KR102258282B1 - An apparatus for determination of body weight of Korean Hanwooo using three-dimensional imaging - Google Patents
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Abstract
본 발명은 한우에 대한 3차원 영상 획득과 영상처리 기술을 적용하여 한우의 체중을 측정하는 장치에 관한 것이다. 종래의 체중계를 이용한 한우의 체중 측정에 많은 노력이 소요되고, 가축을 고정하지 않을 경우 부상의 위험이 상존하고 있으며, 분뇨가 체중계 위에 남아있을 경우 체중의 정확한 측정이 불가능한 실정이다.
본 발명에 따르면 한우의 3차원 영상 획득용 ToF(Time Of Flight) 카메라(A)는 고정용 브라켓(B)에 의해서 확장용 암(C)에 연결된다. 확장용 암(C)은 기본 암(D)에 연결되며, 기본 암(D)의 무게 균형을 위해서 균형추(E)가 사용된다. 기본 암(D)은 삼각대(F)에 의해서 지지된다. ToF 카메라(A)에 의해서 획득된 영상은 컴퓨터(G)에 저장되며, 영상처리 및 체중추정용 알고리즘에 의해서 체중이 결정된다.
상기의 구성에 의하여 한우의 체장, 체고, 흉폭, 요각폭 등 체형정보를 결정하고 상기 정보와 함께 측정 한우의 월령을 회귀 식(1)에 대입함으로써 한우의 체중을 측정할 수 있는 수단을 제공하였다. 이러한 구성에 의하여 한우를 거의 전 연령대에 걸쳐 체중을 측정할 수 있는 효과적인 수단을 제공하였다. The present invention relates to an apparatus for measuring the weight of Korean cattle by applying a three-dimensional image acquisition and image processing technology for Korean cattle. It takes a lot of effort to measure the weight of Korean cattle using a conventional scale, and if the livestock is not fixed, there is a risk of injury.
According to the present invention, the ToF (Time Of Flight) camera A for acquiring a three-dimensional image of Korean cattle is connected to the extension arm C by a fixing bracket B. The extension arm (C) is connected to the base arm (D), and a counterweight (E) is used to balance the weight of the base arm (D). The basic arm (D) is supported by a tripod (F). The image acquired by the ToF camera (A) is stored in the computer (G), and the weight is determined by the image processing and weight estimation algorithm.
According to the above configuration, body type information such as the body length, height, bust width, yaw width, etc. of Korean cattle was determined, and the measured Hanwoo's age was substituted with the above information in the regression equation (1) to provide a means to measure the weight of the Korean cattle. . This configuration provided an effective means for measuring the weight of Korean beef over almost all ages.
Description
본 발명은 영상획득 장치와 영상처리 장치를 이용하여 살아있는 한우의 체중을 비접촉으로 측정하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a device for non-contact measuring the weight of live Korean cattle using an image acquisition device and an image processing device.
본 발명 이전의 선행기술로는 영상을 촬영하는 촬영부; 가축과의 거리를 측정하는 센서부; 및 상기 촬영한 영상과 측정된 거리에 대한 데이터를 이용하여 가축의 무게를 계산하며 딥러닝을 통해 무게 계산의 정확도를 향상시키는 제어부를 포함하는 영상을 이용한 가축 무게 측정 장치에 관한 기술이 개시되어 있다.Prior art prior to the present invention is a photographing unit for photographing an image; A sensor unit for measuring a distance to livestock; And a control unit that calculates the weight of livestock using the captured image and data on the measured distance, and improves the accuracy of the weight calculation through deep learning. .
또 다른 선행기술로는 젖소의 체중을 측정하는 영상처리 체중측정장치에 관한 것으로서, 상기 영상처리 체중측정장치는 젖소가 이동하는 일정한 장소에 설치되며 양 측면에 상기 젖소가 출입할 수 있도록 출입구가 구비된 게이트와; 상기 게이트의 소정 위치에 적어도 하나 이상 설치되어 상기 젖소의 적어도 어느 한 면을 촬상하는 카메라부와; 상기 카메라부와 연결되며 촬상된 각각의 영상신호를 모니터링이 가능하게 영상 처리하는 영상처리부와; 상기 영상처리부에서 처리된 디지털 신호를 작업자가 시각적으로 볼 수 있도록 디스플레이 하는 모니터와; 상기 카메라부와 연결되며 전체시스템을 통제하고 제어하며 상기 영상처리부에서 출력된 각 앵글에 따른 비디오 비트스트림 신호를 받아 젖소의 부피 및 흉위를 산출하는 무게산출부를 포함하는 기술이 개시되어 있다.Another prior art relates to an image processing weight measuring device that measures the weight of a cow, wherein the image processing weight measuring device is installed at a certain place where the cow moves, and has entrances on both sides to allow the cow to enter and exit. The gate and; At least one camera unit installed at a predetermined position of the gate to capture at least one surface of the cow; An image processing unit connected to the camera unit and configured to perform image processing of each of the captured image signals to enable monitoring; A monitor that displays the digital signal processed by the image processing unit so that an operator can visually see it; A technology including a weight calculation unit that is connected to the camera unit, controls and controls the entire system, receives a video bitstream signal according to each angle output from the image processing unit, and calculates the volume and chest size of the cow.
본 발명은 한우에 대한 3차원 영상 획득과 영상처리 기술을 적용하여 한우의 체중을 측정하는 장치에 관한 것이다. 종래의 체중계를 이용한 한우의 체중 측정에 많은 노력이 소요되고, 가축을 고정하지 않을 경우 부상의 위험이 상존하고 있으며, 분뇨가 체중계 위에 남아있을 경우 체중의 정확한 측정이 불가능한 실정이다.The present invention relates to an apparatus for measuring the weight of Korean beef by applying a three-dimensional image acquisition and image processing technology for Korean beef. It takes a lot of effort to measure the weight of Korean cattle using a conventional scale, and if the livestock is not fixed, there is a risk of injury. If the manure remains on the scale, it is impossible to accurately measure the weight.
또한, 상기 선행문헌에 젖소의 체중을 영상처리로 계산한 발명이 있으나, 3개의 카메라를 사용하여 영상을 촬영하는 방식으로 계산이 복잡하고 다양한 연령의 소의 체중을 측정하는 데에는 이르지 못하였다. 또한 소의 종류마다 그 체형이 상이하여 상기 젖소의 체중 측정 기술을 한우에 그대로 적용하는 것은 불가능하였다. 또한, 선행기술에는 영상처리를 통하여 측정할 수 있는 것으로 기재되어 있을 뿐 상세한 기술도 기재되지 않아 적용이 불가하였다.In addition, although there is an invention in which the weight of a cow is calculated by image processing in the preceding document, the calculation is complicated by photographing an image using three cameras, and it has not been possible to measure the weight of cows of various ages. In addition, since the body shape of each cow is different, it was impossible to apply the method of measuring the weight of the cow to Korean cattle as it is. In addition, in the prior art, it is described that it can be measured through image processing, but detailed technology is not described, and thus it is not applicable.
이밖에도, 체형 정보와 체중의 상관관계를 이용하여 체중을 예측하기 위한 ‘한우용 간이 체중 측정 줄자’가 개발된 바 있으나, 체형 측정 과정에서 부상의 위험성과 정확도의 저하로 인해 제대로 사용되지 않기 때문에 기존 방식을 대체할 새로운 측정기술의 개발이 요구되고 있다.In addition, a'simple weight measuring tape for Korean beef' has been developed to predict the weight by using the correlation between body type information and weight, but it is not used properly due to the risk of injury and deterioration in accuracy during the body shape measurement process. There is a need to develop a new measurement technology to replace it.
상기와 같은 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 하기의 과제해결 수단을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides the following problem solving means.
3차원 영상 획득과 영상처리가 가능하도록 ToF 카메라(A), 고정용 브라켓(B), 확장용 암(C), 기본 암(D), 균형추(E), 삼각대(F), 컴퓨터(G)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 한우 체중측정 장치를 제공한다.ToF camera (A), fixing bracket (B), extension arm (C), basic arm (D), counterweight (E), tripod (F), computer (G) to enable 3D image acquisition and image processing It provides a Hanwoo weight measuring device comprising a.
또한, 획득된 상기 3차원 영상으로부터 체장, 체고, 흉폭 및 최대폭을 측정하고, 대상 한우의 월령을 하기 식(1)에 대입하여 한우의 체중을 측정하는 것을 특징으로 하는 한우 체중측정 장치를 제공한다.In addition, it provides a Korean cattle weight measuring apparatus, characterized in that the body length, body height, bust width and maximum width are measured from the obtained 3D image, and the weight of the Korean cattle is measured by substituting the age of the target Korean cattle into the following equation (1). .
------ 식(1) ------ Equation (1)
또한, 상기 확장용 암(C)과 기본암(D) 사이의 각도를 측정하는 절대엔코더(H, 미도시) 및 기본암(D)과 삼각대(F) 사이의 각도를 측정하는 절대엔코더(I, 미도시) 및 상기 삼각대(F)의 높이와 상기 ToF카메라의 높이를 결정하는 ToF 카메라 높이 계산을 이용하여 상기 ToF카메라에서 한우에 가장 가까운 지점을 이용하여 한우의 체고를 측정하고 이를 절대체고로 설정하는 것을 특징으로 하는 한우 체중측정 장치를 제공한다.In addition, an absolute encoder (H, not shown) that measures the angle between the extension arm (C) and the base arm (D), and an absolute encoder (I) that measures the angle between the base arm (D) and the tripod (F). , Not shown) and the height of the tripod (F) and the height of the ToF camera to determine the height of the ToF camera, and measure the height of the Korean cattle by using the point closest to the cattle from the ToF camera, and use this as the absolute height. It provides a Hanwoo weight measuring device, characterized in that to set.
또한, 획득된 상기 3차원 영상으로부터 측정된 체고와 절대체고를 비교하여 차이가 있는 경우 이를 상기 식(1)에 절대체고를 체고의 값으로 사용하는 것을 특징으로하는 한우 체중측정 장치를 제공한다.In addition, when there is a difference between the body height measured from the obtained 3D image and the absolute body height, the absolute body height is used as a value of the body height in Equation (1).
또한, 상기 월령을 알기위하여 한우의 이표에 부착된 RFID를 이용하여 한우의 RFID 값으로 측정 한우의 월령정보를 자동으로 읽어와 사용하는 것을 특징으로 하는 한우 체중측정 장치를 제공한다.In addition, there is provided a Hanwoo weight measuring device, characterized in that it automatically reads and uses the month age information of the Korean cattle measured by the RFID value of the Korean cattle by using the RFID attached to the tag of the Korean cattle in order to know the age of the cattle.
또한, 상기 월령 정보 대신에 상기 한우의 이표에 부착된 RFID 정보를 이용하여 상기 한우의 누적 사료 섭취량을 사용하는 것을 특징으로 하는 한우 체중측정 장치를 제공한다.In addition, instead of the month-age information, it provides a Korean cattle weight measuring apparatus, characterized in that the accumulated feed intake of the Korean cattle is used by using RFID information attached to the tag of the Korean cattle.
이상의 구성 및 작용에 따르면 본 발명은 한우에 대한 3차원 영상 획득과 영상처리 기술을 적용하여 한우의 체중을 측정할 수 있다. 또한, 한우의 체장, 체고, 흉폭, 요각폭 등 체형정보를 결정할 수 있다. According to the above configuration and operation, the present invention can measure the weight of Korean beef by applying a three-dimensional image acquisition and image processing technology for Korean beef. In addition, it is possible to determine the body type information such as the body length, body height, bust width, and yaw width of Korean cattle.
도 1은 본 발명의 측정장치의 구성도
도 2은 본 발명의 측정장치를 이용하여 측정한 점구름 영상
도 3은 본 발명의 ToF 카메라의 예시1 is a configuration diagram of a measuring device of the present invention
Figure 2 is a point cloud image measured using the measuring device of the present invention
3 is an example of the ToF camera of the present invention
영상정보에 기초하여 한우의 체중을 측정하려면 한우에 대한 3차원 영상 획득과 영상처리 기술 개발이 필요하다. 이제까지 젖소 또는 돼지의 영상을 획득하여 체형을 분석할 때 CCD 카메라, 스테레오비전 카메라 또는 키넥트(Kinect)가 사용되고 있다. In order to measure the weight of Korean cattle based on image information, it is necessary to acquire 3D images and develop image processing technology for Korean cattle. Until now, CCD cameras, stereo vision cameras, or Kinect have been used to acquire images of cows or pigs to analyze their body shape.
CCD 카메라를 사용할 경우 물체에 대한 2차원 영상만 획득되므로 3차원 정보를 얻을 수 없는 단점을 지니고 있다. 한편, 3차원 체형정보를 얻고자 스테레오비전 카메라 또는 키넥트가 사용되고 있다. 그런데 스테레오비전 카메라 또는 키넥트를 사용할 경우 오차를 줄이고자 2개의 영상을 정확하게 일치시키기 위한 영상처리 기술이 요구된다. 더구나, 키넥트는 인간의 신체를 이용하여 게임과 오락을 즐기도록 개발된 인터페이스 장비인데다 조명 조건에 따른 영향을 받기 쉽고, 객체를 사람으로 인식하고 골격화를 시도하는 등의 문제가 발생하여 한우와 같은 대가축의 3차원 정보를 추정할 때 오차가 크게 나타나고 있다. When a CCD camera is used, only 2D images of an object are acquired, and thus 3D information cannot be obtained. Meanwhile, a stereo vision camera or Kinect is being used to obtain 3D body shape information. However, in the case of using a stereo vision camera or Kinect, an image processing technique is required to accurately match two images in order to reduce errors. Moreover, Kinect is an interface device developed to enjoy games and entertainment using a human body, and it is easy to be affected by lighting conditions, and problems such as recognizing objects as humans and attempting skeletonization occur. When estimating the three-dimensional information of the large livestock, the error appears large.
그러므로 본 발명의 목적은 상기의 문제점을 해결하고자 ToF (time of flight) 카메라를 사용하여 한우의 3차원 영상을 획득하고, 획득된 영상으로부터 체중 추정에 적합한 지표를 개발하여 한우의 체중을 측정하는 장치를 개발하는데 있다.Therefore, it is an object of the present invention to obtain a three-dimensional image of Korean cattle using a ToF (time of flight) camera to solve the above problems, and to measure the weight of Korean cattle by developing an index suitable for weight estimation from the obtained image. To develop.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 장치를 개략적으로 나타내는 구성도이다. 본 발명에 따르면 한우의 3차원 영상 획득용 ToF(Time Of Flight) 카메라(A)는 고정용 브라켓(B)에 의해서 확장용 암(C)에 연결된다. 확장용 암(C)은 기본 암(D)에 연결되며, 기본 암(D)의 무게 균형을 위해서 균형추(E)가 사용된다. 기본 암(D)은 삼각대(F)에 의해서 지지된다. ToF 카메라(A)에 의해서 획득된 영상은 컴퓨터(G)에 저장되며, 영상처리 및 체중추정용 알고리즘에 의해서 체중이 결정된다. 1 is a block diagram schematically showing an apparatus according to the present invention. According to the present invention, the ToF (Time Of Flight) camera A for acquiring a three-dimensional image of Korean cattle is connected to the extension arm C by a fixing bracket B. The extension arm (C) is connected to the base arm (D), and a counterweight (E) is used to balance the weight of the base arm (D). The basic arm (D) is supported by a tripod (F). The image acquired by the ToF camera (A) is stored in the computer (G), and the weight is determined by the image processing and weight estimation algorithm.
상기 ToF 카메라는 도3에도시한 바와 같이 이미지 획득 카메라 주위에 빛을 쏘는 광원이 구비되고, 이 광원이 물체에 반사되어 돌아오는 빛과, 이 광원이 꺼졌을 때의 빛을 구분하여 획득하고, 두 신호 사이의 거리에 따른 명암차이를 이용하여 거리를 측정하는 원리이다.The ToF camera is provided with a light source that emits light around the image acquisition camera as shown in FIG. 3, and the light is reflected by the object and returned, and the light when the light source is turned off is separately acquired. This is the principle of measuring the distance by using the difference in contrast according to the distance between two signals.
본 발명에 따르면 한우의 체중 측정은 3차원 영상 획득, 영상처리, 체중 결정의 순서로 이루어진다. According to the present invention, the weight of Korean cattle is measured in the order of 3D image acquisition, image processing, and weight determination.
ToF 카메라(A)를 사용하여 획득된 한우의 top view에 대한 점구름 영상(point cloud image, PCI)은 도2와 같다. 한우의 점구름 영상에 잡음이 포함될 수 있으므로 k 최근접 이웃 (k-nearest neighbors) 알고리즘을 이용하여 잡음으로 인한 이상치를 제거한다. 다음으로 한우의 점구름 영상으로부터 체고, 체장, 흉폭, 요각 폭 뿐만 아니라 최대 폭을 결정한다.A point cloud image (PCI) of the top view of Korean beef acquired using the ToF camera (A) is shown in FIG. 2. Since noise may be included in the point cloud image of Korean cattle, outliers due to noise are removed using the k-nearest neighbors algorithm. Next, the height, length, bust width, and yaw width as well as the maximum width are determined from the image of the point cloud of the Korean cattle.
상기 잡음제거는 이동평균법을 이용하여 주변의 10점 평균 높이 값과 해당 지점의 높이값을 비교하여 차이가 5 ~ 10mm 이상이면 노이즈로 판단할 수 있고,The noise reduction can be determined as noise if the difference is 5 to 10 mm or more by comparing the average height value of the surrounding 10 points and the height value of the corresponding point using a moving average method,
해당점을 기준으로 5 ~10mm 이상의 높이차가 있지만, 좌우 또는 상하로 바로 이웃한 점들과 5~10mm 이내의 차이가 있으면, 경계면으로 설정하는 것을 특징으로 하는 노이즈제거 및 경계선 검색방법을 사용한다.Although there is a height difference of 5 to 10 mm or more based on the point, if there is a difference within 5 to 10 mm from the points immediately adjacent to the left or right or up and down, a noise removal and boundary line search method, characterized in that the boundary is set, is used.
또한, ToF카메라의 수직하부 방향과 수직방향에서 멀어짐에 따라 발생할 수 있는 거리 오차를 줄이기 위하여 상기 기본암이 상기 삼각대를 중심으로 회전가능하게 설치되고, 상기 회전부위에 절대엔코더(J, 미도시)를 설치하여 상기 ToF카메라를 회전하며, 한우의 크기를 측정할 수 있고, 이렇게 측정된 거리정보는 상기 절대엔코더(j)와 영상이미지를 결합하여, 카메라의 수직하방 거리측정이 가장 정확한 것으로 인식하여 측정값을 교정할 수 있는 것을 특징으로 한다.In addition, in order to reduce the distance error that may occur as the ToF camera moves away from the vertical lower direction and the vertical direction, the base arm is rotatably installed around the tripod, and an absolute encoder (J, not shown) at the rotating part. By installing the ToF camera, you can measure the size of the Korean cattle, and the measured distance information combines the absolute encoder (j) and the image image, and recognizes that the vertical and downward distance measurement of the camera is the most accurate. It is characterized in that it is possible to calibrate the measured value.
또한, 상기 영상으로 측정된 한우체중이 월령과 비교하여 정상에 5%이상 미달되는 경우 상기 한우의 RFID에 이러한 정보를 기록하여 사육사가 상기 5%이상 체중이 미달되는 한우를 검사하고 관리할 수 있는 수단을 제공한다.In addition, when the weight of the Korean cattle measured by the image is less than 5% of the normal compared to the age of the month, this information is recorded in the RFID of the Korean cattle so that the breeder can inspect and manage the Korean cattle whose weight is less than 5%. Provides a means.
또한, 상기 영상에서 암컷 한우의 움직임이 많은 경우 건강상의 문제나 발정이 있을 수 있는 것이어서, 사육사에 상기 컴퓨터에 연결된 부저, 인터넷 이메일 발송 기능등을 통하여 이상상태를 알리는 수단을 제공한다.In addition, if there are many movements of female Korean cattle in the video, there may be health problems or estrus, and thus, a means for notifying the breeder of abnormal conditions through a buzzer connected to the computer or an Internet e-mail transmission function is provided.
6-109 개 월령의 한우를 대상으로 측정된 체고, 체장 등을 포함한 체형정보와 체중에 대한 실험 결과는 표 1과 같다. Table 1 shows the body shape information including body height and body length measured for Korean beef of 6-109 months of age and the results of the experiment on body weight.
표 1의 결과를 이용하여 분석된 한우의 월령, 체장, 흉폭, 최대폭과 체중의 회귀관계는 식 (1)과 같다.The regression relationship between the age, body length, bust width, maximum width and weight of Korean cattle analyzed using the results in Table 1 is shown in Equation (1).
(1) (One)
( 결정계수, )(Coefficient of determination, )
식 (1)의 회귀관계를 이용하여 추정된 한우의 체중과 실측치와의 오차는 표 2와 같다.Table 2 shows the error between the estimated weight of Korean cattle and the measured value using the regression relationship in Equation (1).
본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형 예 또는 수정 예들은 본 발명의 특허 청구범위에 속한다 해야 할 것이다.The present invention is not limited to the disclosed embodiments, and it is obvious to those of ordinary skill in the art that various modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, such modified examples or modified examples will have to belong to the claims of the present invention.
A : ToF 카메라
B : 고정용 프라켓
C : 확장용암
D : 기본암
F : 삼각대
G : 컴퓨터A: ToF camera
B: Fixing bracket
C: expanded lava
D: Basic arm
F: tripod
G: computer
Claims (2)
획득된 상기 3차원 영상으로부터 체장, 체고, 흉폭 및 최대폭을 측정하고, 대상 한우의 월령을 하기 식(1)에 대입하여 한우의 체중을 측정하는 것을 특징으로 하는 한우 체중측정 장치에 있어서,
상기 ToF 카메라(A)를 사용하여 획득된 한우의 top view에 대한 점구름 영상에 잡음이 포함될 수 있으므로 k 최근접 이웃 (k-nearest neighbors) 알고리즘을 이용하여 잡음으로 인한 이상치를 제거한 후 한우의 점구름 영상으로부터 체고, 체장, 흉폭, 요각 폭 및 최대 폭을 결정하며,
상기 k 최근접 이웃 (k-nearest neighbors) 알고리즘의 잡음제거는 이동평균법을 이용하여 주변의 10점 평균 높이 값과 해당 지점의 높이값을 비교하여 차이가 5 ~ 10mm 이상이면 노이즈로 판단하고, 해당점을 기준으로 5 ~10mm 이상의 높이차가 있지만, 좌우 또는 상하로 바로 이웃한 점들과 5~10mm 이내의 차이가 있으면, 경계면으로 설정하는 노이즈제거 및 경계선 검색방법을 사용하는 것을 특징으로 하는 한우 체중측정 방법.
------ 식(1)ToF camera (A), fixing bracket (B), extension arm (C), base arm (D), counterweight (E), tripod (F), computer (G) to enable 3D image acquisition and image processing ; And
In the Hanwoo weight measuring apparatus, characterized in that the body length, body height, bust width and maximum width are measured from the obtained 3D image, and the weight of the Korean cattle is measured by substituting the age of the target Korean cattle into the following equation (1),
Since noise may be included in the point cloud image of the top view of the Korean cattle obtained using the ToF camera (A), the outliers due to noise are removed using the k-nearest neighbors algorithm, and then the point of the Korean cattle. Determine the height, length, bust width, yaw width and maximum width from the cloud image,
The noise removal of the k-nearest neighbors algorithm uses a moving average method to compare the average height value of 10 points and the height value of the corresponding point, and if the difference is 5 to 10 mm or more, it is determined as noise. Hanwoo weight measurement characterized by using a noise removal and boundary line search method set as a boundary when there is a height difference of 5 ~ 10 mm or more based on a point, but there is a difference within 5 ~ 10 mm from the adjacent dots left and right or up and down. Way.
------ Equation (1)
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