一種奶牛乳腺組織體積的測量方法
【專利摘要】本發(fā)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(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(jìn)行標(biāo)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(gòu)建；計(jì)算每個乳區(qū)的乳腺組織分布區(qū)域的上界深度和下界深度；獲得外部三維點(diǎn)云的法向量方向上乳腺組織分布區(qū)域的上下邊界的三維坐標(biāo)；構(gòu)成奶牛乳腺組織分布區(qū)域的內(nèi)外部三維描述；獲取每個乳區(qū)的超聲圖像中乳腺組織所占比例；計(jì)算每個乳區(qū)的乳腺組織的實(shí)際體積。本發(fā)明利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)構(gòu)建奶牛乳房外形三維模型并進(jìn)行外貌評定指標(biāo)數(shù)據(jù)及體積的測量，利用超聲圖像分析器官內(nèi)部組織分布，對奶牛乳房內(nèi)部組織分布的比例關(guān)系的實(shí)時測量。
【專利說明】一種奶牛乳腺組織體積的測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及圖像處理【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種奶牛乳腺組織體積的測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，我國奶業(yè)在經(jīng)營方式和生產(chǎn)應(yīng)用研究領(lǐng)域取得了較大進(jìn)步，但是在奶牛繁育、營養(yǎng)和泌乳等基礎(chǔ)領(lǐng)域的研究仍存在一定滯后，這成為制約我國奶業(yè)高效健康可持續(xù)發(fā)展的重要瓶頸。奶牛的乳腺作為奶牛生產(chǎn)乳汁的器官，具有極其復(fù)雜的生物學(xué)特性和經(jīng)濟(jì)學(xué)價值，通過深入研究乳腺在一個產(chǎn)奶周期內(nèi)的變化情況及其與營養(yǎng)供給、產(chǎn)奶性能間的關(guān)系以及產(chǎn)奶周期間腺體組織再發(fā)育水平的關(guān)系，可揭示乳腺代謝的規(guī)律，進(jìn)而可為符合奶牛發(fā)育規(guī)律的精細(xì)化飼養(yǎng)和健康高效養(yǎng)殖提供理論依據(jù)。
[0003]目前，國內(nèi)外關(guān)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(fā)，針對乳腺主要是開展了外形相關(guān)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(yōu)缺點(diǎn)。在這個方法中，涉及15~16個主要體型性狀指標(biāo)，其中乳房就占了 7個，這充分反映了乳房發(fā)育對于奶牛品種改良和生產(chǎn)性能的重要性。但是該方法不僅費(fèi)時費(fèi)力，生產(chǎn)上難以推廣，而且頻繁的手工測量也會給奶牛造成應(yīng)激反應(yīng)，從而給生產(chǎn)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(nèi)部相關(guān)組織分布比例關(guān)系的定量分析及發(fā)育過程跟蹤。
[0004]另一方面，關(guān)于乳腺組織發(fā)育的研究也較少，且采用的方法多是在不同的發(fā)育階段分別屠宰實(shí)驗(yàn)動物的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。而采用屠宰解剖的方法雖然能夠比較準(zhǔn)確地從細(xì)胞等微觀層面研究某發(fā)育時段動物乳腺組織的發(fā)育狀況，但是無法實(shí)現(xiàn)同一個體乳腺生理發(fā)育的全程跟蹤，且因不能獲得其后的生產(chǎn)性能數(shù)據(jù)。所以無法研究奶牛乳腺組織的發(fā)育規(guī)律與飼養(yǎng)方案、產(chǎn)奶性能間的相關(guān)關(guān)系。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的旨在至少解決所述技術(shù)缺陷之一。
[0006]為此，本發(fā)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(cè)的多個預(yù)設(shè)位置分別安置兩個拍攝設(shè)備，其中，所述預(yù)設(shè)位置為與待測奶牛的乳房高度平行的區(qū)域；
[0008]對所述拍攝設(shè)備進(jìn)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；
[0009]所述拍攝設(shè)備在所述待測奶牛進(jìn)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(jìn)行處理以去除背景區(qū)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(shè)備的奶牛乳房圖像進(jìn)行特征點(diǎn)檢測與匹配，并根據(jù)得到的匹配特征點(diǎn)完成對所述待測奶牛的乳房外形的三維描述的構(gòu)建，以及將上述三維點(diǎn)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?yàn)閆軸的三維空間內(nèi)；
[0012]將所述待測奶牛的乳房外形三維點(diǎn)云集進(jìn)行四分區(qū)以得到四個乳區(qū)，分別在每個所述乳區(qū)以垂直于乳房表面的方向采集超聲圖像，并分別計(jì)算每個所述乳區(qū)的乳腺組織分布區(qū)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(diǎn)云的每個點(diǎn)與該點(diǎn)的k個鄰近點(diǎn)所述構(gòu)建的曲面，計(jì)算該點(diǎn)的法向量，并根據(jù)所述三維點(diǎn)云所處乳區(qū)的乳腺組織分布區(qū)域的上界深度和下界深度，獲得上述外部三維點(diǎn)云的法向量方向上乳腺組織分布區(qū)域的上邊界的三維坐標(biāo)和下邊界的三維坐標(biāo)；
[0014]將所述上邊界的三維坐標(biāo)和下邊界的三維坐標(biāo)的集合構(gòu)成所述待測奶牛的奶牛乳腺組織分布區(qū)域的內(nèi)外部三維描述；
[0015]獲取每個所述乳區(qū)的超聲圖像中乳腺組織所占比例，并將每個所述乳區(qū)的超聲圖像中乳腺組織所占比例作為該乳區(qū)乳腺組織所占體積的比例；[0016]利用奶牛乳腺組織分布區(qū)域的上下邊界的三維描述以及每個所述乳區(qū)乳腺組織所占體積的比例計(jì)算每個所述乳區(qū)的乳腺組織的實(shí)際體積。
[0017]根據(jù)本發(fā)明實(shí)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(jì)算機(jī)視覺技術(shù)構(gòu)建奶牛乳房外形三維模型并進(jìn)行外貌評定指標(biāo)數(shù)據(jù)及體積的測量，利用超聲圖像分析器官內(nèi)部組織分布，對奶牛乳房內(nèi)部組織分布的比例關(guān)系的實(shí)時測量。首次提出將乳房三維模型與超聲圖像所描述的內(nèi)部組織分布相結(jié)合，測算內(nèi)部組織實(shí)際體積的方法。
[0019](2)利用數(shù)學(xué)方法對采集的乳房內(nèi)外部性狀指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)分析，探索在一個產(chǎn)奶周期內(nèi)乳腺內(nèi)部組織分布的生理變化規(guī)律，并從一個嶄新的視角研究奶牛乳房發(fā)育與營養(yǎng)水平、產(chǎn)奶性能間的關(guān)系，為奶牛精細(xì)化飼養(yǎng)方案的確定提供依據(jù)。
[0020](3)創(chuàng)立奶牛乳腺超聲分型指標(biāo)體系，并實(shí)現(xiàn)對高產(chǎn)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(fā)明的一個實(shí)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)備的奶牛乳房圖像進(jìn)行特征點(diǎn)檢測與匹配。
[0022]在本發(fā)明的又一個實(shí)施例中，所述利用所述待測奶牛的乳房外部三維點(diǎn)云的每個點(diǎn)與該點(diǎn)的k個鄰近點(diǎn)所述構(gòu)建的曲面,計(jì)算該點(diǎn)的法向量,包括如下步驟:
[0023]對每個點(diǎn)P進(jìn)行遍歷，計(jì)算該點(diǎn)P到其他點(diǎn)的距離；
[0024]對點(diǎn)P到其他點(diǎn)的距離進(jìn)行排序以確認(rèn)k個鄰近點(diǎn)；
[0025]利用橢球面近似上述k個鄰近點(diǎn)的二次曲面，獲得點(diǎn)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(diǎn)P的坐標(biāo)，根據(jù)橢球方程計(jì)算得到點(diǎn)P的法向量為:
【權(quán)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(cè)的多個預(yù)設(shè)位置分別安置兩個拍攝設(shè)備，其中，所述預(yù)設(shè)位置為與待測奶牛的乳房高度平行的區(qū)域； 對所述拍攝設(shè)備進(jìn)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； 所述拍攝設(shè)備在所述待測奶牛進(jìn)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(jìn)行處理以去除背景區(qū)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(shè)備的奶牛乳房圖像進(jìn)行特征點(diǎn)檢測與匹配，并根據(jù)得到的匹配特征點(diǎn)完成 對所述待測奶牛的乳房外形的三維描述的構(gòu)建，以及將上述三維點(diǎn)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?yàn)閆軸的三維空間內(nèi)； 將所述待測奶牛的乳房外形三維點(diǎn)云集進(jìn)行四分區(qū)以得到四個乳區(qū)，分別在每個所述乳區(qū)以垂直于乳房表面的方向采集超聲圖像，并分別計(jì)算每個所述乳區(qū)的乳腺組織分布區(qū)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(diǎn)云的每個點(diǎn)與該點(diǎn)的k個鄰近點(diǎn)所述構(gòu)建的曲面，計(jì)算該點(diǎn)的法向量，并根據(jù)所述三維點(diǎn)云所處乳區(qū)的乳腺組織分布區(qū)域的上界深度和下界深度，獲得上述外部三維點(diǎn)云的法向量方向上乳腺組織分布區(qū)域的上邊界的三維坐標(biāo)和下邊界的三維坐標(biāo)； 將所述上邊界的三維坐標(biāo)和下邊界的三維坐標(biāo)的集合構(gòu)成所述待測奶牛的奶牛乳腺組織分布區(qū)域的內(nèi)外部三維描述； 獲取每個所述乳區(qū)的超聲圖像中乳腺組織所占比例，并將每個所述乳區(qū)的超聲圖像中乳腺組織所占比例作為該乳區(qū)乳腺組織所占體積的比例； 利用奶牛乳腺組織分布區(qū)域的上下邊界的三維描述以及每個所述乳區(qū)乳腺組織所占體積的比例計(jì)算每個所述乳區(qū)的乳腺組織的實(shí)際體積。
2.如權(quán)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(shè)備的奶牛乳房圖像進(jìn)行特征點(diǎn)檢測與匹配。
3.如權(quán)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(diǎn)云的每個點(diǎn)與該點(diǎn)的k個鄰近點(diǎn)所述構(gòu)建的曲面,計(jì)算該點(diǎn)的法向量，包括如下步驟: 對每個點(diǎn)P進(jìn)行遍歷，計(jì)算該點(diǎn)P到其他點(diǎn)的距離； 對點(diǎn)P到其他點(diǎn)的距離進(jìn)行排序以確認(rèn)k個鄰近點(diǎn)； 利用橢球面近似上述k個鄰近點(diǎn)的二次曲面，獲得點(diǎn)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(diǎn)P的坐標(biāo)，根據(jù)橢球方程計(jì)算得到點(diǎn)P的法向量為:
4.如權(quán)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(qū)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(jìn)行分析，并對所述超聲圖像進(jìn)行分割以將乳腺組織從所述超聲圖像中分離出來； 計(jì)算乳腺組織在乳房內(nèi)部所占比例以獲得所述乳腺組織在該乳區(qū)的超聲圖像中所占比例。
5.如權(quán)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(jìn)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(biāo)區(qū)域，其他組織為背景區(qū)域，對所述超聲圖像進(jìn)行分割。
6.如權(quán)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(jìn)行分割。
7.如權(quán)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(jìn)行分割之后，還包括如下步驟: 采用基于區(qū)域增長的方法對所述分割后的超聲圖像進(jìn)行標(biāo)記以對所述超聲圖像去噪。
8.如權(quán)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(jì)算乳區(qū)的乳腺組織的實(shí)際體積，
Vc=VxAa, 其中，V。為乳區(qū)的乳腺組織的實(shí)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(quán)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(jù)所述圖像中乳腺組織區(qū)域的白色像素的數(shù)據(jù)與所述超聲圖像的上邊界與下部折線間圖像區(qū)域的總像素?cái)?shù)量的比值計(jì)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(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