一種奶牛乳腺組織體積的測量方法
【專利摘要】本發明提出了一種奶牛乳腺組織體積的測量方法，包括如下步驟：在圍欄兩側的多個預設位置分別安置兩個拍攝設備；對拍攝設備進行標定采集圖像以作為原始圖像；獲取奶牛乳房圖像；對乳房外形的三維描述的構建；計算每個乳區的乳腺組織分布區域的上界深度和下界深度；獲得外部三維點云的法向量方向上乳腺組織分布區域的上下邊界的三維坐標；構成奶牛乳腺組織分布區域的內外部三維描述；獲取每個乳區的超聲圖像中乳腺組織所占比例；計算每個乳區的乳腺組織的實際體積。本發明利用計算機視覺技術構建奶牛乳房外形三維模型并進行外貌評定指標數據及體積的測量，利用超聲圖像分析器官內部組織分布，對奶牛乳房內部組織分布的比例關系的實時測量。
【專利說明】一種奶牛乳腺組織體積的測量方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及圖像處理【技術領域】，特別涉及一種奶牛乳腺組織體積的測量方法。
【背景技術】
[0002]當前，我國奶業在經營方式和生產應用研究領域取得了較大進步，但是在奶牛繁育、營養和泌乳等基礎領域的研究仍存在一定滯后，這成為制約我國奶業高效健康可持續發展的重要瓶頸。奶牛的乳腺作為奶牛生產乳汁的器官，具有極其復雜的生物學特性和經濟學價值，通過深入研究乳腺在一個產奶周期內的變化情況及其與營養供給、產奶性能間的關系以及產奶周期間腺體組織再發育水平的關系，可揭示乳腺代謝的規律，進而可為符合奶牛發育規律的精細化飼養和健康高效養殖提供理論依據。
[0003]目前，國內外關于奶牛乳腺的研究僅限于淺顯的定性方面。例如從奶牛育種的角度出發，針對乳腺主要是開展了外形相關性狀的測量研究，目的是通過奶牛體型線性評定成績確定奶牛外貌的優缺點。在這個方法中，涉及15~16個主要體型性狀指標，其中乳房就占了 7個，這充分反映了乳房發育對于奶牛品種改良和生產性能的重要性。但是該方法不僅費時費力，生產上難以推廣，而且頻繁的手工測量也會給奶牛造成應激反應，從而給生產帶來較大影響。更為不足的是，沒有獲得乳房的外部體積、形狀特征以及內部相關組織分布比例關系的定量分析及發育過程跟蹤。
[0004]另一方面，關于乳腺組織發育的研究也較少，且采用的方法多是在不同的發育階段分別屠宰實驗動物的方式進行數據采集。而采用屠宰解剖的方法雖然能夠比較準確地從細胞等微觀層面研究某發育時段動物乳腺組織的發育狀況，但是無法實現同一個體乳腺生理發育的全程跟蹤，且因不能獲得其后的生產性能數據。所以無法研究奶牛乳腺組織的發育規律與飼養方案、產奶性能間的相關關系。
【發明內容】
[0005]本發明的目的旨在至少解決所述技術缺陷之一。
[0006]為此，本發明的目的在于提出一種奶牛乳腺組織體積的測量方法，包括如下步驟:
[0007]在圍欄兩側的多個預設位置分別安置兩個拍攝設備，其中，所述預設位置為與待測奶牛的乳房高度平行的區域；
[0008]對所述拍攝設備進行標定，并且所述拍攝設備在完成標定之后采集圖像以作為背景圖像；
[0009]所述拍攝設備在所述待測奶牛進入圍欄且狀態穩定后，同時采集圖像以作為原始圖像；
[0010]對每臺所述拍攝設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域，獲取所述待測 奶牛的奶牛乳房圖像；
[0011]對相鄰位置的所述拍攝設備的奶牛乳房圖像進行特征點檢測與匹配，并根據得到的匹配特征點完成對所述待測奶牛的乳房外形的三維描述的構建，以及將上述三維點云集置于以地面為X-Y平面，且垂直所述X-Y平面指向所述待測奶牛的頭部的方向為Z軸的三維空間內；
[0012]將所述待測奶牛的乳房外形三維點云集進行四分區以得到四個乳區，分別在每個所述乳區以垂直于乳房表面的方向采集超聲圖像，并分別計算每個所述乳區的乳腺組織分布區域的上界深度和下界深度；
[0013]利用所述待測奶牛的乳房外部三維點云的每個點與該點的k個鄰近點所述構建的曲面，計算該點的法向量，并根據所述三維點云所處乳區的乳腺組織分布區域的上界深度和下界深度，獲得上述外部三維點云的法向量方向上乳腺組織分布區域的上邊界的三維坐標和下邊界的三維坐標；
[0014]將所述上邊界的三維坐標和下邊界的三維坐標的集合構成所述待測奶牛的奶牛乳腺組織分布區域的內外部三維描述；
[0015]獲取每個所述乳區的超聲圖像中乳腺組織所占比例，并將每個所述乳區的超聲圖像中乳腺組織所占比例作為該乳區乳腺組織所占體積的比例；[0016]利用奶牛乳腺組織分布區域的上下邊界的三維描述以及每個所述乳區乳腺組織所占體積的比例計算每個所述乳區的乳腺組織的實際體積。
[0017]根據本發明實施例的奶牛乳腺組織體積的測量方法，具有以下有益效果:
[0018](I)利用計算機視覺技術構建奶牛乳房外形三維模型并進行外貌評定指標數據及體積的測量，利用超聲圖像分析器官內部組織分布，對奶牛乳房內部組織分布的比例關系的實時測量。首次提出將乳房三維模型與超聲圖像所描述的內部組織分布相結合，測算內部組織實際體積的方法。
[0019](2)利用數學方法對采集的乳房內外部性狀指標數據進行系統分析，探索在一個產奶周期內乳腺內部組織分布的生理變化規律，并從一個嶄新的視角研究奶牛乳房發育與營養水平、產奶性能間的關系，為奶牛精細化飼養方案的確定提供依據。
[0020](3)創立奶牛乳腺超聲分型指標體系，并實現對高產奶牛及易患乳腺炎奶牛的乳腺超聲分型特征的分析。
[0021]在本發明的一個實施例中，采用尺度不變特征變換SIFT算法對相鄰位置的所述拍攝設備的奶牛乳房圖像進行特征點檢測與匹配。
[0022]在本發明的又一個實施例中，所述利用所述待測奶牛的乳房外部三維點云的每個點與該點的k個鄰近點所述構建的曲面,計算該點的法向量,包括如下步驟:
[0023]對每個點P進行遍歷，計算該點P到其他點的距離；
[0024]對點P到其他點的距離進行排序以確認k個鄰近點；
[0025]利用橢球面近似上述k個鄰近點的二次曲面，獲得點P在橢球面的法向量，其中，橢球的方程為:
[0026]F(x，y，z) = m0x2+m1y2+m2z2+m3x+m4y+m5z+m6,
[0027]其中，(X，y, z)為點P的坐標，根據橢球方程計算得到點P的法向量為:
【權利要求】
1.一種奶牛乳腺組織體積的測量方法，其特征在于，包括如下步驟: 在圍欄兩側的多個預設位置分別安置兩個拍攝設備，其中，所述預設位置為與待測奶牛的乳房高度平行的區域； 對所述拍攝設備進行標定，并且所述拍攝設備在完成標定之后采集圖像以作為背景圖像； 所述拍攝設備在所述待測奶牛進入圍欄且狀態穩定后，同時采集圖像以作為原始圖像； 對每臺所述拍攝設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域，獲取所述待測奶牛的奶牛乳房圖像； 對相鄰位置的所述拍攝設備的奶牛乳房圖像進行特征點檢測與匹配，并根據得到的匹配特征點完成 對所述待測奶牛的乳房外形的三維描述的構建，以及將上述三維點云集置于以地面為X-Y平面，且垂直所述X-Y平面指向所述待測奶牛的頭部的方向為Z軸的三維空間內； 將所述待測奶牛的乳房外形三維點云集進行四分區以得到四個乳區，分別在每個所述乳區以垂直于乳房表面的方向采集超聲圖像，并分別計算每個所述乳區的乳腺組織分布區域的上界深度和下界深度； 利用所述待測奶牛的乳房外部三維點云的每個點與該點的k個鄰近點所述構建的曲面，計算該點的法向量，并根據所述三維點云所處乳區的乳腺組織分布區域的上界深度和下界深度，獲得上述外部三維點云的法向量方向上乳腺組織分布區域的上邊界的三維坐標和下邊界的三維坐標； 將所述上邊界的三維坐標和下邊界的三維坐標的集合構成所述待測奶牛的奶牛乳腺組織分布區域的內外部三維描述； 獲取每個所述乳區的超聲圖像中乳腺組織所占比例，并將每個所述乳區的超聲圖像中乳腺組織所占比例作為該乳區乳腺組織所占體積的比例； 利用奶牛乳腺組織分布區域的上下邊界的三維描述以及每個所述乳區乳腺組織所占體積的比例計算每個所述乳區的乳腺組織的實際體積。
2.如權利要求1所述的奶牛乳腺組織體積的測量方法，其特征在于，采用尺度不變特征變換SIFT算法對相鄰位置的所述拍攝設備的奶牛乳房圖像進行特征點檢測與匹配。
3.如權利要求1所述的奶牛乳腺組織體積的測量方法，其特征在于，所述利用所述待測奶牛的乳房外部三維點云的每個點與該點的k個鄰近點所述構建的曲面,計算該點的法向量，包括如下步驟: 對每個點P進行遍歷，計算該點P到其他點的距離； 對點P到其他點的距離進行排序以確認k個鄰近點； 利用橢球面近似上述k個鄰近點的二次曲面，獲得點P在橢球面的法向量，其中，橢球的方程為:
F (x, y, z) =m0x2+m1y2+m2z2+m3x+m4y+m5z+m6, 其中，(X，y, z)為點P的坐標，根據橢球方程計算得到點P的法向量為:
4.如權利要求1所述的奶牛乳腺組織體積的測量方法，其特征在于，所述獲取每個所述乳區的超聲圖像中乳腺組織所占比例，包括如下步驟: 對所述超聲圖像進行分析，并對所述超聲圖像進行分割以將乳腺組織從所述超聲圖像中分離出來； 計算乳腺組織在乳房內部所占比例以獲得所述乳腺組織在該乳區的超聲圖像中所占比例。
5.如權利要求4所述的奶牛乳腺組織體積的測量方法，其特征在于，對所述超聲圖像進行分割以將乳腺組織從所述超聲圖像中分離出來，包括如下步驟:以所述乳腺組織為目標區域，其他組織為背景區域，對所述超聲圖像進行分割。
6.如權利要求5所述的奶牛乳腺組織體積的測量方法，其特征在于，采用局部聚類算法對所述超聲圖像進行分割。
7.如權利要求6所述的奶牛乳腺組織體積的測量方法，其特征在于，在對所述超聲圖像進行分割之后，還包括如下步驟: 采用基于區域增長的方法對所述分割后的超聲圖像進行標記以對所述超聲圖像去噪。
8.如權利要求1所述的奶牛乳腺組織體積的測量方法，其特征在于，通過以下公式計算乳區的乳腺組織的實際體積，
Vc=VxAa, 其中，V。為乳區的乳腺組織的實際體積，Vx為乳房表層與乳腺下層之間的體積，Aa為乳腺組織的面積密度。
9.如權利要求8所述的奶牛乳腺組織體積的測量方法，其特征在于，所述乳腺組織的面積密度Aa是根據所述圖像中乳腺組織區域的白色像素的數據與所述超聲圖像的上邊界與下部折線間圖像區域的總像素數量的比值計算得到。
【文檔編號】A61B5/107GK103908258SQ201310655579
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年12月9日 優先權日:2013年12月9日
【發明者】胡曉彤 申請人:天津天視科技有限公司