Software pro stanovení tepelného stresu zvířat

Vyvinutý systém je určen pro automatizované hodnocení míry teplotního stresu kuřat v chovných prostorech prostřednictvím analýzy jejich pohybové aktivity získané ze sekvence obrazových dat. Základním předpokladem systému je skutečnost, že změny v pohybovém chování kuřat mohou sloužit jako indikátor působení nepříznivých teplotních podmínek. Obrazová data jsou získávána kamerovým systémem s frekvencí snímání 25 snímků za sekundu (fps). Každý snímek je samostatně zpracován metodami počítačového vidění s cílem detekce jednotlivých kuřat v monitorovaném prostoru. Detekční algoritmus identifikuje polohu každého kuřete v obrazu s nejvyšší přesností (obrázek 2) a poskytuje vstupní data pro následnou fázi lokalizace a sledování objektů. Poté je každému kuřeti přiřazeno unikátní identifikační číslo (ID), které umožňuje sledovat jeho trajektorii napříč po sobě jdoucími snímky (obrázek 3). Pro každé kuře s přiřazeným ID je vypočtena změna jeho polohy mezi snímkem n a snímkem n-1.

Tato změna je vyjádřena jako vzdálenost, kterou kuře urazilo mezi dvěma po sobě jdoucími snímky. Takto získané hodnoty jsou ukládány do paměti systému v rámci pevně stanoveného časového intervalu o délce 5 minut. Po uplynutí tohoto intervalu je vypočtena průměrná vzdálenost pohybu kuřat podle vztahu:

kde n představuje počet snímků zpracovaných během pětiminutového intervalu, m je počet kuřat úspěšně sledovaných mezi dvěma po sobě jdoucími snímky a s_kj označuje vzdálenost pohybu k-tého kuřete ve j-tém snímku.

V případě výrazného prostorového překryvu jednotlivých kuřat může dojít ke ztrátě původního identifikačního čísla některého objektu. V takové situaci je kuřeti přiřazeno nové ID a jeho pohybová vzdálenost není zahrnuta do výpočtu pro aktuální snímek, ale až od následujícího snímku. Současně je pro daný snímek snížen počet sledovaných kuřat m o jednu jednotku, aby nedošlo ke zkreslení výsledné průměrné hodnoty. Vypočtené hodnoty průměrné pohybové aktivity jsou ukládány do databáze systému. Nad těmito daty je následně prováděn výpočet klouzavého mediánu v časovém okně 30 minut, přičemž jsou uvažovány hodnoty z intervalů i,i-1,…,i-5. Použití mediánu přispívá ke zvýšení robustnosti systému vůči krátkodobým výkyvům v chování kuřat.

Na základě experimentálních měření, kalibrace s reálnými teplotními podmínkami a expertního pozorování byla pro experimentální chovné prostory stanovena referenční konstanta průměrné vzdálenosti pohybu ve výši 1,5. Tato hodnota odpovídá situacím, ve kterých nebyly pozorovány žádné známky teplotního stresu. Pokud hodnota klouzavého mediánu poklesne o více než 40 % oproti této referenční konstantě, systém vyhodnotí stav jako potenciálně rizikový z hlediska výskytu teplotního stresu a na tuto skutečnost upozorní. Při nasazení systému do konkrétního chovu je třeba tuto hodnotu zkalibrovat v rámci pilotní fáze provozu s ohledem na specifické podmínky prostředí, technologické uspořádání chovu a charakteristiky sledované populace kuřat.