基于深度图像和生猪骨架端点分析的生猪步频特征提取-论文.pdf

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1、第30卷第10期农业工程学报Vo1．30No．102014年5月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringMay2014131基于深度图像和生猪骨架端点分析的生猪步频特征提取刘波，朱伟兴，杨建军，马长华(1．江苏大学电气信息工程学院，镇江212013；2．河海大学机电工程学院，常州213022)摘要：为高效提取生猪的行走快慢特征，以微软公司Kinect作为图像采集设备，采集生猪运动深度图像序列。在对各帧深度图像进行骨架提取、剪枝的基础上，采用

2、基于路径相似性骨架图匹配法确定生猪前后肢骨架端点，进一步以骨架端点所属骨架枝子集像素值特征判定端点远近侧属性。以生猪前后肢远、近侧端点的帧问相对坐标变化建立了生猪运动模型，提出了通过帧问坐标变化点集拟合正弦曲线计算生猪行走完整步的方法。最后，通过计算序列完整步与序列采集时间长度比值提取生猪步频特征。通过对采集的28个生猪运动深度图像序列及其镜像序列共56个图像序列进行的试验，表明该文提出方法的正确率达到82．1％。该项研究对于开展生猪异常步态分析，进一步建立生猪多源特征融合的计算机视觉异常监测系统，提高生猪异常

3、行为预警可靠性具有重要意义。关键词：步态分析；图像处理；模型；骨架端点；深度图像；生猪异常监测doi：lO．3969／j．issn．1002—6819．2014．10．016中图分类号：TP391．41；$127文献标识码：A文章编号：1002—6819(2014)一10—0131-07刘波，朱伟兴，杨建军，等．基于深度图像和生猪骨架端点分析的生猪步频特征提取[J]．农业工程学报，2014，3O(10)：131—137．LiuBo，ZhuWeixing，YangJianjun，eta1．Extractingof

4、piggaitfrequencyfeaturebasedondepthimageandpigskeletonendpointsanalysis[J]．TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，2014，30(10)：131—137．(inChinesewithEnglishabstract)析，指出行走缓慢、步幅小、站立时间长、弓背和0引言进食后很快躺卧等特征可以作为生猪跛足指示J。步态特征作为

5、生物识别特征的一种，相对指国内目前对于动物步态研究较少，主要集中于仿生纹、虹膜等生理性特征，可通过计算机视觉监测获机械领域曲J。取，具有隐蔽性、非侵犯性的特点，这使得步态识目前的研究中，尽管行人步态行为的计算机视别的研究，得到了越来越多的重视。人的步态识别觉识别已经取得了相当的成果，．但基于计算机视觉作为一种新兴的行为特征，已经成为计算机视觉研进行动物步态特征自动提取的方法仍较少。行人步究领域的一个热点，目前在身份识别、行为识别等态的时空数据通常包括：行走速度、步长、步调、领域已取得一定的研究成果，而对于动物的

6、步态特跨度姿态和摇摆时长等【7]。而生猪作为四肢行走动征研究则较少。物，相对人的直立行走，其时空数据特征的表达和国外研究者由于对动物福利的关注，近年来在计算机视觉提取更加复杂。动物步态特征，特别是动物跛足的识别方面开展了课题组近年来专注于基于机器视觉的生猪异一些研究。LiesbetM．PluV等通过4块载荷板测量常监测的研究，重点围绕监测系统构建J、生物视生猪站立时的各肢对载荷板的压力数据融合摄像觉特征提取[10-11]方面开展研究工作。研究中发现，头采集的视觉站姿数据，对生猪跛足特征进行分疾病生猪多出现呼吸频

7、率加快、行动迟缓、精神萎析⋯。Gr6goireJ等则通过埘动力学、加速度、足印靡等行为表现。生猪步频、步幅等步态的时空数据分析、躺卧姿态变化和蹄部损伤等信息综合进行分特征，一定程度上反映了生猪步态规律，可以作为生猪运动行为的基本特征，用于异常特征监测。建收稿日期：2014．叭．O7修订日期：2014．05—09立生猪的步态特征计算机视觉模型，对于识别生猪基金项目：国家自然科学基金资助项目(31172243)；教育部博士点基金资助项目(20103227110007)；江苏高校优势学科建设工程资助项目运动行为，构建

8、和完善生猪生病时的异常行为监测(苏政办发(2011]6号)系统具有积极意义。作者简介：刘波，(1976一)，男，山西河曲人，博士生，主要研究方向为智能检测与控制及机器视觉。镇江江苏大学电气信息工程学院，该文重点针对生猪步频特征的提取，以微软公212013。Email．1bwb_lb@126．corn司Kinect深度相机作为图像采集设备，采集生猪运※通信作者：朱伟兴(1957一)，男，