一種基于三維測量的奶牛體型性狀指標(biāo)的數(shù)據(jù)采集方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種基于三維測量的奶牛體型性狀指標(biāo)的數(shù)據(jù)采集方法，包括如下步驟：在圍欄兩側(cè)的多個預(yù)設(shè)位置分別安置兩個拍攝設(shè)備；對拍攝設(shè)備進行標(biāo)定，采集圖像以作為背景圖像；利用位于上部的拍攝設(shè)備采集地面圖像，計算匹配特征點的三維坐標(biāo)；采集圖像以作為原始圖像；獲取待測奶牛的奶牛圖像；根據(jù)得到的匹配特征點完成對待測奶牛的每個區(qū)域進行三維重構(gòu)；將每個三維區(qū)域測量的坐標(biāo)變換到統(tǒng)一的坐標(biāo)系下以獲得待測奶牛整體三維描述；計算待測奶牛對應(yīng)的體型性狀指標(biāo)數(shù)據(jù)。本發(fā)明實現(xiàn)奶牛體型性狀的測量，測量精度高，具有較強的真實感，性狀測量精度較高，滿足要求，能夠取代手工測量，有較好的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種基于三維測量的奶牛體型性狀指標(biāo)的數(shù)據(jù)采集方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及圖像【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于三維測量的奶牛測量的體型性狀指標(biāo)的數(shù)據(jù)采集方法。
【背景技術(shù)】 [0002]現(xiàn)今，人們正逐漸認識到奶牛體型是判斷奶牛產(chǎn)奶量及奶牛遺傳育種的一個重要指標(biāo)。現(xiàn)在對奶牛體型檢測大多采用人工方法，不僅工作量大，而且還可能因人為因素造成測量數(shù)據(jù)的誤差較大，從而使得測量結(jié)果缺乏客觀性。利用三維視覺測量方法對奶牛的體型性狀參數(shù)進行采集，可以避免接觸待測對象。與上述人工測量相比快捷方便、效率高、精度高，可以避免主觀因素的影響。通過連續(xù)監(jiān)測奶牛各個生長階段的體型變化，預(yù)估出它們的生長模型，可以提高生產(chǎn)效益，也可以更好地為奶牛的選種、選育和品種改良起到指導(dǎo)作用。
[0003]目前，基于圖像處理的奶牛體型性狀指標(biāo)測量方法大多都基于二維圖像。例如，通過采集奶牛正前方、正側(cè)方和正后方的3個方向的二維圖像，利用圖像處理技術(shù)對其進行處理，從而實現(xiàn)性狀指標(biāo)的測量。該方法僅可以對體高進行評定，未實現(xiàn)奶牛三維模型的構(gòu)建，因此無法實現(xiàn)三維坐標(biāo)下的性狀指標(biāo)測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的旨在至少解決所述技術(shù)缺陷之一。
[0005]為此，本發(fā)明的目的在于提出一種基于三維測量的奶牛體型性狀指標(biāo)的數(shù)據(jù)采集方法，包括如下步驟:
[0006]在圍欄兩側(cè)的多個預(yù)設(shè)位置分別安置兩個拍攝設(shè)備，其中，所述多個預(yù)設(shè)位置包括所述圍欄兩側(cè)的上部、中部和下部；
[0007]對所述拍攝設(shè)備進行標(biāo)定，并且所述拍攝設(shè)備在完成標(biāo)定之后采集圖像以作為背景圖像；
[0008]利用位于上部的所述拍攝設(shè)備采集地面圖像，并對所述地面圖像進行特征點檢測與匹配，計算匹配特征點的三維坐標(biāo)；
[0009]所述拍攝設(shè)備在待測奶牛進入圍欄且狀態(tài)穩(wěn)定后，同時采集圖像以作為原始圖像；
[0010]對每臺所述拍攝設(shè)備采集的所述背景圖像和所述原始圖像進行處理以去除背景區(qū)域，獲取所述待測奶牛的奶牛圖像；
[0011]對相鄰位置的所述拍攝設(shè)備的奶牛圖像進行特征點檢測與匹配，并根據(jù)得到的匹配特征點完成對所述待測奶牛的每個區(qū)域進行三維重構(gòu)；
[0012]完成三維重構(gòu)之后，在相鄰的三維區(qū)域內(nèi)設(shè)置多個標(biāo)記點，將每個所述三維區(qū)域測量的坐標(biāo)變換到統(tǒng)一的坐標(biāo)系下以獲得所述待測奶牛整體三維描述；
[0013]根據(jù)所述待測奶牛的整體三維描述，計算所述待測奶牛對應(yīng)的體型性狀指標(biāo)數(shù)據(jù)。
[0014]根據(jù)本發(fā)明實施例的基于三維測量的奶牛體型性狀指標(biāo)的數(shù)據(jù)采集方法，采用立體視覺的三維測量方法重建奶牛的三維模型，實現(xiàn)了對奶牛的體型性狀指標(biāo)測量，首先通過立體標(biāo)靶進行攝像頭的標(biāo)定，然后利用SIFT匹配算法對圖像進行特征點提取與匹配，最后通過投影矩陣計算匹配特征點的三維坐標(biāo)。針對雙目視覺中攝像頭視角范圍受限問題，本發(fā)明通過在相鄰視點的公共區(qū)域設(shè)置標(biāo)記點，根據(jù)標(biāo)記點計算不同坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系，將各局部特征點轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一坐標(biāo)系下，從而實現(xiàn)不同視點下各局部區(qū)域的三維拼接，由此重建的奶牛模型較理想，測量精度和測量效率滿足評定要求。在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)奶牛體型性狀的測量，測量精度高，具有較強的真實感，性狀測量精度較高，滿足要求，能夠取代手工測量，有較好的應(yīng)用前景。通過重建的三維模型可以方便、快捷的多角度觀察奶牛體型性狀，并且為進一步通過三維模型測量物體體積奠定基礎(chǔ)。
[0015]在本發(fā)明的一個實施例中，在計算得到匹配特征點的三維坐標(biāo)之后，還包括如下步驟:計算以描述地面的三維點云的近似平面，并將所述近似平面作為指標(biāo)計算的基準(zhǔn)點。
[0016]在本發(fā)明的又一個實施例中，將所述近似平面作為所述奶牛的身體高度的指標(biāo)計算的基準(zhǔn)點。
[0017]在本發(fā)明的再一個實施例中，采用尺度不變特征變換SIFT算法對相鄰位置的所述拍攝設(shè)備的奶牛圖像進行特征點檢測與匹配。
[0018]在本發(fā)明的一個實施例中，所述根據(jù)得到的匹配特征點完成對所述待測奶牛的每個區(qū)域進行三維重構(gòu)，包 括如下步驟:
[0019]將匹配特征點根據(jù)空間點三維重建的原理，計算所述匹配特征點的三維點集以完成對所述待測奶牛的每個區(qū)域的三維重構(gòu)，
[0020]其中，設(shè)P1和p2為點P在兩個所述拍攝設(shè)備上的匹配特征點，點P為所述拍攝設(shè)備的奶牛圖像中的任一點，設(shè)M1和M2分別為P1和p2的投影矩陣，則二維圖像點P1和P2與三維空間點的映射關(guān)系為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于三維測量的奶牛體型性狀指標(biāo)的數(shù)據(jù)采集方法，其特征在于，包括如下步驟: 在圍欄兩側(cè)的多個預(yù)設(shè)位置分別安置兩個拍攝設(shè)備，其中，所述多個預(yù)設(shè)位置包括所述圍欄兩側(cè)的上部、中部和下部； 對所述拍攝設(shè)備進行標(biāo)定，并且所述拍攝設(shè)備在完成標(biāo)定之后采集圖像以作為背景圖像； 利用位于上部的所述拍攝設(shè)備采集地面圖像，并對所述地面圖像進行特征點檢測與匹配，計算匹配特征點的三維坐標(biāo)； 所述拍攝設(shè)備在待測奶牛進入圍欄且狀態(tài)穩(wěn)定后，同時采集圖像以作為原始圖像； 對每臺所述拍攝設(shè)備采集的所述背景圖像和所述原始圖像進行處理以去除背景區(qū)域，獲取所述待測奶牛的奶牛圖像； 對相鄰位置的所述拍攝設(shè)備的奶牛圖像進行特征點檢測與匹配，并根據(jù)得到的匹配特征點完成對所述待測奶牛的每個區(qū)域進行三維重構(gòu)； 完成三維重構(gòu)之后，在相鄰的三維區(qū)域內(nèi)設(shè)置多個標(biāo)記點，將每個所述三維區(qū)域測量的坐標(biāo)變換到統(tǒng)一的坐標(biāo)系下以獲得所述待測奶牛整體三維描述； 根據(jù)所述待測奶牛的整體三維描述，計算所述待測奶牛對應(yīng)的體型性狀指標(biāo)數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的基于三維測量的奶牛體型性狀指標(biāo)的數(shù)據(jù)采集方法，其特征在于，在計算得到匹配特征點的三維坐標(biāo)之后，還包括如下步驟: 計算以描述地面的三維點云的近似平面，并將所述近似平面作為指標(biāo)計算的基準(zhǔn)點。
3.如權(quán)利要求2所述的基于三維測量的奶牛體型性狀指標(biāo)的數(shù)據(jù)采集方法，其特征在于，將所述近似平面作為所述奶牛的身體高度的指標(biāo)計算的基準(zhǔn)點。
4.如權(quán)利要求1所述的基于三維測量的奶牛體型性狀指標(biāo)的數(shù)據(jù)采集方法，其特征在于，采用尺度不變特征變換S I FT算法對相鄰位置的所述拍攝設(shè)備的奶牛圖像進行特征點檢測與匹配。
5.如權(quán)利要求1所述的基于三維測量的奶牛體型性狀指標(biāo)的數(shù)據(jù)采集方法，其特征在于，所述根據(jù)得到的匹配特征點完成對所述待測奶牛的每個區(qū)域進行三維重構(gòu)，包括如下步驟: 將匹配特征點根據(jù)空間點三維重建的原理，計算所述匹配特征點的三維點集以完成對所述待測奶牛的每個區(qū)域的三維重構(gòu)， 其中，設(shè)P1和P2為點P在兩個所述拍攝設(shè)備上的匹配特征點，點P為所述拍攝設(shè)備的奶牛圖像中的任一點，設(shè)M1和M2分別為P1和p2的投影矩陣，則二維圖像點P1和P2與三維空間點的映射關(guān)系為:
6.如權(quán)利要求5所述的基于三維測量的奶牛體型性狀指標(biāo)的數(shù)據(jù)采集方法，其特征在于，在完成對所述待測奶牛的每個區(qū)域進行三維重構(gòu)，得到所述匹配特征點的三維點集之后，還包括如下步驟: 利用圖形程序接口 OpenGL顯示所述三維點集。
7.如權(quán)利要求1所述的基于三維測量的奶牛體型性狀指標(biāo)的數(shù)據(jù)采集方法，其特征在于，所述將每個所述三維區(qū)域測量的坐標(biāo)變換到統(tǒng)一的坐標(biāo)系下以獲得所述待測奶牛整體三維描述，包括如下步驟: 計算相鄰子區(qū)域的空間變換矩陣； 計算相鄰子區(qū)域的平移向量； 根據(jù)所述空間變換矩陣和所述平移向量，將每個所述三維區(qū)域測量的坐標(biāo)變換到統(tǒng)一的坐標(biāo)系下。
8.如權(quán)利要求7所述的基于三維測量的奶牛體型性狀指標(biāo)的數(shù)據(jù)采集方法，其特征在于，所述平移向量為:
9.如權(quán)利要求1所述的基于三維測量的奶牛體型性狀指標(biāo)的數(shù)據(jù)采集方法，其特征在于，根據(jù)所述待測奶牛的整體三維描述，計算得到所述待測奶牛對應(yīng)的體型性狀指標(biāo)數(shù)據(jù)，包括:所述奶牛的體高、后肢側(cè)視、尻角度、尻寬、蹄角度和乳頭長度。
【文檔編號】A61B5/107GK103919556SQ201310655845
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2013年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月9日
【發(fā)明者】胡曉彤 申請人:天津天視科技有限公司