生物特征識(shí)別技術(shù)在家畜標(biāo)識(shí)中應(yīng)用研究

趙文年 韓佳佳 朱夢(mèng)瑩 徐全武 張啟耀

（新疆烏魯木齊縣畜牧獸醫(yī)站 830036）

1 家畜標(biāo)識(shí)發(fā)展現(xiàn)狀

傳統(tǒng)畜牧業(yè)中家畜個(gè)體標(biāo)識(shí)有烙印或刺身于背部或臀部、剪耳產(chǎn)生豁口等方法[1，2]。目前國(guó)內(nèi)均使用印有二維碼信息的塑料耳標(biāo)。其缺點(diǎn)為易被鐵絲、樹(shù)枝掛掉，造成耳朵破裂；易被替換及偽造。因其問(wèn)題較多，近年牲畜保險(xiǎn)使用皮下注射電子芯片進(jìn)行標(biāo)識(shí)，該芯片采用無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù) (Radio Frequency Identification,RFID)。但其制造成本較高，目前無(wú)統(tǒng)一制造標(biāo)準(zhǔn)，回收使用才生額外成本等問(wèn)題。限制了其全面推廣，只在國(guó)內(nèi)部分地區(qū)使用[3]。生物特征識(shí)別技術(shù)[4]利用生物體固有的物理特征或行為特征進(jìn)行個(gè)體鑒別。常用的有指紋、人臉、虹膜、掌紋、視網(wǎng)膜、耳郭和DNA 等，因其方便、損傷小、穩(wěn)定等特點(diǎn)，在人類社會(huì)商業(yè)化應(yīng)用廣泛。在家畜應(yīng)用方面，國(guó)外發(fā)展較快，國(guó)內(nèi)處于研究階段，大范圍推廣較少。

2 不同生物特征在家畜標(biāo)識(shí)中的應(yīng)用研究

2.1 面部識(shí)別

面部識(shí)別有采集方便、侵犯性小等優(yōu)點(diǎn)。商業(yè)應(yīng)用人臉識(shí)別的產(chǎn)品很多，技術(shù)很成熟。在家畜方面也有不少應(yīng)用研究。Xia 等[5]基于局部二值模式（Local binary patterns,LBP）紋理特征的面部描述模型，對(duì)牛面部圖像進(jìn)行識(shí)別。蔡騁等[6，7]采用自適應(yīng)級(jí)聯(lián)檢測(cè)器和統(tǒng)計(jì)迭代模型精確定位牛臉輪廓范圍。用該方法采集牛臉正面圖像，使用監(jiān)督式梯度下降算法（Supervised descent method,SDM）、局部二值算法（Local binary features,LBF）和主動(dòng)外觀模型算法（Fast active appearance model,FAAM）3 種算法提取牛臉輪廓。共拍攝20 頭牛，800 幅牛面部圖像，隨機(jī)選取720 幅圖片進(jìn)行識(shí)別訓(xùn)練后，抽取80幅圖片進(jìn)行識(shí)別測(cè)試。結(jié)果顯示，識(shí)別準(zhǔn)確率最好的為主動(dòng)外觀模型算法，識(shí)別效率最快的為局部二值算法。

2.2 鼻紋識(shí)別

皮膚紋理是生物普遍具有的生物特征。牛鼻紋是牛鼻部皮膚紋理，經(jīng)研究牛鼻紋存在個(gè)體特異性[4]，可用于識(shí)別的生物特征。Barry 等[8]通過(guò)拓印牛鼻紋印后，拍攝牛鼻紋印的方法，采集牛鼻紋信息，使用主成分分析和歐氏距離分類算法對(duì)牛鼻紋照片進(jìn)行識(shí)別，識(shí)別率可達(dá)98.85%。雖然牛鼻紋作為生物特征識(shí)別具有侵犯性小和準(zhǔn)確等特點(diǎn)，但仍需在提高牛鼻紋圖片采集效率、識(shí)別算法優(yōu)化方面做更多的研究[4]。

2.3 虹膜識(shí)別

生物虹膜具有高度特異性、穩(wěn)定等特點(diǎn)，是較為重要的生物識(shí)別特征。Masahiko 等[9]提出了將虹膜特征識(shí)別應(yīng)用于賽馬識(shí)別，建立了賽馬識(shí)別管理系統(tǒng)。趙林度等[10,11]將虹膜識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于牛的識(shí)別，采集牛虹膜過(guò)程，易出現(xiàn)牛擺頭、牛眼轉(zhuǎn)動(dòng)、睫毛過(guò)長(zhǎng)和拍照時(shí)易出現(xiàn)大面積光斑等因素，影響虹膜照片質(zhì)量。其通過(guò)研究，優(yōu)化了虹膜定位及識(shí)別算法等關(guān)鍵技術(shù)，經(jīng)虹膜外邊緣特征區(qū)域的提取及歸一化處理，提高了識(shí)別準(zhǔn)確性。楊旭磊[12]采用Gabor 變換的虹膜識(shí)別算法，構(gòu)建了以虹膜識(shí)別為基礎(chǔ)的家畜健康信息溯源系統(tǒng)。

2.4 視網(wǎng)膜識(shí)別

視網(wǎng)膜位于眼底，具有特異性、穩(wěn)定等特點(diǎn)，是重要的生物識(shí)別特征[13]。Golden 等[14]用視網(wǎng)膜圖像識(shí)別進(jìn)行牛個(gè)體識(shí)別。Optibrand 公司開(kāi)發(fā)了OptiReader 設(shè)備，該設(shè)備能以30 幅/s采集視網(wǎng)膜圖像，視網(wǎng)膜圖像由計(jì)算機(jī)構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)并進(jìn)行比對(duì)識(shí)別。Allen 等[15]用OptiReader 設(shè)備對(duì)869 頭牛拍攝視網(wǎng)膜圖像1738 幅，建立數(shù)據(jù)庫(kù)后，又拍攝2266 幅圖像比對(duì)識(shí)別，識(shí)別率達(dá)98.3%。Rusk 等[16]使用OptiReader 設(shè)備拍攝了491 頭牛和220 只羊的視網(wǎng)膜圖片，隨機(jī)重新采集317 頭牛和159 只羊視網(wǎng)膜圖像用于識(shí)別。牛、羊的識(shí)別率均達(dá)到96%以上。

3 展望

國(guó)內(nèi)家畜及畜產(chǎn)品存量大、流通頻繁，現(xiàn)有塑料耳標(biāo)在使用中易出現(xiàn)掉標(biāo)和被替換的情況，使現(xiàn)有的溯源體系存在較大漏洞。皮下電子芯片標(biāo)識(shí)因成本高及無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)等因素，推廣還需較長(zhǎng)時(shí)間。生物特征為家畜個(gè)體固有特征，尤其是虹膜和面部識(shí)別侵犯性小、穩(wěn)定性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)便，適宜用于流通環(huán)節(jié)家畜個(gè)體的標(biāo)識(shí)、監(jiān)管及追蹤溯源。因家畜不涉及財(cái)物等附屬物的歸屬問(wèn)題，只需一定的識(shí)別度附加地址、畜主等信息足以做到個(gè)體識(shí)別。近年來(lái)，外來(lái)動(dòng)物疫病不斷傳入，給動(dòng)物疫病溯源和畜產(chǎn)品安全監(jiān)管帶來(lái)了更大的壓力。生物特征識(shí)別技術(shù)的推廣應(yīng)用，對(duì)養(yǎng)殖、活畜調(diào)運(yùn)環(huán)節(jié)中家畜個(gè)體的標(biāo)識(shí)、監(jiān)管及追蹤溯源意義重大。