基于射线轮廓点匹配的生猪红外与可见光图像自动配准.pdf

第29卷第2期农业工程学报Vol.29No.2
2013年1月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringJan.2013153

基于射线轮廓点匹配的生猪红外与可见光图像自动配准

刘波1,2，朱伟兴1，纪滨1，马长华1
（1.江苏大学电气信息工程学院，镇江212013；2.河海大学机电工程学院，常州213022）

摘要：为研究生猪多源图像特征提取方法及生猪体表温度与生猪异常的关系特征，该文提出一种基于射线轮廓
特征点匹配的红外与可见光图像自动配准方法。采用红外热像仪，同时采集相同猪舍场景的可见光图像和红外热
图像，以红外热图像中生猪区域质心为中心间隔均匀角度构建辅助射线，提取射线与边缘轮廓交点构建匹配特征
点集，通过计算不同尺度变换因子下特征点集间的加权部分Hausdorff距离作为测度，引入RPROP算法进行迭代
加速，实现了可见光图像和红外热图像的快速自动配准。试验中，应用该文算法对50对红外和光学图像进行了测
试，所提出自动配准方法配准成功率达到94%，平均配准误差小于1像素，试验结果表明自动配准效果达到或超
过手动配准的效果，为进一步研究生猪多源图像异常特征提取奠定基础。
关键词：养殖，监测，图像处理，红外热图像，可见光图像，部分Hausdorff距离
doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2013.02.022
中图分类号：TP391.41；S127文献标志码：A文章编号：1002-6819(2013)-02-0153-08

刘波，朱伟兴，纪滨，等.基于射线轮廓点匹配的生猪红外与可见光图像自动配准[J].农业工程学报，2013，
29(2)：153－160.
LiuBo,ZhuWeixing,JiBin,etal.AutomaticregistrationofIRandopticalpigimagesbasedoncontourmatchofradial
linefeaturepoints[J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE),2013,
29(2):153－160.(inChinesewithEnglishabstract)

廓提取误差较大的情况，影响到特征提取的鲁棒
0引言
性。近年来随着非制冷焦平面红外热成像技术的
为适应生猪规模化健康养殖的需要，实时监测进步，红外热图像在农业、畜牧业领域中得到越
生猪健康状况，及时发现生猪疾病的早期症状，近来越多的应用。Geyer等以红外热像仪为基础建
年来国内外众多学者致力于生猪异常的自动化监立了马铃薯储藏环境最优测量控制系统[7]；
测与预警研究。机器视觉监测由于其非接触监测的Wheaton等通过红外热图像和光学图像信息融合
特性，不易引起生猪的应激反应，吸引了众多学者进行叶片冠层温度检测的方法对葡萄水分状态进
的研究目光。HongweiXin和ShaoBin等针对群养行了分析研究[8-9]；Wirthgen等以红外热像仪为基
猪睡眠时前景生猪的面积分布特征建立了养殖环础构建了养殖场奶牛自动健康检测系统[10-12]；受上
境的温度舒适度评测模型，作为猪舍温度调整的依述研究启发，本研究考虑引入多源图像融合改善生
据[1-2]；课题组近年来致力于此项研究，提出了基于猪体态特征提取的鲁棒性。同时，由于多数生猪疾
生猪脊腹部轮廓线变化的生猪呼吸特征提取方法[3]病在症状上都会出现体温异常变化，研究决定采用
和基于伪球算子边缘模型的猪前景帧检测算法[4]；可见光图像和红外热图像进行融合分析，一方面改
并对生猪视觉监测的嵌入式系统实现[5]及基于物联善体态特征的提取；另一方面可以获取场景的温度
网的保育猪舍环境监控开展了研究[6]。分布，进一步提取生猪体表各部位如耳部、躯干等
在目前的研究工作中，由于光照变化、粪便污的温度特征，为生猪异常视觉监测提供多源信息特
物、生猪体表糜烂等干扰因素，常遇到生猪个体轮征，提高异常预警的成功率。
可见光图像通过捕获反射的可见光谱形成，分辨
收稿日期：2012-07-02修订日期：2012-12-17率高，纹理特征好，边缘结构复杂，易受光照等的影
基金项目：国家自然科学基金资助项目（31172243）；教育部博士点基响；而红外热图像则通过捕获物体的热辐射形成，表
金资助项目（20103227110007）；江苏高校优势学科建设工程资助项目。
征景物的红外辐射分布，主要决定于景物的发射率和
作者简介：刘波（1976－），男，山西河曲人，博士生，主要研究方
向为农业信息科学及机器视觉。镇江江苏大学电气信息工程学院，温度分布，其灰