一种基于TOF深度数据的妊娠母猪体尺计算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于TOF深度数据的妊娠母猪体尺计算方法，利用TOF深度相机分别对长白母猪和荣昌母猪进行数据采集，直接获得高分辨率的深度数据，并对获取的深度数据进行预处理以及设计出母猪体的体尺生长参数的提取算法，利用包络分析的方法来识别猪体的耳根中点和尾根中点；使用累加三维深度数据每个相邻点的方法来计算背部曲面猪体长度；采用椭圆拟合的方法来计算胸围，由此获取母猪的体长、胸宽、体高、胸围这四个猪体生长参数。可实现母猪体尺参数实时以及快速的获取，也可实现不同种类母猪的体尺参数的获取。

A method for calculating body size of pregnant sows based on TOF depth data

【技术实现步骤摘要】
一种基于TOF深度数据的妊娠母猪体尺计算方法
本专利技术属于机器视觉
，具体涉及一种基于TOF深度数据的妊娠母猪体尺计算方法。
技术介绍
母猪的生长状况、体尺性状、体型性状和繁殖性状息息相关，体尺参数的变化能直接反应出母猪的生长状况。妊娠母猪体尺参数的变化对产仔的存活数、出生时小猪的体重以及断奶小猪的体重起着关键作用。采用常规获取体尺参数的方法对母猪进行直接接触测量，会给母猪带来应激性，影响其健康生长。采用单目视觉技术，无法获取母猪猪体的三维数据，而采用多目视觉技术，可无应激获取母猪的体尺参数，但是其存在相机架设、获取数据时光照等条件等因素的限制，进而造成三维数据重构效率低等，会影响母猪体尺获取的执行效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于TOF深度数据的妊娠母猪体尺计算方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种基于TOF深度数据的妊娠母猪体尺计算方法，包括以下步骤：步骤一：利用TOF相机采集猪体深度数据；步骤二：滤除背景数据和降噪；步骤三：调整重心；将数据的重心坐标设置为原点坐标，方法是将X、Y、Z的坐标数据都取一个均值，将原始数据的X、Y、Z坐标分别减去其相对应的均值从而将数据的重心坐标设为[000]；步骤四：数据旋转；对数据进行特征旋转将获取到的数据的位置调正，将猪长度的方向设为坐标的X轴，将垂直于X轴方向的Y轴设为猪体数据的Y轴；基于二维的主成分分析的方法，将原始数据X轴和Y轴同时以Z坐标旋转θ角度，得到坐标轴F1和F2，旋转变换公式如公式(1)和公式(2)，得到的坐标轴F1和F2作为后续数据处理的新的坐标系X、Y轴F1＝Xcosθ+Ysinθ(1)F2＝Ycosθ-Xsinθ(2)步骤五：背部数据投影从背部对猪体的三维数据进行投影，将其Z轴坐标设为0，获取到三维数据XOY面的投影数据，再使用Matlab里面的函数对数据进行处理，得到用于猪体尺测点识别的轮廓线和包络线；步骤六：体长计算1)以耳根中点作为体长测点的起点，循环计算包络线上的数据每两个相邻点之间的距离，识别出距离最长的线段L1，按照线段L1的坐标范围，将该坐标范围内的轮廓线的数据识别出来，记为L2；循环计算L2中的每个点到线段L1的距离，在L2中识别出距离L1最远的点为耳根点A1，同理计算出另一个耳根点A2，计算点A1和点A2坐标的中点为耳根的中点Am；2)以尾根中点作为体长测点的终点，获得尾根识别点B1和B2，计算B1和B2坐标的中点为尾根中点Bm；3)体长的计算：分别以耳根中点和尾根中点的x、y坐标为范围，获取该两点间线上x、y二维坐标对应的体长测量线上每个点的三维点坐标，累加计算每相邻两个三维点连线的长度则记为体长。在上述技术方案中，还包括步骤七：体高计算1)首先找到猪体轮廓线最宽处的中点：以耳根中点和尾根中点确定的直线Lh作为的分界线将猪体数据分为上下两部分，分别与耳根中点的X坐标和重心的X坐标为分界线相结合，选出轮廓线的体高识别区域，分别计算该范围内的猪体轮廓线上的点到Lh的距离，将轮廓线上的点到线Lh距离最大的点记为H1和H2，计算这H1和H2的中点Hm，Hm就是轮廓线上的体高测量点的二维坐标点；2)在三维数据纵切面中选出以Hm坐标点为圆心，0.1cm±为半径的圆这一范围内的点云数据，并求圆内数据的Z坐标的均值；3)选出整体三维数据中Z坐标的最小值，也就是地面数据的Z值，计算地面数据的Z值与三维体高测点的Z均值之间的距离，记为体高。在上述技术方案中，还包括步骤八：胸宽计算在二维数据中，以耳根中点的X坐标点和重心X＝0坐标为分界线，将数据截取出来，胸宽部位距离重心的距离为耳根中点距离重心距离的1/6，计算该胸宽部位的宽度即为胸宽。在上述技术方案中，还包括步骤九：胸围计算将胸宽测量范围内的数据选中，去掉地面数据后，剩下背部的三维数据信息，并将数据投影到YOZ平面上；1)在弧度信息中插入一个距离地面一定高度的点A，该点A以背部弧度数据的中点为X的坐标，以手工测量的猪体胸围距离地面的高度为Y坐标；2)对获取的弧度的数据的两端点B、C进行分析，计算B、C两点之前的直线距离LBC，并计算B、C两点连线的中点E坐标；3)计算以BC为直径的半圆的弧长定义为猪的背部弧长，即以E点为圆心BE或者EC为半径的弧BC的弧长定义为猪的背部弧长；4)计算以EB或EC为短半轴，以AE为长半轴来计算椭圆的周长，取出该椭圆周长的一半长度定义为猪的腹部弧长；5)计算背部弧长+腹部弧长的总和，即为母猪猪体的胸围。在上述技术方案中，不同品种猪的Y坐标取值不一样，荣昌母猪的高度为距离地面20cm处，长白母猪的高度为距离地面25cm处。本专利技术的优点和有益效果为：本专利技术利用TOF深度相机分别对长白母猪和荣昌母猪进行数据采集，直接获得高分辨率的深度数据，并对获取的深度数据进行预处理以及设计出母猪体的体尺生长参数的提取算法，利用包络分析的方法来识别猪体的耳根中点和尾根中点；使用累加三维深度数据每个相邻点的方法来计算背部曲面猪体长度；采用椭圆拟合的方法来计算胸围，由此获取母猪的体长、胸宽、体高、胸围这四个猪体生长参数。可实现母猪体尺参数实时以及快速的获取，也可实现不同种类母猪的体尺参数的获取。附图说明图1是本专利技术实施例一的数据采集示意图。图2是本专利技术实施例一的二维PCA示意图。图3是本专利技术实施例一的数据旋转前的示意图。图4是本专利技术实施例一的数据旋转后的示意图。图5是本专利技术实施例一的猪体轮廓线及包络线图。图6是本专利技术实施例一的猪体长计算方法框图。图7是本专利技术实施例一的猪的耳根点及尾根点识别图。图8是本专利技术实施例一的三维数据中体长数据。图9是本专利技术实施例二的猪体高计算方法框图。图10是本专利技术实施例二的体高测点的示意图。图11是本专利技术实施例二的体高测量点点云图。图12是本专利技术实施例三的胸宽计算方示示意图。图13是本专利技术实施例四的胸围计算方示意法图。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面结合具体实施例进一步说明本专利技术的技术方案。实施例一一种基于TOF深度数据的妊娠母猪体尺计算方法，包括以下步骤：步骤一：利用TOF相机采集猪体深度数据本实施例实验对象为长白母猪、荣昌母猪，母猪的猪龄约为24月龄，获取猪体的深度数据使用的是BaslerTOF相机，相机型号为TOF640-20gm_850nm，深度数据采集软件为TOFViewer，该软件在获取数据时，主要用于三维数据的显示以及数据的获取。妊娠期母猪采用限位栏饲养，为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于TOF深度数据的妊娠母猪体尺计算方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一：利用TOF相机采集猪体深度数据；/n步骤二：滤除背景数据和降噪；/n步骤三：调整重心；/n将数据的重心坐标设置为原点坐标，方法是将X、Y、Z的坐标数据都取一个均值，将原始数据的X、Y、Z坐标分别减去其相对应的均值从而将数据的重心坐标设为[000]；/n步骤四：数据旋转；/n对数据进行特征旋转将获取到的数据的位置调正，将猪长度的方向设为坐标的X轴，将垂直于X轴方向的Y轴设为猪体数据的Y轴；/n将原始数据X轴和Y轴同时以Z坐标旋转θ角度，得到坐标轴F

【技术特征摘要】
1.一种基于TOF深度数据的妊娠母猪体尺计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：利用TOF相机采集猪体深度数据；
步骤二：滤除背景数据和降噪；
步骤三：调整重心；
将数据的重心坐标设置为原点坐标，方法是将X、Y、Z的坐标数据都取一个均值，将原始数据的X、Y、Z坐标分别减去其相对应的均值从而将数据的重心坐标设为[000]；
步骤四：数据旋转；
对数据进行特征旋转将获取到的数据的位置调正，将猪长度的方向设为坐标的X轴，将垂直于X轴方向的Y轴设为猪体数据的Y轴；
将原始数据X轴和Y轴同时以Z坐标旋转θ角度，得到坐标轴F1和F2，旋转变换公式如公式(1)和公式(2)，得到的坐标轴F1和F2作为后续数据处理的新的坐标系X、Y轴；
F1＝Xcosθ+Ysinθ(1)
F2＝Ycosθ-Xsinθ(2)
步骤五：背部数据投影
从背部对猪体的三维数据进行投影，将其Z轴坐标设为0，获取到三维数据XOY面的投影数据，再得到用于猪体尺测点识别的轮廓线和包络线；
步骤六：体长计算
1)以耳根中点作为体长测点的起点，循环计算包络线上的数据每两个相邻点之间的距离，识别出距离最长的线段L1，按照线段L1的坐标范围，将该坐标范围内的轮廓线的数据识别出来，记为L2；循环计算L2中的每个点到线段L1的距离，在L2中识别出距离L1最远的点为耳根点A1，同理计算出另一个耳根点A2，计算点A1和点A2坐标的中点为耳根的中点Am；
2)以尾根中点作为体长测点的终点，获得尾根识别点B1和B2，计算B1和B2坐标的中点为尾根中点Bm；
3)体长的计算：分别以耳根中点和尾根中点的x、y坐标为范围，获取该两点间线上x、y二维坐标对应的体长测量线上每个点的三维点坐标，累加计算每相邻两个三维点连线的长度则记为体长。


2.根据权利要求1所述的基于TOF深度数据的妊娠母猪体尺计算方法，其特征在于，还包括步骤七，体高计算：
1)首先找到猪体轮廓线最宽处的中点：以耳根中点和尾根中点确定...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘同海，苑飞燕，孟玉环，
申请(专利权)人：天津农学院，
类型：发明
国别省市：天津;12