基于LabVIEW雏鸡雌雄半自动鉴别系统

张博汉++傅彦宁++张琰++王军民

摘 要：雏鸡雌雄的半自动鉴别系统，目前研究的人并不多，随着养鸡业的快速发展，具有广泛的应用前景。针对这一系统，本文提出设计和开发“基于LabVIEW雏鸡雌雄半自动鉴别系统”，该系统包括图像获取、图像预处理、图像定位、图像分割和模式识别，共5个模块。本文在技术方面介绍图像预处理、图像定位和图像分割。

关键词：雏鸡雌雄的半自动鉴别；图像预处理；图像定位；图像分割

中图分类号：TP391.4 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20161033070

1 雏鸡雌雄半自动鉴别系统概述

1.1 国内外发展

在1950年，日本的木泽武夫发明了“雏鸡雌雄鉴别器”，但是，通常情况下，孵化场的出雏量很大，且要求在雏鸡出壳后24h内把鉴别工作做完，当时的器械鉴别法速度慢；由于在使用时将玻璃曲管经肛门插入雏鸡直肠，容易造成雏鸡伤残及疫病传播。所以，需要重新开发新的鉴别产品。现阶段，雏鸡雌雄半自动鉴别技术的研究基本处于空白状态。

雏鸡雌雄半自动鉴别技术作为一种生物特征识别技术，它涉及的领域非常广泛，主要包括模式识别、计算机视觉、图像处理与分析、图像编码、计算机图形学等。

1.2 传统人工识别方法

传统人工识别方法采用翻肛鉴别法，就是公雏肛门处可见生殖凸起，并且生殖凸起充实，有光泽，轮廓鲜明（如图1）。母雏肛门处一般无生殖凸起，或有残留生殖凸起，但是多呈萎缩状，不饱满，无弹性无光泽。

在时间上，雏鸡破壳后4～12h内，生殖凸起形态差别最明显，易于区分。在这段时间中，雏鸡容易抓握，且腹部充实，容易将肛门翻出。

图2为雄鸡肛门处生殖凸起，而在雌鸡肛门处不存在这一生殖凸起。

相比于半自动鉴别，人工鉴别具有如下缺点：工作强度大。因为雏鸡的雌雄性状不明显，长时间工作精神高度紧张，很快就会疲劳，导致精度和效率下降；培养成本高，培养周期长。一个没有基础的人，最少要经过3a以上的学习和实践才能掌握这个技术；当用力不当时，可能会导致雏鸡的意外死亡。我们设计和开发“基于LabVIEW雏鸡雌雄半自动鉴别系统”的目的就是改变这一现状。

1.3 雏鸡雌雄半自动鉴别的方法

依据现在用的比较多的翻肛鉴别法，把雏鸡放到摄像头前，通过视觉通道的输入信息，在雏鸡的生殖器官部位检测和跟踪得到输入雏鸡生殖器官图像模式的基础上，通过生殖器官凸起部位拓扑结构几何特征，利用基于轮廓线的描述物体形状的方法，提取结构性及半结构性半随机性纹理中的特征点分布规律，并在此基础上定位纹理的大规模乃至全局特性。给出其形状特征，实现输入雏鸡生殖器官模式的识别，达到确定雏鸡性别的目的。

2 系统分析

2.1 技术可行性

目前，计算机和信息处理技术发展日新月异，我国国防科学技术大学研制的“天河二号”超级计算机系统峰值计算速度达到每秒5.49亿次，成为全球最快超级计算机，近几年发展起来的云计算、大数据处理技术为数字信号处理分析提供了强有力的技术支撑，应用较广的图像采集及图像处理分析技术发展得已很成熟，并且在信息通讯、卫星遥感、太空探测、高清电视信号传播、工业图像采集等领域得到了广泛应用。

雏鸡雌雄半自动鉴别系统通过截取、摄像头拍摄、利用库存的图库、扫描等，可以获得我们想要的图片，再通过借鉴已有的算法，嫁接到雏鸡雌雄的半自动鉴别上来。

由于图像在亮度不同的环境中，图像的亮度变化必然受到不同光线的影响，图像就变得或暗或亮，就要对它的亮度进行调整，亮了的就要变暗些，暗了的就要变亮些，可以通过对整幅图像像素亮度的统计，通过计算后将图像的亮度调整到一个适当的值。

2.2 功能需求分析

雏鸡雌雄半自动鉴别会用到软件，该软件包括图像的获取、图像的处理、特征的拾取、学习、识别、数据库。

2.3 开发工具和环境

采用LabVIEW作为开发工具，利用面向对象的方法，在Windows 7，Windows 8，Windows 10等操作系统上用LabVIEW实现该系统。

3 概要设计

3.1 软件功能模块

一个大的系统可以把它分成若干个小的模块来实现。对于该系统，根据需求分析可以分为几个大的功能模块，如图3。

3.2 模块设计

3.2.1 获取图像模块

通过摄像头来获取，在图像获取以后，将图像显示出来，同时记录下图像的内存地址，以便在图像处理中使用。

在获取图像时，经常由于各种原因被随机噪声所污染，常见的随机噪声有椒盐噪声，脉冲噪声，高斯噪声等。

图4为一普通USB摄像头（蓝色妖姬，T3200），免驱动，镜头可调焦，带支撑镜头的底座，方便取像。另外，也可以使用微距镜头，利用3D打印技术针对不同的环境和用户需求打印不同的镜头支架。

在对图像进行后续的处理前，必须对图像进行预处理，即除去图像中的随机噪声。中值滤波算法可以有效去除噪声的同时保持图像的边缘细节，是图像处理中常用的滤波方法。然而常规的中值滤波算法主要依赖于快速排序算法，运算时间复杂度高，运算速度慢。均值加速的快速中值滤波算法突破了对所有元素进行快速排序的限制，只在于快速找到滤波子窗的像素中间值，有效降低了中值滤波算法的时间复杂度，将计算效率和运算速度提高到传统滤波算法的2倍以上。

3.2.2 雏鸡生殖凸起的定位与预处理

为了准确地提取生殖凸起的位置，需要对雏鸡生殖器官区域进行定位。准确的定位是进行图像处理重要的一步。在雏鸡的生殖器官部位，凸起的特征还是比较明显的，因为雄性雏鸡的凸起占据了几乎整个生殖器官区域，且在灯光的照射下，雄性雏鸡的生殖凸起的尖头部位会有反光的一个亮点，我们就以中间的亮点为基准，找到大概的位置，并在周围进行多边形近似，使查找的准确性得以提高。

图像中雏鸡生殖器官凸起部位根据形状来获取，通过形状的边缘特征来实现。对图像进行去噪、灰度化、边缘增强、 图像二值化及边缘骨架化预处理后，可以根据雏鸡生殖器官的颜色的深浅来确定划分的区域是否就是雏鸡生殖器官区域。

3.2.3 特征学习

雏鸡的生殖器官在不同的情况进行获取时，它们的特征都有所变化（主要是颜色的变化），前后2次的获取也必然存在着差异，只是差异有大有小，所以，应该在图像分割之前，对特征进行相应的学习，获取一个比较合理的特征向量存放到库中，用于往后的识别。

3.2.4 图像分割

通过LabVIEW的视觉开发模块VDM中的IMAQ Threshold控件，可利用其内置函数通过阀值法对图像进行分割。

IMAQ Threshold VI所使用的最佳阀值可利用在LabVIEW中的公式节点中写入快速二值化算法的C语言程序来实现。

4 结论

在雏鸡生殖凸起识别技术领域，这套仪器可以帮助鉴别员减轻劳动强度。因为是半自动，人在操作这台仪器的情况下所花的时间，比完全靠人工鉴别所花的时间缩短1/3，且鉴别出雄鸡时，LED显示灯会亮起1个；当鉴别出雌鸡时，LED显示灯会亮起2个；当鉴别不出雏鸡性别时，LED显示灯会亮起3个。人工只需要对不确定的雏鸡进行鉴别即可，这样就减轻了鉴别员的劳动强度。由于时间和技术的限制，本系统还有待进一步完善。

参考文献

[1]杨丹，赵海滨.MATLAB图像处理实例详解[M].清华大学出版社，2013.

[2]林海涛.雏鸡雌雄鉴别综合技术[J].养殖与饲料，2009（10）.

作者简介：张博汉（1995-），男，汉族，长江大学地球物理与石油资源学院本科学生；傅彦宁（1994-），男，汉族，长江大学地球物理与石油资源学院本科学生；张琰（1993-），男（汉族），长江大学地球物理与石油资源学院本科学生；王军民（1960-），男，汉族，高级工程师，中国地质大学博士，江大学地球物理与石油资源学院副教授、硕士生导师，主要从事地球物理仪器的教学、开发和研究工作。