嵇杨培 1杨颖 1,*刘刚 1,2,3
作者单位
摘要
1 中国农业大学信息与电气工程学院, 北京 100083
2 现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室, 北京 100083
3 农业部农业信息获取技术重点实验室, 北京 100083
猪的进食、 饮水行为是评价生猪健康程度最直接的依据, 利用计算机视觉技术实时监控生猪的进食、 饮水等状况对提高生猪养殖福利有重要的意义。 提出一种基于可见光光谱和改进YOLOv2神经网络的生猪进食、 饮水行为识别方法, 该方法在生猪可见光图像序列上构建头颈模型, 结合改进的YOLOv2神经网络实现真实养殖场景中的生猪目标检测, 并利用位置信息对生猪的进食、 饮水行为进行预判断, 对符合判断的图像使用图像处理方法精准判断生猪进食、 饮水行为。 首先在生猪图像序列上构建头颈模型, 利用未被遮挡的头颈作为检测目标, 该模型能有效改善生猪目标检测过程的遮挡问题, 且能够精准定位生猪的头部, 为后续识别进食饮水行为提供辅助。 然后采用国际主流神经网络YOLOv2作为目标检测的基础网络模型, 改进其激活函数, 实现快速精准地生猪目标检测。 在使用网络训练前, 对生猪数据集使用K-means算法进行聚类候选边框, 其mAP值和Recall值相比于最初YOLOv2提高了3.94%和5.3%。 为了增加网络对输入变化或噪声的鲁棒性, 对比使用ReLU, Leaky-ReLU和ELU三个激活函数的性能, 可以发现使用ELU的性能比前两者有明显提高。 将改进后的网络与原YOLOv2, SSD模型以及Faster R-CNN相比, 该模型的mAP值达到90.24%, Recall值达到84.56%, 均优于后三者。 最后利用目标检测得到的生猪头颈位置信息, 对生猪的进食、 饮水行为进行预判断。 当图像中进食、 饮水区域出现生猪时, 对该图进行背景差分法、 形态学运算等处理, 并结合饮水区域停留时间等对生猪的进食、 饮水行为进行更精准判断。 实验表明: 利用该方法判断生猪的进食、 饮水行为, 准确率分别达到94.59%和96.49%, 均优于直接使用传统方法判断的结果, 可应用于实际养殖过程中辅助养殖人员进行生猪管理。
可见光光谱 生猪 目标检测 深度学习 行为识别 Visible spectrum Pigs Target detection Deep learning Behavior recognition 
光谱学与光谱分析
2020, 40(5): 1588

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