生物特征識別技術在家畜標識中應用研究

趙文年 韓佳佳 朱夢瑩 徐全武 張啟耀

（新疆烏魯木齊縣畜牧獸醫站 830036）

1 家畜標識發展現狀

傳統畜牧業中家畜個體標識有烙印或刺身于背部或臀部、剪耳產生豁口等方法[1，2]。目前國內均使用印有二維碼信息的塑料耳標。其缺點為易被鐵絲、樹枝掛掉，造成耳朵破裂；易被替換及偽造。因其問題較多，近年牲畜保險使用皮下注射電子芯片進行標識，該芯片采用無線射頻識別技術 (Radio Frequency Identification,RFID)。但其制造成本較高，目前無統一制造標準，回收使用才生額外成本等問題。限制了其全面推廣，只在國內部分地區使用[3]。生物特征識別技術[4]利用生物體固有的物理特征或行為特征進行個體鑒別。常用的有指紋、人臉、虹膜、掌紋、視網膜、耳郭和DNA 等，因其方便、損傷小、穩定等特點，在人類社會商業化應用廣泛。在家畜應用方面，國外發展較快，國內處于研究階段，大范圍推廣較少。

2 不同生物特征在家畜標識中的應用研究

2.1 面部識別

面部識別有采集方便、侵犯性小等優點。商業應用人臉識別的產品很多，技術很成熟。在家畜方面也有不少應用研究。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，對牛面部圖像進行識別。蔡騁等[6，7]采用自適應級聯檢測器和統計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，隨機選取720 幅圖片進行識別訓練后，抽取80幅圖片進行識別測試。結果顯示，識別準確率最好的為主動外觀模型算法，識別效率最快的為局部二值算法。

2.2 鼻紋識別

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，經研究牛鼻紋存在個體特異性[4]，可用于識別的生物特征。Barry 等[8]通過拓印牛鼻紋印后，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牛鼻紋照片進行識別，識別率可達98.85%。雖然牛鼻紋作為生物特征識別具有侵犯性小和準確等特點，但仍需在提高牛鼻紋圖片采集效率、識別算法優化方面做更多的研究[4]。

2.3 虹膜識別

生物虹膜具有高度特異性、穩定等特點，是較為重要的生物識別特征。Masahiko 等[9]提出了將虹膜特征識別應用于賽馬識別，建立了賽馬識別管理系統。趙林度等[10,11]將虹膜識別技術應用于牛的識別，采集牛虹膜過程，易出現牛擺頭、牛眼轉動、睫毛過長和拍照時易出現大面積光斑等因素，影響虹膜照片質量。其通過研究，優化了虹膜定位及識別算法等關鍵技術，經虹膜外邊緣特征區域的提取及歸一化處理，提高了識別準確性。楊旭磊[12]采用Gabor 變換的虹膜識別算法，構建了以虹膜識別為基礎的家畜健康信息溯源系統。

2.4 視網膜識別

視網膜位于眼底，具有特異性、穩定等特點，是重要的生物識別特征[13]。Golden 等[14]用視網膜圖像識別進行牛個體識別。Optibrand 公司開發了OptiReader 設備，該設備能以30 幅/s采集視網膜圖像，視網膜圖像由計算機構建數據庫并進行比對識別。Allen 等[15]用OptiReader 設備對869 頭牛拍攝視網膜圖像1738 幅，建立數據庫后，又拍攝2266 幅圖像比對識別，識別率達98.3%。Rusk 等[16]使用OptiReader 設備拍攝了491 頭牛和220 只羊的視網膜圖片，隨機重新采集317 頭牛和159 只羊視網膜圖像用于識別。牛、羊的識別率均達到96%以上。

3 展望

國內家畜及畜產品存量大、流通頻繁，現有塑料耳標在使用中易出現掉標和被替換的情況，使現有的溯源體系存在較大漏洞。皮下電子芯片標識因成本高及無統一標準等因素，推廣還需較長時間。生物特征為家畜個體固有特征，尤其是虹膜和面部識別侵犯性小、穩定性強、操作簡便，適宜用于流通環節家畜個體的標識、監管及追蹤溯源。因家畜不涉及財物等附屬物的歸屬問題，只需一定的識別度附加地址、畜主等信息足以做到個體識別。近年來，外來動物疫病不斷傳入，給動物疫病溯源和畜產品安全監管帶來了更大的壓力。生物特征識別技術的推廣應用，對養殖、活畜調運環節中家畜個體的標識、監管及追蹤溯源意義重大。