基于EfficientDet网络的湖羊短时咀嚼行为识别方法

为分析羊进食行为、自动估算其进食量,提出一种从舍饲湖羊采食视频中自动识别其短时咀嚼行为的方法。首先,针对舍饲湖羊采食区域特点,在EfficientDet网络架构中增加目标框筛选模块,检测视频帧中羊嘴张开、上下颌错开及闭合3种状态,根据羊脸与相机拍摄角度的方位关系检测羊嘴状态,并为各状态赋编码值;然后,利用正则表达式提取连续视频帧中的一次上下颌张合对应的羊嘴状态编码值序列片段;最后,针对羊侧脸面对相机咀嚼、抬头正脸面对相机咀嚼、低头正脸面对相机咀嚼以及鸣叫等一次上下颌张合动作对应的羊嘴状态编码值序列片段构建分类规则,实现短时咀嚼行为的自动识别。对比了基于EfficientDet-D0~D4、YOLO v5和SSD网络的羊嘴状态检测性能,结果表明,改进的EfficientDet-D1网络能以28.18 f/s的传输速率,获得95.64%和98.84%的羊嘴状态检测精确率和均值平均精确率,优于YOLO v5和SSD网络。利用湖羊采食视频测试EfficientDet-D1网络结合正则表达式的湖羊短时咀嚼行为识别分类规则性能,结果表明,分类规则能以91.42%的自动识别正确率和90.85%的平均正确率直接从视频中提取湖羊短时咀嚼行为发生次数和持续时长。本研究将基于视频的湖羊短时咀嚼行为识别问题转换为羊嘴状态编码值序列分类问题,降低了分类模型的复杂度,为湖羊短时咀嚼行为的自动识别提供了一种新的研究思路。

基于形状及纹理特征的淡水鱼种类自动识别方法

[目的]本文利用自行搭建的淡水鱼图像采集装置在淡水鱼捕捞现场采集鱼体图像,在图像数据集上提出一种实用的淡水鱼自动识别分类方法。[方法]对14类淡水鱼图像进行预处理、自模板匹配操作,分割出完整的鱼体前景图像;提取鱼体全身、去尾鱼体及鱼尾的16维形状特征,利用灰度-梯度共生矩阵(GLGCM)、局部二值模式(LBP)及Gabor变换提取鱼体纹理特征,采用主成分分析法(PCA)分别筛选GLGCM纹理+形状、LBP纹理+形状和Gabor纹理+形状特征累积贡献率超过85%的特征组合。将降维前后特征集的70%和30%分别作为训练集和验证集,利用朴素贝叶斯、K近邻(KNN)、线性回归、决策树、随机森林、支持向量机(SVM)、梯度提升决策树(GBDT)7种机器学习方法训练淡水鱼品种分类器,并利用验证集数据分析对比各分类器的性能。[结果]鱼体前景图像分割算法测试结果表明,本文提出的自模板匹配方法可在不建立大规模模板库的前提下,以99.79%的正确率分割鱼体图像。分类器性能验证及对比结果表明,基于GLGCM纹理+形状特征的随机森林分类器的淡水鱼识别精度最高,降维获得的5维GLGCM纹理+形状特征向量识别14种淡水鱼的正确率达到99.52%。[结论]提出的自模板匹配方法可以在不构建庞大模板库的前提下实现鱼体前景区域的分割,基于筛选得到的GLGCM纹理+形状特征的随机森林分类器可用于自动识别淡水鱼品种。