基于深度学习的奶牛目标检测与身份识别研究
利用计算机视觉技术实现对奶牛的自动检测与识别,是未来智慧养殖待发展的关键技术。立足规模化、集约化奶牛场的信息与智能化管理需求,综合利用计算机视觉与深度学习方法,探索视觉复杂场景中的奶牛目标检测、躯体精细分割与身份识别方法,力图丰富南疆奶牛养殖的智能装备,提高其管理的自动化、智能化能力。论文的主要工作如下:（1）为改善复杂场景中奶牛图像目标检测的精度,将YOLO V3方法应用于奶牛图像目标检测。采用该方法对奶牛图像数据开展了目标检测实验。实验结果表明,该方法对单牛图像和群牛图像2组实验图像的漏检率分别为20.69%、25.00%;每幅图像检测平均耗时0.24秒,检测效率较高。并对比分析了YOLO V3方法在不同置信度阈值下的检测效果差异;对比了YOLO tiny-V2方法与YOLO V3方法在测试集上的检测性能差异;考量了YOLO V3方法在不同尺度图像上的目标检测表现。（2）针对视觉场景下群牛图像中“粘连”牛体难以准确图像分割的难题,采用LabelMe标注工具标注了样本数据集,将Mask R-CNN方法应用于奶牛图像实例分割。以PyTorch为深度学习的基础开发框架,建立了Mask R-CNN网络,经训练得到较优化的奶牛图像分割模型——CowNet;采用了准确率指标评价分割效果;结果表明:CowNet模型在样本数据集上的分割准确率达到84.77%。（3）为实现视觉复杂场景中的奶牛身份快速、可靠识别,将GrabCut图像分割方法与Inception V3卷积神经网络相结合应用于奶牛体廓分割与身份识别。以TensorFlow为深度学习框架,建立了Inception V3网络,经训练得到较优化的奶牛身份识别模型。结果表明:对FriesianCattle 2017公有数据集上的总体平均识别准确率达到87.93%,在TarimCattle 2020数据集上的总体平均识别准确率达到84.54%。本文创新点:采用数据增强、人工标注、调优训练参数等方法,在COCO2014预训练模型基础上,训练获得了专用于奶牛的图像分割模型——CowNet;为了丰富图像数据获得的方法、满足深度学习方法对大规模数据的需要,通过构建奶牛3D模型,经纹理贴图与投影变换,获得不同视角下的奶牛图像,为较难采集的目标数据集提供了一种图像增强方法。未来,将继续开展身份识别系统的集成研究、新增奶牛的再识别研究及奶牛行为分析、疾病预测研究。
- 作者：
- 刘生智
- 学位授予单位：
- 塔里木大学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2020年
- 导师姓名：
- 陈立平
- 中图分类号：
- TP18；TP391.41；S823
- 关键词：
- 奶牛；深度学习；目标检测；图像分割；身份识别；YOLO V3；Mask R-CNN；Inception V3；CowNet
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- 基金项目：
- 塔里木大学-武汉大学联合基金项目"基于深度学习的马鹿行为识别与疾病预警研究"的部分研究成果(项目编号:19/1117922),课题主持人:陈立平教授(塔里木大学)%塔里木大学研究生科研创新项目"基于机器视觉的奶牛身份识别智能方法研究"的部分研究成果(项目编号:TDGRI201806),课题主持人:刘生智(塔里木大学)