基于红外技术的猪体温检测研究进展

农业中的人工智能1（2019）14基于红外技术的猪体温检测研究进展张再勤1，张航1，刘通海天津农业大学计算机与信息工程学院，天津300384a r t i c l e i n f o文章历史记录：2018年12月5日收到2019年1月28日收到修订版2019年2月4日接受在线预订2019年3月29日保留字：猪体温测量非接触式红外图像处理内容a b s t r a c t体温是猪整个养殖过程中的重要生理指标。温度测量也是辅助疾病诊断和猪健康监测的有效手段在测量体温的传统方法中，使用水银柱来获得直肠温度。这种方法操作复杂，需要大量的劳动力。这种测温方法是接触式的，会使猪产生应激，不利于猪的健康生长因此，直肠测温已不能满足我国福利农业规模化养猪业的需要近年来，新兴的猪体温检测技术有电子测温技术、红外测温技术等。红外测温技术以其非接触、远距离、实时等优点，已成为猪体表温度测量的主要手段目前，红外测温技术和红外图像处理技术应用于生猪养殖还处于探索阶段。目前，以红外测温仪为代表的基于逐点分析的红外测温设备和以红外热像仪为代表的基于全场分析的测温设备已应用于养猪业。这些类型的测温更符合生猪养殖业向自动化转型升级的需求，符合福利养殖、智慧农业的发展理念，其发展前景十分可观。© 2019作者出版社：Elsevier B.V.代表科爱通信有限公司公司这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。1.一.导言. 142.猪15号体温测定的研究进展2.1.15号猪体温测定的意义2.2.传统的猪体温测量方法152.3.新兴的畜禽体温测量方法..........................................................................................................................................................................................................................3.红外技术在畜禽体温测量中的研究现状3.1.红外测温技术及传感器系统173.2.红外技术在畜禽体温测量中的应用3.3.红外图像处理技术在畜禽养殖业中的应用与发展4.结论和未来趋势致谢. 25参考文献25*通讯作者。电子邮件地址：tonghai_1227@163.com（T. Liu）.[1]这些作者对这项工作做出了同等贡献，应被视为共同第一作者。1. 介绍养猪业长期以来一直是中国畜禽养殖业的支柱近年来，中国猪肉产量居世界第一，https://doi.org/10.1016/j.aiia.2019.02.0022589-7217/© 2019作者。出版社：Elsevier B.V.代表科爱通信有限公司公司这是一篇CC BY-NC-ND许可证下的开放获取文章（http：creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表农业中的人工智能期刊主页：http://www.keaipublishing.com/en/j ournals/artificial-intelligence-in-agriculture/Z. Zhang et al. / Arti ficial Intelligence in Agriculture 1（2019）14 -2615占世界总产量的50%左右。每年约有7亿头猪被屠宰猪肉产量约占所有肉类产量的64%（袁和袁平，2016年;中华人民共和国国家统计局网站，2018年）。据统计，2017年全年猪牛羊禽肉产量8431万吨，其中猪肉产量5340万吨。因此，猪肉产业是我国肉类产业的绝对支柱（中国政府网，2018）。虽然生猪在畜禽养殖业中的比重处于绝对地位，但中国的养猪业发展仍相对滞后。生猪产业以分散养殖户为主，养殖业产业化、现代化程度较低。2016年，b500规模以上生猪对市场猪肉的贡献率约占55%。其中一半以上存在养殖环境差、养殖技术差、患有各种疾病、饲料自配、管理混乱等问题（广安，2017）。非正规的养猪模式不仅造成了资源的极大浪费，还造成了各种猪病的频繁发生，增加了养猪过程的风险生猪养殖业从分散化养殖模式向集约化现代化的产业升级十分迫切。近年来，福利养殖的理念越来越受到业界的重视，猪的健康也越来越受到关注。然而，由于生猪养殖企业在资源管理方面存在各种问题，如散养户或小规模养猪场普遍存在养殖猪舍简陋、养殖环境恶劣、养殖技术不规范等，导致生猪疫病预防和监测不足，导致疫情诊断和监测工作不完善（Jizhu etal.，2019）。，2016）。在现阶段，有效的猪病预防和诊断仍然是关系到养猪企业经济效益的及时获取猪的体温数据可以帮助预警和诊断猪的疾病，实时快速获取猪的体温数据对生猪养殖企业的稳定健康发展具有重要意义，也可以促进福利养殖理念在生猪养殖行业的发展。随着我国城镇化建设的进展和需要为了保护环境，生猪养殖模式开始加速从个体分散养殖向规模化养殖的演变，生猪养殖业开始进入新的发展趋势（Zhenling，2018）。 农业物联网（IoT）的发展使得实时感知猪的体温信息成为可能。随着产业化、集约化养殖模式的发展，养殖规模不断扩大，猪舍环境污染问题开始凸显。严重的环境污染对猪的生长、发育和繁殖产生了一系列影响，养猪环境的恶化使猪的健康问题日益严重。在疾病多发、疫情频发的高密度养殖环境中，实时监测猪的体温，有利于随时掌握猪的健康状况因此，对猪疾病的预防和诊断具有重要的意义，成为集约化养殖的一项重要任务2. Pig的Pressinmesuringbodyte ratureng2.1. 测量猪温度调节是维持整个机体内环境稳定的重要机制之一体温是动物体深部的温度（Juxiong andYang，2011），是动物体内活动的客观反映，是反映猪健康状况的一种非常关键的生理信号体温变化可以反映健康状况猪的及时更换猪的体温出现巨大波动可能是由于猪的生理受到干扰，体温异 常 表 明 某 些 疾 病 的 发 生 ， 特 别 是 潜 伏 期 的 传 染 病 （ YufengandYanping，2012）。体温信息对动物疾病的诊断和治疗非常有帮助，有助于早期发现患病动物、探查疾病的程度、判断疾病的严重程度等，因此，如果正确认识和合理使用猪体温变化的生理指标，可以对一些猪病进行早发现、早诊断、早治疗（Lu et al.， 2015年）的报告。另一方面，母猪体温的变化是判断母猪发情的重要条件母猪发情的鉴定对于猪生产是必不可少的（Xudong等人，2013年）。通过体温测量准确识别发情母猪，实现适时配种，提高母猪受胎率实时控制怀孕母猪的体温变化也有利于检测母猪的健康状况，根据体温情况，可以安排相关的饲养工作，以提高母猪的出生率（Weihan，2017）。随着农业物联网技术的发展，及时、实时获取猪体温数据已成为现实。此外，实时猪体温信息的采集有助于监测猪的健康状况对群猪来说，如果能及早发现异常猪群的传染病，可以及早控制疫情，减少经济损失。实时获取猪的体温信息已成为生猪养殖工作的重要组成部分在实际养猪过程中，一般用直肠温度来代表猪的体温，健康猪的直肠温度范围为38在实际养殖过程中，猪的异常高热有多种原因（韩春，2007）。 其中，“高热”是一系列可引起猪体温过高的疾病的总称。临床上，80%的病例以发热为主，主要是病毒性高热，也有部分是细菌性高热。正常情况下，猪的体温突然升高到40 ℃以上，是某些疾病的预警猪在生病和发热的时候，往往会伴随根据猪的并发症和体温，可以有效地诊断猪的疾病。在养殖过程中，要实时关注猪的体温异常变化，并参考高温并发症，严格诊断疾病，对症下药。此外，母猪在发情状态下体温也会发生显著变化，可根据母猪发情期间伴随的异常行为进行识别，从而合理安排养殖生产活动（乔平，2011）。2.2. 传统的猪体温测量方法传统的猪体温测量是人工进行的。测量前润滑水银柱，用一根约15 cm长的绳子握住温度计的一端，在绳子的另一端系上一个线夹。测量时将水银柱插入猪肛门，铁夹夹住猪尾巴上的毛发固定。5分钟后取出温度计，擦拭水银柱并读取数据。在测量猪的直肠温度前，对不同性情的猪进行安抚是必要的，这样可以减轻猪的强烈应激，以免影响猪的健康生长（Jiao，2017）。手动测量猪直肠温度的方法的优点是在猪没有应激的情况下获得的直肠温度可以准确反映猪的体温信息，但一般情况下，接触式手动测量会引起猪的强烈应激，导致直肠温度快速升高，这会使测量数据不准确（Godyn和Herbu，2017）。此外，测量猪的直肠温度通常需要16Z. Zhang et al. / Arti ficial Intelligence in Agriculture 1（2019）14 -262这种方法在大规模养殖中消耗大量劳动力另外，在接触性检测过程中，存在着疾病在人与动物之间交叉和接触的风险这些都表明养猪业需要更科学、更有效的方法来获取猪的体温，而基于远程测量的技术是该领域最需要的2.3. 一种新兴的畜禽体温测量方法Cai等（Yong，2015）开发了一种利用射频技术和接触式温度传感技术自动获取奶牛体表温度的系统，实现了对奶牛体表温度的24 h自动监测通过对数据的统计分析和均衡处理，拟合出奶牛体表温度的校正公式，得到了奶牛体表温度的日变化规律，为毛皮动物体表温度的科学测量 积 累 了 经 验 猪 麻 醉 后 的 测 量 图 片 如 图 1a 所 示 。 Krizanac 等 人（2010）将带有3个探头的测温气管插入猪的呼吸道内测量气管温度，测量温度与肺气管温度几乎相同，测量装置如图所示。 1 b. Zhang等人（Ziyun，2015）在母猪发情期将测温电子芯片植入母猪颈部左侧，获取皮下温度，以水银柱温度计为参考，获取直肠温度。母猪体温变化与发情行为的关系是：发情前后母猪体温先升高后降低，然后恢复正常。因 此 ， 建 议 根 据 体 温 变 化 来 匹 配 母 猪 的 妊 娠 状 态 Hentzen 等 人（Hentzen，2012）发明了一种植入小猪颈部的胶囊型无线传感器，然后能够实现与直肠温度的手动测量一致的测量测量精度高，但需手术注射，测量装置如图所示。 1杯何塞·M（Requejo等人，2018）采用按钮式温度采集器（DS1923）采集猪耳皮肤温度，通过相空间图得到猪耳温度与饲料效率的相关性，进一步探讨了猪的体温调节和能量转换问题。Andersen等人等（2008）用耳标温度传感器（QSS 2000）测量猪耳温，研究耳温与呼吸活动强度的关系。结果表明，穗部皮肤温度（EST）存在昼夜节律植入式测温装置一次性植入畜禽体内后，确实降低了畜禽在测量时的应激反应，便于以后的实验测量。然而，当装置第一次植入待测试的目标时，动物需要被麻醉然后植入。Hentzen等人（Hentzen，2012）指出了这种方法的缺点，主要与固定猪的必要性有关容易对动物造成伤害，降低动物福利。此外，电子植入式和固定式测温装置在使用一段时间后往往需要重新校准，操作过程复杂。Godyn等人（Godyn和Herbu，2017）比较了有创测量技术和无创测量技术。本文分析了猪的各种连续体温测量方法。并指出了各种方法的优点和局限性。侵入式测量技术是接触式的，如使用直肠温度计来获得温度，除了握持引起的应力外，测量过程会干扰测量结果。1974年，Bligh et al.Bligh和Heal（1974）首次提出将无线遥感技术应用于动物体表温度监测，并讨论了利用无线遥测技术获取动物体温的可行性和实际应用中面临的困难Bai等人（光宇，2014）利用无线射频通信技术和红外温度传感器技术，实现了对母猪的实时测温采用MLX90614红外温度传感器获取母猪臀部温度。通过网关节点将测量温度发送到服务器，并根据臀部温度与直肠温度的关系，对节点测量温度进行补偿，提高温度测量精度。Chen等人 （Li等人， 2017）设计了一个养殖监测系统，利用无线传感器网络技术监测猪的生理体征和环境参数。单片机、无线传感器网络、WIFI通信模块、体温采集模块等资源通过服务器连接采用Android手机或PC机获取猪的体温等重要身体参数和养殖环境的温湿度数据温度测量系统的硬件设计如图所示。 二、Dewulf等人（2003）评估了红外测温仪的适用性，通过一个实验来验证是否可以根据猪的体表温度来预测直肠温度。对12头断奶仔猪连续45天的耳温、足温、侧温和肛温进行了测定将这些温度与每日直肠温度进行比较结果清楚地表明，没有可靠的预测直肠温度从这些温度，但其中大多数是显着相关的直肠温度。Libo等人（2010）在屠宰场分别使用水银柱温度计、电子温度计和红外温度计测量1000头猪在屠宰前的温度通过对汞柱法测得的直肠温度进行比较，发现高温猪的检出率在93%左右[20]第20话：我的世界图1.一、 接触式测量装置。Z. Zhang et al. / Arti ficial Intelligence in Agriculture 1（2019）14 -2617图二、 测温系统硬件设计（中华人民共和国国家统计局网站，2018年）。用红外线测温仪测得耳根表面温度Berry et al. 等（2003）利用红外摄像机对奶牛乳房温度进行检测，并根据奶牛乳房温度的日变化数据建立了奶牛乳房温度变化模型。得到了奶牛直肠温度与环境温度的相关关系。利用当前乳房温度可以成功预测乳房温度和环境温度参数，实现奶牛乳房炎的早期检测。秦永晓等（2015）将红外测温技术与RFID技术相结合，通过部署多个温度监测点，实现对猪群温度的智能检测，系统结构如图所示。3.遥测、无线传感器网络、红外等测温方法，当系统建成后进行测温，对畜禽几乎没有压力，符合福利农业的理念，测量时劳动投入少，提高了工作效率，有利于规模化集约化养殖的发展（Libo et al.，2010; Berry等人， 2003年）。但是，采用遥测和无线传感器网络的测温方法，由于不能直接接触目标，对温度数据采集设备的精度要求很高此外，在数据信息传输过程中，图3. 系统结构（Dewulf等人， 2003年）。信号干扰和其他会导致数据丢失的问题（Bligh和Heal，1974）。一般来说，大多数新兴的体温测量方法在获取体温数据的过程中是自动或半自动温度采集设备可以连续使用一定的年限。对于规模化生猪养殖企业来说，新兴的体温测量方法在人工成本不断增加的情况下，经济性不高符合节约资源的发展理念，越来越受到养殖业的青睐。其中，红外测温技术的优势更为明显.测温精度高，测温系统稳定性强，测温方式简单，可实现实时远程测温操作它可以在无人环境下完成温度数据的采集，不使猪产生应激，使获得的温度数据更加准确有效。与接触式、植入式和无线传感器网络测温方法相比，红外测温技术具有更好的发展和应用前景表1显示了所提到的新兴温度测量技术3. 红外技术在生物体质量3.1. 红外测温技术及传感器系统红外技术最早应用于军事监视、工业检测、医疗诊断等领域。近年来，它已应用于农业领域，并在农作物生长监测、农产品质量检测、畜禽疾病检测等领域不断探索和发展 根据方法的不同，红外技术可分为基于点温分析和基于场分析。基于点的分析系统以红外测温仪为代表，有手持式和固定式测温装置。现场测温系统以红外摄像机为代表红外相机的发展始于20世纪20年代末红外成像技术可以突破夜间环境的障碍，拓宽人类视觉的局限性。它可以提供所有热辐射对象的实时监控红外摄像机自问世以来一直被广泛使用，并不断发展。利用红外摄像机获取猪的体温，可以减少人工消耗，操作过程简单，减轻猪的应激，避免牲畜的交叉感染，降低养殖成本，18Z. Zhang et al. / Arti ficial Intelligence in Agriculture 1（2019）14 -26表1新兴畜禽计量技术应用表号1方法接触技术射频技术与电子技术动物牛系统或工具奶牛体表温度自动采集系统测定部后腿蹄结果或结论1. 体表温度与实际直肠温度的平均差值0260 ℃，最高不超过0.2 ℃2. 揭示牛体表日变化规律：最低温度出现在5-6点，最高温度出现在13-14点。呼吸道温度是治疗猪心脏骤停的有效替代气管温度1. 梅山母猪皮下温度与直肠温度之间存在极显著差异，但存在极显著正相关。2. 母猪在发情期比非发情期更活跃胶囊测量温度与直肠温度测量保险公司或潜在客户奶牛体温的昼夜变化不考虑季节因素RefYong，20152接触电子技术电子技术猪热电偶气管、呼吸道颈部皮下仅与公猪相关，结论适用性有限母猪全麻测温时植入电子芯片，降低母猪养殖福利Krizanac等人，2010紫云，20153接触猪电子测温芯片4接触电子技术、无线传感器网络技术猪无线测温系统脖子1. 植入式器械不利于猪的活动2. 在无线测量过程中存在校准和调谐时间长等问题3. 辐射通信系统中存在信号干扰帮助评估动物全面生长期间的饲料效率Hentzen等人，20125接触电子技术无线传感器网络技术猪按钮式温度采集器耳标温度传感器耳朵结果表明，猪耳区温度与饲料效率和体力活动有关1. 耳朵表面温度的日变化夜间最高，下午最低2、猪休息时的温度要高于猪活动时的耳1. 体温测量期间猪无应激2. 实现远程和自然的动物测量。Requejo等人，2018Andersen等人，20086接触猪耳朵根据耳表面温度可以探索猪的热舒适温度，为猪的福利提供依据。7非接触遥感技术所有动物遥测系统体表1. 当传感器被植入时，它们会对动物造成伤害2. 系统的开发成本很高，并且受到传输的限制距离和发射机电池生活当节点距离网关N10 m时发生数据丢失Bligh andHeal，1974年8非接触红外技术、无线传感器网络技术无线传感器网络技术母猪无线传感器节点系统髋1.系统误差为0.21 °C，1. 测量数据与温度计测量的直肠温度呈正相关，系数K=12. 体温测量期间猪无应激3. 移动终端实时获取温度数据1.没有可靠的预测直肠温度2. 大多数测量的体表温度与直肠温度显著相关1. 红外测温仪与水银测温仪检测结果的符合率2. 红外测温仪更适用于规模较大的屠宰场的宰前检疫体温筛查。1. 发现了奶牛乳房温度的昼夜节律2.根据每日乳房温度和环境温度参数，高度准确和精确地预测当前乳房温度快速获取一群猪的体温信息光宇，20149非接触猪生猪养殖监控系统直肠1. 通信期间对节点的高性能依赖2. 系统受节点电池使用时间限制Li等人，201710非接触红外技术仔猪红外相机耳朵，脚，两侧，肛门没有发现体温和直肠温度之间的稳定关系，不能直接从猪体温预测直肠温度，没有考虑季节和地区等因素的影响Dewulf等人，200311非接触红外技术猪红外测温仪耳朵Libo等人，201012非接触红外技术，牛红外相机乳腺在炎症反应的可检测范围内预测乳房温度与实际乳房温度的差异Berry等人，200313非接触红外技术、射频技术猪红外传感器体表无法实现全天候检测Qin等人，2015Z. Zhang et al. / Arti ficial Intelligence in Agriculture 1（2019）14 -2619图四、红外摄像机工作原理。提高水产养殖生产效率。 越来越受到生猪养殖业的青睐（Yuhong etal.， 2018年）。红外热像仪是一种成像测温装置。物体以电磁波的形式向外辐射能量，不同物体的红外辐射强度不同。红外热成像的原理是利用目标与周围环境之间的温度差和发射率差，产生不同的热梯度，从而显示出红外辐射能量密度分布图，即“热像”。人的视觉对红外光不敏感，人看到的热图像是物体发出的红外辐射经热像仪转换后的图像。物体的不同温度颜色越浅，物体表面的温度越高，颜色越深，物体表面的温度越低红外摄像机分两步将红外辐射转换为可见光图像红外摄像机的工作原理如图所示。4、第一步是通过红外探测器将红外辐射转换为电信号。红外线辐射的强度由信号的大小来反映第二步是通过显示屏在显示器上显示目标红外辐射的分布电信号完成从电到光的转变，最终形成反映目标温度分布的可见光图像3.2. 红外技术在畜禽体温测量中的应用McManus等人（2016）研究了红外热成像技术在动物代谢、营养、繁殖过程、疾病、体外寄生虫检测和繁殖中的应用，结果表明红外热成像技术具有创新性、低成本、快速有效等特点。它对动物热模式的变化很敏感，但这种方法可能不足以确定动物发热的原因Soerensen等人（Soerensen和Pedersen，2015）评价了红外测温技术在猪体温测量中的应用，探讨了皮肤，环境和体温。发现皮肤温度与直肠温度高度相关的最佳皮肤位置可能是耳、眼、胸等热窗（常用的测量热窗如图5所示），但这种关系可能随年龄、应激和生物学状态而变化，如分娩可能改变这种相关性的程度，并分析了红外测温仪在未来猪病诊断Schaefer等 应用红外热像仪对动物疾病进行早期检测和预测，并对10头犊牛进行病毒性腹泻病毒株（24515）的检测，设立未感染对照组，采集图像，红外图像如图所示。 6）感染组和对照组犊牛的红外特征（鼻、耳、背）。采集血液和试验结果表明，红外面部扫描可检测到病牛1周前体温升高1.5 °C ~ 4 °C（Pb0.01），表明红外测温可用于牛蒡病的早期Xie等人等（2004）以大鼠乳腺癌13762 MAT（一种已被用于抗血管生成药物鉴定的肿瘤）为研究对象，探讨了红外成像技术检测恶性肿瘤血管生成的可行性。在实验中没有观察到与肿瘤相关的肿瘤表面温度升高，但发现相对较小的肿瘤（直径N <0.5 cm）会产生一些恒定且非常显著的温度降低，从而得出温度变化与肿瘤大小无关据推测，这种现象可能是由于快速生长的肿瘤的血管分布不良分析表明，乳腺癌患者报告的乳腺外周温度升高不太可能是由肿瘤生长导致血管生成引起的，可能是由于乳腺肿瘤周围的慢性炎症反应，这意味着红外成像可能具有可诊断性。 Liueta l. 利用红外热像仪对临床型乳房炎、隐性乳房炎和正常泌乳奶牛的乳房温度进行了对比研究，发现三种泌乳奶牛乳房表面温度的差异图五、 动物常用的测量热窗。20Z. Zhang et al. / Arti ficial Intelligence in Agriculture 1（2019）14 -26图第六章在Schaefer等人的研究中，小牛感染病毒前后的红外面部图像。（2004年）。达极显著水平（P< 0.01）。为奶牛乳房炎的早期诊断提供了一种可行的方法。Amezcua等人（2014）描述了使用红外热成像检测母猪下肢的肿胀，以识别母猪的不同程度的所选区域从上到下依次为：1 - t骨、2-上颌骨、3 -下颌骨和4 -趾骨（图7）。这表明红外热像技术已成为诊断动物疾病的有效方法。Taeho等人（2010）发现，非接触式红外测温（NIFT）可作为便携式无菌设施中手动直肠测温的有效替代方法，而不会干扰实验动物。无动物限制的NIFT体温评估的开发在临床上是有益的，特别是在繁殖仔猪中，并且对无菌设施中的实验室程序的压力小得多。Knizkova等人（2007）讨论了热成像摄像机在兽医领域中作为畜禽骨科疾病诊断的应用，分析了红外成像的重要性 ，热成像作为一种育种工具，它可以参与育种过程的温度调节，增加动物福利，并参与辅助泌乳过程。Schaefer等（2012）使用自动化、RFID驱动、非侵入性红外热成像技术来确定猫中的牛呼吸道疾病（BRD）。获得了65头约220 kg牛的常规参数（核心温度、血液学、血清皮质醇）和红外图像。采集设备位于供水站周围的饲养场围栏中，具有RFID驱动的非侵入性IRT扫描站，如图所示。八、对BRD阳性牛和阴性牛进行常规检测，并对红外图像的峰值温度进行比较。阳性平均峰值为35.7± 0.35 °C，阴性平均峰值为34.9± 0.22 °C。该研究表明，红外成像技术可用于无线收集生物特征数据，并帮助诊断动物疾病。Rainwater-Lovett等人（2009）研究使用红外线摄影机侦测牛只口蹄疫病毒的可行性。图第七章Amezcua等人在评价跛行时，母猪左右后腿不同解剖区域的红外热图像。（2014年）。Z. Zhang et al. / Arti ficial Intelligence in Agriculture 1（2019）14 -2621图八、位于水站周围的饲养场围栏中的自动化、RFID驱动、非侵入性IRT扫描站的图像（Schaefer等人，2012年）。通过对健康牛、直接接种牛、接触牛和疫苗试验牛的最高足温的测定分析，认为红外热像技术是一种很有前途的筛查技术，可以在口蹄疫爆发期间快速识别潜在感染动物，用于确证诊断试验。然而，该技术需要进一步评估，以确定IRT在检测轻度临床症状或亚临床感染动物中的价值Skykes等人（Sykes等人，2012）使用数字红外热成像（DITI）设备获得母猪外阴的温度，包括温度梯度的最小值（MIN）、最大值（MAX）、平均值（AVG）和标准差（SD）、环境温度（AMB）和直肠温度（RT）。分析血样并测定血清孕酮（P4）浓度。猪外阴温度的最小值（MIN）、最大值（MAX）和平均值（AVG）在热像上均呈正相关（P< 0.01），与平均肌压（AMB）呈正相关（P< 0.01）。MAX和AVG在发情期高于间情期。动情期和间情期的MIN和SD无显著性差异（P > 0.05），RT也无显著性差异（P > 0.05），RT与外阴热像无显著相关性。如图所示，来自定义的感兴趣区域的外阴热图像。第九章结果表明，数字红外热成像技术（DITI）可用于母猪发情期生殖器表面温度的测量和发情期的识别。Meng等人（香雪，2016）利用红外摄像机对近1000头正常妊娠母猪的臀部、外阴和眼睛的表皮温度进行了测量，并对三个部位的皮肤温度进行了相关性分析说明发情期的外阴较高，可以识别母猪的发情期，从而通过温度变化指导实际生产动物健康评价越来越受到人们的重视。Marcia等人 （Salles等人，2016）在35天内对24头小奶牛进行了测试，使用红外摄像机拍摄了奶牛不同区域的红外图像，包括左右眼区域、左右眼、左前肢尾巴、左前肢头骨、左右侧颊和前额。在所研究的所有身体区域中，热成像前额温度与直肠温度的相关性最高前额和左右侧的体温与环境温度和湿度密切相关LokeshBabuet al. （2018）从动物福利和经济损失的角度，使用热成像摄像机测量了侧支相关颈部损伤冠带和蹄皮肤温度。结果发现，当蹄有病变时，下蹲腿的表面温度会升高，可以使用红外摄像机对病变进行Siewert等人（2014）通过热成像摄像机测量猪头部的温度，并通过差分ROI（ROI区域）检测猪的早期发热。22Z. Zhang et al. / Arti ficial Intelligence in Agriculture 1（2019）14 -26图第九章 来自定义的感兴趣区域的外阴热图像（Sykes等人， 2012年）。兴趣）。实验中方法的特异性为85%，灵敏度为86%。 Kammersgaard等人（2013）通过红外热成像评估了新生仔猪的热状态。在比较1695个红外图像数据和915个直肠温度数据之后，发现红外图像的最大温度（IRmax）红外热像图的IRmax主要分布在耳部（27/ 50）、头部（12/50）和腋窝其他部位（8/50）。红外热像的IRmax可作为评价新生仔猪热状态的依据红外热像仪在畜禽养殖中的主要应用如图所示. 10.利用红外测温技术，在不与猪接触的前提下，获得了猪在无应激状态下的测量温度，更接近猪的真实体温，数据准确度高。 许多研究发现，红外测温设备的测量结果在一定距离范围内相对稳定（Yuhonget al.，2018年）。因此，在使用红外设备多次获取温度数据时，应保持测量距离的一致性此外，猪的不同部位之间的温差很大，肛门、眼睛、耳根、腋窝的温度明显高于体温。见图10。红外热像仪在畜禽养殖中的主要应用。在 身体表面的其 它 部 分 （ McManus 等 人 ， 2016; Soerensen 和Pedersen，2015; Schaefer等人， 2004年）。这可能与猪的不同部位的发射率有关 Soerensen等人（2014）通过研究母猪不同部位的发射率，分析了猪的最佳红外测量部位，以获得准确的红外热像图。在实际测量中，选择清管器的相同部分进行测量。有学者在用红外线设备测量猪体温的过程中发现：猪耳根部（耳与背的连接处）的温度明显高于头部其他部位此外，猪的耳根部温度和体温之间存在明显的相关性（Requejo等人，2018; Andersen等人，2008年）。因此，通过测量猪耳根部的温度可以表征猪的体温状况在畜禽养殖和生猪养殖中，红外技术可用于非接触式的动物体温测量，可应用于猪的健康评估和监测，以及动物疾病的检测。它已成为一种疾病预防和治疗技术。还可用于指导育种工作，预测和检验发情，提高母猪受胎率。红外测温技术的详细信息如表2所示。3.3. 红外图像处理技术在畜禽养殖业中的应用与发展随着红外技术在畜禽养殖业中应用的不断探索，基于畜禽养殖业的红外图像处理技术也在不断探索和发展Cootes等人（Cootes，2000）提出的基于主动形状模型的图像处理方法是一种在图像中搜索特定类型目标的方法 Wirthgen等人（2011）首次将该方法应用于红外图像处理，阐述了热红外图像对该方法的综合适用性，并提出了一种改进算法。通过图像处理、地标显示、形状生成和初始化等步骤，成功处理了200万幅奶牛红外图像，揭示了进一步研究的方向是对运动动物目标的红外图像进行处理和分析Liu等人 （Bo等人， 2013; Bo，2014）利用红外摄像机和可见光摄像机同时获取目标猪图像，提出了一种基于射线轮廓特征点的多源图像配准算法。利用该特性Z. Zhang et al. / Arti ficial Intelligence in Agriculture 1（2019）14 -2623表2红外摄像机在畜禽养殖中的应用动物应用数量田间衡量部分结果或结论不确定因素或前景参考1肉牛、猪、小鸡、奶牛疾病诊断、健康监测眼睛，脚，侧腹，臀部，后部和脚，等人红外热成像技术具有创新性、低成本、快速有效地获取动物红外热成像可以检测发热，但不能分析发热McManus等人（2016年）2猪疾病诊断、健康监测3牛疾病诊断、健康监测4大鼠疾病诊断耳、眼、乳房在进行检查前热成像相机被用作诊断工具鼻子、耳朵、背部热成像摄像机可用于牛蒡感染早期预测指标的建立体表红外成像可能具有相当大的预后价值使红外热像图成为检测疾病的有效手段，需要一种标准测量红外热成像的使用可能是当前临床评价的重要增加温度变化与肿瘤大小和生长无关，可能是由于乳腺肿瘤周围的慢性炎症反应导致温度Soerensen 等 人（ Soerensen 和Pedersen，2015）2015Schaefer等（二零零四年）Xie W等人（Xie等人，2003年）5泌乳奶牛疾病诊断、健康监测牛的眼睛、乳房、躯干体表温度的差异乳腺不同程度病变组均达到极显著水平（P<0.01）。为泌乳期奶牛乳房炎Liu等人（金琦，2016）20166母猪疾病诊断红外热成像技术已成为识别母猪足的不同层次的方法诊断动物疾病损害的有效方法Amezcua等人（二零一四年）7牛、猪、羊、家禽病害诊断育种体表热成像摄像机是一种工具，用于猪、牛、羊、禽的育种研究。使用IRT时，必须考虑一些限制因素（阳光、湿度、灰尘、天气条件等）。Knizkova等人（二零零七年）8牛病诊断人体表面红外成像技术可用于无线收集生物特征数据并帮助诊断动物疾病这种系统在生物监测和生物安全方案中具有明显的效用。Schaefer AL等人（Schaefer等人，2012年）2011年9牛病诊断足部红外热成像技术是一种很有前途的筛查技术，可以在口蹄疫爆发期间快速识别潜在感染动物，以进行确认性诊断试验。这项技术需要进一步评估等人（2009年）10母猪繁殖外阴1.没有显著的相关性，外阴温度和直肠温度。2.红外测温仪可以测量母猪发情期体表温度的变化。利用外阴温度变化来识别母猪发情期，指导生产Skykes 等 人（ Sykes 等人 ， （ 2012年）11妊娠母猪繁殖臀部，外阴，眼睛1.感受器温度对臀部的影响怀孕母猪2. 外阴和臀部温度的变化可以用来鉴别母猪母猪外阴和臀部的温度变化可以用来鉴别母猪Meng X等（Xiangxue，2016）201612奶牛健康监测13牛健康监测疾病诊断右眼、左眼、左前肢、尾巴、左前肢头骨、左右侧头骨、前额蹄伤冠带、蹄皮表面1. 红外热像图在前额温度和直肠温度之间具有最高的相关性。2. 前额和左右侧的体温与环境温湿度密切相关。研究发现，当蹄部有病变时，下蹲腿的表面温度会升高。不同部位的热状态特征早期蹄病变可以使用红外摄像机检测Marcia 等 人（ Salles 等人 ， （ 2016年）LokeshBabuetal.（2018年）14猪健康监测15仔猪健康监测头部红外成像和不同ROI（感兴趣区域）方法的分析，用于早期检测猪体温升高（N39.5 °C）耳、头、腋窝红外图像最高温度IRmax与直肠温度有很大的相关性头部温度被用作诊断猪健康状况的辅助手段红外热像图IRmax可作为评价新生仔猪Siewert等人（Siewert等人， 2014年）2013年Kammersgaard等人（二零一三年）为了得到清晰的猪的前景轮廓，首先将图像配准问题转化为特征点集的对50幅红外与可见光图像进行了自动配准，配准率为94%，平均配准误差为b1个像素，优于人工配准。在此基础上，提出了一种基于非下采样轮廓波的生猪可见光图像与红外图像融合方法通过红外图像与可见光图像的融合应用，获得了猪的更多体表和行为数据，可以及时得到猪耳根部体表温度，绘制出猪耳根部区域的提取如图所示。 十一岁实现了对猪发烧、体表溃烂等异常行为的监测，为基于多源图像的猪异常行为监测和特征提取奠定了基础Lu等人（2018）使用红外摄像机评估仔猪的健康状况。提出了一种基于俯视图的耳基温度自动提取算法首先利用训练分类器识别出仔猪头部，然后根据头部轮廓的特征点定位出两个耳基点，并计算出以耳基点为圆心的圆上的最高温度。24Z. Zhang et al. / Arti ficial Intelligence in Agriculture 1（2019）14 -26图十一岁 猪耳根部面积提取流程图。提取以表示两个耳根温度。通过该方法处理了100幅图像，提取的温度与使用Fluke Smart View3.14手动获得的温度相一致。对于左、右耳基底，97%和98%的测试图像误差在0.4 °C范围 Li等人（2015）提出了一种基于改进的几何活动轮廓模型的母猪红外图像分割算法。该算法采用点运算增强对比度，降低背景干扰，并通过权函数动态均衡能量权值，该权函数可随图像整体对比度和局部对比度变化。对300张母猪的热红外图像进行了分割。单帧红外图像分割的平均时间为49.67 s，正确分割率为98%。为红外视频监控的进一步应用 Leizi等人（2016）提出了一种基于Kinect传感器和红外摄像头测量动物体表温度的方法。分析了温度与视角的关系，建立了视角补偿的其吸收系数大于0.99。同时，建立了同步图像的深度与红外热像融合方法，并计算了各像素的视角该方法可以补偿由视角引起的温度测量误差，减小测量视角对被测温度的显著影响猪耳区的温度和体温之间存在一定的相关性（Berry et al.，2003;Schaefer等人，2012年）。Weixing et al. （2015）同时获取红外和可见光图像，并提出了一种基于图像融合的改进主动形状模型用于检测猪耳区域。根据形状特征提取耳根的特征区域，结合头部骨架模型对平均形状初始位姿进行改进。在对50幅图像进行处理后，将分割的耳区与人工分割的耳区进行比较，N0.8的符合度为84%，说明检测效果较为理想。Zhou等人（李平等人， 2016）描述了一种基于改进Otsu算法的猪红