farm. The object-specific cross-print image data set includes cross-print image data for a plurality of cross-print areas acquired according to a multi-view view for each individual livestock animal. It is preferable that the cross-face area includes at least the left side, right side, upper side, and back side of the livestock animal. In the registration process for livestock animal management, external images of the left/right/top/back of each livestock animal are acquired using a 2D or 3D camera, and stored and managed on a database server.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 영상 기반의 가축 행동 패턴 분류 시스템에 있어서, 농장에 등록된 축산 동물들에 대한 개체별 반문 이미지 데이터 셋을 예시적으로 도시한 것이다. 도 3을 참조하면, 개체별 반문 이미지 데이터 셋은 개체 식별 정보(ID), 오른쪽 반문 데이터 레코드 r(i,j), 위쪽 반문 데이터 레코드 u(i,j), 왼쪽 반문 데이터 레코드 l(i,j), 뒤쪽 반문 데이터 레코드 b(i,j)를 포함하도록 구성될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 개체의 왼쪽 및 오른쪽 측면의 반문 영역(L,R)을 3행 4열로, 위쪽에서 개체를 바라본 반문 영역(U)은 4행 2열로, 뒤쪽에서 개체를 바라본 반문 영역(B)은 3행 2열로 구성함으로써, 각 개체에 대한 반문 이미지 데이터는 전체적으로 3*4*2의 구조로 이루어질 수 있다. Figure 3 illustrates an example image data set for each individual for livestock animals registered on a farm in the image-based livestock behavior pattern classification system according to a preferred embodiment of the present invention. Referring to Figure 3, the half-moon image data set for each object includes object identification information (ID), right half-moon data record r(i,j), upper half-moon data record u(i,j), and left half-moon data record l(i, j), and may be configured to include a back statement data record b(i,j). As shown in Figure 3, the half-moon areas (L, R) on the left and right sides of the object are 3 rows and 4 columns, the half-moon area (U) looking at the object from above is 4 rows and 2 columns, and the half-moon area (U) looking at the object from the back is 4 rows and 2 columns. Since the area (B) is composed of 3 rows and 2 columns, the half-text image data for each object can have an overall structure of 3*4*2.

또한, 상기 데이터베이스 서버에는, 축산 동물에 대한 스켈레톤 기반 자세 추정 데이터 셋과 자세별 반문 영역 위치 정보 데이터 셋이 저장 및 관리될 수 있다. 또한, 상기 데이터베이스 서버에는, 상기 영상 획득 장치에 의해 제공된 영상들, 각 영상에 대하여 상기 개체 식별 장치에 의해 획득된 개체 식별 정보, 각 개체별 움직임 영상과 움직임 데이터들, 각 개체에 대한 시공간 정보들이 저장 및 관리된다.Additionally, the database server may store and manage a skeleton-based posture estimation data set for livestock animals and a half-face area location information data set for each posture. In addition, the database server contains images provided by the image acquisition device, object identification information acquired by the object identification device for each image, motion images and motion data for each object, and spatiotemporal information for each object. stored and managed.

본 발명에서는, 종래의 카메라가 고정된 틀을 지나는 축산 동물을 촬영하는 조건과는 달리, 여러 위치에서 축사를 관찰하는 CCTV 설치 위치에서 획득된 영상을 사용하며, 축산 동물들이 축사 내에서 자유롭게 이동하는 모습들이 입력 영상으로 사용되는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명에서 사용되는 입력 영상들은 축산 동물들이 동일 자세라 하더라도 카메라로부터의 이격 거리, 촬영각, 축산 동물과 카메라 뷰와의 시선 차이 등에 따라 다양한 형태의 영상들이 획득될 수 있다. In the present invention, unlike the condition in which a conventional camera films livestock animals passing through a fixed frame, images acquired at a CCTV installation location that observes the livestock barn from various positions are used, and livestock animals move freely within the livestock barn. It is characterized in that the appearances are used as input images. Therefore, the input images used in the present invention can be obtained in various forms depending on the distance from the camera, the shooting angle, the difference in gaze between the livestock animals and the camera view, etc., even if the livestock animals are in the same posture.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 영상 기반의 가축 행동 패턴 분류 시스템에 있어서, 서 있는 자세의 축산 동물에 대한 다시점 뷰에 따른 자세별 스켈레톤 데이터 셋을 예시적으로 도시한 것이다. 도 4를 참조하면, 예를 들면, 축산 동물이 서 있는 자세인 경우에, 뒷다리와 둔부만 보이는 영상(a), 둔부와 측면 일부까지 보이는 영상(b), 왼쪽 측면이 모두 보이는 영상(c), 오른쪽 측면이 모두 보이는 영상(d), 측면과 등이 함께 보이는 영상(e), 등만 보이는 영상(f) 등과 같이 다양한 형태의 영상들이 획득될 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 2D 또는 3D 카메라로부터 획득된 축산 동물들의 다양한 움직임 영상들로부터 자세를 추정하기 위한 기계 학습 기반의 자세 추정 모델을 구현한다. Figure 4 illustrates an example of a skeleton data set for each posture according to a multi-view view of a livestock animal in a standing posture in the image-based livestock behavior pattern classification system according to a preferred embodiment of the present invention. Referring to Figure 4, for example, when a livestock animal is in a standing position, an image showing only the hind legs and buttocks (a), an image showing the buttocks and part of the side (b), and an image showing the entire left side (c) , various types of images can be obtained, such as an image showing the entire right side (d), an image showing both the side and the back (e), and an image showing only the back (f). Therefore, the present invention implements a machine learning-based posture estimation model to estimate the posture from various movement images of livestock animals obtained from a 2D or 3D camera.

상기 개체 식별 장치(30)는, 상기 영상 획득 장치로부터 영상을 입력받는 영상 입력 모듈(31), 입력된 영상으로부터 축산 동물에 대한 개체 이미지를 추출하는 개체 추출 모듈(32), 상기 추출된 개체 이미지로부터 개체의 자세를 추정하는 자세 추정 모듈(33), 개체에 대한 상기 추정된 자세를 기반으로 하여 상기 개체 이미지의 반문 영역 위치 정보를 추출하는 반문 영역 추출 모듈(34), 추출된 반문 영역의 반문 이미지를 기반으로 하여 개체를 식별하여 개체에 대한 고유 식별 정보를 제공하는 개체 인식 모듈(35);을 구비하여, 각 영상에 포함된 개체를 식별하여 개체에 대한 고유 식별 정보를 제공한다. The object identification device 30 includes an image input module 31 that receives an image from the image acquisition device, an object extraction module 32 that extracts an object image of a livestock animal from the input image, and the extracted object image. A posture estimation module 33 for estimating the posture of an object from the object, a half-print area extraction module 34 for extracting location information of the half-print area of the object image based on the estimated posture for the object, and a half-print area of the extracted half-print area It is provided with an object recognition module 35 that identifies the object based on the image and provides unique identification information for the object, identifies the object included in each image and provides unique identification information for the object.

상기 개체 추출 모듈(32)은 개체 식별을 위한 영상 처리를 통해, 상기 입력된 영상으로부터 배경 영역과 움직임 영역을 구분하고, 축산 동물에 대한 개체 이미지에 해당하는 움직임 영역을 추출한다. The object extraction module 32 distinguishes a background area and a motion region from the input image through image processing for object identification, and extracts a motion region corresponding to the object image for the livestock animal.

상기 자세 추정 모듈(33)은 상기 개체 이미지로부터 개체의 스켈레톤 정보를 추출하고, 기계 학습 기반의 자세 추정 모델을 이용하여 상기 스켈레톤 정보에 대응되는 개체의 자세를 추정한다. 상기 자세 추정 모델은 축산 동물들에 대한 다시점 뷰에 따른 자세별 스켈레톤 정보들로 이루어진 학습 데이터를 이용하여 훈련시킨 후 테스트하여 모델링된 기계 학습 모델로서, 축산 동물에 대한 스켈레톤 데이터를 이용하여 해당 축산 동물의 자세를 추정할 수 있다. 상기 학습 데이터를 구성하는 훈련 데이터와 테스트 데이터는 구체적으로 축산 동물의 각 자세와 카메라 촬영 각도에 따른 스켈레톤 정보들을 포함한다. The posture estimation module 33 extracts the skeleton information of the object from the object image and estimates the posture of the object corresponding to the skeleton information using a machine learning-based posture estimation model. The posture estimation model is a machine learning model that is modeled by training and testing using learning data consisting of skeleton information for each posture according to a multi-view view of livestock animals. The animal's posture can be estimated. The training data and test data constituting the learning data specifically include skeleton information according to each posture of the livestock animal and the camera shooting angle.

본 발명에 따른 시스템은, 상기 자세 추정 모듈을 통해 획득한 농장 내 축산 동물들의 각 개체에 대한 자세 정보를 이용하여, 축산 동물에 대한 스켈레톤 기반 자세 추정 데이터 셋을 설정하고 데이터베이스 서버에 저장 및 관리한다. 또한, 본 발명에 따른 시스템은, 전술한 스켈레톤 기반 자세 추정 데이터셋을 학습 데이터로 사용하여 상기 기계 학습 기반의 자세 추정 모델을 훈련시키고 테스트함으로써, 상기 자세 추정 모델의 정확도 및 신뢰도를 향상시킬 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다. The system according to the present invention uses the posture information for each individual livestock animal in the farm obtained through the posture estimation module to set a skeleton-based posture estimation data set for livestock animals, and stores and manages it in a database server. . In addition, the system according to the present invention uses the above-described skeleton-based pose estimation dataset as learning data to train and test the machine learning-based pose estimation model, thereby improving the accuracy and reliability of the pose estimation model. It is desirable to be configured.

상기 자세 추정 모듈에 의한 자세 추정 결과를 통해, 영상 획득 장치의 카메라 뷰를 통해 얻어진 영상들이 '축산 동물의 3D 오브젝트'의 어느 부위를 보여주고 있는지를 추정할 수 있으며, 축산 동물의 머리와 엉덩이의 위치와 방향각, 자세 등의 스켈레톤 정보를 기반으로 하여 반문 이미지의 투영 변환을 계산할 수 있다. Through the posture estimation result by the posture estimation module, it is possible to estimate which part of the '3D object of the livestock animal' the images obtained through the camera view of the image acquisition device show, and the head and buttocks of the livestock animal. The projection transformation of the half-moon image can be calculated based on skeleton information such as position, orientation, and posture.

상기 반문 영역 추출 모듈(34)은 기계 학습 기반의 반문 영역 추출 모델을 이용하여, 개체 이미지로부터 추출된 스켈레톤 정보와 자세 추정 모듈에 의해 추정된 자세 정보에 대응되는 상기 개체 이미지의 반문 영역 위치 정보를 추출한다. 상기 반문 영역 추출 모델은 축산 동물의 스켈레톤 정보와 자세별 반문 영역 위치 정보 데이터 셋들로 이루어진 학습 데이터를 이용하여 훈련시킨 후 테스트하여 모델링된 기계 학습 모델이다. 따라서, 상기 반문 영역 추출 모듈은 자세 기반의 스켈레톤 정보로부터 개체 식별을 위해 추출하고자 하는 관심 영역인 반문 영역 위치 정보를 추출한다. The semi-print area extraction module 34 uses a machine learning-based semi-print area extraction model to extract the semi-print area location information of the object image corresponding to the skeleton information extracted from the object image and the posture information estimated by the pose estimation module. Extract. The half-moon area extraction model is a machine learning model that is modeled by training and testing using learning data consisting of skeleton information of livestock animals and half-moon area location information data sets for each posture. Therefore, the half-moon area extraction module extracts half-moon area location information, which is a region of interest to be extracted for object identification, from posture-based skeleton information.

한편, 자세 추정 모델을 통해 머리 부분과 엉덩이 부분, 축산 동물의 중심축과 다리 등 조인트 정보 등의 기준 정보를 이용하여 추출된 반문 영역은 '축산 동물의 3D 오브젝트'가 가리키는 각 영역 중의 일부이며, 카메라의 투영각에 따른 이미지 디스토션이 포함된 상태로 추출되므로 이미지 보정 처리를 하는 것이 바람직하다. Meanwhile, the half-faced area extracted through the posture estimation model using reference information such as the head, buttocks, and joint information such as the central axis and legs of the livestock animal is a part of each region indicated by the '3D object of the livestock animal'. Since image distortion according to the camera's projection angle is extracted, it is desirable to perform image correction processing.

상기 개체 인식 모듈(35)은 상기 추출된 반문 영역 위치 정보에 따른 보정된 반문 이미지와 상기 데이터베이스 서버에 저장된 개체별 반문 이미지 데이터 셋을 템플릿 매칭 방법으로 비교하여 조회함으로써 상기 개체 이미지의 개체를 식별하고, 상기 식별된 개체에 대한 고유 식별 정보를 제공한다. 이때, 상기 개체 인식 모듈은 템플릿 매칭 결과가 하나 이상의 축산 개체가 나올 경우, 자세 기반 반문 영역 추출의 중요도에 따라, 다음 순위의 반문 영역에 대한 조회를 통해 개체 식별을 수행한다. The object recognition module 35 compares and searches the corrected half-mark image according to the extracted half-mark area location information and the object-specific half-mark image data set stored in the database server using a template matching method to identify the entity in the object image. , provides unique identification information for the identified entity. At this time, if the template matching result shows one or more livestock animals, the object recognition module performs object identification by searching for the next-ranked region according to the importance of posture-based region extraction.

상기 행동 패턴 분류 장치(40)는 움직임 데이터 추출 모듈(42), 움직임 추정 모듈(44) 및 행동 분류 모듈(46)을 구비하여, 영상들로부터 식별된 개체들에 대한 움직임 데이터를 이용하여 개체별 행동 패턴을 분류한다. 상기 움직임 데이터 추출 모듈(42)은 개체 식별이 완료된 영상들의 현재 프레임과 이전 프레임을 분석하여 개체별 움직임 데이터를 추출한다. 상기 개체별 움직임 데이터는 스켈레톤 정보를 기반으로 한 개체의 자세 정보, 영상 내 개체의 위치 정보 및 연속되는 영상 프레임의 시간 정보를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 움직임 추정 모듈(44)은 상기 개체별 움직임 데이터를 이용하여 사전 설정된 기준에 따라 개체별 움직임 추정값을 측정한다. 상기 행동 분류 모듈(46)은 상기 개체별 움직임 추정값이 사전 설정된 움직임 임계값을 초과하면 동적 움직임으로 판단하고, 그렇지 않은 경우 정적 움직임으로 판단한다. The behavior pattern classification device 40 includes a motion data extraction module 42, a motion estimation module 44, and a behavior classification module 46, and uses motion data for objects identified from images to classify each object. Classify behavioral patterns. The motion data extraction module 42 extracts motion data for each object by analyzing the current frame and previous frame of images for which object identification has been completed. The movement data for each object preferably includes posture information of the object based on skeleton information, position information of the object in the image, and time information of consecutive image frames. The motion estimation module 44 uses the motion data for each object to measure a motion estimate for each object according to a preset standard. The action classification module 46 determines the motion as a dynamic motion if the motion estimate value for each object exceeds a preset motion threshold, and otherwise determines it as a static motion.

도 5는 본 발명의 제1 태양의 바람직한 실시예에 따른 영상 기반의 가축 행동 패턴 분류 시스템에 있어서, 행동 패턴 분류 장치가 시공간 연관성을 기반으로 하여 축산 동물의 각 개체의 움직임을 추정하는 과정을 예시적으로 도시한 모식도이다. 도 5를 참조하면, 스켈레톤 정보에 따른 현재의 자세가 '서기'인 상태에서, 위치 이동 및 스켈레톤의 변화가 있는 경우 움직임은 '걷기'로 추정되며, 위치 이동없이 스켈레톤의 변화가 있는 경우 움직임은 '앉기'로 추정될 수 있다. 한편, 스켈레톤 정보에 따른 현재의 자세가 '앉기'인 상태에서, 위치 이동 없이 스켈레톤의 변화가 있는 경우 움직임은 '서기'로 추정될 수 있으며, 위치 이동 및 스켈레톤의 변화가 모두 있는 경우 움직임은 '걷기'로 추정될 수 있다. Figure 5 illustrates a process in which the behavior pattern classification device estimates the movement of each individual livestock animal based on spatiotemporal correlation in the image-based livestock behavior pattern classification system according to a preferred embodiment of the first aspect of the present invention. This is a schematic diagram. Referring to Figure 5, when the current posture according to the skeleton information is 'standing', if there is a position movement and a change in the skeleton, the movement is estimated to be 'walking', and if there is a change in the skeleton without a position movement, the movement is It can be assumed to be ‘sitting’. Meanwhile, in a state where the current posture according to the skeleton information is 'sitting', if there is a change in the skeleton without a position movement, the movement can be estimated as 'standing', and if there is both a position movement and a change in the skeleton, the movement can be 'standing'. It can be assumed to be ‘walking’.

상기 중앙 관리 서버(150)는 농장 내의 축산 동물의 행동 영상을 분류하고 분석한 결과를 사용자의 컴퓨터 단말기(도 2의 160) 및 모바일 앱이 설치된 모바일 단말기(도 2의 170)을 통해 각각 제공할 수 있도록 구성됨으로써, 관련된 작업자들에게 행동 분류 및 분석 모니터링이 어디에서나 가능하도록 한다. The central management server 150 provides the results of classifying and analyzing the behavior images of livestock animals in the farm through the user's computer terminal (160 in FIG. 2) and a mobile terminal with a mobile app installed (170 in FIG. 2). By being configured to allow relevant workers to classify and analyze behavior from anywhere.

전술한 구성을 통해, 본 발명에 따른 시스템은, 카메라 뷰로부터 획득된 영상으로부터 축산 동물들의 각 개체를 식별하고, 축산 동물의 어떤 개체가 어떻게 움직이고 어떤 행동하는 지에 대한 데이터를 기반으로 하여, 연속되는 영상 프레임으로부터 행동 분석이 가능하도록 개체별 행동 분류 정보를 제공한다. Through the above-described configuration, the system according to the present invention identifies each individual of livestock animals from the image acquired from the camera view, and based on data on how certain individuals of livestock animals move and behave, sequentially Provides behavior classification information for each entity to enable behavior analysis from video frames.

이하, 본 발명의 제2 태양에 따른 영상 기반의 가축 행동 패턴 분류 방법에 대하여 보다 구체적으로 설명한다. 본 발명의 제2 태양에 따른 영상 기반의 가축 행동 패턴 분류 방법은 데이터베이스 서버를 구비하는 컴퓨팅 시스템에 의해 구현될 수 있다.Hereinafter, the image-based livestock behavior pattern classification method according to the second aspect of the present invention will be described in more detail. The image-based livestock behavior pattern classification method according to the second aspect of the present invention may be implemented by a computing system including a database server.

도 6은 본 발명의 제2 태양에 따른 영상 기반의 가축 행동 패턴 분류 방법을 순차적으로 설명하는 흐름도이다. 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 가축 행동 패턴 분류 방법은 먼저 축산 동물에 대한 개체 식별 장치를 이용하여(단계 220), 순차적으로 입력된 영상들에 포함된 개체 오브젝트에 대한 개체를 식별하여 각 개체에 대한 고유 식별 정보를 제공한다(단계 202). Figure 6 is a flowchart sequentially explaining the image-based livestock behavior pattern classification method according to the second aspect of the present invention. Referring to FIG. 6, the livestock behavior pattern classification method according to the present invention first uses an object identification device for livestock animals (step 220) to identify each object included in sequentially input images. Provides unique identification information for the entity (step 202).

다음, 순차적으로 입력된 영상들로부터 인식된 개체별 고유 식별 정보를 이용하여, 영상들의 현재 프레임과 이전 프레임의 정보들의 시공간 연관성을 분석하여, 개체별 움직임 데이터를 추출하고, 추출된 움직임 데이터를 이용하여 각 개체에 대한 움직임 여부를 판별한다(단계 210). 여기서, 개체별 움직임 데이터는 스켈레톤 정보를 기반으로 한 개체의 자세 정보, 영상 내 개체의 위치 정보 및 연속되는 영상 프레임의 시간 정보를 포함한다. Next, using the unique identification information for each object recognized from sequentially input images, the spatiotemporal correlation between the current frame and the previous frame of the images is analyzed, motion data for each object is extracted, and the extracted motion data is used. Thus, it is determined whether there is movement for each object (step 210). Here, the movement data for each object includes the object's posture information based on skeleton information, the position information of the object in the video, and the time information of consecutive video frames.

다음, 개체별 움직임 추정값이 사전 설정된 움직임 임계값을 초과하는지 여부를 판단한다(단계 211). 개체별 움직임은 앉기 및 서서 휴식하기 등을 포함한 정적 움직임과 걷기 등을 포함한 동적 움직임이 있다. 따라서, 전술한 판단 단계에서 축산 동물의 개체별 움직임 추정값이 임계값을 초과한 경우, 해당 개체는 '동적 행동 패턴'으로 분류한다(단계 212). 만약 그렇지 않은 경우, 해당 개체는 '정적 행동 패턴'으로 분류한다(단계 214).Next, it is determined whether the motion estimate for each object exceeds a preset motion threshold (step 211). Movements for each object include static movements, including sitting, standing, and resting, and dynamic movements, including walking. Therefore, if the estimated movement value for each individual livestock animal exceeds the threshold in the above-described determination step, the individual is classified as a 'dynamic behavior pattern' (step 212). If not, the entity is classified as a 'static behavior pattern' (step 214).

만약, 분류 및 판정된 움직임이 동적 행동 패턴으로 분류되면, 개체의 이동, 멈춤, 일어서기, 엎드려 앉기 등의 개체별 움직임을 정보화한다. 한편, 분류 및 판정된 움직임이 정적 행동 패턴으로 분류되면, 개체의 앉아서 쉬기, 서서 쉬기 등의 개체별 움직임을 정보화한다. 이렇게 분류된 개체별 움직임 정보는 축산 동물의 행동 분석의 단위 모듈 정보가 된다. 이와 같이, 개체별 행동 패턴의 분류가 결정되면, 행동 분류 전처리 작업이 완료된다. If the classified and determined movements are classified into dynamic behavior patterns, the movements of each individual, such as moving, stopping, standing up, or lying down, are converted into information. Meanwhile, if the classified and determined movements are classified into static behavior patterns, the movements of each individual, such as sitting and resting, standing and resting, etc., are converted into information. The movement information for each individual classified in this way becomes unit module information for behavioral analysis of livestock animals. In this way, once the classification of the behavior pattern for each object is determined, the behavior classification preprocessing task is completed.

전술한 본 발명에 따른 행동 분류 장치는, 카메라 뷰등과 같은 영상 획득 장치들로부터 획득된 영상으로부터 축산 동물 각 개체를 식별할 수 있고, 이러한 개체 식별 정보들을 이용하여 각 축산 동물의 개체별 움직임과 행동을 파악할 수 있으며, 연속되는 영상 프레임을 이용하여 개체별 행동 분류 정보를 제공할 수 있게 된다. 그 결과, 본 발명에 의해 제공되는 개체별 행동 분류 정보를 이용하여 개체별 행동 분석이 가능해진다. The behavior classification device according to the present invention described above can identify each individual livestock animal from images acquired from image acquisition devices such as camera views, and uses such individual identification information to identify individual movements and behaviors of each livestock animal. can be identified, and behavioral classification information for each entity can be provided using successive video frames. As a result, it is possible to analyze individual behavior using the individual behavior classification information provided by the present invention.

이하, 본 발명의 제3 태양에 따른 반문 이미지를 기반으로 한 축산 동물에 대한 개체 식별 장치의 구성 및 동작에 대하여 보다 구체적으로 설명한다. 본 발명의 제3 태양에 따른 반문 이미지를 기반으로 한 축산 동물에 대한 개체 식별 장치는, 전술한 본 발명의 제1 태양에 따른 가축 행동 패턴 분류 시스템의 개체 식별 장치(30)와 동일한 구성으로 이루어진다. 본 발명의 제3 태양에 따른 반문 이미지를 기반으로 한 축산 동물에 대한 개체 식별 장치는, 축산 동물들의 각 개체들이 갖는 고유한 반문 이미지를 이용하여, 영상에 포함된 개체를 식별하고 해당 개체에 대한 고유 식별 정보를 제공하는 것을 특징으로 한다. Hereinafter, the configuration and operation of an individual identification device for livestock animals based on a half-question image according to the third aspect of the present invention will be described in more detail. The individual identification device for livestock animals based on a half-question image according to the third aspect of the present invention has the same configuration as the individual identification device 30 of the livestock behavior pattern classification system according to the first aspect of the present invention described above. . The object identification device for livestock animals based on half-face images according to the third aspect of the present invention uses the unique half-face images of each individual of livestock animals to identify an object included in the image and provide information about the corresponding object. It is characterized by providing unique identification information.

이하, 전술한 본 발명의 제3 태양에 따른 반문 이미지를 기반으로 한 축산 동물에 대한 개체 식별 장치에 의한 개체 식별 방법에 대하여 보다 구체적으로 설명한다. Hereinafter, an individual identification method using an individual identification device for livestock animals based on a half-moon image according to the third aspect of the present invention described above will be described in more detail.

도 7은 본 발명의 제3 태양에 따른 반문 이미지 기반의 개체 식별 장치에 의해 구현된 가축 개체 식별 방법을 순차적으로 설명하는 흐름도이다. 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 개체 식별 방법은, 개체 추출을 위한 영상 처리를 통해, 입력 영상으로부터 배경 영역과 움직임 영역을 구분하여, 배경 영역으로부터 축산 동물에 대한 개체 이미지를 분리한다(단계 221). 상기 개체 이미지는 축산 동물을 포함한 바운딩 박스(Bounding Box) 이미지이거나, 축산 동물에 대한 이미지일 수 있다. Figure 7 is a flowchart sequentially explaining a livestock individual identification method implemented by the object identification device based on the half-moon image according to the third aspect of the present invention. Referring to FIG. 7, the object identification method according to the present invention separates the background area and the motion area from the input image through image processing for entity extraction, and separates the object image for the livestock animal from the background area (step 221). The object image may be a bounding box image including livestock animals or an image of livestock animals.

다음, 상기 개체 이미지로부터 개체에 대한 스켈레톤 정보를 추출한다(단계 222). Next, skeleton information about the object is extracted from the object image (step 222).

다음, 기계 학습된 자세 추정 모델을 이용하여, 스켈레톤 정보를 기반으로 하여 개체에 대한 자세를 추정한다(단계 223). 여기서, 상기 자세 추정 모델은 축산 동물들에 대한 다시점뷰에 따른 자세별 스켈레톤 데이터 셋을 학습 데이터로 하여 훈련시킨 후 테스트되어 모델링된 기계 학습 모델로서, 축산 동물에 대한 스켈레톤 데이터를 이용하여 해당 축산 동물의 자세를 추정할 수 있다. Next, the posture of the object is estimated based on the skeleton information using a machine-learned posture estimation model (step 223). Here, the posture estimation model is a machine learning model that is tested and modeled after training with a skeleton data set for each posture according to a multi-view view of livestock animals as learning data. The pose estimation model is a machine learning model that is tested and modeled using skeleton data for livestock animals. The posture can be estimated.

자세 추정 결과는 영상 획득 장치들의 카메라 뷰를 통해 얻어진 영상들이 축산 동물의 어느 부위를 보여주고 있는지를 추정할 수 있으며, 축산 동물의 머리와 엉덩이의 위치, 방향각, 자세 등의 스켈레톤 정보를 기반으로 하여 반문 이미지의 투영 변환을 계산할 수 있다. 따라서, 추정된 자세를 기반으로 하여 관심 영역인 축산 개체의 반문 영역 위치 정보를 추출한다(단계 224).The posture estimation result can estimate which part of the livestock animal the images obtained through the camera view of the image acquisition devices show, and is based on skeleton information such as the position, direction angle, and posture of the livestock animal's head and buttocks. Thus, the projection transformation of the half-moon image can be calculated. Therefore, based on the estimated posture, location information on the half-moon area of the livestock subject, which is the area of interest, is extracted (step 224).

자세 추정 모델을 통해 머리 부분, 엉덩이 부분, 축산 가축의 중심축과 다리 등의 조인트 정보 등의 기준 정보를 이용하여 추출된 반문 영역 위치 정보는 '축산 동물의 3D 오브젝트'가 가리키는 각 영역 중의 일부이며, 영상 획득 장치인 카메라의 투영각에 따른 이미지 왜곡(Distortion)이 포함된 상태로 추출된다. 따라서, 이러한 이미지 왜곡을 제거하기 위하여, 반문 영역에 대한 반문 이미지를 보정한다(단계 225).The half-face area location information extracted through the posture estimation model using reference information such as the head, buttocks, and joint information such as the central axis and legs of the livestock animal is part of each region indicated by the '3D object of the livestock animal'. , Image distortion is extracted according to the projection angle of the camera, which is an image acquisition device. Therefore, in order to remove this image distortion, the semi-print image for the semi-print area is corrected (step 225).

다음, 보정된 반문 이미지와 반문 영역 위치 정보를 기반으로 하여 농장에 등록된 개체별 반문 이미지 데이터 셋들과 템플릿 매칭으로 조회함으로써, 개체를 식별한다(단계 226). 이때 템플릿 매칭 결과가 둘 이상의 개체들을 포함하는 경우, 자세 기반 반문 영역 추출의 중요도에 따라 다음 순위의 반문 영역에 대한 조회를 통해 개체 식별을 수행한다.Next, based on the corrected half-mark image and the half-mark area location information, the individual is identified by searching through template matching with the half-mark image data sets for each object registered in the farm (step 226). At this time, if the template matching result includes two or more entities, entity identification is performed by searching for the next ranked half-moon area according to the importance of posture-based half-moon area extraction.

식별된 개체 정보는 웹(Web) 서비스와 앱(App) 서비스를 통해 사용자에게 축산 동물의 촬영 이미지와 함께 식별된 개체 정보를 실시간으로 제공함으로써, 각 개체에 대하여 실시간으로 모니터링할 수 있도록 한다. Identified entity information provides real-time monitoring of each entity along with captured images of livestock animals to users through web services and app services.

이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 그리고, 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. Although the present invention has been described above with a focus on preferred embodiments, this is only an example and does not limit the present invention, and those skilled in the art will understand that it does not deviate from the essential characteristics of the present invention. It will be apparent that various modifications and applications not exemplified above are possible within the scope. In addition, these variations and differences in application should be construed as being included in the scope of the present invention as defined in the appended claims.

1 : 가축 행동 패턴 분류 시스템
10 : 영상 획득 장치
20 : 데이터베이스 서버
30 : 개체 식별 장치
31 : 영상 입력 모듈
32 : 개체 추출 모듈
33 : 자세 추정 모듈
34 : 반문 영역 추출 모듈
35 : 개체 인식 모듈
40 : 행동 패턴 분류 장치
42 : 움직임 데이터 추출 모듈
44 : 움직임 추정 모듈
46 : 행동 분류 모듈
1: Livestock behavior pattern classification system
10: Image acquisition device
20: Database server
30: object identification device
31: video input module
32: Object extraction module
33: Posture estimation module
34: Half-question region extraction module
35: Object recognition module
40: Behavior pattern classification device
42: Movement data extraction module
44: Motion estimation module
46: Behavior classification module

Claims (17)

농장 내 축산 동물들에 대한 영상을 기반으로 한 가축 행동 패턴 분류 시스템에 있어서,
하나 또는 둘 이상의 촬상 장치들을 구비하고, 상기 촬상 장치들에 의해 획득된 축산 동물들에 대한 영상들을 제공하는 영상 획득 장치;
농장 내 관리하는 축산 동물들의 개체별 반문 이미지 데이터 셋 및 상기 영상 획득 장치로부터 제공된 영상들이 저장 및 관리되는 데이터베이스 서버;
상기 영상 획득 장치로부터 제공된 영상들로부터 개체 이미지를 추출하고, 축산 동물들의 각 개체들이 갖는 고유한 반문 이미지를 이용하여 상기 개체 이미지에 포함된 개체를 식별하는 개체 식별 장치; 및
상기 영상들을 이용하여 상기 개체 식별 장치에 의해 식별된 개체들에 대한 움직임 데이터를 추출하고, 상기 움직임 데이터를 이용하여 개체별 행동 패턴을 분류하는 행동 패턴 분류 장치;
를 구비하여 영상을 이용하여 농장 내 축산 동물들의 각 개체에 대한 행동 패턴을 분류하여 제공하고,
상기 개체 식별 장치는,
상기 영상 획득 장치로부터 영상을 입력받는 영상 입력 모듈;
영상 처리를 통해 상기 입력된 영상으로부터 축산 동물에 대한 개체 이미지를 추출하는 개체 추출 모듈;
상기 추출된 개체 이미지로부터 개체의 스켈레톤 정보를 추출하고, 기계 학습 기반의 자세 추정 모델을 이용하여 상기 스켈레톤 정보에 대응되는 개체의 자세를 추정하는 자세 추정 모듈;
개체에 대한 상기 추정된 자세를 기반으로 하여 상기 개체 이미지의 반문 영역 위치 정보를 추출하는 반문 영역 추출 모듈; 및
상기 추출된 반문 영역 위치 정보에 따른 반문 이미지와 상기 데이터베이스 서버에 저장된 개체별 반문 이미지 데이터 셋을 비교하여 상기 개체 이미지의 개체를 식별하고, 상기 식별된 개체에 대한 고유 식별 정보를 제공하는 개체 인식 모듈;
을 구비하여, 각 영상에 포함된 개체를 식별하고 해당 개체에 대한 고유 식별 정보를 제공하는 것을 특징으로 하는 영상을 기반으로 한 가축 행동 패턴 분류 시스템.
In the livestock behavior pattern classification system based on images of livestock animals on the farm,
An image acquisition device comprising one or more imaging devices and providing images of livestock animals acquired by the imaging devices;
a database server that stores and manages individual cross-sectional image data sets of livestock animals managed within the farm and images provided from the image acquisition device;
an object identification device that extracts an object image from the images provided from the image acquisition device and identifies the object included in the object image using a unique cross-print image of each individual of the livestock animals; and
a behavior pattern classification device that extracts motion data for the objects identified by the object identification device using the images and classifies behavior patterns for each object using the motion data;
Equipped with a video, it classifies and provides behavioral patterns for each individual livestock animal on the farm,
The object identification device,
an image input module that receives an image from the image acquisition device;
an entity extraction module that extracts an entity image of a livestock animal from the input image through image processing;
a posture estimation module that extracts skeleton information of an object from the extracted object image and estimates a posture of the object corresponding to the skeleton information using a machine learning-based posture estimation model;
a half-moon area extraction module that extracts half-moon area location information of the object image based on the estimated posture of the object; and
An object recognition module that compares a half-print image according to the extracted half-mark area location information with a half-mark image data set for each object stored in the database server to identify the object in the object image and provides unique identification information for the identified object. ;
A livestock behavior pattern classification system based on images, characterized in that it identifies the objects included in each image and provides unique identification information for the objects.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 자세 추정 모듈은,
축산 동물의 자세별 스켈레톤 정보들로 이루어진 학습 데이터를 이용하여 학습되어 모델링된 기계 학습 모델인 것을 특징으로 하는 영상을 기반으로 한 가축 행동 패턴 분류 시스템.
The method of claim 1, wherein the posture estimation module:
An image-based livestock behavior pattern classification system characterized by being a machine learning model learned and modeled using learning data consisting of skeleton information for each posture of livestock animals.
제1항에 있어서, 상기 반문 영역 추출 모듈은,
기계 학습 기반의 반문 영역 추출 모델을 이용하여, 개체 이미지로부터 추출된 스켈레톤 정보와 자세 추정 모듈에 의해 추정된 자세 정보에 대응되는 상기 개체 이미지의 반문 영역 위치 정보를 추출하는 것을 특징으로 하며,
상기 반문 영역 추출 모델은 축산 동물의 스켈레톤 정보와 자세 정보에 따른 반문 영역 위치 정보들로 이루어진 학습 데이터를 이용하여 학습되어 모델링된 기계 학습 모델인 것을 특징으로 하는 영상을 기반으로 한 가축 행동 패턴 분류 시스템.
The method of claim 1, wherein the response region extraction module,
Using a machine learning-based half-moon area extraction model, the half-moon area location information of the object image corresponding to the skeleton information extracted from the object image and the posture information estimated by the posture estimation module is extracted,
The image-based livestock behavior pattern classification system is characterized in that the half-moon area extraction model is a machine learning model learned and modeled using learning data consisting of half-moon area location information according to the skeleton information and posture information of livestock animals. .
제1항에 있어서, 상기 데이터베이스 서버에 저장된 상기 반문 이미지 데이터 셋은, 농장 내 사전 등록된 축산 동물들의 각 개체에 대한 반문 이미지 데이터 셋이며,
축산 동물 개체들의 고유 식별 정보에 대응되는 복수 개의 반문 영역들에 대한 반문 이미지 데이터들을 포함하며,
상기 반문 영역은 적어도 축산 동물 개체에 대한 좌측면, 우측면, 상부면, 배면 반문 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 영상을 기반으로 한 가축 행동 패턴 분류 시스템.
The method of claim 1, wherein the half-face image data set stored in the database server is a half-face image data set for each of the pre-registered livestock animals in the farm,
Contains half-print image data for a plurality of half-mark areas corresponding to unique identification information of livestock animal entities,
An image-based livestock behavior pattern classification system, characterized in that the half-mark area includes at least the left side, right side, upper side, and back half-mark area for each livestock animal.
제1항에 있어서, 상기 행동 패턴 분류 장치는,
개체 식별이 완료된 영상들의 현재 프레임과 이전 프레임을 분석하여 개체별 움직임 데이터를 추출하는 움직임 데이터 추출 모듈;
상기 개체별 움직임 데이터를 이용하여 사전 설정된 기준에 따라 개체별 움직임 추정값을 측정하는 움직임 추정 모듈;
상기 개체별 움직임 추정값이 사전 설정된 움직임 임계값을 초과하면 동적 움직임으로 판단하고, 그렇지 않은 경우 정적 움직임으로 판단하는 행동 분류 모듈;
을 구비하여, 개체별 행동 패턴을 분류하는 것을 특징으로 하는 영상을 기반으로 한 가축 행동 패턴 분류 시스템.
The method of claim 1, wherein the behavior pattern classification device,
A motion data extraction module that extracts motion data for each object by analyzing the current frame and previous frame of images for which object identification has been completed;
a motion estimation module that measures a motion estimate value for each object according to a preset standard using the motion data for each object;
a behavior classification module that determines the motion as dynamic if the motion estimate for each object exceeds a preset motion threshold, and determines as static if not;
An image-based livestock behavior pattern classification system characterized by classifying individual behavior patterns.
제6항에 있어서, 상기 개체별 움직임 데이터는,
스켈레톤 정보를 기반으로 한 개체의 자세 정보, 영상 내 개체의 위치 정보 및 연속되는 영상 프레임의 시간 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상을 기반으로 한 가축 행동 패턴 분류 시스템.
The method of claim 6, wherein the movement data for each object is:
An image-based livestock behavior pattern classification system that includes posture information of an object based on skeleton information, location information of an object in the image, and time information of consecutive image frames.
적어도 하나 또는 둘 이상의 촬상 장치들에 의해 획득된 영상을 입력받는 영상 입력 모듈;
농장 내 관리하는 축산 동물들의 개체별 반문 이미지 데이터 셋이 저장 및 관리되는 데이터베이스;
영상 처리를 통해 상기 입력된 영상으로부터 축산 동물에 대한 개체 이미지를 추출하는 개체 추출 모듈;
상기 추출된 개체 이미지로부터 개체의 스켈레톤 정보를 추출하고, 기계 학습 기반의 자세 추정 모델을 이용하여 상기 스켈레톤 정보에 대응되는 개체의 자세를 추정하는 자세 추정 모듈;
개체에 대한 상기 추정된 자세를 기반으로 하여 상기 개체 이미지의 반문 영역 위치 정보를 추출하는 반문 영역 추출 모듈; 및
상기 추출된 반문 영역 위치 정보에 따른 반문 이미지와 데이터베이스에 저장된 개체별 반문 이미지 데이터 셋을 비교하여 상기 개체 이미지의 개체를 식별하고, 상기 식별된 개체에 대한 고유 식별 정보를 제공하는 개체 인식 모듈;
을 구비하여, 축산 동물들의 각 개체들이 갖는 고유한 반문 이미지를 이용하여, 영상에 포함된 개체를 식별하고 해당 개체에 대한 고유 식별 정보를 제공하는 것을 특징으로 하는 반문 이미지를 기반으로 한 축산 동물에 대한 개체 식별 장치.
an image input module that receives images acquired by at least one or more imaging devices;
A database in which individual cross-sectional image data sets of livestock animals managed within the farm are stored and managed;
an entity extraction module that extracts an entity image of a livestock animal from the input image through image processing;
a posture estimation module that extracts skeleton information of an object from the extracted object image and estimates a posture of the object corresponding to the skeleton information using a machine learning-based posture estimation model;
a half-moon area extraction module that extracts half-moon area location information of the object image based on the estimated posture of the object; and
an object recognition module that compares a cross-print image according to the extracted cross-print area location information with a set of object-specific cross-print image data stored in a database to identify the object in the object image and provides unique identification information for the identified object;
Equipped with, using the unique half-face image of each individual of livestock animals, identifying the object included in the image and providing unique identification information for the object, to livestock animals based on the half-face image. Object identification device for.
제8항에 있어서, 상기 자세 추정 모듈은,
축산 동물의 자세별 스켈레톤 정보들로 이루어진 학습 데이터를 이용하여 학습되어 모델링된 기계 학습 모델인 것을 특징으로 하는 반문 이미지를 기반으로 한 축산 동물에 대한 개체 식별 장치.
The method of claim 8, wherein the posture estimation module:
An object identification device for livestock animals based on half-face images, characterized in that it is a machine learning model learned and modeled using learning data consisting of skeleton information for each posture of livestock animals.
제8항에 있어서, 상기 반문 영역 추출 모듈은,
기계 학습 기반의 반문 영역 추출 모델을 이용하여, 개체 이미지로부터 추출된 스켈레톤 정보와 자세 추정 모듈에 의해 추정된 자세 정보에 대응되는 상기 개체 이미지의 반문 영역 위치 정보를 추출하는 것을 특징으로 하며,
상기 반문 영역 추출 모델은 축산 동물의 스켈레톤 정보와 자세 정보에 따른 반문 영역 위치 정보들로 이루어진 학습 데이터를 이용하여 학습되어 모델링된 기계 학습 모델인 것을 특징으로 하는 반문 이미지를 기반으로 한 축산 동물에 대한 개체 식별 장치.
The method of claim 8, wherein the response region extraction module,
Using a machine learning-based half-moon area extraction model, the half-moon area location information of the object image corresponding to the skeleton information extracted from the object image and the posture information estimated by the posture estimation module is extracted,
The half-moon region extraction model is a machine learning model learned and modeled using learning data consisting of half-moon area location information according to the skeleton information and posture information of livestock animals. Object identification device.
제8항에 있어서, 상기 데이터베이스에 저장된 상기 반문 이미지 데이터 셋은, 농장 내 사전 등록된 축산 동물들의 각 개체에 대한 반문 이미지 데이터 셋이며,
축산 동물 개체들의 고유 식별 정보에 대응되는 복수 개의 반문 영역들에 대한 반문 이미지 데이터들을 포함하며,
상기 반문 영역은 적어도 축산 동물 개체에 대한 좌측면, 우측면, 상부면, 배면 반문 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 반문 이미지를 기반으로 한 축산 동물에 대한 개체 식별 장치.
The method of claim 8, wherein the half-face image data set stored in the database is a half-face image data set for each individual of pre-registered livestock animals in the farm,
Contains half-print image data for a plurality of half-mark areas corresponding to unique identification information of livestock animal entities,
Wherein the half-mark area includes at least left, right, upper, and back half-mark areas of the livestock animal.
컴퓨팅 시스템을 이용하여, 농장 내 축산 동물들에 대한 영상을 기반으로 한 가축 행동 패턴 분류 방법에 있어서,
(a) 농장 내 관리하는 축산 동물들의 개체별 반문 이미지 데이터 셋을 사전에 데이터베이스에 저장하는 단계;
(b) 하나 또는 둘 이상의 촬상 장치들로부터 축산 동물들에 대한 영상들을 제공하는 단계;
(c) 상기 제공된 영상들로부터 개체 이미지를 추출하고, 축산 동물들의 각 개체들이 갖는 고유한 반문 이미지를 이용하여 상기 개체 이미지에 포함된 개체를 식별하는 단계; 및
(d) 상기 영상들을 이용하여 상기 식별된 개체들에 대한 움직임 데이터를 추출하고, 상기 움직임 데이터를 이용하여 개체별 행동 패턴을 분류하는 단계;
를 구비하여, 영상을 이용하여 농장 내 축산 동물들의 각 개체에 대한 행동 패턴을 분류하여 제공하고,
상기 (c) 단계는,
(c1) 영상 처리를 통해 상기 제공된 영상으로부터 축산 동물에 대한 개체 이미지를 추출하는 단계;
(c2) 상기 추출된 개체 이미지로부터 개체의 스켈레톤 정보를 추출하고, 기계 학습 기반의 자세 추정 모델을 이용하여 상기 스켈레톤 정보에 대응되는 개체의 자세를 추정하는 단계;
(c3) 개체에 대한 상기 추정된 자세를 기반으로 하여 상기 개체 이미지의 반문 영역 위치 정보를 추출하는 단계; 및
(c4) 상기 추출된 반문 영역 위치 정보에 따른 반문 이미지와 상기 데이터베이스에 저장된 개체별 반문 이미지 데이터 셋을 비교하여 상기 개체 이미지의 개체를 식별하고, 상기 식별된 개체에 대한 고유 식별 정보를 제공하는 단계;
을 구비하여, 각 영상에 포함된 개체를 식별하고 해당 개체에 대한 고유 식별 정보를 제공하는 것을 특징으로 하는 영상을 기반으로 한 가축 행동 패턴 분류 방법.
In a method of classifying livestock behavior patterns based on images of livestock animals on a farm using a computing system,
(a) Saving in advance a data set of individual images of livestock animals managed on a farm in a database;
(b) providing images of livestock animals from one or more imaging devices;
(c) extracting an object image from the provided images and identifying the object included in the object image using the unique half-face image of each individual of livestock animals; and
(d) extracting motion data for the identified objects using the images and classifying behavior patterns for each object using the motion data;
Equipped with an image, it classifies and provides behavioral patterns for each individual livestock animal on the farm,
In step (c),
(c1) extracting an object image of a livestock animal from the provided image through image processing;
(c2) extracting skeleton information of the object from the extracted object image and estimating the posture of the object corresponding to the skeleton information using a machine learning-based posture estimation model;
(c3) extracting location information of the half-moon area of the object image based on the estimated posture of the object; and
(c4) comparing a half-print image according to the extracted half-mark area location information with a half-mark image data set for each object stored in the database to identify the entity in the object image and providing unique identification information for the identified entity. ;
A livestock behavior pattern classification method based on images, characterized in that it identifies the objects included in each image and provides unique identification information for the objects.
삭제delete 제12항에 있어서, 상기 (c2) 단계는,
축산 동물의 자세별 스켈레톤 정보들로 이루어진 학습 데이터를 이용하여 학습되어 모델링된 기계 학습 모델인 것을 특징으로 하는 영상을 기반으로 한 가축 행동 패턴 분류 방법.
The method of claim 12, wherein step (c2),
An image-based livestock behavior pattern classification method, characterized in that it is a machine learning model learned and modeled using learning data consisting of skeleton information for each posture of livestock animals.
제12항에 있어서, 상기 (c3) 단계는,
기계 학습 기반의 반문 영역 추출 모델을 이용하여, 개체 이미지로부터 추출된 스켈레톤 정보와 자세 추정 모듈에 의해 추정된 자세 정보에 대응되는 상기 개체 이미지의 반문 영역 위치 정보를 추출하는 것을 특징으로 하며,
상기 반문 영역 추출 모델은 축산 동물의 스켈레톤 정보와 자세 정보에 따른 반문 영역 위치 정보들로 이루어진 학습 데이터를 이용하여 학습되어 모델링된 기계 학습 모델인 것을 특징으로 하는 영상을 기반으로 한 가축 행동 패턴 분류 방법.
The method of claim 12, wherein step (c3),
Using a machine learning-based half-moon area extraction model, the half-moon area location information of the object image corresponding to the skeleton information extracted from the object image and the posture information estimated by the posture estimation module is extracted,
The image-based livestock behavior pattern classification method, wherein the half-moon area extraction model is a machine learning model learned and modeled using learning data consisting of half-moon area location information according to the skeleton information and posture information of livestock animals. .
제12항에 있어서, 상기 (d) 단계는,
개체 식별이 완료된 영상들의 현재 프레임과 이전 프레임을 분석하여 개체별 움직임 데이터를 추출하는 단계;
상기 개체별 움직임 데이터를 이용하여 사전 설정된 기준에 따라 개체별 움직임 추정값을 측정하는 단계;
상기 개체별 움직임 추정값이 사전 설정된 움직임 임계값을 초과하면 동적 움직임으로 판단하고, 그렇지 않은 경우 정적 움직임으로 판단하는 단계;
을 구비하여, 개체별 행동 패턴을 분류하는 것을 특징으로 하는 영상을 기반으로 한 가축 행동 패턴 분류 방법.
The method of claim 12, wherein step (d) is,
extracting motion data for each object by analyzing the current frame and previous frame of images for which object identification has been completed;
measuring a motion estimate for each object according to a preset standard using the motion data for each object;
If the motion estimate value for each object exceeds a preset motion threshold, determining it to be a dynamic movement; otherwise, determining it to be a static movement;
A method for classifying livestock behavior patterns based on video, characterized by classifying behavior patterns for each individual.
제16항에 있어서, 상기 개체별 움직임 데이터는,
스켈레톤 정보를 기반으로 한 개체의 자세 정보, 영상 내 개체의 위치 정보 및 연속되는 영상 프레임의 시간 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상을 기반으로 한 가축 행동 패턴 분류 방법.


The method of claim 16, wherein the movement data for each object is:
A livestock behavior pattern classification method based on video, characterized by including posture information of an object based on skeleton information, position information of an object in the video, and time information of consecutive video frames.


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