一种牦牛牛犊的生长环境监控系统及监控方法与流程

本发明属于牦牛牛犊的生长环境监控技术领域，尤其涉及一种牦牛牛犊的生长环境监控系统及监控方法。

背景技术：

牦牛(学名：bosmutus或bosgrunniens，英文名称：wildyak)，属于哺乳纲、真兽亚纲、偶蹄目、反刍亚目、牛科、牛亚科动物，是以中国青藏高原为中心，及其毗邻高山、亚高山高寒地区的特有珍稀牛种之一，草食性反刍家畜。牦牛能适应高寒气候，是世界上生活在海拔最高处的(除人类外)哺乳动物，分布于中国青藏高原海拔[1]3000米以上地区。牦牛的藏语叫雅客，世界通称为“yak”，即藏语译音。牦牛叫声像猪鸣，所以又称猪声牛。西方国家因其主产于中国青藏高原藏族地区，也称西藏牛。牦牛尾如马尾，所以又名马尾牛。然而，现有牦牛牛犊的生长环境监控系统采集的环境视频清晰度差；同时，不能准确计算牦牛数量。

综上所述，现有技术存在的问题是：现有牦牛牛犊的生长环境监控系统采集的环境视频清晰度差；同时，不能准确计算牦牛数量。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种牦牛牛犊的生长环境监控系统及监控方法。

本发明是这样实现的，一种牦牛牛犊的生长环境监控方法，所述牦牛牛犊的生长环境监控方法包括以下步骤：

步骤一，通过空气质量监测器对牦牛牛犊的生长环境的空气质量进行监测：

(a)通过室内空气质量传感器和室外空气质量传感器分别采集牦牛牛犊养殖室内空气质量参数和室外空气质量参数；

(b)将室内空气质量参数和室外空气质量参数经过模数转换模块转换为数字信号，并利用智能比较程序对室内空气质量和室外空气质量进行比较；

(c)根据比较结果通过智能开窗器控制窗户的打开和关闭，利用智能调节程序对室内空气质量进行实时监测，当室内空气质量低于预设阈值时，通过打开空气净化器对室内空气进行净化。

步骤二，通过通信设备将采集数据发送到主控机；通过主控机控制视频增强算法对采集的牦牛牛犊的生长环境视频数据进行增强处理：

(i)通过增强算法将解码从服务器端接收的待播放视频编码数据，得到原始播放数据；

(ii)对原始播放数据进行视频图像增强和渲染处理，得到终端播放数据；其中视频图像增强和渲染处理过程包括根据强度参数值ecur对原始播放数据进行图像增强处理；

(iii)将强度参数值ecur传递给cpu中的图像增强算法程序后，利用cpu实现图像增强处理，并通过显示器播放数据。

步骤三，通过计算程序根据采集的视频数据对牦牛牛犊的个数进行计算：

(1)通过摄像设备获取高分辨率的牦牛进出圈舍时的图像数据；

(2)对图像进行均值滤波，并且采用构建金字塔的结构；

(3)利用金字塔顶层图像数据作为数据源，并灰度化图像，进行直方均衡化操作；

(4)使用sobel梯度算子对图像进行卷积滤波，并且对图像进行二值化处理；

(5)采用7×7模板对图像进行形态学运算滤波，对滤波后图像进行连通域标记，提取出疑似的目标区域；

(6)提取区域的特征，建立特征空间；同时通过离线学习的方法，运用基于最小错误率准则的bayes分类器，将牦牛样本分为正样本和负样本，进行训练；

(7)在线预测形状指数、区域灰度值标准差、区域灰度的颜色均值和基于最小分类错误率准则的bayes分类器，判断是否为牦牛区域；

(8)如果是牦牛区域，基于颜色特征的区域进行生长分割，连接断裂的牦牛区域，将目标区域计数，输出当前的牦牛数量，重新返回步骤(1)；如果不是，则返回步骤(1)，重新开始；

(9)在识别的后期使用区域生长算法对其进行补偿，这样可以有效的提高算法的计数性能。

步骤四，通过判定程序对牦牛牛犊的生长环境卫生进行判定；通过评价程序根据环境卫生判定结果对牦牛牛犊的生长健康进行评价，并生成健康评价报告。

进一步，步骤一之前，需进行：步骤i，通过摄像器采集牦牛牛犊的生长环境视频数据；

步骤ii，通过温度传感器采集牦牛牛犊的生长环境温度数据；

步骤iii，通过湿度传感器采集牦牛牛犊的生长环境湿度数据。

步骤四之后，还需进行：

步骤1，通过存储器存储采集的牦牛牛犊的生长环境视频、温度、湿度及牦牛个数、卫生判定结果及健康评价报告；

步骤2，通过移动终端接收牦牛牛犊的生长环境监控数据，并对监控系统进行远程操控；

步骤3，通过显示器显示采集的牦牛牛犊的生长环境视频、温度、湿度及牦牛个数、卫生判定结果及健康评价报告的实时数据。

进一步，步骤一中，所述智能比较程序用于将接收到的室内空气质量参数和室外空气质量参数进行对比；若室内空气质量较差，则输出开窗信号到智能开窗器；若室外空气质量较差，则输出关窗信号到智能开窗器；

所述智能调节程序用于对接收到的室内空气质量参数进行分析，当室内空气质量参数低于预设阈值时，输出信号控制空气净化器工作。

进一步，步骤二中，所述步骤(ii)的强度参数值ecur指一组参数的集合，包括对比度强度调节参数、亮度调节参数、饱和度调节参数、锐化强度参数、细节增强强度参数中的一种或多种；

在步骤(i)与步骤(ii)之间还包括：

步骤a，设置强度参数值的理论最大值emax、强度参数值的理论最小值emin；设置强度参数值的主观有效最大值smax、强度参数值的主观有效最小值smin；emin≤smin＜smax≤emax；获取显示器的屏幕亮度理论最大值lmax、显示器的屏幕亮度理论最小值lmin；

步骤b，实时获取显示器当前亮度值lcur；

步骤c，根据显示器当前亮度值lcur确定强度参数值ecur；根据下式确定强度参数值ecur：

其中，b为经验系数；

步骤d，根据smax和smin对强度参数值ecur进行有效性检查并更新强度参数值ecur；其中，

进一步，步骤三中，所述步骤(2)中的在对图像进行降采样的过程中，采用平均加权的均值滤波器的方法如下：

式中，n表示图像金字塔的第n层；fn(x,y)代表在图像金字塔第n层位置x,y处的像素值。

进一步，步骤三中，所述步骤(6)中的采用多维随机变量的正态分布概率密度来模拟牦牛和非牦牛特征的概率密度函数为：

式中，ωi代表牦牛特征类或非牦牛特征类，i为0代表牦牛类，i为1代表非牦牛类；p(x|ωi)代表的是条件概率即在ωi类条件下出现特征向量x的概率密度；x代表的是特征空间中的一个特征向量，si代表的是类i的协方差矩阵；

判别函数的对数形式定义为：

进一步，步骤三中，所述步骤(8)中的选取regioncut作为图像分割的算法，根据事先定义的准则将像素聚集成更大区域的过程；从一组生长点开始，将与生长点性质相似的相邻像素与生长点进行合并，形成新的生长点，重复这个过程直到不能生长为止。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述的牦牛牛犊的生长环境监控方法的牦牛牛犊的生长环境监控系统，所述牦牛牛犊的生长环境监控系统包括：

环境视频采集模块、环境温度采集模块、环境湿度采集模块、空气质量监测模块、数据传输模块、主控模块、视频增强模块、牦牛计数模块、环境卫生判定模块、健康评价模块、数据存储模块、终端模块、显示模块。

环境视频采集模块，与数据传输模块连接，用于通过摄像器采集牦牛牛犊的生长环境视频数据；

环境温度采集模块，与数据传输模块连接，用于通过温度传感器采集牦牛牛犊的生长环境温度数据；

环境湿度采集模块，与数据传输模块连接，用于通过湿度传感器采集牦牛牛犊的生长环境湿度数据；

空气质量监测模块，与数据传输模块连接，用于通过空气质量监测器对牦牛牛犊的生长环境的空气质量进行监测；

数据传输模块，与环境视频采集模块、环境温度采集模块、环境湿度采集模块、空气质量监测模块、主控模块连接，用于通过通信设备将采集数据发送到主控机；

主控模块，与数据传输模块、视频增强模块、牦牛计数模块、环境卫生判定模块、健康评价模块、数据存储模块、终端模块、显示模块连接，用于通过主控机控制各个模块正常工作；

视频增强模块，与主控模块连接，用于通过视频增强算法对采集的牦牛牛犊的生长环境视频数据进行增强处理；

牦牛牛犊计数模块，与主控模块连接，用于通过计算程序根据采集的视频数据对牦牛牛犊的个数进行计算；

环境卫生判定模块，与主控模块连接，用于通过判定程序对牦牛牛犊的生长环境卫生进行判定；

健康评价模块，与主控模块连接，用于通过评价程序根据环境卫生判定结果对牦牛牛犊的生长健康进行评价，并生成健康评价报告；

数据存储模块，与主控模块连接，用于通过存储器存储采集的牦牛牛犊的生长环境视频、温度、湿度及牦牛个数、卫生判定结果及健康评价报告；

终端模块，与主控模块连接，用于通过移动终端接收牦牛牛犊的生长环境监控数据，并对监控系统进行远程操控；

显示模块，与主控模块连接，用于通过显示器显示采集的牦牛牛犊的生长环境视频、温度、湿度及牦牛个数、卫生判定结果及健康评价报告的实时数据。

本发明的另一目的在于提供一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施所述的牦牛牛犊的生长环境监控方法。

本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行所述的牦牛牛犊的生长环境监控方法。

本发明的优点及积极效果为：本发明通过视频增强模块综合考虑播放屏幕实时亮度和图像增强处理效果两个因素，通过实时获取观看时播放屏幕的亮度，并根据播放屏幕的亮度值实时自适应调整图像增强处理的强度，大大提高视频清晰度，更加方便对牦牛生长环境的监控；同时，通过牦牛计数模块在收集牦牛群体的影像视频资料后，就可以有效地准确的计算牦牛个数，比传统牧民通过围栏或人力围堵后，再通过人为进行数量统计相比，牦牛属于原始野生型物种，这节约牧区大量人力资源；比传统利用为每头牛安装红外信号传感器，节约了大量的设备成本。

本发明通过室内空气质量传感器和室外空气质量传感器分别采集牦牛牛犊的生长的室内空气质量参数和室外空气质量参数，并经过模数转换程序转换为数字信号，利用智能比较程序对室内空气质量和室外空气质量进行比较，根据比较结果通过智能开窗器控制窗户的打开和关闭，利用智能调节模块对室内空气质量进行实时监测，当室内空气质量低于预设阈值时，通过打开空气净化器对室内空气进行净化，实现对室内空气质量的智能监测和调节，方便实用，极大的改善了牦牛牛犊的生长环境条件。

附图说明

图1是本发明实施例提供的牦牛牛犊的生长环境监控方法流程图。

图2是本发明实施例提供的牦牛牛犊的生长环境监控系统结构框图；

图中：1、环境视频采集模块；2、环境温度采集模块；3、环境湿度采集模块；4、空气质量监测模块；5、数据传输模块；6、主控模块；7、视频增强模块；8、牦牛计数模块；9、环境卫生判定模块；10、健康评价模块；11、数据存储模块；12、终端模块；13、显示模块。

图3是本发明实施例提供的通过空气质量监测器对牦牛牛犊的生长环境的空气质量进行监测的方法流程图。

图4是本发明实施例提供的通过视频增强算法对采集的牦牛牛犊的生长环境视频数据进行增强处理的方法流程图。

图5是本发明实施例提供的通过计算程序根据采集的视频数据对牦牛牛犊的个数进行计算的方法流程图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的牦牛牛犊的生长环境监控方法包括以下步骤：

s101，通过摄像器采集牦牛牛犊的生长环境视频数据；通过温度传感器采集牦牛牛犊的生长环境温度数据。

s102，通过湿度传感器采集牦牛牛犊的生长环境湿度数据；通过空气质量监测器对牦牛牛犊的生长环境的空气质量进行监测。

s103，通过通信设备将采集数据发送到主控机；通过主控机控制牦牛牛犊的生长环境监控系统的正常工作。

s104，通过视频增强算法对采集的牦牛牛犊的生长环境视频数据进行增强处理；通过计算程序根据采集的视频数据对牦牛牛犊的个数进行计算。

s105，通过判定程序对牦牛牛犊的生长环境卫生进行判定；通过评价程序根据环境卫生判定结果对牦牛牛犊的生长健康进行评价，并生成健康评价报告。

s106，通过存储器存储采集的牦牛牛犊的生长环境视频、温度、湿度及牦牛个数、卫生判定结果及健康评价报告。

s107，通过移动终端接收牦牛牛犊的生长环境监控数据，并对监控系统进行远程操控；通过显示器显示采集的牦牛牛犊的生长环境视频、温度、湿度及牦牛个数、卫生判定结果及健康评价报告的实时数据。

如图2所示，本发明实施例提供的牦牛牛犊的生长环境监控系统包括：环境视频采集模块1、环境温度采集模块2、环境湿度采集模块3、空气质量监测模块4、数据传输模块5、主控模块6、视频增强模块7、牦牛计数模块8、环境卫生判定模块9、健康评价模块10、数据存储模块11、终端模块12、显示模块13。

环境视频采集模块1，与数据传输模块5连接，用于通过摄像器采集牦牛牛犊的生长环境视频数据；

环境温度采集模块2，与数据传输模块5连接，用于通过温度传感器采集牦牛牛犊的生长环境温度数据；

环境湿度采集模块3，与数据传输模块5连接，用于通过湿度传感器采集牦牛牛犊的生长环境湿度数据；

空气质量监测模块4，与数据传输模块5连接，用于通过空气质量监测器对牦牛牛犊的生长环境的空气质量进行监测；

数据传输模块5，与环境视频采集模块1、环境温度采集模块2、环境湿度采集模块3、空气质量监测模块4、主控模块6连接，用于通过通信设备将采集数据发送到主控机；

主控模块6，与数据传输模块5、视频增强模块7、牦牛计数模块8、环境卫生判定模块9、健康评价模块10、数据存储模块11、终端模块12、显示模块13连接，用于通过主控机控制各个模块正常工作；

视频增强模块7，与主控模块6连接，用于通过视频增强算法对采集的牦牛牛犊的生长环境视频数据进行增强处理；

牦牛牛犊计数模块8，与主控模块6连接，用于通过计算程序根据采集的视频数据对牦牛牛犊的个数进行计算；

环境卫生判定模块9，与主控模块6连接，用于通过判定程序对牦牛牛犊的生长环境卫生进行判定；

健康评价模块10，与主控模块6连接，用于通过评价程序根据环境卫生判定结果对牦牛牛犊的生长健康进行评价，并生成健康评价报告；

数据存储模块11，与主控模块6连接，用于通过存储器存储采集的牦牛牛犊的生长环境视频、温度、湿度及牦牛个数、卫生判定结果及健康评价报告；

终端模块12，与主控模块6连接，用于通过移动终端接收牦牛牛犊的生长环境监控数据，并对监控系统进行远程操控；

显示模块13，与主控模块6连接，用于通过显示器显示采集的牦牛牛犊的生长环境视频、温度、湿度及牦牛个数、卫生判定结果及健康评价报告的实时数据。

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。

实施例1

本发明实施例提供的牦牛牛犊的生长环境监控方法如图1所示，作为优选实施例，如图3所示，本发明实施例提供的通过空气质量监测器对牦牛牛犊的生长环境的空气质量进行监测的方法包括：

s201，通过室内空气质量传感器和室外空气质量传感器分别采集牦牛牛犊养殖室内空气质量参数和室外空气质量参数。

s202，将室内空气质量参数和室外空气质量参数经过模数转换模块转换为数字信号，并利用智能比较程序对室内空气质量和室外空气质量进行比较。

s203，根据比较结果通过智能开窗器控制窗户的打开和关闭，利用智能调节程序对室内空气质量进行实时监测，当室内空气质量低于预设阈值时，通过打开空气净化器对室内空气进行净化。

本发明实施例提供的智能比较程序用于将接收到的室内空气质量参数和室外空气质量参数进行对比；若室内空气质量较差，则输出开窗信号到智能开窗器；若室外空气质量较差，则输出关窗信号到智能开窗器；所述智能调节程序用于对接收到的室内空气质量参数进行分析，当室内空气质量参数低于预设阈值时，输出信号控制空气净化器工作。

实施例2

本发明实施例提供的牦牛牛犊的生长环境监控方法如图1所示，如图4所示，作为优选实施例，本发明实施例提供的通过视频增强算法对采集的牦牛牛犊的生长环境视频数据进行增强处理的方法包括：

s301，通过增强算法将解码从服务器端接收的待播放视频编码数据，得到原始播放数据。

s302，对原始播放数据进行视频图像增强和渲染处理，得到终端播放数据；其中视频图像增强和渲染处理过程包括根据强度参数值ecur对原始播放数据进行图像增强处理。

s303，将强度参数值ecur传递给cpu中的图像增强算法程序后，利用cpu实现图像增强处理，并通过显示器播放数据。

本发明实施例提供的步骤s302的强度参数值ecur指一组参数的集合，包括对比度强度调节参数、亮度调节参数、饱和度调节参数、锐化强度参数、细节增强强度参数中的一种或多种；

在步骤(i)与步骤(ii)之间还包括：

步骤a，设置强度参数值的理论最大值emax、强度参数值的理论最小值emin；设置强度参数值的主观有效最大值smax、强度参数值的主观有效最小值smin；emin≤smin＜smax≤emax；获取显示器的屏幕亮度理论最大值lmax、显示器的屏幕亮度理论最小值lmin；

步骤b，实时获取显示器当前亮度值lcur；

步骤c，根据显示器当前亮度值lcur确定强度参数值ecur；根据下式确定强度参数值ecur：

其中，b为经验系数；

步骤d，根据smax和smin对强度参数值ecur进行有效性检查并更新强度参数值ecur；其中，

实施例3

本发明实施例提供的牦牛牛犊的生长环境监控方法如图1所示，如图5所示，作为优选实施例，本发明实施例提供的通过计算程序根据采集的视频数据对牦牛牛犊的个数进行计算的方法包括：

s401，通过摄像设备获取高分辨率的牦牛进出圈舍时的图像数据。

s402，对图像进行均值滤波，并且采用构建金字塔的结构。

s403，利用金字塔顶层图像数据作为数据源，并灰度化图像，进行直方均衡化操作。

s404，使用sobel梯度算子对图像进行卷积滤波，并且对图像进行二值化处理。

s405，采用7×7模板对图像进行形态学运算滤波，对滤波后图像进行连通域标记，提取出疑似的目标区域。

s406，提取区域的特征，建立特征空间；同时通过离线学习的方法，运用基于最小错误率准则的bayes分类器，将牦牛样本分为正样本和负样本，进行训练。

s407，在线预测形状指数、区域灰度值标准差、区域灰度的颜色均值和基于最小分类错误率准则的bayes分类器，判断是否为牦牛区域。

s408，如果是牦牛区域，基于颜色特征的区域进行生长分割，连接断裂的牦牛区域，将目标区域计数，输出当前的牦牛数量，重新返回s401；如果不是，则返回s401，重新开始。

s409，在识别的后期使用区域生长算法对其进行补偿，这样可以有效的提高算法的计数性能。

本发明实施例提供的采用多维随机变量的正态分布概率密度来模拟牦牛和非牦牛特征的概率密度函数为：

式中，ωi代表牦牛特征类或非牦牛特征类，i为0代表牦牛类，i为1代表非牦牛类；p(x|ωi)代表的是条件概率即在ωi类条件下出现特征向量x的概率密度；x代表的是特征空间中的一个特征向量，si代表的是类i的协方差矩阵；

判别函数的对数形式定义为：

本发明实施例提供的选取regioncut作为图像分割的算法，根据事先定义的准则将像素聚集成更大区域的过程；从一组生长点开始，将与生长点性质相似的相邻像素与生长点进行合并，形成新的生长点，重复这个过程直到不能生长为止。

本发明实施例提供的在对图像进行降采样的过程中，采用平均加权的均值滤波器：

式中，n表示图像金字塔的第n层；fn(x,y)代表在图像金字塔第n层位置x,y处的像素值。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(dsl)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，dvd)、或者半导体介质(例如固态硬盘solidstatedisk(ssd))等。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。