用于追踪动物种群中的动物的方法和系统与流程

本发明涉及追踪动物种群中的动物的方法以及用于追踪动物种群中的动物的系统。当涉及诸如动物研究的研究时，这种方法和系统可能特别有用。例如，这种动物研究在药物、化妆品或类似产品的开发或转基因育种中被频繁使用。

背景技术：

在动物的研究开发或育种中的许多研究涉及动物种群。因此，通常期望追踪种群内的单个和/或一组动物，以用于收集关于那些动物的数据以及进行和登记活动。这种数据和活动对于研究中的评估，例如对于找出特定物质或环境条件如何影响种群和/或个体动物至关重要。

例如，在药物研究和开发中，诸如小鼠或大鼠的啮齿动物经常被用于动物研究中。为了识别动物，通常夹住动物脚趾的特定组合。因此，被修剪的脚趾和未修剪的脚趾的特定组合对于种群中的单只动物可能是唯一的。为了识别动物，将其抬起使得脚趾可见，收集脚趾组合并将脚趾组合与动物相关联。这种动物识别需要对动物进行物理拾取，这可能导致不希望的努力和成本。此外，抬起或拾取动物以进行识别可能会给动物或种群造成压力。

作为替代，已知在每个单只动物上纹身或以其它方式提供唯一标记。例如，在一些研究中，数字被纹在形成研究种群的小鼠尾巴上。然而，这样的识别通常还需要单只小鼠被拾取或以其它方式被隔离，使得可以从尾巴上读出数字。这可能具有如上所述的与基于脚趾组合的识别有关的类似缺点。

为了允许种群中的动物的更自动的追踪，还已知将射频识别(rfid)响应器附着或植入种群中的每只动物。即使这种rfid响应器允许自动识别单只动物，它也相当昂贵并且通常涉及侵入性步骤。此外，维护这种识别系统的努力通常也比较高。

因此，需要一种方法或系统，其允许有效且可靠地识别种群中的动物，其可以有利地半自动或全自动地应用。

技术实现要素：

根据本发明，通过由独立权利要求1的特征所定义的追踪动物种群中的动物的方法以及由独立权利要求18的特征所定义的追踪动物种群中的动物的系统解决该需求。优选实施例是从属权利要求的主题。

一方面，本发明是一种追踪动物种群中的动物的方法，其包括以下步骤(i)将视觉标识符应用于动物；(ii)将视觉标识符的参考标识符数据与动物的动物数据相关联；(iii)捕获被应用于动物的视觉标识符的数字图像；(iv)通过对捕获的数字图像进行数字处理来识别视觉标识符；以及(v)在识别视觉标识符时识别动物。

根据本发明的方法的步骤可以以上面列出的顺序(i)至(v)或以任何其它合适的顺序或次序执行。

动物种群优选地涉及动物研究。这种动物研究尤其可以是医学动物研究。例如，这种动物研究可以用于药物研究和开发，特别是在药物开发的临床前阶段。

与标识符有关的术语“视觉”可以涉及任何光学可检测的手段、条件或特征。该术语涵盖了更直观的视觉，即可以被人眼识别的视觉，以及更一般的光学识别，即可以由诸如相机等的任何合适的设备检测的视觉。特别地，视觉标识符也可能仅由合适的相机而无法被人眼检测到。例如，视觉标识符可以是荧光或放射性标记等。然而，优选地，标识符在可以被人眼或标准可见光相机检测到的意义上是可视的。

结合视觉标识符的术语“应用”可以包括用于为动物配备视觉标识符的任何合适的措施。如下面更详细描述的，应用可以例如涉及在动物上纹身和/或诸如修剪脚趾或其部分的特定组合的在物理上形成标识符。

动物数据可包括关于动物的任何有用信息，如例如其性别、年龄、所应用的治疗或药物等。

识别动物的步骤可以由运行专用软件的计算机自动执行。另外，自动处理所捕获的数字图像的步骤可以包括计算机在代表数字图像的数字数据上应用图像处理算法。特别地，可以应用图像识别技术和相应的算法。

如在此所使用的术语“数字处理”可以涉及由诸如执行适当的软件应用的台式计算机、膝上型计算机、平板计算机、智能电话等的计算设备执行的自动评估。特别地，数字处理可以涉及图像处理，并且特别地涉及可用于通过识别视觉标识符来实现所期望的动物识别的已知图像处理技术的组合。

参考标识符数据可以包括数字、表示物理结构的代码(诸如修剪的脚趾等的组合)、快速响应(qr)代码、条形码或类似的标识符(id)。

通过给种群的每只动物提供唯一的视觉可检测的标识符并使用图像捕获和处理来读取标识符，根据本发明的方法允许至少部分地自动识别和追踪单只动物。这允许连续收集有关种群及其动物行为的信息。此外，可以即时标识动物，而无需对动物造成任何潜在的压力和/或繁琐的抓取、捕获或隔离。更进一步，该方法允许基于已知识别技术的成本有效的精益实施方式。因此，根据本发明的方法允许以全自动的方式有效且可靠地识别种群中的动物。

更具体地，根据本发明的方法允许有效地看到和编码id。这样的优点是，可以根据动物护理准则容易地处理动物，并且可以同时减少与识别相关联的动物压力。这可能会影响动物的福利和终点测量的结果，包括体温或免疫反应。根据本发明的方法可以与尾巴条形码或例如如下所述的任何其它视觉编码方法一起工作。

优选地，在识别视觉标识符时识别动物包括将通过自动处理所捕获的数字图像识别的视觉标识符的标识符数据与参考标识符数据进行比较。例如，标识符数据可以包括在视觉标识符的图像上识别出的特定数字，而参考标识符数据可以包括与关于动物的数据相关联的相应数字。可以对相对大量的参考标识符有效地执行这种比较，这允许自动且快速地识别相对较大种群的一只动物。

优选地，捕获应用于动物的视觉标识符的数字图像包括将动物定位于读取区域中，并且当动物在读取区域中时生成图像。可以通过形成动物通过或越过其例如以用于获取食物等的路径来实现这种定位。在这种实施例中，读取区域可以是路径的一部分。

在有利的实施例中，提供了平台，并且路径沿着平台延伸。这样，可以从下方看到动物，这允许对id进行有效编码，特别是在将标识符应用于肢体和/或尾巴时。同样，在识别动物期间，动物的压力可以特别地最小化。

优选地，视觉标识符被应用于动物的至少一个肢体或尾巴。由于通常动物的肢体和尾巴经常被相对暴露，因此视觉标识符的这种应用允许以相对有效和可靠的方式收集或检测标识符。特别地，当使用平台时，肢体和尾巴清晰可见，使得可以在相对较低的动物压力下实现有效识别。

因此，所捕获的数字图像的数字处理优选地包括检测覆盖至少一条肢体或尾巴的至少一个关注区域。该至少一个关注区域(roi)可以是所捕获图像的具有数字图像的一定数量的像素的区域。例如，可以将roi设定大小为100像素×100像素，50像素×50像素等。roi的这种定义允许有效地定位或缩小视觉标识符。例如，数字图像可以覆盖动物的整个或大部分，而标识符仅应用于肢体或尾巴。仅在覆盖肢体和/或尾巴的情况下，才能定义roi，这可以有效地进一步处理动物的识别和追踪。

因此，对所捕获的数字图像进行数字处理优选地进一步包括：在检测到的至少一个roi中选择数字图像的像素，该像素具有处于根据至少一条肢体或尾巴的颜色而预定义的范围内的颜色。由于肢体和尾巴通常具有与动物其余部分不同的颜色，并且特别是与它的皮毛不同，因此这种颜色识别允许以自动化方式有效地定位动物的肢体和/或尾巴。

此外，对所捕获的数字图像进行数字处理优选地包括对数字图像中的至少一条肢体或尾巴进行分类。这种分类可以基于卷积神经网络(cnn)技术，该技术允许有效地处理和精确分析数字图像。

因此，对所捕获的数字图像进行数字处理优选地包括根据数字图像中至少一条肢体或尾巴的分类来解码视觉标识符。这种解码可以例如通过计算设备以自动化的方式有效地实现。

优选地，将视觉标识符应用于动物包括修剪动物的脚趾的组合。脚趾的组合可以包括在动物的特定脚上的特定脚趾和/或在动物的一只或多只脚上的多个特定脚趾。可以以有效和自动化的方式在视觉上检测脚趾的这种组合。同样，修剪脚趾可能是一种以广泛接受和广泛使用的方式应用标识符的经济高效的方式。

可替代地或另外地，将视觉标识符应用于动物优选地包括对动物进行纹身。这种纹身允许向动物提供更复杂的标识符，诸如数字或条形码等。

因此，优选对动物的尾巴或动物的脚趾的组合进行纹身。特别地，当尾巴或脚趾没有毛发时，这种纹身是有效的。另外，荧光墨水优选用于对动物进行纹身。这种荧光墨水允许通过适当的相机等进行有效的自动检测。看到肢体，特别是尾巴，并对标识符进行编码已被证明可以比较容易地借助于计算机实现，使得可以有效地实现自动识别。

可替代地或另外地，将视觉标识符应用于动物优选地包括将荧光物质应用于动物。例如，可以将荧光物质提供给动物的脚趾或脚趾组合。这样，可以如上所述地结合修剪脚趾而不会伤害动物，来对动物进行类似评估。

优选地，该方法包括收集关于所识别的动物的研究数据。可以将这种研究数据存储在诸如硬盘、闪存、易失性存储器、棒、例如在云端的虚拟数据存储装置等的适当介质上。收集研究数据允许提供有关研究中的种群和每只动物的详细图片。

因此，收集关于所识别的动物的研究数据优选地包括将研究数据与动物的动物数据相关联。这种关联允许收集有关种群中单只动物的信息。

根据本发明的方法通常不是通过手术疗法治疗动物的身体的方法，也不是在人体或动物身体上实施的诊断方法。

在另一方面，本发明是一种计算机程序，其具有适于配置计算设备以在由计算设备执行时实现上述方法和/或其优选实施例的代码部件。

在另一方面，本发明是一种用于追踪优选地参与动物研究的动物种群中的动物的系统。该系统包括计算装置，该计算装置被配置为：(a)将应用于动物的视觉标识符的参考标识符数据与动物的动物数据相关联；(b)通过处理应用于动物的视觉标识符的所捕获的数字图像来识别视觉标识符；以及(c)在识别视觉标识符时识别动物。步骤(a)至(c)可以以列出的顺序或以任何其它合适的顺序或次序来执行。

该计算装置可以包括一个或多个计算机或计算设备，诸如台式计算机、膝上型计算机、平板计算机、服务器计算机、智能电话等。它还可能涉及在分布式环境中访问的服务，诸如所谓的云服务。如果涉及多个设备，则它们可以有线和/或无线地连接。在一个实施例中，计算装置的多个设备经由互联网连接。

根据本发明的系统允许有效地实现根据本发明的方法及其优选实施例。特别地，通过下面描述的根据本发明的系统及其优选实施例，可以有效地实现如上所述结合根据本发明的方法及其优选实施例的相同的效果和益处。

优选地，该系统包括相机，以捕获应用于动物的视觉标识符的数字图像。这种相机可以是可见光相机、荧光灯相机或适合应用于动物的视觉标识符的任何其它相机。它还可以连接到计算装置，使得可以在相机和计算装置之间交换数据。此外，它可以由计算装置包括。这样，可以有效地自动识别或追踪动物。

优选地，该系统包括平台，该平台定义读取区域，在该读取区域中动物将定位以捕获应用于动物的视觉标识符的数字图像。这种平台允许以适当的质量有效地捕获图像。

因此，平台优选地包括透明的基本上平坦的板，动物可以在该透明的基本上平坦的板上定位。该板或其一部分可以形成读取区域。平台，并且特别是其透明平板可以由丙烯酸玻璃等制成。相机优选地定位在透明平板下方，以用于捕获应用于动物的视觉标识符的数字图像。这种布置允许有效地捕获图像，其中平板允许最小化图像上的畸变，并且因此提供高质量和精度。

优选地，计算装置包括移动计算设备，以捕获被应用于动物的视觉标识符的数字图像。这种移动计算设备可以是平板计算机、智能电话、专用移动设备等。特别地，由于当今的智能电话通常配备有用于提供捕获的图像的所有必需组件，并且由于可以根据期望的需求对它们进行复杂地编程，因此使用这种智能电话或类似设备可以相对有效。

优选地，该系统包括中央计算单元，该中央计算单元被配置为将参考标识符数据与动物数据相关联，以识别视觉标识符，并识别动物。中央计算单元可以是或包括单个计算机或计算设备、分布式计算系统等。它也可以是系统的计算装置或被系统的计算装置包括。这种中央计算单元允许有效地评估所收集的数据并提供用于研究的信息。

优选地，计算装置包括数据存储装置，该数据存储装置被配置为存储动物数据、参考标识符数据和数字图像。这种数据存储装置可以体现为硬盘、闪存、存储芯片、虚拟数据存储装置(云)、便携式存储器或任何其它合适的数据存储装置。它允许在一段时间内收集数据，并随着时间推移评估有关种群和/或单只动物的信息。

优选地，计算装置被配置为当处理所捕获的视觉标识符的数字图像时将动物的修剪的脚趾的组合识别为视觉标识符，以便识别应用于动物的视觉标识符。

优选地，计算装置被配置为当处理所捕获的视觉标识符的数字图像时将应用于动物的荧光物质识别为视觉标识符，以便识别应用于动物的视觉标识符。

优选地，计算装置被配置为通过检测覆盖至少一条肢体或尾巴的至少一个关注区域来对所捕获的数字图像进行数字处理。

附图说明

下面通过示例性实施例并参考附图更详细地描述根据本发明的方法和根据本发明的系统，在附图中：

图1示出根据本发明的用于追踪动物种群中的动物的系统的第一实施例；

图2示出根据本发明的追踪动物种群中的动物的方法的第一实施例内视觉标识符对于动物的应用；

图3示出根据本发明的追踪动物种群中的动物的方法的第二实施例内视觉标识符对于动物的应用；以及

图4示出根据本发明的用于追踪动物种群中的动物的系统的第二实施例，其实现根据本发明的追踪动物种群中的动物的方法的第三实施例。

具体实施方式

在下面的描述中，为了方便起见使用某些术语，并且不旨在限制本发明。术语“右”、“左”、“上”、“下”、“下方”和“上方”是指图中的方向。该术语包括明确提及的术语及其派生词和具有相似含义的术语。同样，诸如“在...下面”、“在...下方”、“在下方”、“上方”、“在上方”、“在近处”、“在远处”等的空间相对术语可以用于描述如附图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。这些在空间上相对的术语除了附图中所示的位置和取向之外，还旨在涵盖使用或操作中的设备的不同位置和取向。例如，如果附图中的设备被翻转，则被描述为在其它元件或特征“下方”或“下面”的元件将在其它元件或特征“上方”或“之上”。因此，示例性术语“在...下方”可以涵盖上方和下方的位置和取向。可以以其它方式对设备取向(旋转90度或以其它取向)，并据此解释在此使用的空间相对描述语。同样，沿着和围绕各种轴的运动的描述包括各种特殊的设备位置和取向。

为了避免在附图和各个方面以及说明性实施例的描述中重复，应当理解，许多特征对于许多方面和实施例是共同的。从描述或附图中省略一个方面并不意味着该方面在包含该方面的实施例中消失。取而代之的是，为了清楚起见并避免进行复杂描述，可以省略该方面。在该上下文中，以下内容适用于本说明书的其余部分：如果为了阐明附图而使附图包含在说明书的直接相关部分中未说明的附图标记，则其将参考之前或之后的说明书部分。此外，出于清楚的原因，如果在附图中没有为部件的所有特征提供参考符号，则参考示出相同部件的其它附图。在两个或更多个图中相似的数字表示相同或相似的元素。

图1示出根据本发明的系统1的第一实施例。系统1适于在作为动物的小鼠种群中追踪作为动物的小鼠。它包括平台3和具有作为移动计算设备的智能电话2的计算装置。平台3具有四个支脚32，该四个支脚32承载由丙烯酸玻璃制成的透明平板31。板31水平对准并被布置成承载作为动物种群中的动物的小鼠。智能电话2配备有前置相机21。

在图2中，示出了在动物研究中使用的种群的小鼠4的左前脚。动物4的脚具有脚趾41，该脚趾41可以被编号为第一脚趾411、第二脚趾412、第三脚趾413、第四脚趾414和第五脚趾415。第四脚趾414被修剪。在根据本发明的追踪种群的小鼠的方法的第一实施例内，小鼠4的所有四只脚的被修剪的和未修剪的脚趾41的组合用作视觉标识符。

图3示出另一个动物研究中所用种群的小鼠40的左前脚。动物40的脚的脚趾410具有第一脚趾4110、第二脚趾4120、第三脚趾4130、第四脚趾4140和第五脚趾4150。第四脚趾414被纹身。在根据本发明的追踪种群的小鼠的方法的第二实施例内，小鼠40的所有四只脚的纹身和未纹身的脚趾410的组合用作替代的视觉标识符。

结合以上图2和图3中提到的根据本发明的方法的第一和第二实施例都可以由图1中所示的根据本发明的系统1来实现。为此，智能电话2运行专用软件，使得智能电话2被配置为将相应种群的每个小鼠4、40的修剪或纹身的脚趾41、410的组合的参考标识符数据与特定小鼠相关联。

然后，将智能电话2布置在平台3下方，使得透明板31处于智能电话2的前置相机21的焦点中，并且从而形成平台3的读取区域。这样，相机21提供小鼠4、40当位于板31上时的数字图像。特别地，相机21通过透明板31从下方捕获小鼠4、40的数字图像，使得小鼠的脚并且特别是其脚趾41、410是可见的。为了实现小鼠在板31上移动，板31可以例如被定位成使得小鼠4、40被激励通过板31。例如，板31可以形成小鼠4、40必须横穿该板31以获取食物的路径。

专用软件配置智能电话2，使得其通过处理所捕获的小鼠4、40的数字图像来识别被修剪的或纹身的脚趾的组合。此外，专用软件配置智能电话2，使得其在识别出被修剪的或纹身的脚趾41、410的组合时识别特定的小鼠4、40。

专用软件进一步配置智能电话2，使得其中央计算单元将参考标识符数据与小鼠数据相关联，并通过将修剪或纹身的脚趾41、410的组合与参考标识符数据进行比较来识别小鼠。智能电话2进一步包括用于存储小鼠数据、参考标识符数据和捕获的数字图像的数据存储装置。

图4示出根据本发明的用于追踪种群中的小鼠的系统10的第二实施例。系统10包括具有作为移动计算设备的智能电话20的计算装置。智能电话20配备有后置相机210，并运行用于配置根据本发明的智能电话20的专用软件。

在另一动物研究中使用的种群中的小鼠49具有尾巴429。在根据本发明的追踪种群的小鼠的方法的第三实施例内，对于特定小鼠49唯一的id字符串4219被纹身在尾巴429上作为视觉标识符。专用软件将智能电话20配置为将种群中每个小鼠49的id字符串4219的参考标识符数据与单只特定小鼠49相关联。

然后，将智能电话20定位在小鼠49的后面，使得尾巴429处于后置相机210的焦点中。这样，相机210提供了小鼠49的数字图像，在该数字图像上相应的id字符串4219可见。专用软件配置智能电话20，使得其通过处理小鼠49的捕获的数字图像来识别id字符串4219。此外，专用软件配置智能电话20，使得其在识别id字符串4219时识别特定小鼠49。

上文描述的根据本发明的方法中的每一个方法都涉及通过使用相应的系统1、10，并且更具体地通过适当地配置智能电话2、20的专用软件来进行的相似步骤。特别地，其包括以下步骤：将被修剪的脚趾41的唯一组合、被纹身的脚趾410的唯一组合或唯一的id字符串4219作为视觉标识符应用于小鼠4、40、49中的每一只小鼠。它进一步包括：将视觉标识符41、410、4219的参考标识符数据与每个小鼠4、40、49的小鼠数据相关联；捕获视觉标识符41、410、4219的数字图像；通过对所捕获的数字图像进行数字处理来识别单个视觉标识符41、410、4219；以及在识别出视觉标识符41、410、4219时识别特定的小鼠4、40、49。

为了在识别出视觉标识符41、410、4219后识别特定小鼠4、40、49，将通过自动处理所捕获的数字图像而识别的视觉标识符41、410、4219的标识符数据与参考标识符数据进行比较。通过检测覆盖特定小鼠4、40、49的脚或尾巴429的至少一个关注区域(roi)，来处理捕获的数字图像。

由此，专用软件将智能电话2、20配置为在检测到的至少一个关注区域中选择数字图像的像素，该像素具有根据小鼠4、40、49的脚或尾巴的颜色预定义的范围内的颜色，并通过应用卷积神经网络(cnn)技术并根据数字图像中脚或尾部的分类解码视觉标识符来对数字图像中的脚或尾巴进行分类。

示出本发明的方面和实施例的该描述和附图不应被认为是限制所要保护的发明的权利要求。换句话说，尽管已经在附图和前面的描述中详细地示出和描述了本发明，但是这种图示和描述应被认为是说明性或示例性的而不是限制性的。在不脱离本说明书和权利要求书的精神和范围的情况下，可以进行各种机械、组成、结构、电气和操作上的改变。在一些情况下，没有详细示出公知的电路、结构和技术，以免使本发明不清楚。因此，将理解，本领域普通技术人员可以在所附权利要求的范围和精神内进行改变和修改。特别地，本发明覆盖具有来自以上和以下描述的不同实施例的特征的任何组合的其它实施例。

本公开内容还涵盖了附图中所示的所有其它特征。尽管可能没有在前面或后面的描述中对它们进行单独描述。此外，从本发明的主题或所公开的主题中可以不主张在附图和说明书中描述的实施例的单个替代方案及其特征的单个替代方案。本公开包括由权利要求或示例性实施例中定义的特征组成的主题以及包括所述特征的主题。

此外，在权利要求中，单词“包括”不排除其它元素或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个单元或步骤可以实现权利要求中记载的几个特征的功能。在互不相同的从属权利要求中记载某些措施的事实并不指示不能有利地使用这些措施的组合。结合属性或值的术语“基本上”、“约”、“大约”等尤其也分别精确地限定属性或精确地限定值。在给定数值或范围的上下文中，术语“约”是指例如在给定值或范围的20％之内、10％之内、5％之内或2％之内的值或范围。被描述为耦接或连接的组件可以是在电其上或在机械上直接耦接的，或者它们可以经由一个或多个中间组件间接耦接。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为限制范围。

计算机程序可以被存储/分发在合适的介质上，诸如与其它硬件一起或作为其一部分提供的光学存储介质或固态介质，但是也可以以其它形式分发，诸如经由互联网或其它有线或无线电信系统。特别地，例如，计算机程序可以是存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，该计算机程序产品可以具有适于执行以实现诸如根据本发明的方法的特定方法的计算机可执行程序代码。此外，计算机程序也可以是用于体现特定方法(诸如根据本发明的方法)的数据结构产品或信号。