精準畜牧是提高畜禽生產(chǎn)效率、提升動物福利、優(yōu)化飼養(yǎng)環(huán)境和飼料供給的精細化養(yǎng)殖理念和方法,可以在源頭上保障食品安全、緩解環(huán)境污染,對經(jīng)濟、社會和環(huán)境等方面的都有巨大的應(yīng)用價值,是優(yōu)化升級集約型畜禽生產(chǎn)和解決我國畜禽生產(chǎn)“大而不強,多而不優(yōu)”潛力巨大的技術(shù)手段。本研究針對目前精準畜牧中機器視覺監(jiān)測方法對復(fù)雜動態(tài)背景目標檢測和目標跟蹤算法精度低、非平衡數(shù)據(jù)建模方法準確性低、畜禽動物行為識別模型魯棒性和適應(yīng)性差等問題,采用計算機視覺技術(shù)、機器學(xué)習(xí)技術(shù)以及多傳感器融合技術(shù),按照需求分析、算法提出、量化評估、算法驗證與實踐應(yīng)用的研究思路,開展了動態(tài)背景環(huán)境的目標檢測算法研究、多目標跟蹤算法研究、高密度飼養(yǎng)條件下的感興趣區(qū)域提取研究,對不同飼養(yǎng)環(huán)境下遞歸式監(jiān)測個體表型和行為信息提供技術(shù)基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上,開展了動態(tài)背景環(huán)境下的行為識別方法研究和群養(yǎng)環(huán)境下個體間交互行為建模方法研究,為在線、實時、無損感知畜禽動物表型信息和復(fù)雜行為模式提供新方法、新思路和新途徑。論文的主要工作和結(jié)論如下:（1）提出了改進混合高斯模型的移動目標提取算法。針對畜禽養(yǎng)殖場背景復(fù)雜和環(huán)境多變導(dǎo)致現(xiàn)有的目標檢測算法無法滿足魯棒性和... 

【文章來源】：西北農(nóng)林科技大學(xué)陜西省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：138 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

018年中國、歐美、北美、亞洲和世界的單位動物產(chǎn)出（FAO,http://www.fao.org/）

第一章緒論31.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀為了應(yīng)對畜禽養(yǎng)殖集約化的變化趨勢，國內(nèi)外學(xué)者將信息技術(shù)與畜禽養(yǎng)殖相結(jié)合逐步發(fā)展出新的跨學(xué)科研究領(lǐng)域——精準畜牧（PrecisionLivestockFarming,PLF）(Berckmans2009)。精準畜牧是指以精確數(shù)量的投入（飼料、環(huán)境代價、人力等）來優(yōu)化每只動物產(chǎn)出的精細化養(yǎng)殖理念和方法，與傳統(tǒng)畜禽養(yǎng)殖監(jiān)控有根本不同，要求提高動物產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量的同時兼顧動物福利、人道飼養(yǎng)以及環(huán)境污染等問題。圖1-2展示了精準畜牧的系統(tǒng)框架，運用“閉環(huán)控制”理論，通過反饋調(diào)節(jié)機制使動物時刻處于最佳狀態(tài)，包括監(jiān)測動物、數(shù)據(jù)分析、信息反饋和控制管理。實施流程為：畜禽動物被當(dāng)作“傳感器”，輸入個體動物飲食起居、行為、環(huán)境因子等監(jiān)測信息，經(jīng)過信息融合和建模輸出動物個體生理、心理狀態(tài)，然后與動物繁殖學(xué)、行為學(xué)、心理學(xué)以及動物醫(yī)學(xué)等知識進行比較找出最優(yōu)解，最終反饋給控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)棚舍條件或警報飼養(yǎng)員實施人工干預(yù)。圖1-2精準畜牧整體框架：監(jiān)測、建模、控制和管理Fig.1-2TheframeworkofPLF:monitoring,modeling,controlandmanagement有別于其他監(jiān)測對象，動物有機體被稱為“CITD系統(tǒng)”，表示復(fù)雜性（Complexity）、個體差異性（IndividuallyDifferent）、時變性（Time-Varying）和動態(tài)性（Dynamic）(Berckmans2009)。生物個體的“CITD”性質(zhì)對精準畜牧系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)有重要影響，任何監(jiān)測方法或控制理論必須滿足：監(jiān)測數(shù)據(jù)連續(xù)性、模型響應(yīng)實時性以及在線決策。由此可見，精準畜牧的關(guān)鍵是畜禽信息監(jiān)測技術(shù)，能自動、實時、全天候監(jiān)測動物繁殖生產(chǎn)信息，健康福利狀況以及外部環(huán)境因子。1.2.1畜禽信息感知關(guān)鍵技術(shù)近年來傳感器和傳感技術(shù)革命極大的促進了畜禽信息監(jiān)測技術(shù)，已經(jīng)將攝像機、麥克風(fēng)、生物傳感器?

1.2.1.2無接觸監(jiān)測技術(shù)目前主要技術(shù)手段包括基于計算機視覺的動物信息獲取方法和基于聲學(xué)的動物發(fā)聲分析方法。其中，計算機視覺技術(shù)扮演著越來越重要的角色。相較于其他技術(shù)手段，單個攝像機就可以覆蓋多只動物，極大降低了精準畜牧系統(tǒng)成本，例如一臺普通網(wǎng)絡(luò)攝像機就可以24小時不間斷的監(jiān)測一欄豬的活動狀態(tài)。圖像或視頻數(shù)據(jù)還提供了多模式、高通量的信息源，有潛力挖掘出巨大的畜禽動物的表型信息和行為細節(jié)，例如一套監(jiān)測系統(tǒng)可以同時加載彩色、深度、紅外和熱成像等模塊�；谟嬎銠C視覺的精準畜牧系統(tǒng)一般技術(shù)流程如圖1-4所示，包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、感興趣區(qū)域提娶特征提取和模式識別。涉及圖像分析、模式識別、機器學(xué)習(xí)等理論方法。圖1-4基于計算機視覺的精準畜牧系統(tǒng)一般技術(shù)流程Fig.1-4GeneralworkflowofcomputervisionbasedPLFsystem數(shù)據(jù)采集：常用的視頻數(shù)據(jù)獲取設(shè)備包括：彩色圖像攝像機（RGB）、紅外圖像攝像機（IR）、深度圖像攝像機（3D）和熱成像設(shè)備（IRT）。傳統(tǒng)用于畜禽養(yǎng)殖場的視頻監(jiān)控設(shè)備通常安裝在棚舍角落，形成一個有角度的視常這樣的設(shè)計便于管理人員觀察和節(jié)約成本，但給自動分析算法的設(shè)計帶來困難(Perneretal.2001)。目前，幾乎所有的視頻采集系統(tǒng)設(shè)計都是將攝像機架設(shè)在棚舍頂部，獲取俯視圖觀察視角。當(dāng)檢測和區(qū)分群體環(huán)境中的個體動物時，俯視圖相對于其他視覺由3個明顯的優(yōu)勢：首先，動物通常不會被遮擋；其次，動物的大小和外觀是一致的，使得系統(tǒng)能夠遞歸式的檢測個體動物；最后，如果使用三維成像系統(tǒng)，可以保證每只動物在二維平面上的投影高度不變。

【參考文獻】：
期刊論文
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[4]通用目標檢測技術(shù)新進展:可變形卷積網(wǎng)絡(luò)再升級[J]. 代季峰.  人工智能. 2019(02)
[5]奶牛體溫植入式傳感器與實時監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與試驗[J]. 何東健,劉暢,熊虹婷.  農(nóng)業(yè)機械學(xué)報. 2018(12)
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博士論文
[1]基于機器視覺的奶牛個體信息感知及行為分析[D]. 趙凱旋.西北農(nóng)林科技大學(xué) 2017

碩士論文
[1]機器視覺在奶牛體況評定中的應(yīng)用[D]. 王龍.東華大學(xué) 2014



本文編號：3561618