張博漢++傅彥寧++張琰++王軍民

摘 要：雛雞雌雄的半自動(dòng)鑒別系統(tǒng)，目前研究的人并不多，隨著養(yǎng)雞業(yè)的快速發(fā)展，具有廣泛的應(yīng)用前景。針對(duì)這一系統(tǒng)，本文提出設(shè)計(jì)和開發(fā)“基于LabVIEW雛雞雌雄半自動(dòng)鑒別系統(tǒng)”，該系統(tǒng)包括圖像獲取、圖像預(yù)處理、圖像定位、圖像分割和模式識(shí)別，共5個(gè)模塊。本文在技術(shù)方面介紹圖像預(yù)處理、圖像定位和圖像分割。

關(guān)鍵詞：雛雞雌雄的半自動(dòng)鑒別；圖像預(yù)處理；圖像定位；圖像分割

中圖分類號(hào)：TP391.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20161033070

1 雛雞雌雄半自動(dòng)鑒別系統(tǒng)概述

1.1 國內(nèi)外發(fā)展

在1950年，日本的木澤武夫發(fā)明了“雛雞雌雄鑒別器”，但是，通常情況下，孵化場的出雛量很大，且要求在雛雞出殼后24h內(nèi)把鑒別工作做完，當(dāng)時(shí)的器械鑒別法速度慢；由于在使用時(shí)將玻璃曲管經(jīng)肛門插入雛雞直腸，容易造成雛雞傷殘及疫病傳播。所以，需要重新開發(fā)新的鑒別產(chǎn)品?，F(xiàn)階段，雛雞雌雄半自動(dòng)鑒別技術(shù)的研究基本處于空白狀態(tài)。

雛雞雌雄半自動(dòng)鑒別技術(shù)作為一種生物特征識(shí)別技術(shù)，它涉及的領(lǐng)域非常廣泛，主要包括模式識(shí)別、計(jì)算機(jī)視覺、圖像處理與分析、圖像編碼、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等。

1.2 傳統(tǒng)人工識(shí)別方法

傳統(tǒng)人工識(shí)別方法采用翻肛鑒別法，就是公雛肛門處可見生殖凸起，并且生殖凸起充實(shí)，有光澤，輪廓鮮明（如圖1）。母雛肛門處一般無生殖凸起，或有殘留生殖凸起，但是多呈萎縮狀，不飽滿，無彈性無光澤。

在時(shí)間上，雛雞破殼后4～12h內(nèi)，生殖凸起形態(tài)差別最明顯，易于區(qū)分。在這段時(shí)間中，雛雞容易抓握，且腹部充實(shí)，容易將肛門翻出。

圖2為雄雞肛門處生殖凸起，而在雌雞肛門處不存在這一生殖凸起。

相比于半自動(dòng)鑒別，人工鑒別具有如下缺點(diǎn)：工作強(qiáng)度大。因?yàn)殡r雞的雌雄性狀不明顯，長時(shí)間工作精神高度緊張，很快就會(huì)疲勞，導(dǎo)致精度和效率下降；培養(yǎng)成本高，培養(yǎng)周期長。一個(gè)沒有基礎(chǔ)的人，最少要經(jīng)過3a以上的學(xué)習(xí)和實(shí)踐才能掌握這個(gè)技術(shù)；當(dāng)用力不當(dāng)時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致雛雞的意外死亡。我們?cè)O(shè)計(jì)和開發(fā)“基于LabVIEW雛雞雌雄半自動(dòng)鑒別系統(tǒng)”的目的就是改變這一現(xiàn)狀。

1.3 雛雞雌雄半自動(dòng)鑒別的方法

依據(jù)現(xiàn)在用的比較多的翻肛鑒別法，把雛雞放到攝像頭前，通過視覺通道的輸入信息，在雛雞的生殖器官部位檢測(cè)和跟蹤得到輸入雛雞生殖器官圖像模式的基礎(chǔ)上，通過生殖器官凸起部位拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)幾何特征，利用基于輪廓線的描述物體形狀的方法，提取結(jié)構(gòu)性及半結(jié)構(gòu)性半隨機(jī)性紋理中的特征點(diǎn)分布規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上定位紋理的大規(guī)模乃至全局特性。給出其形狀特征，實(shí)現(xiàn)輸入雛雞生殖器官模式的識(shí)別，達(dá)到確定雛雞性別的目的。

2 系統(tǒng)分析

2.1 技術(shù)可行性

目前，計(jì)算機(jī)和信息處理技術(shù)發(fā)展日新月異，我國國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研制的“天河二號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)峰值計(jì)算速度達(dá)到每秒5.49億次，成為全球最快超級(jí)計(jì)算機(jī)，近幾年發(fā)展起來的云計(jì)算、大數(shù)據(jù)處理技術(shù)為數(shù)字信號(hào)處理分析提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，應(yīng)用較廣的圖像采集及圖像處理分析技術(shù)發(fā)展得已很成熟，并且在信息通訊、衛(wèi)星遙感、太空探測(cè)、高清電視信號(hào)傳播、工業(yè)圖像采集等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

雛雞雌雄半自動(dòng)鑒別系統(tǒng)通過截取、攝像頭拍攝、利用庫存的圖庫、掃描等，可以獲得我們想要的圖片，再通過借鑒已有的算法，嫁接到雛雞雌雄的半自動(dòng)鑒別上來。

由于圖像在亮度不同的環(huán)境中，圖像的亮度變化必然受到不同光線的影響，圖像就變得或暗或亮，就要對(duì)它的亮度進(jìn)行調(diào)整，亮了的就要變暗些，暗了的就要變亮些，可以通過對(duì)整幅圖像像素亮度的統(tǒng)計(jì)，通過計(jì)算后將圖像的亮度調(diào)整到一個(gè)適當(dāng)?shù)闹怠?/p>

2.2 功能需求分析

雛雞雌雄半自動(dòng)鑒別會(huì)用到軟件，該軟件包括圖像的獲取、圖像的處理、特征的拾取、學(xué)習(xí)、識(shí)別、數(shù)據(jù)庫。

2.3 開發(fā)工具和環(huán)境

采用LabVIEW作為開發(fā)工具，利用面向?qū)ο蟮姆椒ǎ赪indows 7，Windows 8，Windows 10等操作系統(tǒng)上用LabVIEW實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)。

3 概要設(shè)計(jì)

3.1 軟件功能模塊

一個(gè)大的系統(tǒng)可以把它分成若干個(gè)小的模塊來實(shí)現(xiàn)。對(duì)于該系統(tǒng)，根據(jù)需求分析可以分為幾個(gè)大的功能模塊，如圖3。

3.2 模塊設(shè)計(jì)

3.2.1 獲取圖像模塊

通過攝像頭來獲取，在圖像獲取以后，將圖像顯示出來，同時(shí)記錄下圖像的內(nèi)存地址，以便在圖像處理中使用。

在獲取圖像時(shí)，經(jīng)常由于各種原因被隨機(jī)噪聲所污染，常見的隨機(jī)噪聲有椒鹽噪聲，脈沖噪聲，高斯噪聲等。

圖4為一普通USB攝像頭（藍(lán)色妖姬，T3200），免驅(qū)動(dòng)，鏡頭可調(diào)焦，帶支撐鏡頭的底座，方便取像。另外，也可以使用微距鏡頭，利用3D打印技術(shù)針對(duì)不同的環(huán)境和用戶需求打印不同的鏡頭支架。

在對(duì)圖像進(jìn)行后續(xù)的處理前，必須對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，即除去圖像中的隨機(jī)噪聲。中值濾波算法可以有效去除噪聲的同時(shí)保持圖像的邊緣細(xì)節(jié)，是圖像處理中常用的濾波方法。然而常規(guī)的中值濾波算法主要依賴于快速排序算法，運(yùn)算時(shí)間復(fù)雜度高，運(yùn)算速度慢。均值加速的快速中值濾波算法突破了對(duì)所有元素進(jìn)行快速排序的限制，只在于快速找到濾波子窗的像素中間值，有效降低了中值濾波算法的時(shí)間復(fù)雜度，將計(jì)算效率和運(yùn)算速度提高到傳統(tǒng)濾波算法的2倍以上。

3.2.2 雛雞生殖凸起的定位與預(yù)處理

為了準(zhǔn)確地提取生殖凸起的位置，需要對(duì)雛雞生殖器官區(qū)域進(jìn)行定位。準(zhǔn)確的定位是進(jìn)行圖像處理重要的一步。在雛雞的生殖器官部位，凸起的特征還是比較明顯的，因?yàn)樾坌噪r雞的凸起占據(jù)了幾乎整個(gè)生殖器官區(qū)域，且在燈光的照射下，雄性雛雞的生殖凸起的尖頭部位會(huì)有反光的一個(gè)亮點(diǎn)，我們就以中間的亮點(diǎn)為基準(zhǔn)，找到大概的位置，并在周圍進(jìn)行多邊形近似，使查找的準(zhǔn)確性得以提高。

圖像中雛雞生殖器官凸起部位根據(jù)形狀來獲取，通過形狀的邊緣特征來實(shí)現(xiàn)。對(duì)圖像進(jìn)行去噪、灰度化、邊緣增強(qiáng)、 圖像二值化及邊緣骨架化預(yù)處理后，可以根據(jù)雛雞生殖器官的顏色的深淺來確定劃分的區(qū)域是否就是雛雞生殖器官區(qū)域。

3.2.3 特征學(xué)習(xí)

雛雞的生殖器官在不同的情況進(jìn)行獲取時(shí)，它們的特征都有所變化（主要是顏色的變化），前后2次的獲取也必然存在著差異，只是差異有大有小，所以，應(yīng)該在圖像分割之前，對(duì)特征進(jìn)行相應(yīng)的學(xué)習(xí)，獲取一個(gè)比較合理的特征向量存放到庫中，用于往后的識(shí)別。

3.2.4 圖像分割

通過LabVIEW的視覺開發(fā)模塊VDM中的IMAQ Threshold控件，可利用其內(nèi)置函數(shù)通過閥值法對(duì)圖像進(jìn)行分割。

IMAQ Threshold VI所使用的最佳閥值可利用在LabVIEW中的公式節(jié)點(diǎn)中寫入快速二值化算法的C語言程序來實(shí)現(xiàn)。

4 結(jié)論

在雛雞生殖凸起識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域，這套儀器可以幫助鑒別員減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。因?yàn)槭前胱詣?dòng)，人在操作這臺(tái)儀器的情況下所花的時(shí)間，比完全靠人工鑒別所花的時(shí)間縮短1/3，且鑒別出雄雞時(shí)，LED顯示燈會(huì)亮起1個(gè)；當(dāng)鑒別出雌雞時(shí)，LED顯示燈會(huì)亮起2個(gè)；當(dāng)鑒別不出雛雞性別時(shí)，LED顯示燈會(huì)亮起3個(gè)。人工只需要對(duì)不確定的雛雞進(jìn)行鑒別即可，這樣就減輕了鑒別員的勞動(dòng)強(qiáng)度。由于時(shí)間和技術(shù)的限制，本系統(tǒng)還有待進(jìn)一步完善。

參考文獻(xiàn)

[1]楊丹，趙海濱.MATLAB圖像處理實(shí)例詳解[M].清華大學(xué)出版社，2013.

[2]林海濤.雛雞雌雄鑒別綜合技術(shù)[J].養(yǎng)殖與飼料，2009（10）.

作者簡介：張博漢（1995-），男，漢族，長江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院本科學(xué)生；傅彥寧（1994-），男，漢族，長江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院本科學(xué)生；張琰（1993-），男（漢族），長江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院本科學(xué)生；王軍民（1960-），男，漢族，高級(jí)工程師，中國地質(zhì)大學(xué)博士，江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院副教授、碩士生導(dǎo)師，主要從事地球物理儀器的教學(xué)、開發(fā)和研究工作。