基于姿态估计和关键点特征向量的奶牛跛行识别方法

摘要

针对目前养殖场中自动检测奶牛跛行效率低、准确率不高等问题,设计了一种基于姿态估计和膝关节角度特征向量的奶牛跛行识别方法。鉴于奶牛行为具有随机停留的特点,制作奶牛在不同远近视场尺度和观测角度等条件下奶牛姿态估计数据集。将Faster RCNN卷积神经网络模型引入到奶牛关键点检测中提高跛行识别的可靠性;以ResNet101网络作为特征提取网络,构建奶牛姿态估计网络,并采用超参数微调训练方法,对网络模型进行迁移训练。通过视频中的奶牛姿态信息和关键点坐标信息,计算出奶牛行走时膝关节的角度特征,并利用1-D Convolution分类模型实现奶牛的跛行识别。实验结果显示:以ResNet101网络模型为基础的奶牛姿态估计网络的PCK@0.1值可以达到0.9250;使用1-D Convolution模型对奶牛行为分类识别的准确率为97.22%,与LSTM、Bi-LSTM、GRU模型相比,分别提高5.55、2.78、11.11百分点。以上结果表明,所提方法对自然环境下奶牛跛行有较好的检测效果,可用于奶牛智能化养殖并为养殖管理提供技术参考。