本發(fā)明涉及了一種耳根部位提取方法，涉及目標(biāo)檢測，具體涉及一種群養(yǎng)生豬左右耳根部位提取方法。

背景技術(shù)：

1、隨著生豬養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展，規(guī)?；?、集約化、智能化的養(yǎng)殖方式被行業(yè)廣泛應(yīng)用。在養(yǎng)殖過程中，生豬健康問題十分重要。生豬的體溫是反映其健康狀況的重要指標(biāo)，及時(shí)準(zhǔn)確地監(jiān)測生豬的體溫，可以對疾病做到有效地預(yù)防，提高養(yǎng)殖效率和質(zhì)量。

2、近年來，紅外熱成像技術(shù)作為一種無接觸式體表溫度測量方法，已經(jīng)被廣泛用于畜禽的體溫檢測和疾病診斷等領(lǐng)域。這種方法采用深度學(xué)習(xí)和機(jī)器視覺結(jié)合的方案，通過攝像頭采集生豬圖像構(gòu)建數(shù)據(jù)集，訓(xùn)練深度學(xué)習(xí)模型使其能檢測出生豬測溫的感興趣區(qū)域，通過提取熱圖像將感興趣區(qū)域的溫度值作為生豬體溫。耳根部位溫度是生豬身體表面上與直腸溫度關(guān)聯(lián)最密切的部位，在紅外熱成像檢測生豬體溫的研究中，耳根部位非常適合作為生豬測溫的感興趣區(qū)域，所以應(yīng)用深度學(xué)習(xí)模型準(zhǔn)確提取生豬耳根部位成為一個(gè)重要研究課題。

3、現(xiàn)有方法使用手持式紅外熱像儀對單只生豬的頭部后側(cè)耳根部位進(jìn)行拍攝，采集生豬耳根部位圖像數(shù)據(jù)，然后使用深度學(xué)習(xí)目標(biāo)檢測算法對耳根部位進(jìn)行識別，最后提取熱圖像中耳根部位的溫度值。該方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力且無法實(shí)現(xiàn)生豬群養(yǎng)環(huán)境下的豬只個(gè)體耳根部位識別，智能化程度不足。另有方法使用熱像儀俯拍豬圈，對群養(yǎng)生豬頭部進(jìn)行目標(biāo)檢測，然后提取熱圖像中生豬頭部溫度。該方法使用垂直方框檢測頭部，容易包含背景像素且噪聲點(diǎn)更多，其測溫精度不如直接檢測耳根部位。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決背景技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明所提供一種群養(yǎng)生豬左右耳根部位提取方法。本發(fā)明方法可以實(shí)現(xiàn)群養(yǎng)生豬耳根部位的精準(zhǔn)檢測和左右耳根類別的準(zhǔn)確識別。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

3、本發(fā)明的群養(yǎng)生豬左右耳根部位提取方法，包括：

4、步驟s1：在群養(yǎng)生豬的培育室和監(jiān)控室中搭建生豬視頻數(shù)據(jù)采集裝置，使用生豬視頻數(shù)據(jù)采集裝置實(shí)時(shí)采集群養(yǎng)生豬的視頻數(shù)據(jù)，將群養(yǎng)生豬的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像提取后添加耳根部位標(biāo)簽，獲得若干生豬標(biāo)簽圖像，從而構(gòu)建為標(biāo)簽數(shù)據(jù)集，將標(biāo)簽數(shù)據(jù)集按照預(yù)設(shè)比例劃分為訓(xùn)練集和驗(yàn)證集。

5、步驟s2：在生豬視頻數(shù)據(jù)采集裝置中構(gòu)建生豬耳根部位識別模型，將訓(xùn)練集和驗(yàn)證集輸入生豬耳根部位識別模型中進(jìn)行訓(xùn)練后獲得訓(xùn)練完成的生豬耳根部位識別模型。

6、步驟s3：將待識別的群養(yǎng)生豬圖像輸入訓(xùn)練完成的生豬耳根部位識別模型中進(jìn)行處理，生豬耳根部位識別模型處理后輸出群養(yǎng)生豬的耳根部位位置和左右耳根類別識別后的群養(yǎng)生豬圖像。

7、步驟s4：使用極坐標(biāo)系法對步驟s3中識別后的群養(yǎng)生豬圖像中的左右耳根類別進(jìn)行優(yōu)化，獲得優(yōu)化后的左右耳根類別，最終生豬視頻數(shù)據(jù)采集裝置根據(jù)步驟s3中識別后的群養(yǎng)生豬圖像中的耳根部位位置和步驟s4中優(yōu)化后的左右耳根類別實(shí)現(xiàn)群養(yǎng)生豬左右耳根部位提取。

8、所述的步驟s1中，生豬視頻數(shù)據(jù)采集裝置包括攝像機(jī)、光纖收發(fā)器、光纖、交換機(jī)、硬盤錄像機(jī)和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控電腦，攝像機(jī)通過網(wǎng)線連接光纖收發(fā)器，光纖收發(fā)器通過光纖連接交換機(jī)，交換機(jī)、硬盤錄像機(jī)和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控電腦依次通過網(wǎng)線連接；攝像機(jī)和光纖收發(fā)器安裝在群養(yǎng)生豬的培育室中，攝像機(jī)向下朝向培育室中的群養(yǎng)生豬；攝像機(jī)為雙光譜攝像機(jī)，攝像機(jī)實(shí)時(shí)采集群養(yǎng)生豬的紅外光譜和可見光譜視頻數(shù)據(jù)，進(jìn)而依次經(jīng)光纖收發(fā)器、光纖和交換機(jī)后存儲至硬盤錄像機(jī)中，最終在網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控電腦中進(jìn)行查看和處理。攝像機(jī)的安裝位置位于豬圈的飲水槽上方，呈俯視角度拍攝豬圈，確保豬圈內(nèi)所有生豬均在視場范圍內(nèi)。攝像機(jī)具體可采用?？导t外熱像儀，對培育室內(nèi)所有生豬進(jìn)行日常行為活動監(jiān)控拍攝。

9、所述的步驟s1中，將群養(yǎng)生豬的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行隔時(shí)抽幀操作，獲取各種場景下的生豬圖像幀，進(jìn)而完成圖像提?。会槍μ崛『蟮拿繌埳i圖像幀，將生豬圖像幀中的每只生豬的耳根部位使用矩形框進(jìn)行標(biāo)注，并標(biāo)注出每個(gè)矩形框的四個(gè)頂角的坐標(biāo)以及其中的耳根部位的左右耳類別，從而獲得若干生豬標(biāo)簽圖像。需要挑選典型的幀圖像，各種場景包括無生豬、單只生豬、多只生豬、生豬左右耳拍攝完全、生豬左右耳拍攝不完全等場景，且每種場景的圖像數(shù)量基本相同，若同一場景下圖像過多需進(jìn)行刪減。

10、所述的步驟s2中，生豬耳根部位識別模型采用旋轉(zhuǎn)目標(biāo)檢測yolov8-obb(youonly?look?once?version?8-oriented?bounding?box)模型。

11、所述的步驟s2中，將訓(xùn)練集和驗(yàn)證集輸入生豬耳根部位識別模型中進(jìn)行訓(xùn)練，從而迭代生成生豬耳根部位識別模型的權(quán)重參數(shù)，將權(quán)重參數(shù)反向傳播至生豬耳根部位識別模型中，以迭代更新生豬耳根部位識別模型中的模型超參數(shù)，直至達(dá)到最優(yōu)的權(quán)重參數(shù)，獲得訓(xùn)練完成的生豬耳根部位識別模型。

12、所述的步驟s3中，生豬耳根部位識別模型處理后輸出的群養(yǎng)生豬的耳根部位位置和左右耳根類別識別后的群養(yǎng)生豬圖像中，群養(yǎng)生豬的各個(gè)耳根部位位置通過各自的一個(gè)預(yù)測框標(biāo)記出，各個(gè)預(yù)測框的信息包括四個(gè)頂角的坐標(biāo)，各個(gè)預(yù)測框中的耳根部位對應(yīng)各自的左右耳的類別區(qū)分。

13、所述的步驟s4中，使用極坐標(biāo)系法對識別后的群養(yǎng)生豬圖像中的左右耳根類別進(jìn)行優(yōu)化的過程如下：

14、步驟s4.1：根據(jù)群養(yǎng)生豬的耳根部位位置和左右耳根類別識別后的群養(yǎng)生豬圖像中的各個(gè)預(yù)測框的四個(gè)頂角的坐標(biāo)，獲得各個(gè)預(yù)測框的中心點(diǎn)坐標(biāo)，根據(jù)各個(gè)預(yù)測框的中心點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行預(yù)測框的匹配，以配對每頭生豬的左右耳根部位的預(yù)測框。

15、步驟s4.2：針對每兩個(gè)配對的預(yù)測框，兩個(gè)預(yù)測框呈八字形狀，根據(jù)兩個(gè)預(yù)測框的四個(gè)頂角的坐標(biāo)確定八字形狀的兩個(gè)預(yù)測框中距離最遠(yuǎn)的兩條預(yù)測框的邊作為邊緣線；生豬耳根呈八字形狀，每對耳根部位預(yù)測框也呈八字形狀。

16、步驟s4.3：針對每兩個(gè)配對的預(yù)測框，延長兩個(gè)的預(yù)測框邊緣線并相交，將兩個(gè)的預(yù)測框邊緣線的交點(diǎn)作為原點(diǎn)，并繪制極坐標(biāo)系，在極坐標(biāo)系中，獲得兩個(gè)預(yù)測框的中心點(diǎn)的級坐標(biāo)，進(jìn)而獲得兩個(gè)預(yù)測框的中心點(diǎn)的角度差 θ，根據(jù)角度差 θ確定兩個(gè)的預(yù)測框中的耳根部位的左右類別；重復(fù)步驟以遍歷所有配對的耳根部位的預(yù)測框，完成左右耳根部位類別識別。

17、左右耳根部位識別方法，可以為每對耳根部位預(yù)測框重新進(jìn)行左耳根部位、右耳根部位類別的確認(rèn)和糾正，以消除耳根部位識別模型預(yù)測的左右耳根部位類別錯誤。

18、所述的步驟s4.1中，針對每兩個(gè)耳根部位的預(yù)測框，根據(jù)兩個(gè)預(yù)測框的中心點(diǎn)坐標(biāo)，使用歐氏距離獲得兩個(gè)預(yù)測框的中心距，當(dāng)兩個(gè)預(yù)測框的中心距位于預(yù)設(shè)中心距閾值范圍內(nèi)，則將兩個(gè)預(yù)測框進(jìn)行匹配，直至各個(gè)耳根部位的預(yù)測框均匹配完成。一般情況下，中心距最小的兩個(gè)預(yù)測框可匹配為配對的預(yù)測框。

19、所述的步驟s4.2中，根據(jù)兩個(gè)預(yù)測框的四個(gè)頂角的坐標(biāo)，首先確定第一個(gè)預(yù)測框中的四個(gè)頂點(diǎn)與第二個(gè)預(yù)測框中的四個(gè)頂點(diǎn)進(jìn)行匹配，確定兩個(gè)預(yù)測框之間距離最近的一對頂點(diǎn)作為基點(diǎn)，針對每個(gè)預(yù)測框中的基點(diǎn)，確定預(yù)測框中其它三個(gè)頂點(diǎn)中距離基點(diǎn)最近和最遠(yuǎn)的頂點(diǎn)，距離基點(diǎn)最近和最遠(yuǎn)的頂點(diǎn)的連線即為預(yù)測框的邊緣線。

20、所述的步驟s4.3中，根據(jù)角度差 θ確定兩個(gè)的預(yù)測框中的耳根部位的左右類別，如下：

21、當(dāng)兩個(gè)預(yù)測框的中心點(diǎn)的角度差 θ＜180°時(shí)，則將中心點(diǎn)角度較小的一個(gè)預(yù)測框作為左耳部位的預(yù)測框，將中心點(diǎn)角度較大的另一個(gè)預(yù)測框作為右耳部位的預(yù)測框。

22、當(dāng)兩個(gè)預(yù)測框的中心點(diǎn)的角度差 θ＞180°時(shí)，則將中心點(diǎn)角度較大的一個(gè)預(yù)測框作為左耳部位的預(yù)測框，將中心點(diǎn)角度較小的另一個(gè)預(yù)測框作為右耳部位的預(yù)測框。

23、本發(fā)明方法將生豬頭部方向作為極坐標(biāo)系的原點(diǎn)方向，可將圖像內(nèi)不同方位站姿的豬看作圍繞頭部進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，每只豬建立一個(gè)極坐標(biāo)系；方法將原本直角坐標(biāo)系的像素坐標(biāo)變換為極坐標(biāo)系角度坐標(biāo)，根據(jù)極坐標(biāo)的坐標(biāo)值包含角度的特性，使用角度差來判斷左右耳根部位。

24、本發(fā)明方法可在生豬群養(yǎng)環(huán)境下，使用定向旋轉(zhuǎn)預(yù)測框進(jìn)行生豬耳根部位預(yù)測，定向旋轉(zhuǎn)預(yù)測框可精準(zhǔn)擬合每只生豬的左右耳根部位，并通過左右耳根部位預(yù)測框配對及左右耳根部位類別識別，并利用極坐標(biāo)系法對模型識別方法進(jìn)行了優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)對生豬個(gè)體的左右耳根部位識別，以此實(shí)現(xiàn)不同生豬個(gè)體的左右耳根部位識別，為后續(xù)生豬體溫檢測奠定基礎(chǔ)，對群養(yǎng)生豬耳根部位目標(biāo)檢測和群養(yǎng)生豬紅外熱成像測溫等領(lǐng)域具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值。

25、本發(fā)明的有益效果是：

26、本發(fā)明方法基于定向旋轉(zhuǎn)預(yù)測框的模型檢測生豬耳根部位，可提高耳根部位預(yù)測框的位置精確率，利用極坐標(biāo)系法對模型識別方法進(jìn)行了優(yōu)化，可以提高左右耳根類別的識別準(zhǔn)確率，可準(zhǔn)確識別到不同生豬個(gè)體的左右耳根部位。本發(fā)明可應(yīng)用于生豬群養(yǎng)環(huán)境下生豬個(gè)體耳根部位檢測，進(jìn)而可為群養(yǎng)生豬體溫的精準(zhǔn)監(jiān)測和生豬個(gè)體識別提供了應(yīng)用基礎(chǔ)。