一种基于椭圆拟合的粘连仔猪自动计数方法技术

一种基于椭圆拟合的粘连仔猪自动计数方法，属图像处理领域，解决粘连仔猪自动计数问题，其实现步骤是：(1)打开并预处理粘连仔猪灰度图像；(2)提取仔猪图像各连通区域边缘并执行椭圆拟合；(3)按面积递减顺序提取未处理的连通区域，若其对应椭圆符合单只仔猪图像拟合椭圆参数要求，将其标记为已处理，否则，基于凹点将该连通区域轮廓线分段并为各分段拟合椭圆，按照提出的合并规则合并隶属于同一仔猪的多个椭圆，合并结束后将该连通区域标记为已处理；(4)若仍有未处理的连通区域，回到步骤(3)，否则，计数完毕，椭圆数量即为仔猪数量。本发明专利技术能准确地自动识别粘连仔猪灰度图像中的仔猪数量，且各椭圆能反映出各仔猪休息行为特征。

【技术实现步骤摘要】
一种基于椭圆拟合的粘连仔猪自动计数方法
本专利技术属于图像处理与机器视觉
具体涉及基于椭圆拟合的粘连仔猪灰度图像分割与仔猪自动计数方法。
技术介绍
健康的哺乳期仔猪增重速度具有稳定的模式，增重模式的突变是哺乳期仔猪健康异常判断的重要指标。另外，哺乳期仔猪增重速度的快慢也是母猪生产性能、泌乳性能优劣的重要判定指标，是养殖企业优选后备母猪的重要依据。因此，哺乳期仔猪增重速度是养殖业关注的一项重要指标。但到目前为止，我国畜牧养殖业仍然是在仔猪出生以及断奶两个时间点通过人工称重的方式，记录仔猪增重速度。由于仔猪在称重设备上的频繁活动，称重结果以及由此得到的仔猪增重速度数据并不精确。目前无线通信、传感器技术已经在农业生产领域得到广泛应用。在仔猪保温箱中布署称重传感器以及CMOS图像传感器，在无线通信技术的支撑下，可以远程采集保温箱内休息仔猪的总重量以及仔猪休息图像，利用图像处理技术自动识别仔猪休息图像中的仔猪数量，结合仔猪总重量可以实现保温箱内仔猪窝均重自动监测的目标。每次进入保温箱内休息的仔猪数量并不固定，因此，基于仔猪图像的仔猪自动计数是实现哺乳期仔猪窝均重监测目标的基础。然而，通过无线链路传输的仔猪休息图像存在两个特点：一是灰度图像，灰度图像数据量较小，适合于在低带宽的无线通信链路上传输；二是仔猪间存在粘连现象，仔猪在保温箱内休息姿态多样，相互间可能存在部分重叠，图像上表现为仔猪间的粘连。粘连仔猪灰度图像的分割与自动计数是实现哺乳期仔猪窝均重自动监测的难点所在。目前针对粘连物体分割计数的研究分为两类：一类是针对具有规则形状特征(如正圆形、长方形等)粘连物体提出图像分割与粘连物体计数方法，第二类是基于色彩信息提出粘连物体图像的分割方法。但仔猪灰度图像不具备丰富的色彩信息且仔猪形体特征也不规则，应用现有粘连物体图像分割方法分割仔猪图像，并不能实现粘连仔猪的准确计数，进而将产生错误的仔猪窝均重监测结果。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是如何对仔猪窝均重自动监测应用中的粘连仔猪灰度图像进行分割并完成准确的仔猪自动计数。(二)本专利技术的技术方案是为解决上述问题，本专利技术提供一种基于椭圆拟合的粘连仔猪自动计数方法，它包括以下步骤(S1至S7)：S1、读入并打开大小为P(320像素×240像素)的粘连仔猪灰度图像；S2、针对该粘连仔猪灰度图像执行高斯滤波及二值化处理；S3、针对二值化处理后的仔猪图像执行形态学处理；S4、针对形态学处理后的仔猪图像执行Canny边缘提取操作；S5、针对提取到的各连通区域边缘执行基于最小二乘法的椭圆拟合；S6、按面积从大到小的顺序依次提取连通区域，若提取到的当前待处理连通区域对应的拟合椭圆符合单只仔猪图像拟合椭圆参数要求，则将该连通区域标记为已处理，否则，提取该连通区域轮廓线执行以下操作(S6a至S6f)：S6a、轮廓线平滑操作；S6b、针对平滑后的轮廓线提取凹点；S6c、针对步骤S6b得到的凹点提取代表凹点；S6d、基于代表凹点针对步骤S6a中平滑后的轮廓线分段；S6e、针对步骤S6d得到的各轮廓线分段执行基于最小二乘法的椭圆拟合；S6f、针对步骤S6e得到的各椭圆，按照规则1到规则4的顺序判断椭圆合并条件并完成相应的椭圆合并操作，按照某一规则完成一次椭圆合并后，仍然按照规则1、规则2、规则3、规则4的顺序判断合并条件，直至当前连通区域对应的所有椭圆均符合单只仔猪图像拟合椭圆参数范围要求时结束椭圆合并操作，将当前连通区域标记为已处理：规则1、按面积从大到小顺序提取椭圆i，若椭圆i与其它椭圆j面积重叠率超过阈值over_com_th，则合并椭圆i、j对应的轮廓线分段且用合并后的轮廓线分段重新拟合椭圆；规则2、若椭圆i、j符合以下4个条件(条件6f-2-a至条件6f-2-d)，则合并这两个椭圆对应的轮廓线分段且用合并后的轮廓线分段重新拟合椭圆：条件6f-2-a：椭圆i的短轴长度Mi_i以及椭圆j的短轴长度Mi_j均小于对应日龄段单只仔猪图像拟合椭圆短轴长度最小值Mi_min的0.5倍；条件6f-2-b：椭圆i的方向角度θi与椭圆j的方向角度θj之差的绝对值小于阈值diff_θ_th；条件6f-2-c：椭圆i的中心点到椭圆j的长轴所在直线的垂直距离d(ellipsei_center，line_maj)大于对应日龄段单只仔猪图像拟合椭圆短轴长度最小值Mi_min的0.8倍且小于对应日龄段单只仔猪图像拟合椭圆短轴长度最大值Mi_max；条件6f-2-d：椭圆i的中心点到椭圆j短轴所在直线的垂直距离d(ellipsei_center，line_mij)小于对应日龄段单只仔猪图像拟合椭圆长轴长度最大值Ma_max的0.5倍；规则3、若椭圆i、j符合以下3个条件(条件6f-3-a至条件6f-3-c)，则合并椭圆i、j对应的轮廓线分段且用合并后的轮廓线分段重新拟合椭圆：条件6f-3-a：椭圆i的短轴长度Mi_i以及椭圆j的短轴长度Mi_j均小于对应日龄段单只仔猪图像拟合椭圆短轴长度最小值Mi_min；条件6f-3-b：椭圆i、j对应的轮廓线分段Si、Sj不相邻；条件6f-3-c：椭圆i、j对应的轮廓线分段Si、Sj的邻接轮廓线分段均已拟合椭圆且椭圆符合单只仔猪图像拟合椭圆参数范围要求；规则4、按面积从大到小顺序提取椭圆i，若椭圆i长轴方向线经过的区域存在其它待合并椭圆j，且椭圆i的中心点到椭圆j短轴所在直线的垂直距离d(ellipsei_center，line_mij)小于对应日龄段单只仔猪图像拟合椭圆长轴长度最大值Ma_max的0.5倍，则合并椭圆i、j对应的轮廓线分段且用合并后的轮廓线分段重新拟合椭圆；S7、判断是否所有连通区域处理完毕，若仍有连通区域需要分割，提取未处理的面积最大的连通区域对应轮廓线从S6a开始执行，若连通区域全部处理完毕，则粘连仔猪自动计数完成，椭圆数量即为图像中的仔猪数量，且各椭圆能够反映出对应仔猪的趴卧方向、仔猪的紧密程度等休息行为特征。优选地，步骤S6中的单只仔猪图像拟合椭圆参数范围由椭圆长轴长度最大值(Ma_max)、长轴长度最小值(Ma_min)、短轴长度最大值(Mi_max)、短轴长度最小值(Mi_min)、短长轴长度比最大值(MMAR_max)以及短长轴长度比最小值(MMAR_max)确定，这六个参数按照以下三个步骤确定：(i)读入大小为P的1～3龄、4～6日龄、7～9日龄、10～12日龄、13～15日龄、16～18日龄、19～21日龄单只仔猪灰度图像各十幅，P＝320像素×240像素；(ii)打开各仔猪图像执行高斯滤波、二值化、形态学处理(采用半径为5的圆盘形结构元对二值化后的仔猪图像执行一次开操作以及一次闭操作)、Canny边缘提取、基于最小二乘法的椭圆拟合操作，提取椭圆长轴长度值及短轴长度值，计算得到相应的拟合椭圆的长轴、短轴长度的均值，分别记为Ma_aver及Mi_aver；(iii)利用式(1)至式(6)确定各日龄段单只仔猪图像拟合椭圆的Ma_max、Ma_min、Mi_max、Mi_min、MMAR_max以及MMAR_max：Ma_min＝Ma_aver×(1-0.25)(1)Ma_max＝Ma_aver×(1+0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于椭圆拟合的粘连仔猪自动计数方法，其特征是它包括以下7个步骤(S1至S7)： S1、读入并打开大小为P(320像素×240像素)的粘连仔猪灰度图像； S2、针对该粘连仔猪灰度图像执行高斯滤波及二值化处理； S3、针对二值化处理后的仔猪图像执行形态学处理； S4、针对形态学处理后的仔猪图像执行Canny边缘提取操作； S5、针对提取到的各连通区域边缘执行基于最小二乘法的椭圆拟合； S6、按面积从大到小的顺序依次提取连通区域，若提取到的当前待处理连通区域对应的拟合椭圆符合单只仔猪图像拟合椭圆参数要求，则将该连通区域标记为已处理，否则，提取该连通区域轮廓线执行以下操作(S6a至S6f)： S6a、轮廓线平滑操作； S6b、针对平滑后的轮廓线提取凹点； S6c、针对步骤S6b得到的凹点提取代表凹点； S6d、基于代表凹点针对步骤S6a中平滑后的轮廓线分段； S6e、针对步骤S6d得到的各轮廓线分段执行基于最小二乘法的椭圆拟合； S6f、针对步骤S6e得到的各椭圆，按照规则1到规则4的顺序判断椭圆合并条件并完成相应的椭圆合并操作，按照某一规则完成一次椭圆合并后，仍然按照规则1、规则2、规则3、规则4的顺序判断合并条件并完成相应的椭圆合并操作，直至当前连通区域对应的所有椭圆均符合单只仔猪图像拟合椭圆参数范围要求时，结束椭圆合并操作，将当前连通区域标记为已处理： 规则1、按面积从大到小顺序提取椭圆i，若椭圆i与其它椭圆j面积重叠率超过阈值over_com_th，则合并椭圆i、j对应的轮廓线分段且用合并后的轮廓线分段重新拟合椭圆； 规则2、若椭圆i、j符合以下四个条件(条件6f‑2‑a至条件6f‑2‑d)，则合并这两个椭圆对应的轮廓线分段且用合并后的轮廓线分段重新拟合椭圆： 条件6f‑2‑a：椭圆i的短轴长度Mi_i以及椭圆j的短轴长度Mi_j均小于对应日龄段单只仔猪图像拟合椭圆短轴长度最小值Mi_min的0.5倍； 条件6f‑2‑b：条件6f‑2‑b：椭圆i的方向角度θi与椭圆j的方向角度θj之差的绝对值小于阈值diff_θ_th； 条件6f‑2‑c：椭圆i的中心点到椭圆j的长轴所在直线的垂直距离d(ellipsei_center，line_maj)大于对应日龄段单只仔猪图像拟合椭圆短轴长度最小值Mi_min的0.8倍且小于对应日龄段单只仔猪图像拟合椭圆短轴长度最大值Mi_max； 条件6f‑2‑d：椭圆i的中心点到椭圆j短轴所在直线的垂直距离d(ellipsei_center，line_mij)小于对应日龄段单只仔猪图像拟合椭圆长轴长度最大值Ma_max的0.5倍； 规则3、若椭圆i、j符合以下3个条件(条件6f‑3‑a至条件6f‑3‑c)，则合并椭圆i、j对应的轮廓线分段且 用合并后的轮廓线分段重新拟合椭圆： 条件6f‑3‑a：椭圆i的短轴长度Mi_i以及椭圆j的短轴长度Mi_j均小于对应日龄段单只仔猪图像拟合椭圆短轴长度最小值Mi_min； 条件6f‑3‑b：椭圆i、j对应的轮廓线分段Si、Sj不相邻； 条件6f‑3‑c：椭圆i、j对应的轮廓线分段Si、Sj的邻接轮廓线分段均已拟合椭圆且椭圆符合单只仔猪图像拟合椭圆参数范围要求； 规则4、按面积从大到小顺序提取椭圆i，若椭圆i长轴方向线经过的区域存在其它待合并椭圆j，且椭圆i的中心点到椭圆j短轴所在直线的垂直距离d(ellipsei_center，line_mij)小于对应日龄段单只仔猪图像拟合椭圆长轴长度最大值Ma_max的0.5倍，则合并椭圆i、j对应的轮廓线分段且用合并后的轮廓线分段重新拟合椭圆； S7、判断是否所有连通区域处理完毕，若仍有连通区域需要分割，提取未处理的面积最大的连通区域对应轮廓线从S6a开始执行，若连通区域全部处理完毕，则粘连仔猪自动计数完成，椭圆数量即为图像中的仔猪数量，且各椭圆能够反映出对应仔猪的趴卧方向、仔猪的紧密程度等休息行为特征。...

【技术特征摘要】
1.一种基于椭圆拟合的粘连仔猪自动计数方法，其特征是它包括以下7个步骤：S1、读入并打开大小为P的粘连仔猪灰度图像，其中P为320像素×240像素；S2、针对该粘连仔猪灰度图像执行高斯滤波及二值化处理；S3、针对二值化处理后的仔猪图像执行形态学处理；S4、针对形态学处理后的仔猪图像执行Canny边缘提取操作；S5、针对提取到的各连通区域边缘执行基于最小二乘法的椭圆拟合；S6、按面积从大到小的顺序依次提取连通区域，若提取到的当前待处理连通区域对应的拟合椭圆符合单只仔猪图像拟合椭圆参数要求，则将该连通区域标记为已处理，否则，提取该连通区域轮廓线执行以下S6a至S6f的操作：S6a、轮廓线平滑操作；S6b、针对平滑后的轮廓线提取凹点；S6c、针对步骤S6b得到的凹点提取代表凹点；S6d、基于代表凹点针对步骤S6a中平滑后的轮廓线分段；S6e、针对步骤S6d得到的各轮廓线分段执行基于最小二乘法的椭圆拟合；S6f、针对步骤S6e得到的各椭圆，按照规则1到规则4的顺序判断椭圆合并条件并完成相应的椭圆合并操作，按照某一规则完成一次椭圆合并后，仍然按照规则1、规则2、规则3、规则4的顺序判断合并条件并完成相应的椭圆合并操作，直至当前连通区域对应的所有椭圆均符合单只仔猪图像拟合椭圆参数范围要求时，结束椭圆合并操作，将当前连通区域标记为已处理：规则1、按面积从大到小顺序提取椭圆i，若椭圆i与其它椭圆j面积重叠率超过阈值over_com_th，则合并椭圆i、j对应的轮廓线分段且用合并后的轮廓线分段重新拟合椭圆；规则2、若椭圆i、j符合以下条件6f-2-a至条件6f-2-d，则合并这两个椭圆对应的轮廓线分段且用合并后的轮廓线分段重新拟合椭圆：条件6f-2-a：椭圆i的短轴长度Mi_i以及椭圆j的短轴长度Mi_j均小于对应日龄段单只仔猪图像拟合椭圆短轴长度最小值Mi_min的0.5倍；条件6f-2-b：椭圆i的方向角度θi与椭圆j的方向角度θj之差的绝对值小于阈值diff_θ_th；条件6f-2-c：椭圆i的中心点到椭圆j的长轴所在直线的垂直距离d(ellipsei_center，line_maj)大于对应日龄段单只仔猪图像拟合椭圆短轴长度最小值Mi_min的0.8倍且小于对应日龄段单只仔猪图像拟合椭圆短轴长度最大值Mi_max；条件6f-2-d：椭圆i的中心点到椭圆j短轴所在直线的垂直距离d(ellipsei_center，line_mij)小于对应日龄段单只仔猪图像拟合椭圆长轴长度最大值Ma_max的0.5倍；规则3、若椭圆i、j符合以下条件6f-3-a至条件6f-3-c，则合并椭圆i、j对应的轮廓线分段且用合并后的轮廓线分段重新拟合椭圆：条件6f-3-a：椭圆i的短轴长度Mi_i以及椭圆j的短轴长度Mi_j均小于对应日龄段单只仔猪图像拟合椭圆短轴长度最小值Mi_min；条件6f-3-b：椭圆i、j对应的轮廓线分段Si、Sj不相邻；条件6f-3-c：椭圆i、j对应的轮廓线分段Si、Sj的邻接轮廓线分段均已拟合椭圆且椭圆符合单只仔猪图像拟合椭圆参数范围要求；规则4、按面积从大到小顺序提取椭圆i，若椭圆i长轴方向线经过的区域存在其它待合并椭圆j，且椭圆i的中心点到椭圆j短轴所在直线的垂直距离d(ellipsei_center，line_mij)小于对应日龄段单只仔猪图像拟合椭圆长轴长度最大值Ma_max的0.5倍，则合并椭圆i、j对应的轮廓线分段且用合并后的轮廓线分段重新拟合椭圆；S7、...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆明洲，赵茹茜，熊迎军，刘龙申，杨晓静，闫丽，姚文，孙玉文，刘志强，沈明霞，
申请(专利权)人：南京农业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32