基于水平集的高分辨率影像牛羊自动检测的方法

传统牛羊数量清点工作主要依靠人工统计的方式，这种方法费时、费力。针对这一缺点，本文利用飞艇获取的高分辨率影像，提出一种基于水平集的牛羊自动统计方法。首先，用水平集方法对牛羊图像分割分类，根据颜色、面积、长宽比等简单特征，剔除杂物，提取图像中牛羊部分。然后，提取通过连通域数量，统计牛羊数量。实验表明该方法简单有效。

现行的牛羊统计方法主要是人工统计，逐级汇总，工作量大，耗费时间长。因此，需要探索出一种新的统计方法。目前很少有研究人员在做这方面的工作，不过有很多研究人员在从事着基于图像处理技术的自动识别和技术[1] [2] [3]。

这方面应用主要在颗粒、菌落、细胞和大米自动计数上[4] [5] [6] [7]。

周莹莉、曾立波[8]等人针对菌落图像特点，提出使用最大类间方差法对采集的菌落图像进行分割， 分析菌落种类、大小和形态，并对分割后的菌落进行统计。G. Corkidi [9]等研制出菌落图像分析系统，能够对不均匀、存在粘连菌落的图像进行分割、计数、分析。尤育赛[10]等人对重叠的红细胞图像进行研究分析，提高自动分割的精度。中国农业研究院的张云鹤[11]研究出了用于农作物计数的自动颗粒计数仪， 该系统在PC 机上可以实现，但由于需要特定的LED 灯光照明，所以使用起来不是很方便。赵增华[12]等人曾以“绿僵菌”为研究对象，采用基于小波理论的图象分析法实现菌种的自动分类和计数。凌云[13]等人设计出检测大米外观品质参数的装置，该装置基于机器视觉能够实现对大米粒型参数的检测及数目统计。宋强[14]等人据此对棒材端面图像进行分析，实现了棒材的自动计数。

大学也针对不同用途的计数系统做过研究， 如天津大学， 重庆邮电大学， 东北电力大学， 吉林大学， 包括一些国外的大学都进行过类似研究[15]-[20]。

虽然基于图像处理技术的颗粒、菌落、细胞和大米等自动识别和技术的研究比较多，但是却不能完全适用于牛羊统计中。因此本文在颗粒、菌落、细胞和大米等的成熟自动计数理论之上，提出了一种基于水平集的高分辨率影像牛羊自动检测的方法，可自动统计牛羊个数。

2. 研究方法 2.1. 图像分类分割 水平集图像处理的核心思想是不断求解关于水平集演化过程的函数， 该函数是一个n 维变量[21] [22] [23] [24]。

在这零水平集C(t)时所对应的水平集函数ϕ，得到公式1 所示：