SE505111C2 - Förfarande för övervakning och positionsbestämning av djur, anordning för utförande av förfarandet och användning av förfarandet - Google Patents

Description

505 10 15 20 25 30 35 111 2 positionen för juvret och spenarna hos en ko vid en mjölkningsstation.

Problemet med identifiering av i första hand kor har man löst genom att varje individ förses med en s.k. transponder, som innehåller ID-information om kon och kan avläsas då kon passerar förbi definierade frågestationer.

Emellertid kvarstår ett önskemål om att vid en mer allmän övervakning av ett djurbestånd kunna både positions- bestämma och i förekommande fall identifiera såväl enskilda djur som kollektiv av djur utan att dessa skall behöva förses med nämnda transponder och behöva förflytta sig förbi en frågestation. Exempelvis kan det vara fråga om att övervaka djur som rör sig fritt i en hage eller en ladugård.

I många tillämpningar är kraven på noggrannhet mycket höga samtidigt som avkänningen skall kunna ske på större eller mindre distans. Detta har lett fram till metoder och system som baserar sig på bildinformation från djuren, djuret eller partier av djuret, som upptages med hjälp av en eller flera videokameror. Dessa kameror kan vara av gängse slag och bildinformationen kan tas upp i svart/vitt, men upptagningen sker företrädesvis i färg för att möjliggöra noggrannast möjliga utvärdering.

Videokamerorna kan vara av typen som arbetar med ett elektroniskt rör men är företrädesvis av CCD-typ, som bl.a. har fördelen av lägre vikt och en allmänt sett oömmare uppbyggnad. Genom att använda standard-video- kameror kan kostnaderna hållas nere samtidigt som man har fördelen av att arbeta med en välutvecklad teknik.

Exempel på känd teknik, där man utnyttjar video- kameror för upptagning av bildinformation, återfinnes i GB-A-2 272 971, som beskriver användning av två video- kameror för upptagning av färgbildinformation vid en mjölkningsstation i syfte att utröna om kons juver och spenar är nedsmutsade eller skadade. I skriften lämnas ingen närmare redovisning av hur bildinformationen be- handlas, men man konstaterar att färgbilder kan användas 10 15 20 25 30 35 3 505111 och behandlas i realtid under förutsättning att till- räcklig databehandlingskapacitet finns tillgänglig.

DE 37 44 867 C2 beskriver likaså användning av videokameror vid en mjölkningsstation för anbringande av spenkoppar på kons juver. Lokaliseringen av en spene är tänkt att ske genom s.k. ”konturjämförelse” mellan kon- turen av en spene i en upptagen bild och en referens- kontur. Hur denna konturinformation skall utvinnas ur en upptagen videobild och hur denna konturinformation sedan jämförs med en referenskontur sägs ingenting om i denna patentskrift. Generellt innebär denna typ av bild- eller konturjämförelse mycket stora datamängder med åtföljande stora krav på databehandlingskapacitet. Metodens använd- ning vid en mjölkningsstation ställer dessutom krav på att bildbehandlingen måste genomföras i realtid, vilket ytterligare ökar kraven på tillgänglig databehandlings- kapacitet.

Användningen av färgbildinformation för att möjlig- göra bästa möjliga informationsnoggrannhet, står följakt- ligen i direkt konflikt med kravet på att den aktuella tekniska installationen skall kunna tillverkas till en kostnad som är fördragbar i de aktuella användningssitua- tionerna.

En uppfattning om de aktuella datamängderna kan man få genom konstaterandet av att en bild i videoinforma- tionen består av två delbilder och att delbildsfrekvensen är t.ex. 50 Hz. Från en aktuell typ av videokamera er- hàlles för varje delbild en datamängd som består av 768*29O bildelement (antalet bildelement per linje * antalet linjer per delbild), där varje bildelement i sin tur innehåller 24 bitar med färginformation. Ställes kravet att behandlingen av denna datamängd skall ske i realtid, d.v.s. inom upptagningstiden för delbilden, så är den tillgängliga tidrymden 20 ms, vilket motsvarar en bearbetningshastighet av ca. 267 Mbit/s. Dagens till- gängliga processorer klarar inte av denna bearbetnings- hastighet, i synnerhet inte processorer i sà kallade 505 10 15 20 25 30 35 111 4 inbyggnadssystem, pà vilka dessutom ställes kravet att de skall klara av in/utmatning, ha måttlig effektförbrukning och betinga i sammanhanget rimliga inköpskostnader.

BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Ett ändamål med uppfinningen är därför att åstad- komma ett förfarande som eliminerar nackdelarna hos känd teknik och möjliggör realtidsbearbetning av färgbild- information med utnyttjande av mindre databehandlings- kapacitet och som därigenom möjliggör användning av enklare och billigare processorer.

Uppfinningsändamålet uppnås genom ett förfarande av inledningsvis nämnt slag, vilket förfarande utmärkes av att de i videosignalerna ingående RGB-signalerna fram- tages i digital form för bildpunkterna i en bild eller delbild av videoinformationen, att de digitala RGB- signalerna för bildpunkterna analyseras med avseende på sitt innehåll av en eller flera färgnyanser, som är karaktäriserande för ett eller flera djur och/eller ett eller flera definierade partier och/eller tillstånd hos dessa, att varje karaktäristisk färgnyans identi- fieras genom tillämpning av en tillhörighetsfunktion, varvid färginnehållet i en bildpunkt prövas med avseende på sin tillhörighet till en eller flera, i förväg definierade färgnyansvolymer utgörande en eller flera delar av ett färgnyansrum som bildas av RGB-signalernas färgintensiteter, att bildpunkter utväljs, vars färg- innehàll faller inom en färgnyansvolym, och att nämnda data beräknas ur de så utvalda bildpunkterna.

Omvandlingen av RGB-signalerna genom användning av nämnda tillhörighetsfunktion ger i sig en datareduktion med faktorn 3. I beroende av hur väl de eftersökta, karakteristiska färgnyanserna är definierade genom nämnda en eller flera färgnyansvolymer kan en totalt mycket betydande datareduktion uppnås. Då RGB-signalerna analy- seras med avseende på en karakteristisk färgnyans som representeras av en väldefinierad färgnyansvolym, vilket 10 15 20 25 30 35 s, 505111 t.ex. kan vara fallet då man vill avgöra om ett eller flera djur uppehåller sig eller ej inom definierat område, innebärande att för djuret/djuren vald karakter- istisk färgnyans skall särskiljas från omgivningens färg- nyanser, kan denna behandling av bildinformationen vara tillräcklig för att skapa den önskade övervaknings- informationen.

För redovisningen av uppfinningen i beskrivning och patentkrav har RGB-signalerna valts som representations- form för bildinformationens innehåll av färgtoner eller färgnyanser, vilket kan sägas innebära att färginforma- tionen hänförs till ett tredimensionellt RGB-färgnyans- rum. Det inses emellertid av varje fackman inom området, att bildinformationens färginnehåll lika väl skulle kunna representeras genom motsvarande luminans- och krominans- signaler, innebärande att färginformationen redovisas i polär form, och att åtgärder motsvarande de i patent- kravet angivna kan definieras för detta representations- sätt.

Enligt en föredragen utföringsform av förfarandet enligt uppfinningen ges varje bildpunkt inom en färg- nyansvolym ett motsvarande tillhörighetsvärde, som är angivande för bildpunktens läge i färgnyansvolymen och därigenom utgör ett mått på bildpunktens tillhörighets- grad.

Med användning av dessa tillhörighetsvärden kan ytterligare diskriminering i datamängden utföras, vilket enligt uppfinningen exempelvis kan ske genom tröskelsätt- ning, innebärande att endast tillhörighetsvärden som är större än ett givet tröskelvärde utväljes för fortsatt behandling. En alternativ eller kompletterande möjlighet till fortsatt datareduktion är medelvärdesbildning mellan tillhörighetsvärden som representerar intilliggande bild- punkter utmed en linje i bildinformationen och bort- väljande av medelvärden som understiger ett förutbestämt tröskelvärde. Ännu en möjlighet är att derivera till- hörighetsvärdena i syfte att fastställa förändringar 505111 e 10 15 20 25 30 35 mellan intilliggande bildpunkters tillhörighetsvärden.

Genom att därefter bibehålla endast derivatavärden över viss storlek och diskriminering av övriga, kan man isolera bildpunkter som ligger i kantzonen mellan områden med uppfattbara skillnader i färgnyans. Exempelvis ger detta möjlighet till att detektera konturen hos ett före- mål med en karaktäristisk färgnyans mot en bakgrund.

Genom dessa kompletterande åtgärder àstadkommes en drastisk reduktion av datamängden, som gör det möjligt att ta fram önskad information ur kvarstående data med hög bearbetningshastighet under användning av begränsad processorkapacitet, t.ex. framtagning av koordinater för partier av det observerade djuret.

En ytterligare ökning av den slutliga bearbetnings- hastigheten kan uppnås genom att man för den reducerade datamängden för intressanta bildpunkter övergår från s.k. bitmap-representation, som innebär att man hanterar bild- punkter med konstant frekvens, till koordinatrepresenta- tion, som innebär att man enbart för de intressanta bild- punkterna hanterar dessas respektive x-koordinater utmed en bildlinje, vilket förutsätter att de intressanta bild- punkterna bearbetas linjevis och innebär att y-koordi- naten kan anses känd genom att en aktuell linjes läge i bilden är känt.

Enligt en ytterligare föredragen utföringsform av förfarandet enligt uppfinningen utförs färganalysen av bildinformationen i en dedicerad hårdvara, i vilken varje färgnyansvolym definieras genom en lookup-tabell av tillhörighetsvärden som lagras i en lookup-minnesenhet, till vilken bildpunkternas RGB-intensitetsvärden tillförs såsom adressinformation, varvid tillhörighetsvärdet för respektive bildpunkt utläses från minnet om bildpunktens färgnyans tillhör den genom lookup-tabellen definierade färgnyansvolymen, alternativt bildpunkten tilldelas till- hörighetsvärdet noll eller motsvarande om bildpunkten faller utanför nämnda volym. 10 15 20 25 30 35 v 505111 Fördelarna med att utföra omvandlingen från RGB- signaler till tillhörighetsvärden i en hårdvarulösning är flera. Sålunda möjliggörs en betydande tidsvinst i be- arbetningen vid jämförelse med en processorbaserad mjuk- varulösning. Beroende av mjukvarulösningens uppbyggnad kan den beräknade tidsvinsten uppgå till en faktor av ca. 200-1000. Om mjukvarulösningen är så utformad att omvand- lingen ej behöver utföras för alla bildpunkter i bild- informationen, kan tidsvinsten uppskattas till en faktor av 100. Genom att använda en hårdvarulösning skapas också förutsättningar för att arbeta med en deterministisk, konstant bildpunktsfördröjning genom bildanalyssystemet som helhet. Detta är av betydelse då man utnyttjar förfarandet enligt uppfinningen i ett dynamiskt system, t.ex. för att fastställa lägeskoordinaterna för ett rörligt föremål. Sålunda kan man med kännedom om bild- punktsfördröjningen och med tillgång till en dynamisk modell för föremålets ”normala” rörelsemönster prediktera de momentana lägeskoordinaterna, varigenom fördröjningen bortkompenseras och en mera sann redovisning av det verkliga läget erhålles.

Enligt ännu en föredragen utföringsform av för- farandet enligt uppfinningen, varvid två på avstånd ifrån varandra belägna videokameror användes för upptagning av bildinformationen, kan en ytterligare reduktion av data- mängden uppnås genom att det aktuella övervaknings- objektet belyses genom två begränsade ljusstrålknippen av olika färg, varvid det ena ljusstrålknippet företrädesvis innehåller ljus inom det röda färgspektrumet medan det andra ljusstrålknippet innehåller ljus inom det blå färgspektrumet, att nämnda ljusstrålknippen riktas mot objektet så att ljusstrålknippena bringas att korsa varandra inom ett förväntat uppehållsområde för objektet, vilket predikterats på grundval av historiska data om föremålet, och att endast bildpunkter som innehåller färgbidrag från båda ljusstrålknippena utväljes. 505 10 15 20 25 30 35 111 s Dessa åtgärder möjliggör diskriminering av bild- punkter som tillhör en aktuell färgnyansvolym, men som hänför sig till föremål såväl framför som bakom objektets förväntade uppehållsområde och därigenom endast kommer att belysas av ljus av endera färgen och följaktligen kan diskrimineras på denna grund. Även om bildinformationen i sig är tvàdimensionell, så möjliggörs på detta sätt diskriminering i den tredje dimensionen, d.v.s. i djupled relativt videokamerornas observationsriktning. Denna typ av diskriminering är särskilt värdefull då bildanalysen syftar till att ta fram bildpunkter som sammanfaller med objektets kontur i omgivningar där objektet kan såväl skymmas av som framträda mot bakgrund av föremål med samma eller väsentligen samma färgton som objektet.

Ytterligare utföringsformer av förfarandet enligt uppfinningen framgår av de efterföljande patentkraven.

En anordning enligt uppfinningen för beräkning av övervaknings- och positionsdata för enskilda djur och/eller kollektiv av djur, som befinner sig inom ett definierat uppehållsområde, innefattar i korthet en eller flera videokameror för upptagning av bildinformation från uppehållsomràdet, signalomvandlare för framtagning av bildpunkternas digitala RGB-signaler, datareducerings- enhet med en tillhörighetsfunktionsenhet som ger varje bildpunkt ett tillhörighetsvärde i beroende av dess inne- håll av en djurkarakteriserande färgnyans, minnesorgan för lagring av utvalda bildpunkter, samt beräkningsorgan för att ur dessa beräkna nämnda data.

Enligt ett föredraget utföringsexempel på anordning- en enligt uppfinningen används ett så kallat lookup-minne för att realisera tillhörighetsfunktionsenheten. Lookup- minnet är programmerbart med en lookup-tabell av till- hörighetsvärden som definierar de djurkarakteriserande färgnyanserna.

Det har visat sig möjligt att med de förutsättningar som gäller för bildinformationen i samband med djur- hållning utveckla färgnyansbaserade lookup-tabeller som 10 15 20 25 30 35 9 505111 möjliggör en långtgående men ändå väl avvägd reduktion av datamängden.

Ytterligare utföringsexempel på anordningen enligt uppfinningen framgår av patentkraven.

BESKRIVNING AV RITNINGSFIGURER Uppfinningen kommer att beskrivas närmare i an- slutning till icke-begränsande utföringsexempel, som är visade på ritningarna, där: Fig l visar ett schema över de huvuddsakliga funktionsblocken i anordningen enligt uppfinningen; Fig 2 visar den i Fig 1 ingående datareducerings- enheten i form av ett mer detaljerat blockschema; Fig 3 visar ett flödesschema över arbetsgången vid en beräkning av tillhörighetsvärden i en lookup-tabell; Fig 4 visar ett flödesschema som åskådliggör anordningens övergripande funktionssätt; och Fig 5 visar ett principiellt arrangemang för upp- tagning av övervakningsinformation enligt uppfinningen.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL Blockschemat i Fig l visar en videokamera l, som I blocket 2 (VIDEO/RGB) omvandlas den analoga videosignalen från kameran l till digitala RGB-signaler för delbildernas bildpunkter. De digitala RGB-signalerna tillförs en datareduceringsenhet 3 (REDUC), där bildpunkternas RGB-signaler färganalyseras med användning av en lookup-tabell-baserad tillhörighets- företrädesvis är av CCD-typ. funktion. På sätt som beskrivs närmare i anslutning till Fig 2 omvandlas bildpunkternas RGB-signaler till motsvar- ande tillhörighetsvärden och bildpunkter som uppfyller tillhörighetsfunktionens villkor utväljs. De utvalda bildpunkternas tillhörighetsvärden överförs till ett minne 4 (MEM), antingen direkt eller först efter ytter- ligare datareducerande bearbetning. Pâ grundval av bild- punktsinformationen i minnet 4 beräknar en dataprocessor 5 (CPU) med hjälp av valbara beräkningsalgoritmer önskad 505 111 w 10 15 20 25 30 35 övervaknings- och/eller positionsdata, som tillförs en generell funktionsenhet 6. Det framhålles att blocken 2, 3, 4, 5 representerar funktioner i anordningen enligt uppfinningen, vilka ej nödvändigtvis motsvaras av någon motsvarande uppdelning i sin fysiska realisering.

Kommunikationen av den konventionella analoga video- signalen mellan videokameran l och blocket 2 sker genom en koaxialkabel. För kommunikationen av styrsignaler mellan blocken 2 och 3 finns en standardiserad I2C-buss, och för nämnda digitala RGB-signaler och nödvändiga klock- och synkroniseringssignaler finns dedicerade data- ledningar. Från det datareducerande blocket 3 mottager minnesblocket 4 tillhörighetsvärdena för ett reducerat antal bildpunkter i en delbild, alternativt till- hörighetsvärden efter ytterligare datareducering genom derivering eller medelvärdesbildning av tillhörighets- värdena med åtföljande diskriminering. Möjlighet finns också att tillföra minnet 4 tillhörighetsvärden, derivator eller medelvärden för enbart intressanta punkter representerade i koordinatform i stället för bitmap-form.

Minnet 4 har kapacitet för att lagra bildpunkterna i en delbild alternativt en fullständig bild av video- informationen, bestående av två interfolierade delbilder med linjesprång. Minnet 4 har dubbla in- och utgångs- portar, som tillåter processorn i beräkningsblocket 5 att utläsa information för redan lagrade linjer i delbilden samtidigt som information för följande linjer mottages från blocket 3 för inläsning.

I blocket 5 beräknad övervaknings- eller positions- data utnyttjas för styrning av den generella funktions- (OP.UN.), givare vid en operatörsbemannad plats eller ett styrorgan enheten 6 som exempelvis kan innefatta en larm- för styrning av en djurrelaterad anordning.

Vid användning av två eller flera videokameror innefattar anordningen enligt uppfinningen för varje videokamera samma uppsättning funktionsblock som i Fig 1. 10 15 20 25 30 35 11 505 111 Fig 2 visar ett mer detaljerat blockschema för data- reduceringsenheten 3 i Fig 1. Denna enhet har tre ingång- ar, betecknade R, G och B för de respektive färgkom- ponenterna i RGB-signalerna från blocket 2. Dessa in- signaler överensstämmer med standard och utgörs av så kallad 8 bitars RGB i 4:4:4-format och genereras av för fackmannen välkända standardkretsar i blocket 2. Den aktuella typen av kretsar tillverkas bland annat av Philips. Vardera ingången är försedd med ett skalnings- organ 7, 8 respektive 9 (SCAL). Skalningsorganets funk- tion är att förstärka dynamiken hos färgsignalerna och samtidigt anpassa insignalerna till adressformatet för den efterföljande lookup-minnesenheten 10. För att möjliggöra snabb omprogrammering av lookup-minnet har upplösningen i föreliggande fall begränsats till 5 bitar per färg.

Utsignalerna från skalningsorganen 7, 8, 9 tillförs dels adressingångarna hos lookup-minnesenheten 10 (LOOKUP), Lookup-minnesenheten 10 är realiserad genom ett snabbt statiskt RAM-minne. programmeras med en lookup-tabell av tillhörighetsvärden dels respektive utgångsmultiplexrar 14, 15, 16.

Lookup-minnet kan snabbt om- som är anpassad till användningssituationen, till exempel en lookup-tabell som definierar en färgnyansvolym av färgnyanser som är karakteriserande för ett enskilt djur eller en grupp av djur. Framtagningen av lookup-tabe1ler- nas tillhörighetsvärden beskrivs närmare nedan i an- slutning till Fig 4.

Utsignalen från lookup-minnesenheten 10 är en serie av tillhörighetsvärden med 8 bitar, vilket innebär att de tre tillförda RGB-signalerna med vardera 8 bitar har omvandlats till en signal med 8 bitar. Under alla för- hållanden har sålunda en datareduktion till 1/3 av den ursprungliga datamängden åstadkommits genom lookup- minnesenheten.

Utsignalen från lookup-enheten 10 tillförs dels en räkneenhet 11 (ALU), dels utgångsmultiplexern 14. 505 10 15 20 25 30 35 111 12 Räkneenheten innefattar organ för att derivera tillförda bildpunktssampel/tillhörighetsvärden eller utföra medel- värdsbildning mellan intilliggande sampel. I ett för- enklat utförande kan deriveringen vara approximerad till att fastställa differensen mellan intilliggande sampel.

Räkneenheten ll är företrädesvis implementerad genom en programmerbar krets, som omprogrammeras för val av önskad funktion. Utsignalen från räkneenheten ll tillförs diskriminatorn 12 (DISC), som har till uppgift att fast- ställa huruvida den bearbetade signalen från räkneenheten ll ligger inom eller utanför förutbestämda gränsvärden och på grundval därav besluta om motsvarande bildpunkts- data skall inläsas i minnet 4. Diskriminatorns utsignal tillförs utgångsmultiplexern 14.

Blocket 13 (HOR.POS.) bestämning av en intressant bildpunkts horisontella posi- representerar en funktion för tion utmed en linje i delbilden. Denna position lagras i minnet då ett utvalt sampel/derivata/medelvärde utmatas från diskriminatorn 20. Eftersom bildpunktens Y-koordinat är känd genom linjens position i delbilden och lagrings- positionen i minnet 4, får processorn 5 tillgång till koordinaterna för dessa intressanta bildpunkter. Då bild- punktsinformationen erhålls via diskriminatorn, trans- formeras sålunda informationen från bitmap-form till koordinatform. I det visade exemplet tillför utgångs- multiplexern 15 den ena delen av den horisontella positionen och utgångsmultiplexern 16 den andra delen därav.

Utgångsmultiplexrarna 14, 15, 16 utnyttjas för val av utdata till minnet 4. Följande val är möjliga: färginformationen för samtliga bildpunkter släppes igenom utan behandling genom att utgångsmultiplexrarna 14, 15 och 16 tillför intensitetsvärdena för rött, grönt och blått direkt från tillhörande skalningsorgan 7, 8 respek- tive 9; utgångsmultiplexern 14 tillför samtliga pixel med rätt färgnyans från utgången på lookup-minnesenheten 10; utgångsmultiplexern 14 tillför tillhörighetsvärden efter 10 15 20 25 30 35 13 505 111 derivering alternativt medelvärdesbildning för ”intressanta bildpunkter”, varvid utgàngsmultiplexrarna 15, 16 samtidigt tillför nämnda första respektive andra del av bildpunkternas horisontella position.

För styrning av arbetssättet ingår styrorgan, som här är illustrerat genom styrenheten 17 (CON). Denna mottager en synk/klocksignal (CY/CL) från blocket 2 (Fig 1) och alstrar styrsignaler till samtliga ingående block 7-16, vilket markerats med prickade linjer. Genom dessa styrsignaler styrs valet av nämnda utdata, och valet av funktion i räkneenheten 11. Dessutom styrs pro- grammeringen av lookup-minnesenheten 10, inställningen av skalningsorganen 7-9 och valet av diskrimineringsnivàer i diskriminatorn 12. I realiteten är styrenheten distribue- rad inom den visade konfigurationen och styrs i sin tur via àterkopplingsinformation från processorn i blocket 5 (Fig 1). I beroende av utfallet av där beräknade över- vaknings- och positionsdata, som bland annat är avhängiga ljusförhållanden vid upptagning av bildinformationen och dennas allmänna störningsnivà, tillförs styrenheten 17 återkopplad information som kan utnyttjas för att styra nämnda val av funktioner och inställningar i blocken 7-16. A Konfigurationen i Pig 2 är anordnad att arbeta med en konstant bildpunktsfördröjning oberoende av valt arbetssätt. Detta är realiserat genom ett antal styrbara D-vippor (ej visade), vilka fördröjer signalerna sä att dessa alltid når fram till utgàngarna med samma tids- åtgång.

Flödesschemat i Fig 3 visar i grova drag arbets- gången vid framtagning av lookup-tabellerna för program- mering av lookup-minnesenheten 10 i Fig 2. En lookup- tabell genereras utgående från ett antal bilder av nämnda djur inom uppehàllsomràdet.

Följande steg ingår: al. Inläsning av en bild 505 111 M a2. Markering av karakteristiska färgomràden hos djuren eller partier hos dessa a3. Beslut om materialet är tillräckligt för beräkning av en tillhörighetsfunktion. 5 Vid ”ja” (Y) fortsätts till nästa steg; vid ”nej” (N) àtergås till steget al för inläsning av ytterligare bild. a4. Färganalys av bilderna med avseende på ingående färgnyanser och beräkning av motsvarande tillhörig- 1O hetsvärden för framtagning av en lookup-tabell av sådana tillhörighetsvärden. Tillhörighetsvärdet för en viss färgnyans kan exempelvis beräknas såsom relationen mellan antalet bildpunkter inom markerade färgområden som innehåller nyansen och det totala 15 antalet bildpunkter som innehåller nyansen.

Avslutningsvis kan den av den alstrade lookup- tabellen definierade färgnyansvolymen ges approxi- merande gränszoner genom komplettering med färg- nyanser som ej finns i det använda bildmaterialet. 20 På detta sätt framtas nödvändigt antal lookup- tabeller för att möjliggöra programmering av lookup- minnesenheten i beroende av användningssituationen.

Fig 4 visar arbetsgången i anordningen enligt upp- finningen i ett tänkt användningsfall för fastställande 25 av ett karakteristiskt färgfält i uppehållsomràdet.

Följande steg ingår: bl. I beroende av omständigheterna i uppehàllsområdet, till exempel varierande ljusförhållanden, kan signalbehandlingen inledas med en bakgrundsmätning, 30 vars resultat kan utnyttjas för inställning av val- bara funktioner och parametrar. b2. Lookup-minnesenheten 10 programmeras med lämplig lookup-tabell b3. Val av funktion för räkneenheten ll och 35 diskriminatorn 12. Följande val är möjliga: b3l- Derivering av tillhörighetsvärdena med efterföljande diskriminering; 10 15 20 25 30 35 b4. b5. 15 505 111 ”intressanta bildpunkter” förs vidare i koordinatform; användes vid små signal- störningar och skarpa kanter hos färg- fältet b32- Transparent mod med diskriminering; tillhörighetsvärdena bearbetas ej i räkneenheten ll men nivådiskrimineras i diskriminatorn 12 och förs vidare i koordinatform; användes vid små signal- störningar och oskarpa kanter hos färg- fältet b33- Transparent mod och bitmap-representa- tion; tillhörighetsvärdena bearbetas ej i räkneenheten ll och diskriminatorn 12; värdena förs vidare i bitmap-form; användes vid måttliga signalstörningar b34- Filtrering och bitmap-representation; tillhörighetsvärdena behandlas genom medelsvärdesbildning i räkneenheten ll och förs vidare i bitmap-form; användes vid svåra signalstörningar På grundval av den under steget b3 utvalda bild- punktsinformationen, som tillförts minnet 4, försöker processorn 5 fastställa förekomsten av färgfältet och i förekommande fall fastställa dess läge i delbilden genom ”tyngdpunktsberäkning”.

Har färgfältet kunnat fastställas? Vid ”ja” (Y) fortsättes till steg b5; vid ”nej” (N) väljer processorn alternativ beräkningsalgoritm alternativt återför information till steget b3 för att påverka valmöjligheterna i detta steg.

Fastställt färgfält och eventuellt dess position rapporteras till funktionsenheten 6. Förloppet återgår sedan till steget b3 för behandling av nästföljande delbild.

Fig 5 visar ett principiellt arrangemang för upp- tagning av övervakningsinformation enligt uppfinningen. 505 111 16 10 15 20 25 30 35 En videokamera 51 är anordnad för att avsöka ett uppe- hàllsomràde, som representeras av ytan 52. Inom uppe- hållsomràdet finns fem djur, varav fyra representeras genom schatterade cirklar 53, och ett djur representeras av en fylld cirkel 54. I föreliggande fall antages att djuret 54 har utsatts för någon form av skada som gett upphov till en karakteristisk färgförändring, till exempel ett blödande sår.

I ett första fall kan anordningen enligt uppfinning- en utnyttjas till att fastställa att nämnda djur verk- ligen upphåller sig i området genom fastställande av en karakteristisk färg. I ett andra fall kan en grov bestäm- ning av djurens position inom uppehàllsområdet fast- ställas som skärningspunkten mellan en tänkt linje 55 från kameran som skär uppehållsområdets yta, baserat på kännedom om kamerans 51 momentana inriktning, kamerans position i förhållande till uppehàllsområdet, och en beräknad position av masstyngdpunkten för utvalda bild- punkter som representerar djuren på sätt som beskrivits ovan. Den detaljerade beräkningsgàngen får anses fack- mannamässig och förbigàs därför i detta sammanhang.

I ett ytterligare fall kan anordningen enligt upp- finningen utnyttjas för att fastställa om och eventuellt var ett djur med blödande sår finns inom uppehålls- området. Lookup-minnesenheten 10 programmeras då med en lookup-tabell som definierar de för blödande sår aktuella färgnyanserna. I övrigt fortskrider behandlingen av den upptagna bildinformationen i enlighet med vad som ovan beskrivits. Om ett skadat djur konstateras befinna sig inom uppehàllsområdet, kan denna information utnyttjas för att utlösa en larmsignal.

Det inses av fackmannen att många variationer av ovan beskrivna utföringsexempel är tänkbara inom upp- finningens ram. Vad som beskrivits ovan skall därför ej uppfattas som begränsande för uppfinningens skyddsomfáng.

Claims (20)

10 15 20 25 30 35 17 505 111 P Å T E N T K R A V

1. Förfarande vid djurhållning för upptagning av information om enskilda djur och/eller kollektiv av djur som befinner sig inom ett definierat uppehållsomràde, varvid en eller flera videokameror (1) används för upptagning av videosignaler innehållande bildinformation från djuret eller djuren, och varvid övervaknings- och/eller positionsdata utvinnes ur den upptagna bildinformationen, k ä n n e t e c k n a t av - att de i videosignalerna ingående RGB-signalerna fram- tages i digital form för bildpunkterna i en bild eller delbild av bildinformationen, - att de digitala RGB-signalerna för bildpunkterna analyseras (10) med avseende på sitt innehåll av en eller flera färgnyanser, som är karaktäriserande för ett eller flera djur och/eller ett eller flera definierade partier och/eller tillstånd hos dessa, - att varje karakteristisk färgnyans identifieras genom tillämpning av en tillhörighetsfunktion (10), varvid färginnehållet i en bildpunkt prövas med avseende pà sin tillhörighet till en eller flera, i förväg definierade färgnyansvolymer utgörande en eller flera delar av ett färgnyansrum som bildas av RGB-signalernas färg- intensiteter, - att bildpunkter utväljes (10, 11, 12, 14) vars färginnehåll faller inom en färgnyansvolym, och - att nämnda data beräknas (5) ur de så utvalda bild- punkterna.

2. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t av - att varje bildpunkt under prövningen med avseende på sin tillhörighet till en färgnyansvolym ges ett mot- svarande tillhörighetsvärde såsom angivande bildpunktens 505 10 15 20 25 30 35 111 w läge i färgnyansvolymen och därigenom utgörande ett mått på bildpunktens tillhörighetsgrad.

3. Förfarande enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av - att färganalysen utförs i realtid med videofrekvens, och - att färganalysen av en bild eller delbild utförs löpande under upptagning av bilden eller delbilden.

4. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t av - att färganalysen utförs lokalt inom en bild eller delbild och linjevis av den upptagna bildinformationen.

5. Förfarande enligt något av patentkraven l-3, k ä n n e t e c k n a t av - att färganalysen utförs lokalt inom en bild eller delbild och omfattar ett antal successiva linjer i bildinformationen.

6. Förfarande enligt något av föregående patentkrav k ä n n e t e c k n a t av - att färganalysen av bildinformationen utförs i en dedicerad hårdvara (Pig 2), i vilken varje färgnyansvolym definieras genom en look-up-tabell av tillhörighetsvärden som lagras i en lookup-minnesenhet (10), - att bildpunkternas RGB-intensitetsvärden tillförs såsom adressinformation till lookup-minnesenheten, och - att tillhörighetsvärdet för en bildpunkt utläses från minnet då bildpunktens RGB-adressinformation motsvarar en alternativt bildpunkten till- delas tillhörighetsvärdet noll eller motsvarande om adress i lookup-tabellen, adressen ej omfattas av lookup-tabellen. 10 15 20 25 30 35 19 SUS 111

7. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, varvid två på avstånd ifrån varandra belägna videokameror används för upptagning av bildinformationen, k ä n n e t e c k n a t av - att en ytterligare reduktion av datamängden uppnås genom följande åtgärder: - att det aktuella övervakningsobjektet belyses genom två begränsade ljusstràlknippen av olika färg, varvid det ena ljusstrålknippet företrädesvis innehåller ljus inom det röda färgspektrumet medan det andra ljusstrålknippet innehåller ljus inom det blå färgspektrumet, - att nämnda ljusstràlknippen riktas mot objektet så att ljusstrålknippena bringas att korsa varandra inom ett förväntat uppehållsområde för objektet, varvid uppehålls- området predikteras på grundval av historiska data om föremålet, och - att endast bildpunkter som innehåller färgbidrag från båda ljusstrålknippena utväljes.

8. Förfarande enligt något av patentkraven 2-7, k ä n n e t e c k n a t av - att antalet erhållna tillhörighetsvärden reduceras genom följande steg: - derivering (ll: ALU) av tillhörighetsvärdena, varvid deriveringen företrädesvis utförs utmed bildens eller delbildens horisontella linjer, och (12: DISC) understiger ett förutbestämt tröskelvärde. - diskriminering av derivatavärden som

9. Förfarande enligt något av patentkraven 2-7, k ä n n e t e c k n a t av - att antalet erhållna tillhörighetsvärden reduceras genom följande steg: (ll; ALU) för intilliggande tillhörighetsvärden, och (12: understiger ett förutbestämt tröskelvärde. - successiv medelvärdesbildning - diskriminering DISC) av medelvärden som 505 111 20

10. Förfarande enligt något av patentkrav 2-9, k ä n n e t e c k n a t av - att en masstyngdpunktsberäkning (5: CPU) utförs för de utvalda bildpunkternas tillhörighetsvärden, varvid 5 beräkningen baseras på bildpunkternas geometriska lägen och bildpunkternas vikt, såsom representerad genom respektive tillhörighetsvärden, och - att läget av ett parti med en karakteristisk färgnyans i bilden eller delbilden väljes lika med den beräknade 10 masstyngdpunktens läge.

11. ll. Förfarande enligt något av föregående patentkrav för upptagning av övervakningsinformation, k ä n n e t e c k n a t av 15 - att uppehållsområdet avsökes med användning av en eller flera videokameror (Fig 5) anordnade för observation av området, - att positionen för en karakteristisk färgnyans inom uppehållsområdet beräknas på grundval av de utvalda 20 bildpunkternas lägen i en bild eller delbild, varje videokameras momentana riktning och läge i förhållande till uppehållsområdet.

12. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, 25 k ä n n e t e c k n a t av - att nämnda en eller flera färgnyansvolymer som är karakteriserande för skador eller andra onormala förändringar hos djuret eller djuren, och - att en larmsignal avges vid identifiering av en sådan 30 färgnyans.

13. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t av - att tidpunkten för beräkning av positionsdata 35 registreras, och 10 15 20 25 30 35 21 505 111 - att en larmsignal utlöses då nämnda data efter viss tid antar värden som avviker från förutbestämda förväntnings- värden.

14. Anordning vid djurhållning för beräkning av övervaknings- eller positionsdata för enskilda djur och eller kollektiv av djur som befinner sig inom ett definierat uppehàllsomràde, innefattande en eller flera videokameror (1) för upptagning av bildinformation från uppehàllsområdet, k ä n n t e c k n a d av - signalomvandlingsorgan (2) för framtagning i digital form av RGB-signalerna för bildpunkterna i bild- informationens bilder eller delbilder, - en datareduceringsenhet (3) för minskning av informationsmängden i varje bild eller delbild genom färganalys av bildpunkterna, innefattande en tillhörig- hetsfunktionsenhet som tillförs RGB-signalerna för prövning av varje bildpunkts tillhörighet till en definierad, djurkarakteriserande färgnyansvolym i ett RGB-färgintensitetsrum och ge varje bildpunkt ett till- hörighetsvärde, samt organ för att utvälja bildpunkter med en färgnyans som faller inom färgnyansvolymen, - minnesorgan (4) för lagring av de utvalda bild- punkternas tillhörighetsvärden och positioner i bilden eller delbilden, - beräkningsorgan (5) för beräkning av nämnda data på grundval av den lagrade informationen i nämnda minnesorgan, och - organ (5, 17) för styrning av anordningens arbetssätt.

15. Anordning enligt patentkravet 14, k ä n n e t e c k n a d av - att tillhörighetsfunktionsenheten är realiserad genom (10), - att lookup-minnet är programmerbart med en lookup- ett lookup-minne tabell innehållande adresserbara tillhörighetsvärden som 505 10 15 20 25 30 35 111 22 definierar nämnda färgnyansvolym, varvid tillhörighets- värdets storlek anger graden med vilken en färgton är karakteriserande för en färg hos djuret eller djuren, och - att lookup-minnet är försett med adressingångar för tillföring av RGB-signlerna som adressinformation.

16. varvid bildinformationen innehåller färgfält med Anordning enligt något av föregående patentkrav, definierade kanter, k ä n n e t c k n a d av - att datareduceringsenheten (3) innefattar deriverings- organ (ll) för derivering av de utvalda bildpunkternas tillhörighetsvärden, varvid nämnda utväljningsorgan innefattar en diskriminator (12) för att undertrycka derivator som understiger ett tröskelvärde och därigenom utvälja bildpunkter som hänför sig till nämnda kanter.

17. k ä n n e t e c k n a d av Anordning enligt något av föregående patentkrav, -att nämnda minnesorgan (4) innefattar ett direkt- accessminne med dubbla in- och utgångsportar, och - att nämnda beräkningsorgan är anordnat att utföra utdataberäkningarna för en bild eller delbild parallellt med inläsning av de utvalda bildpunkterna i minnes- organet.

18. k ä n n e t e c k n a d av Anordning enligt något av föregående patentkrav, - att datareduceringsenheten (3) är anordnad att arbeta med en konstant bildpunktsfördröjning, varvid styrbara fördröjningsorgan är anordnade att kompensera varierande tidsåtgång för valbara bearbetningsförlopp, och - att nämnda beräkningsorgan (5) är anordnade att uppmäta använd beräkningstid, varigenom anordningen erhåller en deterministisk bild- punktsfördröjning, som möjliggör korrektion av beräknad positionsdata med avseende på djurets/djurens rörelser. 10 15 23 5Û5 111

19. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d av - att nämnda beräkningsorgan (5) är programmerat att utföra en masstyngdpunktsberäkning för utvalda bild- punkter på grundval av punkternas geometriska lägen och vikt representerad genom respektive tillhörighetsvärden, varvid koordinaterna för ett identifierat färgomràde i bilden eller delbilden sättes lika med tyngpunktens koordinater och lägges till grund för beräkning av nämnda positionsdata.

20. Användning av förfarandet och anordningen enligt något av föregående patentkrav i djurrelaterad utrustning (6) vid tillsyn, utfodring och mjölkning av kor.