Модель прогнозирования живого веса с помощью глубокой регрессии RGB-D изображений

Бесплатный доступ

Прогнозирование живого веса помогает контролировать здоровье животных, эффективно проводить генетическую селекцию и определять оптимальное время убоя. На крупных фермах для измерения живого веса используются точные и дорогостоящие промышленные весы. Взвешивание животного из-за стресса ведет к потере его веса и продуктивности на 5-10%. Однако, перспективной альтернативой является оценка живого веса с помощью морфометрических измерений животного, а затем применение уравнений регрессии, связывающих такие измерения с живым весом. Ручные измерения животных с помощью рулетки отнимают много времени и вызывают стресс у животных. Поэтому в настоящее время для бесконтактных морфометрических измерений все чаще используются технологии компьютерного зрения. В статье предлагается новая модель для прогнозирования живого веса на основе регрессии изображений с использованием методов глубокого обучения. Для регрессии изображений использовались RGB изображения и карты глубины вид сбоку для прогнозирования живого веса крупного рогатого скота. Показано, что на реальных наборах данных предложенная модель достигает точности измерения веса с ошибкой MAE 35.5 и MAPE 8.4 на тестовом наборе данных.

Еще

Регрессия изображений, прогнозирование живого веса, глубокое обучение

Короткий адрес: https://sciup.org/147240347

IDR: 147240347   |   DOI: 10.14529/cmse230101

Список литературы Модель прогнозирования живого веса с помощью глубокой регрессии RGB-D изображений

  • Wang Z., Shadpour S., Chan E., et al. ASAS-NANP SYMPOSIUM: Applications of machine learning for livestock body weight prediction from digital images // Journal of Animal Science. 2021. Vol. 99, no. 2. DOI: 10.1093/jas/skab022.
  • Ruchay A., Kober V., Dorofeev K., et al. Accurate body measurement of live cattle using three depth cameras and non-rigid 3-D shape recovery // Computers and Electronics in Agriculture. 2020. Vol. 179. P. 105821. DOI: 10.1016/j.compag.2020.105821.
  • Kuzuhara Y., Kawamura K., Yoshitoshi R., et al. A preliminarily study for predicting body weight and milk properties in lactating Holstein cows using a three-dimensional camera system // Computers and Electronics in Agriculture. 2015. Vol. 111. P. 186–193. DOI: 10.1016/j.compag.2014.12.020.
  • Sawanon S., Boonsaen P., Innurak P. Body Measurements of Male Kamphaeng Saen Beef Cattle as Parameters for Estimation of Live Weight // Kasetsart Journal - Natural Science. 2011. Vol. 45, no. 3. P. 428–434.
  • Wangchuk K., Wangdi J., Mindu M. Comparison and reliability of techniques to estimate live cattle body weight // Journal of Applied Animal Research. 2017. Vol. 46. P. 4. DOI: 10.1080/09712119.2017.1302876.
  • Vanvanhossou F., Diogo R., Dossa L. Estimation of live bodyweight from linear body measurements and body condition score in the West African Savannah Shorthorn Cattle in North-West Benin // Cogent Food And Agriculture. 2018. Vol. 4, no. 1. P. 1549767. DOI: 10.1080/23311932.2018.1549767.
  • Huma Z., Iqbal F. Predicting the body weight of Balochi sheep using a machine learning approach // Turkish journal of veterinary and animal sciences. 2019. Vol. 43, no. 4. P. 500–506. DOI: 10.3906/vet-1812-23.
  • Hempstalk K., Mcparland S., Berry D. Machine learning algorithms for the prediction of conception success to a given insemination in lactating dairy cows // Journal of dairy science. 2015. Vol. 98, no. 8. P. 5262–5273. DOI: 10.3168/jds.2014-8984.
  • Miller G.A., Hyslop J.J., Barclay D., et al. Using 3D Imaging and Machine Learning to Predict Liveweight and Carcass Characteristics of Live Finishing Beef Cattle // Frontiers in Sustainable Food Systems. 2019. Vol. 3. P. 30. DOI: 10.3389/fsufs.2019.00030.
  • Milosevic B., Ciric S., Lalic N., et al. Machine learning application in growth and health prediction of broiler chickens // World’s Poultry Science Journal. 2019. Vol. 75. P. 401–410. DOI: 10.1017/S0043933919000254.
  • Weber V., Weber F., Gomes R., et al. Prediction of Girolando cattle weight by means of body measurements extracted from images // Revista Brasileira de Zootecnia. 2020. Mar. Vol. 49. DOI: 10.37496/rbz4920190110.
  • Tasdemir S., Urkmez A., Inal S. Determination of body measurements on the Holstein cows using digital image analysis and estimation of live weight with regression analysis // Computers and Electronics in Agriculture. 2011. Vol. 76, no. 2. P. 189–197. DOI: 10.1016/j.compag.2011.02.001.
  • Pezzuolo A., Milani V., Zhu D., et al. On-Barn Pig Weight Estimation Based on Body Measurements by Structure-from-Motion (SfM) // Sensors. 2018. Vol. 18, no. 11. Article 3603. DOI: 10.3390/s18113603.
  • Song X., Bokkers E., Tol P. van der, et al. Automated body weight prediction of dairy cows using 3-dimensional vision // Journal of Dairy Science. 2018. Vol. 101, no. 5. P. 4448–4459. DOI: 10.3168/jds.2017-13094.
  • Ranganathan H., Venkateswara H., Chakraborty S., Panchanathan S. Deep Active Learning for Image Regression // Deep Learning Applications. Singapore: Springer Singapore, 2020. P. 113–135. DOI: 10.1007/978-981-15-1816-4_7.
  • Bezsonov O., Lebediev O., Lebediev V., et al. Breed Recognition and Estimation of Live Weight of Cattle Based on Methods of Machine Learning and Computer Vision // Eastern- European Journal of Enterprise Technologies. 2021. Vol. 6/9, no. 114. P. 64–74. DOI: 10. 15587/1729-4061.2021.247648.
  • Ruchay A., Dorofeev K., Kalschikov V., et al. Live weight prediction of cattle using deep image regression // 2021 IEEE International Workshop on Metrology for Agriculture and Forestry (MetroAgriFor). 2021. P. 32–36. DOI: 10 . 1109 / MetroAgriFor52389 . 2021 .9628547.
  • Ruchay A., Dorofeev K., Kober A., et al. Accuracy analysis of 3D object shape recovery using depth filtering algorithms // Applications of Digital Image Processing XLI. Vol. 10752. SPIE, 2018. P. 1075221–10. DOI: 10.1117/12.2319907.
  • Ruchay A., Kolpakov V., Kosyan D., et al. Genome-Wide Associative Study of Phenotypic Parameters of the 3D Body Model of Aberdeen Angus Cattle with Multiple Depth Cameras // Animals. 2022. Vol. 12, no. 16. Article 2128. DOI: 10.3390/ani12162128.
  • Lu J., Guo H., Du A., et al. 2-D/3-D fusion-based robust pose normalisation of 3-D livestock from multiple RGB-D cameras // Biosystems Engineering. 2021. Vol. 223. P. 129–141. DOI: 10.1016/j.biosystemseng.2021.12.013.
  • Bochkovskiy A., Wang C.-Y., Liao H.-Y.M. YOLOv4: Optimal Speed and Accuracy of Object Detection // CoRR. 2020. Vol. abs/2004.10934. arXiv: 2004.10934. URL: https://arxiv.org/abs/2004.10934.
  • Hu Y., Luo X., Gao Z., et al. Curve Skeleton Extraction from Incomplete Point Clouds of Livestock and Its Application in Posture Evaluation // Agriculture. 2022. Vol. 12, no. 7. Article 998. DOI: 10.3390/agriculture12070998.
  • Ruchay A., Kober V. Clustered impulse noise removal from color images with spatially connected rank filtering // Applications of Digital Image Processing XXXIX. Vol. 9971. SPIE, 2016. 99712Y–10. DOI: 10.1117/12.2236785.
  • Ruchay A., Kober V. Removal of impulse noise clusters from color images with local order statistics // Applications of Digital Image Processing XL. Vol. 10396. SPIE, 2017. P. 1039626–10. DOI: 10.1117/12.2272718.
  • Ruchay A., Kober V. Impulsive noise removal from color video with morphological filtering // Applications of Digital Image Processing XL. Vol. 10396. SPIE, 2017. P. 1039627–9. DOI: 10.1117/12.2272719.
  • Ruchay A., Kober V. Impulsive Noise Removal from Color Images with Morphological Filtering // Analysis of Images, Social Networks and Texts. Vol. 10716. Cham: Springer International Publishing, 2018. P. 280–291. Lecture Notes in Computer Science. DOI: 10. 1007/978-3-319-73013-4_26.
  • Ruchay A., Dorofeev K., Kalschikov V. A novel switching bilateral filtering algorithm for depth map // Computer Optics. 2019. Vol. 43, no. 6. P. 1001–1007. DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-6-1001-1007.
  • Ruchay A.N., Dorofeev K.A., Kalschikov V.. Accuracy analysis of 3D object reconstruction using point cloud filtering algorithms // CEUR Workshop Proceedings. 2019. Vol. 2391. P. 169–174. DOI: 10.18287/1613-0073-2019-2391-169-174.
  • Rusu R.B., Cousins S. 3D is here: Point Cloud Library (PCL) // 2011 IEEE International Conference on Robotics and Automation. 2011. P. 1–4.
  • Ruchay A., Gladkov A., Chelabiev R. Fast 3D object pose normalization for point cloud // Applications of Digital Image Processing XLIV. Vol. 11842. SPIE, 2021. DOI: 10.1117/12.2593893.
  • Ruchay A., Kalschikov V., Gridnev A., Guo H. Fast 3D object symmetry detection for point cloud // Applications of Digital Image Processing XLIV. Vol. 11842. SPIE, 2021. DOI: 10.1117/12.2593895.
  • Chollet F. et al. Keras. 2015. URL: https://github.com/fchollet/keras.
  • Tan M., Le Q. EfficientNet: Rethinking Model Scaling for Convolutional Neural Networks // Proceedings of the 36th International Conference on Machine Learning. Vol. 97 / ed. by K. Chaudhuri, R. Salakhutdinov. PMLR, 2019. P. 6105–6114. Proceedings of Machine Learning Research.
Еще
Статья научная