一种奶牛乳腺组织体积的测量方法
【专利摘要】本发明提出了一种奶牛乳腺组织体积的测量方法，包括如下步骤：在围栏两侧的多个预设位置分别安置两个拍摄设备；对拍摄设备进行标定采集图像以作为原始图像；获取奶牛乳房图像；对乳房外形的三维描述的构建；计算每个乳区的乳腺组织分布区域的上界深度和下界深度；获得外部三维点云的法向量方向上乳腺组织分布区域的上下边界的三维坐标；构成奶牛乳腺组织分布区域的内外部三维描述；获取每个乳区的超声图像中乳腺组织所占比例；计算每个乳区的乳腺组织的实际体积。本发明利用计算机视觉技术构建奶牛乳房外形三维模型并进行外貌评定指标数据及体积的测量，利用超声图像分析器官内部组织分布，对奶牛乳房内部组织分布的比例关系的实时测量。
【专利说明】一种奶牛乳腺组织体积的测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及图像处理【技术领域】，特别涉及一种奶牛乳腺组织体积的测量方法。
【背景技术】
[0002]当前，我国奶业在经营方式和生产应用研究领域取得了较大进步，但是在奶牛繁育、营养和泌乳等基础领域的研究仍存在一定滞后，这成为制约我国奶业高效健康可持续发展的重要瓶颈。奶牛的乳腺作为奶牛生产乳汁的器官，具有极其复杂的生物学特性和经济学价值，通过深入研究乳腺在一个产奶周期内的变化情况及其与营养供给、产奶性能间的关系以及产奶周期间腺体组织再发育水平的关系，可揭示乳腺代谢的规律，进而可为符合奶牛发育规律的精细化饲养和健康高效养殖提供理论依据。
[0003]目前，国内外关于奶牛乳腺的研究仅限于浅显的定性方面。例如从奶牛育种的角度出发，针对乳腺主要是开展了外形相关性状的测量研究，目的是通过奶牛体型线性评定成绩确定奶牛外貌的优缺点。在这个方法中，涉及15~16个主要体型性状指标，其中乳房就占了 7个，这充分反映了乳房发育对于奶牛品种改良和生产性能的重要性。但是该方法不仅费时费力，生产上难以推广，而且频繁的手工测量也会给奶牛造成应激反应，从而给生产带来较大影响。更为不足的是，没有获得乳房的外部体积、形状特征以及内部相关组织分布比例关系的定量分析及发育过程跟踪。
[0004]另一方面，关于乳腺组织发育的研究也较少，且采用的方法多是在不同的发育阶段分别屠宰实验动物的方式进行数据采集。而采用屠宰解剖的方法虽然能够比较准确地从细胞等微观层面研究某发育时段动物乳腺组织的发育状况，但是无法实现同一个体乳腺生理发育的全程跟踪，且因不能获得其后的生产性能数据。所以无法研究奶牛乳腺组织的发育规律与饲养方案、产奶性能间的相关关系。
【发明内容】
[0005]本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
[0006]为此，本发明的目的在于提出一种奶牛乳腺组织体积的测量方法，包括如下步骤:
[0007]在围栏两侧的多个预设位置分别安置两个拍摄设备，其中，所述预设位置为与待测奶牛的乳房高度平行的区域；
[0008]对所述拍摄设备进行标定，并且所述拍摄设备在完成标定之后采集图像以作为背景图像；
[0009]所述拍摄设备在所述待测奶牛进入围栏且状态稳定后，同时采集图像以作为原始图像；
[0010]对每台所述拍摄设备采集的所述背景图像和所述原始图像进行处理以去除背景区域，获取所述待测 奶牛的奶牛乳房图像；
[0011]对相邻位置的所述拍摄设备的奶牛乳房图像进行特征点检测与匹配，并根据得到的匹配特征点完成对所述待测奶牛的乳房外形的三维描述的构建，以及将上述三维点云集置于以地面为X-Y平面，且垂直所述X-Y平面指向所述待测奶牛的头部的方向为Z轴的三维空间内；
[0012]将所述待测奶牛的乳房外形三维点云集进行四分区以得到四个乳区，分别在每个所述乳区以垂直于乳房表面的方向采集超声图像，并分别计算每个所述乳区的乳腺组织分布区域的上界深度和下界深度；
[0013]利用所述待测奶牛的乳房外部三维点云的每个点与该点的k个邻近点所述构建的曲面，计算该点的法向量，并根据所述三维点云所处乳区的乳腺组织分布区域的上界深度和下界深度，获得上述外部三维点云的法向量方向上乳腺组织分布区域的上边界的三维坐标和下边界的三维坐标；
[0014]将所述上边界的三维坐标和下边界的三维坐标的集合构成所述待测奶牛的奶牛乳腺组织分布区域的内外部三维描述；
[0015]获取每个所述乳区的超声图像中乳腺组织所占比例，并将每个所述乳区的超声图像中乳腺组织所占比例作为该乳区乳腺组织所占体积的比例；[0016]利用奶牛乳腺组织分布区域的上下边界的三维描述以及每个所述乳区乳腺组织所占体积的比例计算每个所述乳区的乳腺组织的实际体积。
[0017]根据本发明实施例的奶牛乳腺组织体积的测量方法，具有以下有益效果:
[0018](I)利用计算机视觉技术构建奶牛乳房外形三维模型并进行外貌评定指标数据及体积的测量，利用超声图像分析器官内部组织分布，对奶牛乳房内部组织分布的比例关系的实时测量。首次提出将乳房三维模型与超声图像所描述的内部组织分布相结合，测算内部组织实际体积的方法。
[0019](2)利用数学方法对采集的乳房内外部性状指标数据进行系统分析，探索在一个产奶周期内乳腺内部组织分布的生理变化规律，并从一个崭新的视角研究奶牛乳房发育与营养水平、产奶性能间的关系，为奶牛精细化饲养方案的确定提供依据。
[0020](3)创立奶牛乳腺超声分型指标体系，并实现对高产奶牛及易患乳腺炎奶牛的乳腺超声分型特征的分析。
[0021]在本发明的一个实施例中，采用尺度不变特征变换SIFT算法对相邻位置的所述拍摄设备的奶牛乳房图像进行特征点检测与匹配。
[0022]在本发明的又一个实施例中，所述利用所述待测奶牛的乳房外部三维点云的每个点与该点的k个邻近点所述构建的曲面,计算该点的法向量,包括如下步骤:
[0023]对每个点P进行遍历，计算该点P到其他点的距离；
[0024]对点P到其他点的距离进行排序以确认k个邻近点；
[0025]利用椭球面近似上述k个邻近点的二次曲面，获得点P在椭球面的法向量，其中，椭球的方程为:
[0026]F(x，y，z) = m0x2+m1y2+m2z2+m3x+m4y+m5z+m6,
[0027]其中，(X，y, z)为点P的坐标，根据椭球方程计算得到点P的法向量为:
【权利要求】
1.一种奶牛乳腺组织体积的测量方法，其特征在于，包括如下步骤: 在围栏两侧的多个预设位置分别安置两个拍摄设备，其中，所述预设位置为与待测奶牛的乳房高度平行的区域； 对所述拍摄设备进行标定，并且所述拍摄设备在完成标定之后采集图像以作为背景图像； 所述拍摄设备在所述待测奶牛进入围栏且状态稳定后，同时采集图像以作为原始图像； 对每台所述拍摄设备采集的所述背景图像和所述原始图像进行处理以去除背景区域，获取所述待测奶牛的奶牛乳房图像； 对相邻位置的所述拍摄设备的奶牛乳房图像进行特征点检测与匹配，并根据得到的匹配特征点完成 对所述待测奶牛的乳房外形的三维描述的构建，以及将上述三维点云集置于以地面为X-Y平面，且垂直所述X-Y平面指向所述待测奶牛的头部的方向为Z轴的三维空间内； 将所述待测奶牛的乳房外形三维点云集进行四分区以得到四个乳区，分别在每个所述乳区以垂直于乳房表面的方向采集超声图像，并分别计算每个所述乳区的乳腺组织分布区域的上界深度和下界深度； 利用所述待测奶牛的乳房外部三维点云的每个点与该点的k个邻近点所述构建的曲面，计算该点的法向量，并根据所述三维点云所处乳区的乳腺组织分布区域的上界深度和下界深度，获得上述外部三维点云的法向量方向上乳腺组织分布区域的上边界的三维坐标和下边界的三维坐标； 将所述上边界的三维坐标和下边界的三维坐标的集合构成所述待测奶牛的奶牛乳腺组织分布区域的内外部三维描述； 获取每个所述乳区的超声图像中乳腺组织所占比例，并将每个所述乳区的超声图像中乳腺组织所占比例作为该乳区乳腺组织所占体积的比例； 利用奶牛乳腺组织分布区域的上下边界的三维描述以及每个所述乳区乳腺组织所占体积的比例计算每个所述乳区的乳腺组织的实际体积。
2.如权利要求1所述的奶牛乳腺组织体积的测量方法，其特征在于，采用尺度不变特征变换SIFT算法对相邻位置的所述拍摄设备的奶牛乳房图像进行特征点检测与匹配。
3.如权利要求1所述的奶牛乳腺组织体积的测量方法，其特征在于，所述利用所述待测奶牛的乳房外部三维点云的每个点与该点的k个邻近点所述构建的曲面,计算该点的法向量，包括如下步骤: 对每个点P进行遍历，计算该点P到其他点的距离； 对点P到其他点的距离进行排序以确认k个邻近点； 利用椭球面近似上述k个邻近点的二次曲面，获得点P在椭球面的法向量，其中，椭球的方程为:
F (x, y, z) =m0x2+m1y2+m2z2+m3x+m4y+m5z+m6, 其中，(X，y, z)为点P的坐标，根据椭球方程计算得到点P的法向量为:
4.如权利要求1所述的奶牛乳腺组织体积的测量方法，其特征在于，所述获取每个所述乳区的超声图像中乳腺组织所占比例，包括如下步骤: 对所述超声图像进行分析，并对所述超声图像进行分割以将乳腺组织从所述超声图像中分离出来； 计算乳腺组织在乳房内部所占比例以获得所述乳腺组织在该乳区的超声图像中所占比例。
5.如权利要求4所述的奶牛乳腺组织体积的测量方法，其特征在于，对所述超声图像进行分割以将乳腺组织从所述超声图像中分离出来，包括如下步骤:以所述乳腺组织为目标区域，其他组织为背景区域，对所述超声图像进行分割。
6.如权利要求5所述的奶牛乳腺组织体积的测量方法，其特征在于，采用局部聚类算法对所述超声图像进行分割。
7.如权利要求6所述的奶牛乳腺组织体积的测量方法，其特征在于，在对所述超声图像进行分割之后，还包括如下步骤: 采用基于区域增长的方法对所述分割后的超声图像进行标记以对所述超声图像去噪。
8.如权利要求1所述的奶牛乳腺组织体积的测量方法，其特征在于，通过以下公式计算乳区的乳腺组织的实际体积，
Vc=VxAa, 其中，V。为乳区的乳腺组织的实际体积，Vx为乳房表层与乳腺下层之间的体积，Aa为乳腺组织的面积密度。
9.如权利要求8所述的奶牛乳腺组织体积的测量方法，其特征在于，所述乳腺组织的面积密度Aa是根据所述图像中乳腺组织区域的白色像素的数据与所述超声图像的上边界与下部折线间图像区域的总像素数量的比值计算得到。
【文档编号】A61B5/107GK103908258SQ201310655579
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2013年12月9日 优先权日:2013年12月9日
【发明者】胡晓彤 申请人:天津天视科技有限公司
文档序号 :
【 1272405 】
技术研发人员：胡晓彤
技术所有人：天津天视科技有限公司
备 注：该技术已申请专利，仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
声 明 ：此信息收集于网络，如果你是此专利的发明人不想本网站收录此信息请联系我们，我们会在第一时间删除
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