宋懷波，李 通，姜 波，吳 倩，何東健

(1. 西北農(nóng)林科技大學(xué)機(jī)械與電子工程學(xué)院， 楊凌 712100；2. 農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，楊凌 712100；3. 陜西省農(nóng)業(yè)信息感知與智能服務(wù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，楊凌 712100)

0 引 言

奶牛的反芻行為蘊(yùn)含著奶牛的諸多健康信息，這些信息有助于養(yǎng)殖人員監(jiān)控奶牛的健康情況，方便在奶牛患病早期及早發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行治療，避免奶牛病情加重影響奶牛的正常產(chǎn)奶和繁殖[1-3]。奶牛反芻行為的智能監(jiān)測(cè)可以有效降低奶牛的養(yǎng)殖成本，提高牛奶產(chǎn)出量、增加養(yǎng)殖利益，對(duì)現(xiàn)代奶牛養(yǎng)殖業(yè)的改善和發(fā)展有重要意義[4-5]。

對(duì)于奶牛反芻行為的監(jiān)測(cè)，早期主要通過(guò)肉眼觀察和人工計(jì)數(shù)來(lái)統(tǒng)計(jì)奶牛的反芻頻率和反芻時(shí)間，存在一定的誤差且人工成本較高，無(wú)法滿足現(xiàn)代大規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)的需求[6]。為了提高奶牛反芻檢測(cè)的自動(dòng)化水平和檢測(cè)精度，眾多學(xué)者開(kāi)展了大量的研究工作。Braun等[7]提出了一種基于鼻帶壓力傳感器技術(shù)的奶牛反芻行為自動(dòng)檢測(cè)方法，通過(guò)固定在奶牛鼻韁繩套管中的壓力傳感器感受奶牛反芻時(shí)下顎咀嚼的壓力變化來(lái)計(jì)量奶牛的反芻次數(shù)，每頭奶牛測(cè)試在445 min內(nèi)平均反芻次數(shù)為13.3次，平均每次反芻時(shí)間30.2 min。Pahl等[8]提出了一種基于聲學(xué)傳感器（RuminAct）的奶牛反芻行為自動(dòng)檢測(cè)方法，該聲學(xué)傳感器由固定在奶牛牛鼻韁繩套管記錄反射聲音的麥克風(fēng)及外接的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換微處理器組成，通過(guò)記錄奶牛反芻時(shí)發(fā)出的聲音來(lái)計(jì)算反芻時(shí)間。Zehner等[9]提出了一種集成頭戴式傳感器和在線數(shù)據(jù)分析器的奶牛反芻評(píng)估系統(tǒng)。該頭戴式傳感器由1個(gè)內(nèi)置壓力傳感器和2個(gè)電子單元的流體填充硅膠管組成，奶牛反芻時(shí)鼻梁的曲率因?yàn)橄骂€的運(yùn)動(dòng)而變化，導(dǎo)致硅膠管壓力的變化，內(nèi)置壓力傳感器接收到這個(gè)變化信號(hào)并將其傳輸?shù)綌?shù)據(jù)記錄器中，可以實(shí)現(xiàn)奶牛反芻行為的自動(dòng)檢測(cè)，直觀快捷，準(zhǔn)確率高。Calamari等[10]提出了一種聲音標(biāo)記分析方法來(lái)自動(dòng)測(cè)量奶牛的反芻時(shí)間，該方法通過(guò)Hr-Tag反芻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了奶牛反芻行為的自動(dòng)檢測(cè)。該系統(tǒng)由反芻記錄儀、固定閱讀器和數(shù)據(jù)處理器 3部分組成，反芻記錄儀用于記錄奶牛反芻時(shí)發(fā)出的聲音信號(hào)，固定閱讀器讀取信號(hào)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理器處理后即可得到奶牛反芻的頻率和時(shí)間信息。統(tǒng)計(jì)得出產(chǎn)犢前夜間反芻時(shí)間占總體反芻時(shí)間的 64.8%，產(chǎn)犢后夜間反芻時(shí)間占比為 64.4%。Pahl等[11]提出了一種自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期連續(xù)、自動(dòng)收集奶牛反芻信息。該系統(tǒng)主要由 1個(gè)壓力傳感器（ART-MSR）構(gòu)成，使用模塊化的信號(hào)記錄儀 MSR145記錄奶牛反芻時(shí)咀嚼的壓力信號(hào)，即可得到奶牛反芻時(shí)間信息。

上述方法可以自動(dòng)記錄奶牛的反芻信息，適應(yīng)大規(guī)模養(yǎng)殖業(yè)，可以節(jié)約養(yǎng)殖成本。但是該類接觸式裝置均離不開(kāi)高精度傳感器，容易導(dǎo)致奶牛不適并產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)，導(dǎo)致奶牛反芻次數(shù)減少甚至停止反芻。為了避免出現(xiàn)應(yīng)激反應(yīng)，采用基于視頻分析技術(shù)的非接觸式檢測(cè)方法已成為未來(lái)動(dòng)物行為監(jiān)測(cè)發(fā)展的必然趨勢(shì)[12-16]。Chen等[17]通過(guò)手動(dòng)選取奶牛嘴部區(qū)域，提出了基于視頻分析技術(shù)的奶牛反芻行為檢測(cè)方法，采用Mean Shift算法準(zhǔn)確跟蹤奶牛的下頜運(yùn)動(dòng)，提取出牛嘴部運(yùn)動(dòng)的質(zhì)心軌跡曲線，實(shí)現(xiàn)了奶牛反芻行為的監(jiān)測(cè)，但由于采用手動(dòng)選取奶牛嘴部區(qū)域，自動(dòng)化程度不高，不易實(shí)現(xiàn)多頭奶牛反芻行為的監(jiān)測(cè)。Andriamandroso等[18]提出了一種基于視頻分析技術(shù)的奶牛反芻行為檢測(cè)方法，結(jié)合慣性測(cè)量單元（inertia measuring unit, IMU）實(shí)現(xiàn)了奶牛反芻活動(dòng)的監(jiān)測(cè)，通過(guò)對(duì)19頭不同奶牛的日常反芻行為進(jìn)行監(jiān)測(cè)表明，該方法的監(jiān)測(cè)成功率為95%。Reiter等[19]提出了基于視頻分析技術(shù)的奶牛反芻行為檢測(cè)方法，采用Smartbow算法創(chuàng)建了 Smartwell視頻分析系統(tǒng)。單獨(dú)每頭牛反芻1 h為一段視頻，總計(jì)2 490個(gè)視頻，從中隨機(jī)抽取100段視頻進(jìn)行測(cè)試，獲取Smartwell視頻分析系統(tǒng)和直觀視覺(jué)觀察奶牛反芻的差異。結(jié)果表明Smartwell系統(tǒng)在奶牛每小時(shí)的反芻時(shí)間上存在35.3 s偏差，對(duì)奶牛反芻時(shí)間檢測(cè)精度高。

奶牛嘴部區(qū)域的自動(dòng)檢測(cè)是進(jìn)行奶牛反芻行為監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵。由于奶牛嘴部區(qū)域顏色變化較大、面積較小，且在檢測(cè)時(shí)易受奶牛頭部、軀干運(yùn)動(dòng)及其他奶?；顒?dòng)的影響，自動(dòng)識(shí)別難度較大，當(dāng)多目標(biāo)奶牛同時(shí)反芻時(shí)，需要同時(shí)檢測(cè)多個(gè)奶牛嘴部區(qū)域，且存在諸多干擾區(qū)域（如奶牛軀干起伏、耳部晃動(dòng)以及背景區(qū)域干擾等），進(jìn)一步增加了奶牛嘴部區(qū)域檢測(cè)的難度。為了實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)奶牛反芻行為的同時(shí)監(jiān)測(cè)，本文提出一種基于Horn-Schunck光流法的多目標(biāo)奶牛嘴部區(qū)域自動(dòng)檢測(cè)方法。通過(guò)對(duì)奶牛反芻視頻序列圖像幀進(jìn)行處理，求取每幀圖像的光流場(chǎng)數(shù)據(jù)，再將各幀圖像中的較大光流數(shù)據(jù)疊加，以期實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)奶牛嘴部區(qū)域的自動(dòng)檢測(cè)，為進(jìn)行多目標(biāo)奶牛反芻行為的智能監(jiān)測(cè)提供參考。

1 材料與方法

1.1 奶牛反芻視頻獲取

奶牛反芻試驗(yàn)視頻于2017年10月至11月在陜西省楊凌科元克隆股份有限公司的奶牛養(yǎng)殖場(chǎng)采集，拍攝對(duì)象為正在反芻中的美國(guó)荷斯坦奶牛。奶牛進(jìn)食后在牛舍進(jìn)行反芻，在奶牛反芻期間將一臺(tái)SONY HDR-CX290E型DV固定在三腳架上，保持鏡頭與目標(biāo)奶牛平行且距離目標(biāo)奶牛約2.5 m。試驗(yàn)總計(jì)采集12段奶牛反芻視頻，12段視頻分別采集于大風(fēng)、晴天、陰天環(huán)境，以保證算法對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。在視頻場(chǎng)景的選擇上，為了保證算法在多目標(biāo)奶牛嘴部區(qū)域檢測(cè)上的效果，分別選擇了 4種不同的場(chǎng)景：場(chǎng)景1包含2頭奶牛，均為靜臥反芻且背景沒(méi)有其他運(yùn)動(dòng)目標(biāo)；場(chǎng)景2除了正在反芻的2頭奶牛外，背景中還有其他無(wú)運(yùn)動(dòng)或輕微運(yùn)動(dòng)的奶牛目標(biāo)，視頻1、3、4、5、11都屬于場(chǎng)景2，這5段視頻中奶牛數(shù)量分別為3、4、4、5、3；場(chǎng)景3中除正在反芻的2頭奶牛目標(biāo)外還存在背景奶牛身體部位劇烈運(yùn)動(dòng)干擾，場(chǎng)景3共有5頭奶牛；場(chǎng)景4為其中1頭奶牛頭部伴隨著反芻存在較大晃動(dòng)。在選取的12段視頻中，由于場(chǎng)景1、2是奶牛反芻時(shí)的常態(tài)，因此本研究分別選取5段視頻進(jìn)行試驗(yàn)，為了進(jìn)一步驗(yàn)證算法在劇烈運(yùn)動(dòng)干擾下的檢測(cè)效果，分別選取場(chǎng)景3、4兩種特殊場(chǎng)景各1段視頻進(jìn)行驗(yàn)證。本研究所使用的奶牛視頻數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 奶牛反芻視頻信息統(tǒng)計(jì)Table 1 Video information of cows’ rumination

視頻處理平臺(tái)為一臺(tái)Win10系統(tǒng)的筆記本電腦，配置有Inter Core i7-6700HQ處理器，主頻為2.60 GHz，8 GB內(nèi)存。算法開(kāi)發(fā)平臺(tái)為Matlab 2016a。鑒于奶牛嘴部區(qū)域的不規(guī)則性，為了更為客觀地對(duì)本算法性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，使用Adobe Photoshop獲取真實(shí)奶牛嘴部區(qū)域，并與本研究所檢測(cè)出的奶牛嘴部區(qū)域進(jìn)行比較。

1.2 基于 Horn-Schunck光流法的多目標(biāo)反芻奶牛嘴部區(qū)域檢測(cè)方法

1.2.1 總體技術(shù)路線

本研究擬采用的技術(shù)路線如圖 1所示，通過(guò)Horn-Schunck光流法求得每幀的光流場(chǎng)，選取合適閾值對(duì)圖像進(jìn)行分割，選取出各幀中具有較大變化的光流值，將每幀分割后的二值圖像疊加，根據(jù)疊加后的最終二值圖像，使用奶牛反芻嘴部區(qū)域檢測(cè)模型檢測(cè)反芻時(shí)的奶牛嘴部區(qū)域。首先判定能否檢測(cè)到奶牛的嘴部區(qū)域，如果可以則進(jìn)行充盈率的判定。充盈率指奶牛實(shí)際嘴部區(qū)域面積占自動(dòng)檢測(cè)框大小的百分比，該值是后續(xù)進(jìn)行奶牛嘴部區(qū)域精確跟蹤的關(guān)鍵，一般而言，該值低于 50%時(shí)，現(xiàn)有跟蹤算法難以實(shí)現(xiàn)奶牛嘴部區(qū)域的精確跟蹤，為了保證后續(xù)嘴部區(qū)域自動(dòng)跟蹤的效果，本研究設(shè)定充盈率閾值為50%。

圖1 多目標(biāo)奶牛反芻嘴部區(qū)域檢測(cè)技術(shù)路線圖Fig.1 Technical route for detection of multi-target ruminating cows’ mouths area

1.2.2 基于Horn-Schunck光流法的反芻奶牛光流場(chǎng)計(jì)算

奶牛反芻時(shí)一般處于靜止和放松狀態(tài)，僅嘴部區(qū)域存在較大運(yùn)動(dòng)，其他部位處于靜止或微弱抖動(dòng)狀態(tài)，但由于呼吸運(yùn)動(dòng)的存在，奶牛軀干部位的起伏也會(huì)引起光流場(chǎng)的較大變化，給奶牛嘴部區(qū)域的檢測(cè)帶來(lái)影響。本研究首先利用光流法勾勒出奶牛反芻時(shí)的光流場(chǎng)變化，實(shí)現(xiàn)奶牛較大運(yùn)動(dòng)部位的檢測(cè)，并將其作為候選奶牛嘴部區(qū)域進(jìn)行后續(xù)處理。

Horn-Schunck光流法通過(guò)計(jì)算視頻幀中每個(gè)像素的光流值求得各點(diǎn)的密集光流，該方法由Horn和Schunck提出，其原理如下[20-24]：

Horn-Schunck光流模型根據(jù)運(yùn)動(dòng)物體的光流場(chǎng)具有連續(xù)、平滑的特點(diǎn)，其約束條件即Horn-Schunck模型如式（1）所述：

式中u代表uij即圖像像素點(diǎn)（i, j）處的水平方向光流值，v代表 vij即圖像像素點(diǎn)（i, j）處的垂直方向光流值，Ix和Iy分別表示圖像關(guān)于x（水平方向）的梯度和圖像關(guān)于y（垂直方向）的梯度，It表示 2幀圖像間關(guān)于時(shí)間的導(dǎo)數(shù)。Ix、Iy、It的數(shù)學(xué)表達(dá)式如式（2）所示：

如果按照每相隔 1幀來(lái)計(jì)算光流圖，不僅會(huì)增大程序運(yùn)行負(fù)擔(dān)影響效率，而且只隔1幀的2幅光流圖像光流變化不大，進(jìn)行疊加后很難有效地提取出奶牛反芻時(shí)的嘴部區(qū)域，因此為了能夠更好地采集到清晰的奶牛嘴部輪廓的光流圖，本研究選取前后相差 8幀的序列幀計(jì)算光流。

使用7號(hào)視頻中從第1幀開(kāi)始連續(xù)的60幀序列圖像計(jì)算其光流圖，部分視頻幀的光流結(jié)果如圖 2所示。圖2a、2b、2c為視頻的第8幀，第15幀和第20幀。圖2d、2e和2f中的點(diǎn)表示對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的速度矢量值，代表著該處存在運(yùn)動(dòng)變化，從速度矢量中可以讀出像素點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向和速度大小。從圖 2中能夠清晰地找到反芻中的奶牛嘴部輪廓，但奶牛反芻時(shí)除了嘴部運(yùn)動(dòng)劇烈外，耳部、背部也會(huì)出現(xiàn)不同程度的運(yùn)動(dòng)，因此在圖 2中奶牛的耳部和背部輪廓也很顯著，同時(shí)視頻背景的干擾因素也會(huì)生成一些像素點(diǎn)，說(shuō)明分割還受到耳部、背部輪廓和背景干擾的影響，增加了奶牛嘴部區(qū)域檢測(cè)的難度。

圖2 反芻奶牛光流檢測(cè)結(jié)果Fig.2 Result of optical flow detection for ruminating cows

1.2.3 反芻奶牛嘴部區(qū)域的提取

為了進(jìn)一步檢測(cè)到反芻時(shí)奶牛的嘴部區(qū)域，需要將得到從第1幀開(kāi)始連續(xù)的60幀序列圖像的光流圖再次處理。由于光流反映了各像素運(yùn)動(dòng)的幅度，通過(guò)選取合適的閾值對(duì)光流圖像進(jìn)行分割，即可將各序列幀圖像中較大的運(yùn)動(dòng)像素點(diǎn)分割出來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)較大運(yùn)動(dòng)區(qū)域的提取。對(duì)經(jīng)過(guò)合適閾值分割出來(lái)從第1幀開(kāi)始連續(xù)的60幀二值圖像進(jìn)行疊加，即可實(shí)現(xiàn)各序列幀圖像中較大運(yùn)動(dòng)幅度像素點(diǎn)的融合。

利用上述思路得到的效果如圖3a所示，奶牛反芻時(shí)嘴部區(qū)域運(yùn)動(dòng)劇烈，嘴部區(qū)域的像素點(diǎn)變化劇烈，可見(jiàn)該方法可以有效地將各幀序列圖像中較大運(yùn)動(dòng)幅度的像素點(diǎn)提取出來(lái)，利于后續(xù)奶牛嘴部區(qū)域的提取工作。利用半徑為5的‘disk’型結(jié)構(gòu)元素對(duì)圖3a進(jìn)行數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)運(yùn)算，然后去除小塊像素塊得到圖 3b。由于奶牛反芻時(shí)嘴部區(qū)域的活動(dòng)最明顯，具有較大的連通區(qū)域，因此可以通過(guò)對(duì)圖3b中的連通區(qū)域按照面積大小進(jìn)行排序，并根據(jù)目標(biāo)奶牛的數(shù)目選取其較大面積區(qū)域，因?yàn)樗媚膛Ｗ觳繀^(qū)域不連通，且各塊面積較小，最后采用半徑為10的‘disk’型結(jié)構(gòu)元素對(duì)圖3b進(jìn)行形態(tài)學(xué)閉運(yùn)算得到最終奶牛嘴部較大的連通區(qū)域，如圖3c所示。

2 反芻奶牛嘴部區(qū)域檢測(cè)模型

根據(jù)已經(jīng)得到的奶牛反芻二值圖像，建立相關(guān)的奶牛反芻嘴部區(qū)域的檢測(cè)模型，即可實(shí)現(xiàn)奶牛嘴部區(qū)域的檢測(cè)。針對(duì) 2頭同時(shí)反芻的奶牛目標(biāo)，首先確定檢測(cè)框的大小，設(shè)定檢測(cè)框?yàn)橐粋€(gè)長(zhǎng)寬相等的正方形，邊長(zhǎng)應(yīng)接近實(shí)際的牛嘴寬度。當(dāng)牛的頭部沒(méi)有出現(xiàn)大角度偏轉(zhuǎn)且直面鏡頭時(shí)，實(shí)際牛嘴的寬度約等于二值圖像中的牛嘴寬度，設(shè)定檢測(cè)框邊長(zhǎng)等于二值圖像中牛嘴的寬度，當(dāng)牛的頭部出現(xiàn)大角度左右偏轉(zhuǎn)時(shí)，二值圖像中的牛嘴寬度變長(zhǎng)，大于實(shí)際的牛嘴寬度，如果繼續(xù)將檢測(cè)框邊長(zhǎng)設(shè)為二值圖像中的牛嘴寬度會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)框過(guò)大，從而影響檢測(cè)的精確度。此時(shí)應(yīng)改變檢測(cè)框邊長(zhǎng)等于二值圖像中奶牛嘴部區(qū)域的高度，此刻二值圖像中牛嘴寬度等同于實(shí)際中牛嘴寬度。下一步確定 2個(gè)檢測(cè)框中心的位置，2個(gè)檢測(cè)框中心x坐標(biāo)等于其各自在二值圖像中距離y軸最遠(yuǎn)的像素點(diǎn)的x坐標(biāo)減去其牛嘴寬度的一半，2個(gè)跟蹤框中心的y坐標(biāo)等于各自像素點(diǎn)y坐標(biāo)的均值減去牛嘴寬度的一半，其數(shù)學(xué)模型如式（3）～（4）所示。

式中z1和z2代表牛嘴的寬度，l1和l2代表2頭奶牛的檢測(cè)框的邊長(zhǎng)，x1和x2代表2頭奶牛嘴部像素點(diǎn)的x坐標(biāo)，y1和 y2代表 2頭奶牛嘴部像素點(diǎn)的 y坐標(biāo)，pos_x_1和pos_y_1代表第一頭奶牛檢測(cè)框中心的 x和 y坐標(biāo)，pos_x_2和pos_y_2代表第2頭奶牛檢測(cè)框中心的x和y坐標(biāo)。

如果奶牛頭部出現(xiàn)大幅度左偏或右偏時(shí)，將上述模型中牛嘴寬度的表達(dá)式中x改為y，即可進(jìn)行牛嘴部區(qū)域的檢測(cè)。

奶牛反芻時(shí)嘴部區(qū)域運(yùn)動(dòng)較大，對(duì)應(yīng)奶牛反芻二值圖像即像素塊面積較大區(qū)域?yàn)槟膛Ｗ觳繀^(qū)域。根據(jù)像素塊面積的大小進(jìn)行排序，篩選出面積最大的2塊像素塊，即得到候選奶牛嘴部區(qū)域的像素塊。再結(jié)合式（3）、（4）即可自動(dòng)確定最終的奶牛檢測(cè)框的大小和位置，實(shí)現(xiàn)奶牛反芻時(shí)嘴部區(qū)域的自動(dòng)檢測(cè)。通過(guò)觀察檢測(cè)結(jié)果，檢測(cè)框緊貼奶牛嘴部輪廓，有利于現(xiàn)有跟蹤算法實(shí)現(xiàn)奶牛反芻的視頻跟蹤。

3 評(píng)價(jià)指標(biāo)

為了驗(yàn)證試驗(yàn)方法的正確性和準(zhǔn)確性，本研究采用以下2個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

觀察檢測(cè)框是否包括了全部（或幾乎全部）的奶牛嘴部區(qū)域，這是驗(yàn)證試驗(yàn)方法是否正確的最直觀也是最基礎(chǔ)的評(píng)價(jià)指標(biāo)。只有檢測(cè)框完整地包含了整個(gè)奶牛的嘴部區(qū)域，才能確保奶牛嘴部區(qū)域檢測(cè)的成功。

為了實(shí)現(xiàn)奶牛反芻的視頻跟蹤，首先需要檢測(cè)出奶牛反芻時(shí)的嘴部區(qū)域，本研究引入充盈率指標(biāo)來(lái)判定奶牛嘴部區(qū)域的檢測(cè)效果。在奶牛反芻檢測(cè)圖中，利用Photoshop盡可能地貼近奶牛嘴部輪廓框出一個(gè)不規(guī)則區(qū)域，該區(qū)域應(yīng)既要包括整個(gè)奶牛嘴部又要保證區(qū)域面積最小，標(biāo)記該區(qū)域面積為 s1。設(shè)通過(guò)光流法自動(dòng)檢測(cè)出的奶牛嘴部區(qū)域的二值圖像面積為 s2，奶牛自動(dòng)檢測(cè)框的面積為s3。將s1和s3進(jìn)行相除得到其比值，將其定義為真實(shí)充盈率ω1，該指標(biāo)的計(jì)算方法如式（5）所示。將s2和s3進(jìn)行相除得到其比值，將其定義為檢測(cè)充盈率ω2，該指標(biāo)的計(jì)算方法如式（6）所示。

式中s1和s2為利用Adobe Photoshop提取奶牛嘴部區(qū)域的結(jié)果。充盈率是后續(xù)進(jìn)行奶牛嘴部區(qū)域精確跟蹤的關(guān)鍵，一般而言，該值低于50%時(shí)，檢測(cè)框不僅包含整個(gè)嘴部區(qū)域，還包含奶牛的部分臉部區(qū)域，導(dǎo)致現(xiàn)有跟蹤算法難以實(shí)現(xiàn)奶牛嘴部區(qū)域的精確跟蹤，因此可以通過(guò)充盈率指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)算法性能。

4 結(jié)果與分析

利用本研究算法進(jìn)行多目標(biāo)奶牛嘴部區(qū)域檢測(cè)的結(jié)果如表2所示，檢測(cè)對(duì)象為正在反芻中的2頭奶牛，檢測(cè)結(jié)果中 T代表檢測(cè)框能夠檢測(cè)到奶牛反芻時(shí)的嘴部區(qū)域，F(xiàn)代表不能夠檢測(cè)到嘴部區(qū)域。總計(jì)12段視頻，其中 8段視頻可以準(zhǔn)確地檢測(cè)到奶牛反芻的嘴部區(qū)域，2段處于大風(fēng)天氣的視頻中2頭奶牛的嘴部區(qū)域都檢測(cè)錯(cuò)誤，另有2段視頻只能成功檢測(cè)到其中1頭奶牛的嘴部區(qū)域。

圖 4列出了可以正確檢測(cè)到奶牛反芻的嘴部區(qū)域的8段視頻的檢測(cè)結(jié)果，即視頻序號(hào)為1，3，4，5，6，7，8，10的視頻分別對(duì)應(yīng)圖4a～4h。8段視頻都準(zhǔn)確地檢測(cè)出了奶牛反芻的嘴部區(qū)域，除了圖4e和圖4h檢測(cè)框面積偏大外，其余各圖檢測(cè)框的大小都貼近奶牛的嘴部輪廓。

根據(jù)表2和圖4所示，針對(duì)第1個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)即檢測(cè)框是否能夠檢測(cè)到正在反芻的奶牛的嘴部進(jìn)行分析。在大風(fēng)天氣下，視頻11和12無(wú)法檢測(cè)到奶牛反芻的嘴部區(qū)域。當(dāng)天氣為陰或者晴時(shí)，10段視頻中有 8段視頻可以檢測(cè)到反芻時(shí)奶牛的嘴部區(qū)域，成功率為80.00%。

表2 奶牛嘴部區(qū)域檢測(cè)結(jié)果Table 2 Results of detection for cow’s mouth region

圖4 奶牛反芻檢測(cè)結(jié)果Fig.4 Detection of cows’ rumination results

為了驗(yàn)證奶牛嘴部區(qū)域自動(dòng)檢測(cè)的效果，根據(jù)充盈率指標(biāo)（對(duì)比框面積占檢測(cè)框的百分比），將滿足第1個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的奶牛反芻視頻進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，通過(guò)公式（5）、（6）計(jì)算可得到這8組視頻中的2頭奶牛的真實(shí)充盈率ω1和檢測(cè)充盈率ω2，結(jié)果如圖5所示。圖5描述的是8段可檢測(cè)到反芻奶牛嘴部區(qū)域的視頻中 2頭奶牛的充盈率。分析上述8段視頻中2頭奶牛的2個(gè)充盈率，總計(jì)16頭奶牛，即16個(gè)真實(shí)充盈率和16個(gè)檢測(cè)充盈率。最大真實(shí)充盈率可以達(dá)到96.76%，取自視頻7中的2號(hào)奶牛，最小真實(shí)充盈率為25.36%，取自視頻10中的1號(hào)奶牛。最大檢測(cè)充盈率可以達(dá)到98.51%，取自視頻8中的2號(hào)奶牛，最小檢測(cè)充盈率為43.80%，取自視頻4中的1號(hào)奶牛。8段視頻的平均真實(shí)充盈率為63.91%，8段視頻的平均檢測(cè)充盈率為70.06%，可以保證后續(xù)嘴部區(qū)域跟蹤算法的有效運(yùn)行。當(dāng)天氣為晴時(shí)，4段可以檢測(cè)到奶牛反芻嘴部區(qū)域的視頻中，視頻1、3、4、5的真實(shí)充盈率和檢測(cè)充盈率都超過(guò)或接近50%，當(dāng)天氣為陰時(shí)，4段可以檢測(cè)到奶牛反芻嘴部區(qū)域的視頻中，視頻7和8中2頭奶牛的真實(shí)充盈率和檢測(cè)充盈率都可以實(shí)現(xiàn)奶牛嘴部區(qū)域的有效檢測(cè)，視頻6和視頻10中都出現(xiàn)了1頭奶牛嘴部真實(shí)充盈率遠(yuǎn)低于 50%的情況，導(dǎo)致檢測(cè)框過(guò)大，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果偏低，無(wú)法實(shí)現(xiàn)奶牛嘴部區(qū)域的有效檢測(cè)。

圖5 反芻奶牛嘴部的真實(shí)充盈率和檢測(cè)充盈率Fig.5 True filling rate and detected filling rate of ruminating cows’ mouth

5 與幀間差分法檢測(cè)的對(duì)比

針對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)，已有許多有效方法，其中幀間差分法是比較常見(jiàn)的一種方法。幀間差分法主要利用視頻幀序列中連續(xù)2幀圖像的像素點(diǎn)在灰度值上的差異，然后通過(guò)設(shè)定合適的閾值來(lái)提取視頻幀序列中的運(yùn)動(dòng)區(qū)域[25-28]。

圖 6展示了針對(duì)反芻奶牛嘴部檢測(cè)，幀間差分法和本研究算法效果的對(duì)比結(jié)果，圖6a是幀間差分法的檢測(cè)結(jié)果，圖6b是光流法的檢測(cè)結(jié)果。由圖6可以發(fā)現(xiàn)，本研究方法可以準(zhǔn)確地檢測(cè)出奶牛反芻嘴部區(qū)域，2頭奶牛的真實(shí)充盈率分別為68.70%和68.66%，其檢測(cè)充盈率分別為75.31%和82.71%。而采用幀間差分法的檢測(cè)結(jié)果中，右側(cè)奶牛的檢測(cè)框無(wú)法含括整個(gè)奶牛的嘴部區(qū)域，真實(shí)充盈率為66.17%；而左側(cè)奶牛的檢測(cè)框檢測(cè)到了奶牛嘴部區(qū)域的下方，結(jié)果不夠準(zhǔn)確，真實(shí)充盈率指標(biāo)僅為11.09%。若將該檢測(cè)結(jié)果作為視頻跟蹤的模板，必然導(dǎo)致奶牛反芻行為監(jiān)測(cè)的失敗。

圖6 2種算法在反芻奶牛嘴部檢測(cè)中的對(duì)比結(jié)果Fig.6 Comparison result of two algorithms in detection of ruminating cows’ mouth

本研究對(duì) 2種算法的耗時(shí)進(jìn)行了分析，試驗(yàn)表明，光流法的程序運(yùn)行時(shí)間為102.88 s，幀間差分法的程序運(yùn)行時(shí)間為358.65 s，其耗時(shí)僅為幀間差分法的28.69%，表明光流法更適合于進(jìn)行奶牛嘴部區(qū)域的高效檢測(cè)。奶牛嘴部區(qū)域的準(zhǔn)確檢測(cè)是進(jìn)行奶牛反芻行為準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵，為了盡可能得到準(zhǔn)確的奶牛嘴部區(qū)域的檢測(cè)結(jié)果，本文使用視頻的前 60幀數(shù)據(jù)進(jìn)行了奶牛嘴部區(qū)域的檢測(cè)，雖然耗時(shí)較長(zhǎng)，但在獲得奶牛嘴部區(qū)域的自動(dòng)、高效檢測(cè)后，即可用其進(jìn)行后續(xù)視頻幀中奶牛嘴部區(qū)域的精確跟蹤。

綜上所述，由于幀間差分法對(duì)運(yùn)動(dòng)緩慢物體的檢測(cè)效果并不理想，可能會(huì)造成檢測(cè)誤差過(guò)大，當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)過(guò)慢時(shí)還會(huì)直接檢測(cè)錯(cuò)誤[29-32]，加之其耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)，對(duì)反芻奶牛嘴部區(qū)域的檢測(cè)效果略差。

6 討 論

1）運(yùn)動(dòng)干擾對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響

圖7a、7d、8a和8d是4段無(wú)法成功檢測(cè)反芻奶牛嘴部區(qū)域的視頻的示例，分別對(duì)應(yīng)視頻11、12、2和9。圖7a和7d只存在1個(gè)檢測(cè)框，包含了整個(gè)圖像區(qū)域；圖8a成功檢測(cè)了左側(cè)奶牛反芻的嘴部區(qū)域，但另一個(gè)檢測(cè)框檢測(cè)到右側(cè)反芻奶牛身后奶牛的腹部；圖8d其中一個(gè)檢測(cè)框成功檢測(cè)了奶牛反芻的嘴部區(qū)域，而另一個(gè)檢測(cè)框檢測(cè)到奶牛的耳部區(qū)域。

圖7 視頻11、12嘴部區(qū)域檢測(cè)錯(cuò)誤的過(guò)程Fig.7 Wrong process of cows’ mouth regions for video No.11 and No.12

在第一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)中，視頻11和12無(wú)法檢測(cè)到奶牛反芻時(shí)的嘴部區(qū)域的主要原因是強(qiáng)對(duì)流大風(fēng)天氣導(dǎo)致背景的雜草、樹(shù)枝以及奶牛的毛皮晃動(dòng)，從而生成了干擾光流場(chǎng)，對(duì)原本奶牛反芻時(shí)嘴部活動(dòng)最為劇烈的光流場(chǎng)產(chǎn)生了干擾。圖7b、7c、7e和7f分別表示視頻11的光流檢測(cè)過(guò)程，奶牛嘴部候選區(qū)域檢測(cè)過(guò)程，以及視頻12的光流檢測(cè)過(guò)程，奶牛嘴部候選區(qū)域檢測(cè)過(guò)程。

如圖7a所示，視頻11中，其他干擾光流場(chǎng)與反芻時(shí)的嘴部光流場(chǎng)混在了一塊形成了 1個(gè)光流場(chǎng)，因此在轉(zhuǎn)化為二值圖像后很難單獨(dú)找出奶牛反芻時(shí)的嘴部區(qū)域，只能找到1個(gè)像素塊區(qū)域，最終形成了1個(gè)包含全幅圖片的奶牛嘴部候選區(qū)域。同理，圖7d所示的視頻12的檢測(cè)錯(cuò)誤原因也是如此。

圖8b、8c、8e和8f分別表示視頻2的光流檢測(cè)過(guò)程、奶牛嘴部候選區(qū)域檢測(cè)過(guò)程、以及視頻 9的光流檢測(cè)過(guò)程，奶牛嘴部候選區(qū)域檢測(cè)過(guò)程。

圖8 視頻2、9嘴部區(qū)域檢測(cè)錯(cuò)誤的過(guò)程Fig.8 Wrong process of cows’ mouth regions for video No.2 and No.9

如圖8a所示，視頻2中，最大的2塊光流場(chǎng)是左邊奶牛反芻嘴部區(qū)域的光流場(chǎng)和右側(cè)反芻奶牛身后奶牛腹部區(qū)域的光流場(chǎng)，因此轉(zhuǎn)換為二值圖像時(shí)，本應(yīng)出現(xiàn)在右側(cè)反芻奶牛嘴部區(qū)域的像素塊變成了其身后奶牛腹部區(qū)域的像素塊，直接導(dǎo)致檢測(cè)框檢測(cè)到了身后奶牛的腹部區(qū)域。同理，如圖8d所示，視頻9中，最大的2塊光流場(chǎng)是左邊奶牛反芻嘴部區(qū)域的光流場(chǎng)和左側(cè)反芻奶牛耳部區(qū)域的光流場(chǎng)，因此轉(zhuǎn)換為二值圖像時(shí)，本應(yīng)出現(xiàn)在右側(cè)反芻奶牛嘴部區(qū)域的像素塊變成了左側(cè)奶牛耳部區(qū)域的像素塊，直接導(dǎo)致檢測(cè)框檢測(cè)到了左側(cè)奶牛的耳部部區(qū)域。

視頻1、3、4、5中同樣存在著背景奶牛運(yùn)動(dòng)的干擾，如圖4a～4d所示，但是并沒(méi)有影響到最終的檢測(cè)結(jié)果，這是因?yàn)樯砗竽膛５倪\(yùn)動(dòng)并不劇烈，產(chǎn)生的光流場(chǎng)較小，不會(huì)影響到最終篩選出的奶牛嘴部區(qū)域的光流場(chǎng)。

綜上所述，只要干擾光流場(chǎng)小于反芻時(shí)奶牛嘴部區(qū)域的光流場(chǎng)就不會(huì)對(duì)最終的檢測(cè)結(jié)果造成影響，這也證明了該算法的抗干擾能力較好。

2）視頻6和10的視頻真實(shí)充盈率偏低原因分析

在第2個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)中，視頻6和視頻10中各有1頭奶牛的嘴部真實(shí)充盈率遠(yuǎn)低于期望的 50%，其中視頻 6中右側(cè)奶牛嘴部充盈率為27.73%，視頻10中左側(cè)奶牛嘴部充盈率為25.36%。如圖9b所示，視頻10中左邊奶牛在反芻時(shí)頭部并不保持靜止?fàn)顟B(tài)，而是一邊反芻一邊搖晃頭部，這不會(huì)影響檢測(cè)框的位置信息但會(huì)增大最終二值圖像中奶牛嘴部區(qū)域的像素塊。因?yàn)樽罱K處理的是 60幀二值圖像疊加后的二值圖，因?yàn)槟膛Ｔ趽u晃頭部所以每一幀的二值圖像中奶牛嘴部輪廓都在發(fā)生變動(dòng)，最終疊加出來(lái)的效果等同于加大了奶牛的嘴部像素塊。而檢測(cè)框的大小與二值圖像中的奶牛嘴部區(qū)域的像素塊面積大小成正比，導(dǎo)致檢測(cè)框偏大，真實(shí)充盈率相較于實(shí)現(xiàn)奶牛反芻嘴部區(qū)域跟蹤要求的50%降低了24.64%，影響了檢測(cè)的準(zhǔn)確性，無(wú)法為實(shí)現(xiàn)奶牛反芻的視頻追蹤做鋪墊。圖9a中右側(cè)檢測(cè)框面積偏大，因?yàn)樵诮y(tǒng)一選擇合適的閾值將光流圖轉(zhuǎn)換成二值圖像時(shí)，選定的閾值對(duì)于視頻 6而言偏大，使得分割出來(lái)的像素塊過(guò)大，導(dǎo)致嘴部區(qū)域像素塊與反芻時(shí)臉部區(qū)域的部分像素塊相連接，最終導(dǎo)致了檢測(cè)框偏大，真實(shí)充盈率相較于實(shí)現(xiàn)奶牛反芻嘴部區(qū)域跟蹤要求的50%降低了22.27%，影響了檢測(cè)的準(zhǔn)確性，無(wú)法為實(shí)現(xiàn)奶牛反芻的視頻追蹤做鋪墊。

圖9 充盈率低的圖像示例Fig.9 Examples of low de filling rate

3）天氣的影響

在大風(fēng)的惡劣天氣下無(wú)法進(jìn)行有效的嘴部區(qū)域檢測(cè)，除去2段大風(fēng)天氣，剩下的10段視頻中可以成功檢測(cè)的有8段視頻，檢測(cè)成功率為80.00%。檢測(cè)成功的8段視頻分別拍攝于陰天和晴天，從圖 4分析可知，無(wú)論是陰天還是晴天，只要奶牛反芻中背景不出現(xiàn)其他物體的劇烈擾動(dòng)，均可成功檢測(cè)到2頭奶牛的嘴部區(qū)域。

7 結(jié) 論

為了實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)奶牛反芻的智能監(jiān)測(cè)，本研究提出了一種基于Horn-Schunck光流法的奶牛嘴部檢測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)了多目標(biāo)奶牛嘴部區(qū)域的自動(dòng)檢測(cè)，主要結(jié)論如下：

1）該方法可以檢測(cè)多頭奶牛反芻時(shí)的嘴部區(qū)域，不再局限于針對(duì)單頭奶牛反芻的檢測(cè)。同時(shí)該方法采取的是一種自動(dòng)檢測(cè)手段，更加的智能和準(zhǔn)確。該算法對(duì)反芻奶牛的背景依賴性低，只要背景不出現(xiàn)物體的大規(guī)模運(yùn)動(dòng)，一些輕微的運(yùn)動(dòng)不會(huì)對(duì)最終的檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響。表明將基于Horn-Schunck光流法的奶牛嘴部檢測(cè)方法應(yīng)用于反芻奶牛的嘴部區(qū)域檢測(cè)是可行的。

2）除大風(fēng)等惡劣天氣外，無(wú)論在晴天還是陰天該方法都能夠檢測(cè)出正在反芻中的奶牛的嘴部區(qū)域。最大真實(shí)充盈率可以達(dá)到96.76%，最小真實(shí)充盈率為25.36%；大檢測(cè)充盈率可以達(dá)到 98.51%，最小檢測(cè)充盈率為43.80%；8段視頻的平均真實(shí)充盈率為63.91%，8段視頻的平均檢測(cè)充盈率為70.06%。檢測(cè)框可以很好地貼近奶牛嘴部輪廓，可為后續(xù)進(jìn)行多目標(biāo)奶牛嘴部區(qū)域的自動(dòng)跟蹤提供參考。

[1] Erina S, Cziszter L T, Acatinc?I S, et al. Research on rumination time according to administration order of forages in romanian black and white cows[J]. Lucrari Stiintifice Zootehnie Si Biotehnologii, 2013, 46(2): 302－305.

[2] Gregorini P, Delarue B, Mcleod K, et al. Rumination behavior of grazing dairy cows in response to restricted time at pasture[J]. Livestock Science, 2012, 146(1): 95－98.

[3] Portugal J A B, Pires M F A, Dur?es M C. Effect of air temperature and humidity on frequency of feeding, water ingestion and rumination in Holstein cows[J]. Arquivo Brasileiro De Medicina Veterinária E Zootecnia, 2000, 52(2):154－159.

[4] 宋顥，楊裔，郭鑫波，等. 深層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在家畜反芻行為識(shí)別上的應(yīng)用[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程，2017，17(2)：239－242.Song Hao, Yang Yi, Guo Xinbo, et al. Application of deep neural network on the livestock ruminating behaviour recognition[J]. Science Technology and Engineering, 2017,17(2): 239－242. (in Chinese with English abstract)

[5] 鄔娟，宣傳忠，武佩，等. 基于Arduino和LabVIEW的羊只反芻行為無(wú)線采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 黑龍江畜牧獸醫(yī)，2016，(21)：10－13.Wu Juan, Xuan Chuanzhong, Wu Pei, et al. Design of wireless acquisition system for ruminating behavior of sheep based on the Arduino and LabVIEW[J]. Heilongjiang Animal Science and Veterinary Medicine, 2016, (21): 10－13. (in Chinese with English abstract)

[6] 鄔娟. 母羊反芻行為檢測(cè)系統(tǒng)的研究[D]. 呼和浩特：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，2016.Wu Juan., Study on Data Detection System of Ewes’Ruminating Behavior[D]. Hohhot: Inner Mongolia Agricultural University, 2016. ( in Chinese with English abstract)

[7] Braun U, Tr?sch L, Nydegger F, et al. Evaluation of eating and rumination behaviour in cows using a noseband pressure sensor[J]. BMC Veterinary Research, 2013, 9(1): 164－170.

[8] Pahl C, Haeussermann A, Mahlkownerge K, et al.Comparison of rumination activity records of pressure sensors and acoustic sensors[C]// International Conference of Agricultural Engineering-CIGR-AgEng 2012: Agriculture and Engineering for a Healthier Life Valencia, 2012.

[9] Zehner N, Niederhauser J J, Nydegger F, et al. Validation of a new health monitoring system (RumiWatch) for combined automatic measurement of rumination, feed intake, water intake and locomotion in dairy cows[C]// International Conference of Agricultural Engineering-CIGR-AgEng 2012:Agriculture and Engineering for a Healthier Life Valencia,2012.

[10] Calamari L, Soriani N, Panella G, et al. Rumination time around calving: an early signal to detect cows at greater risk of disease[J]. Journal of Dairy Science, 2014, 97(6): 3635－3647.

[11] Pahl C, Haeussermann A, Hartung E, et al. Ability to estimate feed intake from feeding time, chewing and rumination activity[C]// International Conference of Agricultural Engineering CIGR-Ageng 2014: Development of the agricultural engineering, Zurich, 2014.

[12] 劉冬，趙凱旋，何東健. 基于混合高斯模型的移動(dòng)奶牛目標(biāo)實(shí)時(shí)檢測(cè)[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2016，47(5)：288－294.Liu Dong, Zhao Kaixuan, He Dongjian. Real-time target detection for moving cows based on Gaussian mixture model[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2016, 47(5): 288－294. (in Chinese with English abstract)

[13] 何東健，孟凡昌，趙凱旋，等. 基于視頻分析的犢?；拘袨樽R(shí)別[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2016，47(9)：294－300.He Dongjian, Meng Fanchang, Zhao Kaixuan, et al.Recognition of calf basic behaviors based on video analysis[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2016, 47(9): 294－300. (in Chinese with English abstract)

[14] 趙凱旋，何東健，王恩澤. 基于視頻分析的奶牛呼吸頻率與異常檢測(cè)[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2014，45(10)：258－263.Zhao Kaixuan, He Dongjian, Wang Enze. Detection of breathing rate and abnormity of dairy cattle based on video analysis[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2014, 45(10): 258－263. (in Chinese with English abstract)

[15] 肖德琴，馮愛(ài)晶，楊秋妹，等. 基于視頻追蹤的豬只運(yùn)動(dòng)快速檢測(cè)方法[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2016，47(10)：351－357.Xiao Deqin, Feng Aijing, Yang Qiumei, et al. Fast motion detection for pigs based on video tracking[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2016, 47(10):351－357. (in Chinese with English abstract)

[16] 劉龍申，沈明霞，柏廣宇，等. 基于機(jī)器視覺(jué)的母豬分娩檢測(cè)方法研究[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2014，45(3)：237－242.Liulongshen, Shen Mingxia, Bai Guangyu, et al. Sows parturition detection method based on machine vision[J].Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2014, 45(3): 237－242. (in Chinese with English abstract)

[17] Chen Y, He D, Fu Y, et al. Intelligent monitoring method of cow ruminant behavior based on video analysis technology[J].International Journal of Agricultural & Biological Engineering, 2017, 10(5): 194－202. (in Chinese with English abstract)

[18] Andriamandroso A L H, Lebeau F, Beckers Y, et al.Development of an open-source algorithm based on inertial measurement units (IMU) of a smartphone to detect cattle grass intake and ruminating behaviors[J]. Computers &Electronics in Agriculture, 2017, 139: 126－137.

[19] Reiter S, Sattlecker G, Lidauer L, et al. Evaluation of an ear-tag-based accelerometer for monitoring rumination in dairy cows[J]. J Dairy Sci, doi: 10. 3168/jbs. 2017－12688:1－14.

[20] 管飛，王榮. 基于Horn-Schunck光流法的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)的研究[J]. 儀表技術(shù)，2015，(2)：43－45.Guan Fei, Wang Rong. Research on moving object detection based on Horn-Schunck optical flow algorithm[J].Instrumentation Technology, 2015, (2): 43－45. (in Chinese with English abstract)

[21] Tarnec L L, Destrempes F, Cloutier G, et al. A proof of convergence of the Horn-Schunck optical flow algorithm in arbitrary dimension[J]. Siam Journal on Imaging Sciences,2014, 7(1): 277.

[22] Kesrarat D, Patanavijit V. Bidirectional symmetry and median filter with dynamic smoothness weight on Horn-Schunck optical flow algorithm[C]// International Symposium on Intelligent Signal Processing and Communications Systems. IEEE, 2013: 708－713.

[23] Andrés Bruhn, Joachim Weickert, Christoph Schn?rr.Lucas/Kanade meets Horn/Schunck: combining local and global optic flow methods[J]. International Journal of Computer Vision, 2005, 61(3): 211－231.

[24] 林雯. 新型基于幀間差分法的運(yùn)動(dòng)人臉檢測(cè)算法研究[J].計(jì)算機(jī)仿真，2010，27(10)：238－241.Lin Wen. Research on novel moving face detection algorithm based on frame difference[J]. Computer Simulation, 2010,27(10): 238－241. (in Chinese with English abstract)

[25] 薛麗霞，羅艷麗，王佐成. 基于幀間差分的自適應(yīng)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法[J]. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2011，28(4)：1551－1552.Xue Lixia, Luo Yanli, Wang zuocheng. Detection algorithm of adaptive moving objects based on frame difference method[J]. Application Research of Computers, 2011, 28(4):1551－1552. (in Chinese with English abstract)

[26] 嚴(yán)金果，徐蔚鴻. 基于新的幀間差分運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)算法[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2013，34(12)：4331－4335.Yan Jinguo, Xu Weihong. Moving object real-time detection algorithm based on new frame difference[J]. Computer Engineering and Design, 2013, 34(12): 4331－4335. (in Chinese with English abstract)

[27] 潘翔鶴，趙曙光，柳宗浦，等. 一種基于梯度圖像幀間差分和背景差分的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)新方法[J]. 光電子技術(shù)，2009，29(1)：34－36.Pan Xianghe, Zhao Shuguang, Liu Zongpu, et al. Detection of video moving objects by combining grads-based frame difference and background subtraction[J]. Optoelectronic Technology, 2009, 29(1): 34－36. (in Chinese with English abstract)

[28] 朱明旱，羅大庸，曹倩霞. 幀間差分與背景差分相融合的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)算法[J]. 計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2005，13(3)：215－217.Zhu Minghan, Luo Dayong, Cao Qianxia. Moving objects detection algorithm based on two consecutive frames subtraction and background subtraction[J]. Computer Measurement & Control, 2005, 13(3): 215－217. (in Chinese with English abstract)

[29] 屈晶晶，辛云宏. 連續(xù)幀間差分與背景差分相融合的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法[J]. 光子學(xué)報(bào)，2014，43(7)：213－220.Qu Jingjing, Xin Yunhong. Combined continuous frame difference with background difference method for moving object detection[J]. Acta Photonica Sinica, 2014, 43(7): 213－220. (in Chinese with English abstract)

[30] Han X, Gao Y, Lu Z, et al. Research on moving object detection algorithm based on improved three frame difference method and optical flow[C]// Fifth International Conference on Instrumentation and Measurement, Computer,Communication and Control. IEEE, 2016: 580－584.

[31] Yuan G W, Gong J, Deng M N, et al. A moving objects detection algorithm based on three-frame difference and sparse optical flow[J]. Information Technology Journal, 2014,13(11): 1863－1867.