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[發明專利]一種融合FCN和閾值分割的哺乳母豬圖像分割方法有效

專利信息
申請號: 201710772176.2 申請日: 2017-08-31
公開(公告)號: CN107527351B 公開(公告)日: 2020-12-29
發明(設計)人: 薛月菊;楊阿慶 申請(專利權)人: 華南農業大學
主分類號: G06T7/11 分類號: G06T7/11;G06T7/136;G06T7/194
代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102 代理人: 林麗明
地址: 510642 廣*** 國省代碼: 廣東;44
權利要求書: 查看更多 說明書: 查看更多
摘要:
搜索關鍵詞: 一種 融合 fcn 閾值 分割 哺乳 母豬 圖像 方法
【權利要求書】:

1.一種融合FCN和多通道閾值分割的哺乳母豬圖像分割方法,其特征在于,包括以下步驟:

S1、采集母豬的視頻圖像,并建立母豬分割視頻圖像庫;

S2、建立FCN母豬分割模型,用該模型對測試圖像進行分割,獲取FCN母豬圖像分割結果;

S3、對FCN母豬圖像分割結果外接最小面積矩形框,并對該矩形框區域的灰度圖和H分量進行Otsu閾值分割,從而獲取閾值分割結果;

S4、將FCN母豬圖像分割結果和閾值分割結果進行融合,獲取母豬圖像的最終分割結果;

所述步驟S1的具體過程如下:

S11、數據采集:實時采集獲取俯視母豬視頻圖像;

S12、構建數據庫:剔除母豬身體缺失1/2以上、運動模糊的視頻幀,構建訓練集、驗證集和測試集;

S13、手工標注母豬圖像:手工標注出母豬在圖像中的所有像素點;

所述步驟S2的具體過程如下:

S21、設計FCN母豬分割模型結構;

S211、選擇卷積神經網絡;

S212、移除卷積神經網絡的分類層;

S213、設計與全連接層輸入數據同等尺寸的卷積核,并與卷積核輸入數據做卷積運算,將卷積神經網絡的所有全連接層轉化為卷積層;

S214、增加卷積層,對最高層池化層n進行1×1卷積運算,輸出維度為類別個數,得到該池化層n的預測結果score(n),對預測結果score(n)進行反卷積,得到該池化層n的反卷積預測結果score_up(n);

S215、對池化層n的上一層池化層n-1進行1×1卷積運算,輸出維度為類別個數,得到該池化層n-1的預測結果score(n-1);

S216、將上述兩個結果score(n-1)與score_up(n)相加,并進行反卷積,得到該池化層n-1的反卷積預測結果score_up(n-1);

S217、對池化層n-1的上一層池化層n-2進行1×1卷積運算,輸出維度為類別個數,得到該池化層n-2的預測結果score(n-2);

S218、將上述兩個結果score(n-2)與score_up(n-1)相加,并進行反卷積,得到該池化層n-2的反卷積預測結果score_up(n-2);

S219、最后增加一個用來進行損失計算的Loss層;

S22、訓練FCN母豬分割模型;

S221、對訓練集進行直方圖均衡化;

S222、在訓練集上訓練FCN母豬分割模型,以在ImageNet上訓練好的分類卷積神經網絡模型為預訓練模型,微調母豬分割網絡能夠加快收斂速度和防止過擬合;首次前向傳播時,如果預訓練模型和分割網絡結構中某層的名稱相同,則直接調用預訓練模型的該層參數,反之采用隨機高斯分布初始化該層參數;數據傳播到最后一層,根據母豬的實際標記結果計算損失,并采用隨機梯度下降法,不斷優化網絡參數,對母豬圖像進行有監督學習,以獲取最優全卷積網絡的連接權值和偏置值;

S23、利用FCN母豬分割模型對測試集圖像進行分割;

S231、對測試圖像進行直方圖均衡化;

S232、利用訓練好的FCN母豬分割模型對預處理后的測試圖像進行分割,提取母豬區域;

S233、對FCN的分割結果進行后處理,通過形態學和面積閾值填充空洞并移除小面積區域。

2.根據權利要求1所述的一種融合FCN和多通道閾值分割的哺乳母豬圖像分割方法,其特征在于,所述步驟S3的具體過程如下:

S31:對FCN的母豬分割結果外接小面積矩形框,并提取原始圖像所在的矩形框區域;

S32:將提取的矩形框區域圖像分別轉換到灰度空間和HSV空間,通過對M幅不同光線,不同欄的母豬圖像進行統計,獲取小豬的平均灰度值作為灰度閾值,用以排除小豬區域;在H分量上使用Otsu方法計算H分量的色調閾值;按照以下公式提取母豬像素,其中STH(i,j)表示分割后的二值圖,H(i,j)表示H分量,G(i,j)表示灰度圖像,thh是色調閾值,thg是灰度閾值;

如果H分量的色調值大于色調閾值且灰度圖像I上的灰度值大于灰度閾值,則將像素點標記1,否則標記為0,得到閾值分割結果,并進行后處理。

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