張博漢++傅彥寧++張琰++王軍民

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

關鍵詞：雛雞雌雄的半自動鑒別；圖像預處理；圖像定位；圖像分割

中圖分類號：TP391.4 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20161033070

1 雛雞雌雄半自動鑒別系統(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，當時的器械鑒別法速度慢；由于在使用時將玻璃曲管經(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。現(xiàn)階段，雛雞雌雄半自動鑒別技術(shù)的研究基本處于空白狀態(tài)。

雛雞雌雄半自動鑒別技術(shù)作為一種生物特征識別技術(shù)，它涉及的領域非常廣泛，主要包括模式識別、計算機視覺、圖像處理與分析、圖像編碼、計算機圖形學等。

1.2 傳統(tǒng)人工識別方法

傳統(tǒng)人工識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，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。在這段時間中，雛雞容易抓握，且腹部充實，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。

相比于半自動鑒別，人工鑒別具有如下缺點：工作強度大。因為雛雞的雌雄性狀不明顯，長時間工作精神高度緊張，很快就會疲勞，導致精度和效率下降；培養(yǎng)成本高，培養(yǎng)周期長。一個沒有基礎的人，最少要經(jīng)過3a以上的學習和實踐才能掌握這個技術(shù)；當用力不當時，可能會導致雛雞的意外死亡。我們設計和開發(fā)“基于LabVIEW雛雞雌雄半自動鑒別系統(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和跟蹤得到輸入雛雞生殖器官圖像模式的基礎上，通過生殖器官凸起部位拓撲結(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)性半隨機性紋理中的特征點分布規(guī)律，并在此基礎上定位紋理的大規(guī)模乃至全局特性。給出其形狀特征，實現(xiàn)輸入雛雞生殖器官模式的識別，達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，計算機和信息處理技術(shù)發(fā)展日新月異，我國國防科學技術(shù)大學研制的“天河二號”超級計算機系統(tǒng)峰值計算速度達到每秒5.49億次，成為全球最快超級計算機，近幾年發(fā)展起來的云計算、大數(shù)據(jù)處理技術(shù)為數(shù)字信號處理分析提供了強有力的技術(shù)支撐，應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、高清電視信號傳播、工業(yè)圖像采集等領域得到了廣泛應用。

雛雞雌雄半自動鑒別系統(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，就要對它的亮度進行調(diào)整，亮了的就要變暗些，暗了的就要變亮些，可以通過對整幅圖像像素亮度的統(tǒng)計，通過計算后將圖像的亮度調(diào)整到一個適當?shù)闹怠?/p>

2.2 功能需求分析

雛雞雌雄半自動鑒別會用到軟件，該軟件包括圖像的獲取、圖像的處理、特征的拾取、學習、識別、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?，在Windows 7，Windows 8，Windows 10等操作系統(tǒng)上用LabVIEW實現(xiàn)該系統(tǒng)。

3 概要設計

3.1 軟件功能模塊

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

3.2 模塊設計

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，經(jīng)常由于各種原因被隨機噪聲所污染，常見的隨機噪聲有椒鹽噪聲，脈沖噪聲，高斯噪聲等。

圖4為一普通USB攝像頭（藍色妖姬，T3200），免驅(qū)動，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)針對不同的環(huán)境和用戶需求打印不同的鏡頭支架。

在對圖像進行后續(xù)的處理前，必須對圖像進行預處理，即除去圖像中的隨機噪聲。中值濾波算法可以有效去除噪聲的同時保持圖像的邊緣細節(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，運算時間復雜度高，運算速度慢。均值加速的快速中值濾波算法突破了對所有元素進行快速排序的限制，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間復雜度，將計算效率和運算速度提高到傳統(tǒng)濾波算法的2倍以上。

3.2.2 雛雞生殖凸起的定位與預處理

為了準確地提取生殖凸起的位置，需要對雛雞生殖器官區(qū)域進行定位。準確的定位是進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，因為雄性雛雞的凸起占據(jù)了幾乎整個生殖器官區(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有反光的一個亮點，我們就以中間的亮點為基準，找到大概的位置，并在周圍進行多邊形近似，使查找的準確性得以提高。

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現(xiàn)。對圖像進行去噪、灰度化、邊緣增強、 圖像二值化及邊緣骨架化預處理后，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 特征學習

雛雞的生殖器官在不同的情況進行獲取時，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，應該在圖像分割之前，對特征進行相應的學習，獲取一個比較合理的特征向量存放到庫中，用于往后的識別。

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)通過閥值法對圖像進行分割。

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

4 結(jié)論

在雛雞生殖凸起識別技術(shù)領域，這套儀器可以幫助鑒別員減輕勞動強度。因為是半自動，人在操作這臺儀器的情況下所花的時間，比完全靠人工鑒別所花的時間縮短1/3，且鑒別出雄雞時，LED顯示燈會亮起1個；當鑒別出雌雞時，LED顯示燈會亮起2個；當鑒別不出雛雞性別時，LED顯示燈會亮起3個。人工只需要對不確定的雛雞進行鑒別即可，這樣就減輕了鑒別員的勞動強度。由于時間和技術(shù)的限制，本系統(tǒng)還有待進一步完善。

參考文獻

[1]楊丹，趙海濱.MATLAB圖像處理實例詳解[M].清華大學出版社，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，長江大學地球物理與石油資源學院本科學生；傅彥寧（1994-），男，漢族，長江大學地球物理與石油資源學院本科學生；張琰（1993-），男（漢族），長江大學地球物理與石油資源學院本科學生；王軍民（1960-），男，漢族，高級工程師，中國地質(zhì)大學博士，江大學地球物理與石油資源學院副教授、碩士生導師，主要從事地球物理儀器的教學、開發(fā)和研究工作。