一种奶牛面部识别装置的制作方法

本实用新型涉及自动化养殖技术领域，更具体地，涉及一种奶牛面部识别装置。

背景技术：

近些年来，奶牛养殖牧场不断向规模化、自动化和信息化方向发展，单个牧场的牛只数量可以达到5000只以上，对于牛群的管理靠传统的人工方式已经不能适应发展的需求，特别是按照奶牛的繁育阶段、产奶量高低等指标进行分群管理，各群之间不断流通变化，因此对群体进行准确计数和个体识别时精细化管理的重要环节。计算机视觉及智能监控已逐步深入到奶牛精细化养殖中，其中个体档案建立、信息采集及奶产品溯源等，均需要对奶牛进行快速准确的个体识别。

传统的奶牛身份识别方法将奶牛编号书写或者打印在耳标上，然后通过穿刺将耳标安装于奶牛耳部。传统耳标需要人工肉眼读取，简易受限于光照及距离的限制，易因损坏、沾染污渍而失效。随着智能感知技术的发展，RFID电子耳标配合手持或者固定读取器被用于规模化奶牛养殖场，利用这种技术能够自动、快捷地读取奶牛个体身份信息，提高了奶牛信息采集的效率。但单个耳标价格较高，大型养殖场投资成本过高，且穿刺型耳标需要终身安装于奶牛耳部，对奶牛身体产生物理上的损伤，安装不当甚至会导致奶牛耳朵撕裂；耳标有一定的概率脱落和丢失，电子耳标的丢失不仅会增加重新安装的成本，而且需要大量额外费用去购买新的电子耳标。

目前常用的牛脸识别技术大多复制人脸识别技术，而奶牛养殖过程中，奶牛不会像人一样自动对准摄像头，会导致采集到的牛脸图像不清晰，造成从数据集中提取出来的牛脸局部特征差异较大，而不得不大幅度的丢弃样本，无法确保大样本训练数据集，因此简单的人脸识别技术的复制并不能保证小样本模式下的牛脸识别精准性。

技术实现要素：

本实用新型提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种奶牛面部识别装置，解决了现有技术中电子识别奶牛成本高，图像识别精准性低的问题。

根据本实用新型的一个方面，提供一种奶牛面部识别装置，包括微型摄像头、摄像头支架、通信装置和物联网云平台；所述微型摄像头设于所述摄像头支架上，所述摄像头支架固定在挤奶区域或喂养区域或检查区域；所述微型摄像头至少包括三个，用于拍摄奶牛正面、左侧面和右侧面的奶牛面部图像；所述通信装置连接所述微型摄像头，用于将所述奶牛面部图像传输至物联网云平台；所述物联网云平台用于根据所述奶牛面部图像对奶牛进行识别。

本实用新型提出一种奶牛面部识别装置，利用微型摄像头获取目标物体正面、左侧、右侧的奶牛面部图像，通过无线网络将采集到的图像实时传输到物联网云平台进行奶牛面部特征标记与待识别奶牛面部图像分类，实现奶牛面部特征准确、快速以及自动化、智能化信息采集与监测，集成微型摄像头、机器视觉、小样本学习以及智能信息处理等技术，构建系统化、定量化、标准化奶牛面部图像采集装置，并集成物联网数据平台的软硬件环境，实现数据的远程传输、管理与在线识别监测，从而提高奶牛个体目标识别的智能化水平。

附图说明

图1为根据本实用新型实施例的一种奶牛面部识别装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

目前常用的牛脸识别技术大多复制人脸识别技术，首先对采集到牛脸数据集进行特征点标注，然后运用机器学习的方法对标注后的特征进行训练与深度学习，得到数据集所需要的模型或是预测函数，然后对未知的(未标记的)样本进行预测分析，这种方法的必要条件是样本数目充足，只有样本数趋向无限大，才能保证方法的准确率。而奶牛养殖过程中，会因为牛同伴遮挡、舔舌、进食等动作遮挡住脸部，而不利于牛脸数据的采集，且受视频质量、距离和拍摄角度的限制，也会导致采集到的牛脸图像不清晰；此外受光照、地面状况、天气情况等外界因素干扰，造成从数据集中提取出来的牛脸局部特征差异较大，而不得不大幅度的丢弃样本，无法确保大样本训练数据集，因此简单的人脸识别技术的复制并不能保证小样本模式下的牛脸识别精准性。

因此，本实施例中提供了一种奶牛面部识别装置，利用微型摄像头获取目标物体正面、左侧、右侧的奶牛面部图像，从而提高奶牛个体目标识别的智能化水平。

具体的，如图1所示，本实施例中，一种奶牛面部识别装置，包括微型摄像头1、摄像头支架2、通信装置和物联网云平台；所述微型摄像头1设于所述摄像头支架2上，所述摄像头支架2固定在挤奶区域或喂养区域或检查区域；所述微型摄像头1至少包括三个，用于拍摄奶牛正面、左侧面和右侧面的奶牛面部图像；所述通信装置连接所述微型摄像头1，用于将所述奶牛面部图像传输至物联网云平台；所述物联网云平台用于根据所述奶牛面部图像对奶牛进行识别。

本实施例中，面向奶牛精准养殖的个体目标识别、行为轨迹跟踪等需求，目的在于实现奶牛面部特征准确、快速以及自动化、智能化信息采集与监测，集成微型摄像头1、机器视觉、小样本学习以及智能信息处理等技术，构建系统化、定量化、标准化奶牛面部图像采集装置，并集成物联网数据平台的软硬件环境，实现数据的远程传输、管理与在线识别监测，从而提高奶牛个体目标识别的智能化水平。

作为一种优选的实施方式，所述摄像头支架2包括底部固定装置，所述底部固定装置固定在挤奶区域或喂养区域或检查区域的地面上，或者固定于挤奶区域或喂养区域或检查区域围栏设备上。

在本实施例中，为了是本实施例的识别装置更加灵活，通过可转移的底部固定装置将摄像头直接固定在指定区域，具体的，该底部固定装置可以为底座式固定装置，直接移动至挤奶区域或喂养区域或检查区域即可，为了方便移动，该底座式固定装置上可以设置万向轮，通过万向轮将识别装置移动至指定区域后，固定好万向轮即可；当然还可以采用更加简便的方式，将采用插杆作为底部不定装置，直接插入挤奶区域或喂养区域或检查区域的地面即可，具体的，该底部固定装置上设有可伸缩的连杆，方面针对不同高度的奶牛进行拍照识别。

作为一种优选的实施方式，所述摄像头支架2包括微型摄像头1安装架，所述微型摄像头1安装架为U形、V形或弧形，为了使微型摄像头1在安装布置后能够拍摄到不同面的奶牛面部图像，需要保证两侧的微型摄像头1分别相对中间微型摄像头1对称，且两侧微型摄像头1与分别与中部的微型摄像头1连接线不共线，或者微型摄像头1都处于同一弧线上，在此基础上，除了U形、V形或弧形外的其他结构也可。

作为一种优选的实施方式，所述微型摄像头1包括三个，分别安装于所述微型摄像头1安装架的中部和两侧，且中部的微型摄像头1正对奶牛面部正面，中部的微型摄像头1与奶牛面部中心连接为一条基准线，两侧的微型摄像头1和奶牛面部中心连线与所述基准线的夹角相同，为30°～60°。

奶牛挤奶过程中，因四肢被固定不动，最常见的动作是头部左右摇动，因此在采集奶牛面部图像时，在奶牛正面、左边30°、右边30°分别安装3个微型摄像头1，采集不同角度的奶牛面部图像。微型摄像头1与奶牛头部距离控制在0.5米，每隔10秒钟,奶牛头部正面、左边、右边分别拍摄照片1张，并将拍照的图像数据通过无线通信装置被实时传送到物联网云平台的服务器中。

作为一种优选的实施方式，所述物联网云平台包括图像数据库、最近邻特征分类器；所述图像数据库用于选取奶牛面部图片并进行特征标注；所述最近邻特征分类器用于对待识别奶牛面部图像特征进行分类。

后台服务器对拍摄的奶牛面部图像进行预处理，人工抽选清晰度较高的图片，进行特征标注，构成奶牛面部图像数据库。借助先验知识弥补样本数量的不足，根据奶牛面部特征具有对称性，且牛只在运动过程中经常发生头部的左右摆动，在已有带标记奶牛面部样本基本特征保持不变的基础上，通过旋转头部角度创建虚拟样本，实现对现有小样本面部图像数据集合的扩充。提取扩充样本数据中的奶牛面部特征，构建最近邻特征分类器，对待识别奶牛面部图像特征进行分类，分类后继续选取置信度高的奶牛面部图像进行标记后存入训练样本集合中，扩大标记样本集合重新训练得到新的最近邻特征分类器，对剩余的没有被标记的奶牛面部图像进行分类。识别过程是不断循环的过程，将识别出来置信度高的图像加入带标记训练样本集合，重新训练得到新的最近邻分类器，对剩余的没有被标记的奶牛面部图像进行分类。

作为一种优选的实施方式，还包括手持终端，所述手持终端无线连接所述微型摄像头1和所述物联网云平台，用于控制微型摄像头1拍摄角度、频率，以及获取并记录所述物联网云平台的识别结果。

在本实施例中，手持终端连接微型摄像头1和物联网云平台，可以控制微型摄像头1进行图像获取并从物联网云平台中获取识别结果，进而实现奶牛信息记录和验证；还可以通过手持终端设定微型摄像机的拍摄频率，另外，上述实施例中的连杆内还可以设置电机，控制连杆伸缩，该电机也可设置为通过手持终端直接控制，提高了识别装置的智能化。

作为一种优选的实施方式，还包括识别触发装置，所述识别触发装置为重力触发装置或红外触发装置，用于在检测到奶牛进入挤奶区域或喂养区域或检查区域时触发开启所述微型摄像头1对奶牛进行识别。

在本实施例中，为了保证节约资源，该识别装置可以以奶牛进入识别范围内为标准进行识别装置的开启，在本实施例中，开启方式可以通过红外触发和重力触发，即通过设置红外感应装置，感应到奶牛进入识别区域，则控制识别装置开启，微型摄像头1进行奶牛面部图像拍摄；还可以通过重力感应触发，当奶牛进去识别区域时，重力触发装置感应到重力，则控制识别装置开启，微型摄像头1进行奶牛面部图像拍摄。

综上所述，本实施例中提供了一种奶牛面部识别装置，根据奶牛头部左右晃动的习性，对标记样本特征进行偏移获得新的纹理特征与形状特征点，构成新的虚拟样本特征数据。将扩充后的奶牛面部图像用向量表示，计算规范化图像集协方差矩阵的特征矢量获取到奶牛面部图像特征，并构建最近邻特征分离器，计算待识别样本特征点到奶牛面部图像库所有特征点的最短距离，实现对待识别奶牛的准确分类；面向奶牛精准养殖的个体目标识别、行为轨迹跟踪等需求，目的在于实现奶牛面部特征准确、快速以及自动化、智能化信息采集与监测，集成微型摄像头1、机器视觉、小样本学习以及智能信息处理等技术，构建系统化、定量化、标准化奶牛面部图像采集装置，并集成物联网数据平台的软硬件环境，实现数据的远程传输、管理与在线识别监测，从而提高奶牛个体目标识别的智能化水平。

最后，本实用新型的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。