环境光对家禽识别红色物体影响的检测系统及方法与流程

本发明涉及一种家禽识别红色物体能力的检测方法和系统，尤其是涉及一种环境光对家禽识别红色物体能力影响的行为学检测系统及方法。

背景技术：

家禽感知外界光刺激的途径主要包括下丘脑光受体和视网膜光受体，从而将光信号转化为生物信号，进而影响脑垂体释放激素来调节机体的日常活动和生长发育。家禽视网膜感光细胞包含3种大类、6种亚类。第一类为4种单视锥细胞，可调节家禽的色彩感知能力，使得家禽可以感受紫外光等人类无法感知的光；第二类为双视锥细胞，可感知物体运动信息；第三类为视杆细胞，可在弱光下感受光强的变化。和人类相比，鸡等禽类多了一种视锥细胞而具有更加优越的视觉机能，因此其对于光环境的变化要更加敏感。

近年来随着动物福利养殖越来越受到关注，动物的行为学研究也越来越引起重视。其中在动物的光信息感知方面，家禽的颜色识别逐渐成为一个热点。鸟类和人类是目前已知的可以将颜色进行自主分类的动物，但是颜色识别不仅仅与识别物体的颜色有关，还与环境光的光色和光照强度密切相关，甚至还会受到周围声音和配偶的影响。在鸟类研究方面已经被证实，蛋壳的颜色和亮度对寄主鸟剔除寄生鸟的蛋具有重要意义，由此可见物体间的色差在鸟类的目标对象识别中起着重要作用。在特定的环境光下，当两个物体的色差缩小到一定程度之后鸟类便无法识别。另外环境光的光照强度对鸟类识别物体颜色会产生影响，甚至颜色识别对环境光的光照强度还有最低的阈值要求。

家禽啄癖的现象一般是指啄羽、啄肛和啄翼等行为，饲养密度大、养殖舍内温度高、光照强度高和通风不良等环境因素以及饲料蛋白含量低、矿物质不均衡等营养因素都容易诱导啄癖的发生。而鸡等家禽又喜好啄鸡冠、肛门和血迹等红色物体，当鸡受伤流血之后会刺激鸡群，从而造成更严重的啄癖发生，因此控制啄癖对家禽规模化养殖有重要意义。目前养殖中多采用红光来防治啄癖，因为红光通常能使家禽保持镇定，减轻其应激反应从而减少啄癖的发生。但是目前红光也只是一个宽泛的概念，主波长和光照强度设置多少并不清楚，因此需要探究具体怎样的光照条件可以有效减少啄癖，并且符合家禽的实际养殖需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种家禽识别红色物体能力的检测系统和方法，通过红色相纸来模拟红色物体，并利用方形led光源营造环境光的光色和光照强度可调的测试空间，历经适应、训练和测试三个检测环节，从而探究环境光对家禽识别红色物体的影响，解决了现有技术中无法针对家禽识别红色物体进行实验的技术问题，填补了行业的空白，为家禽养殖通过光环境来防治啄癖提供实验工具。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一、一种环境光对家禽识别红色物体影响的检测系统：

检测系统包括检测木箱、黑色pvc背景布、方型可调led光源、颜色相纸、压力传感器、饲料盒、电动推杆和接粪布；检测木箱为上方开口的方形木箱，检测木箱开口的正上方布置有方型可调led光源，检测木箱四周内壁表面固定铺设第一黑色pvc背景布，检测木箱底部铺有灰色的接粪布；检测木箱一侧内壁底部布置有水平槽，水平槽处有饲料盒，饲料盒连接电动推杆，电动推杆推动饲料盒水平移动，带动饲料盒穿过水平槽推入检测木箱内或者拉出检测木箱外；水平槽正上方的检测木箱内壁上固定有两个颜色相纸，颜色相纸和检测木箱内壁之间设置压力传感器，两个颜色相纸为不同颜色的纯色相纸；两个颜色相纸处的检测木箱内壁外设有用于遮挡的第二黑色pvc背景布。

所述的第二黑色pvc背景布上端连接升降机构，第二黑色pvc背景布受升降机构带动上下升降移动进而实现下降遮挡覆盖两个颜色相纸或者上升不遮挡覆盖两个颜色相纸。

两个颜色相纸水平对称地粘贴在饲料盒上方两侧检测木箱内壁。

所述的检测系统用于对室内肉鸡养殖时进行光照但并不限于此。

所述的饲料盒中放置有家禽饲料。

所述的颜色相纸的正中心粘贴有饲料。

本发明通过上述检测系统发现了光源的光照条件和家禽识别红色物体能力有关系，通过这一关系采用特殊光源对家禽进行光照实现了减少家禽的啄肛、啄羽等啄癖行为发生，提高了家禽养殖效率和生产力。

二、一种环境光对家禽识别红色物体影响的检测方法：

采用权利要求1所述的检测系统，检测过程依次分为适应、训练和测试三个部分，

1)适应：

放置(255,0,0)rgb颜色的红色相纸和(255,255,0)rgb颜色的黄色相纸，通过方型可调led光源进行光照环境光，将每只家禽依次放入检测木箱内一段时间使其适应内部封闭环境；

2)训练：

2.1)前期训练：

第一天，先在两个颜色相纸表面用胶带均粘贴一粒饲料，且在饲料盒里面放有少许饲料，用食物奖励法训练家禽识别出红色相纸：当发现家禽啄了红色相纸后，电动推杆推动饲料盒穿过水平槽推入检测木箱内供家禽啄食饲料4s，然后电动推杆拉动饲料盒移出检测木箱使得家禽无法啄食饲料；当家禽啄了黄色相纸，则电动推杆不工作，不给予饲料奖励；

直到家禽已正确识别出红色相纸3次之后，清除两个颜色相纸表面的饲料，然后对每只家禽进行后期训练；

2.2)后期训练：

使用一块第二黑色pvc背景布挡住两个颜色相纸，变换或者不变换两个颜色相纸的位置之后迅速撤掉第二黑色pvc背景布，观察家禽对两个颜色相纸的反应，并判断是否识别出并啄了红色相纸；重复训练直到家禽能连续10次识别出红色相纸之后完成当天的训练；

3)第二天，再随机放置红色相纸和黄色相纸重复步骤2)进行3次训练后，再进入测试；

4)测试：

固定选择红色相纸不变，将黄色相纸用rgb颜色空间中的g分量从高到低的多个相纸逐个代替原有(255,255,0)rgb颜色的黄色相纸，从而使所配对相纸的颜色逐渐靠近红色；

每次替换后，进行和步骤2.2)后期训练相同的处理，测试次数为10次，每次测试前都是用色差大一号的成对相纸训练3次，并记录每次测试的家禽识别红色相纸是否准确的结果，从而得到特定环境光下家禽识别红色相纸的准确率，以此来判别环境光对家禽识别红色物体的影响。

所述步骤4)测试中，rgb颜色空间中的g分量从高到低的多个相纸分别为(255,219,0)，(255,182,0)，(255,146,0)，(255,109,0)，(255,73,0)，(255,36,0)的六种rgb颜色。

在所述训练和测试部分前，家禽均经过饥饿处理。

家禽进食时间只有3个，一是实验进行时，二是家禽完成实验到当天实验结束之前，三是当天实验结束后打扫场地的半个小时内。若家禽当天有实验，则前一天打扫完场地到当天实验开始时都不供应饲料，使其保持饥饿状态。

所述的家禽为鸡但并不限于鸡。

本发明设计了一整套动物行为学的检测装置和方法，包括适应、训练和测试三个环节，其中适应环节主要是为了减小检测中家禽产生的应激，训练环节利用食物奖励法训练家禽做出特定的行为(本实验中是识别红色物体)，测试环节测试家禽是否仍可以做出特定行为(本实验中是对红色物体的识别准确率)。

家禽喜好啄鸡冠、肛门和血迹等红色物体，本发明通过红色相纸来模拟红色物体，能获得环境光的光色和光照强度对家禽识别红色物体影响的数据情况，解决家禽养殖通过光环境来防治啄癖的问题，提高家禽养殖的效率。

本发明具有的有益的效果是：

1、本发明方法实验检测采用的方形led光源的调制光谱范围为350-800nm，基本覆盖家禽的光敏感波段，且光照强度线性可调，方形的行为学实验区域提供无频闪且水平照度均匀的环境光；

2、本发明可用于检测环境光的光色和光强对家禽识别红色物体的影响，研究可以降低家禽识别红色物体能力的环境光，为家禽养殖通过光环境来防治啄癖提供实验工具。

附图说明

图1是本发明检测系统的结构示意图。

图2是本发明检测系统的内部实景布置示意图。

图3是本发明使用的八种相纸的示意图，数字代表颜色的rgb值。

表1是在低(2lux)、中(20lux)和高(50lux)三组光照强度下，成对相纸的色差(以所配对的相纸的g分量表示，g分量越大表示色差越大)对家禽识别红色物体的影响结果。

图1中：1—检测木箱，2—第一黑色pvc背景布，3—第二黑色pvc背景布，4—方形可调led光源，5—颜色相纸，6—压力传感器，7—饲料盒，8—电动推杆，9—接粪布，10-升降机构。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

检测系统置于暗室环境中，如图1所示，具体包括检测木箱1、黑色pvc背景布2、3、方型可调led光源4、颜色相纸5、压力传感器6、饲料盒7、电动推杆8和接粪布9；搭建内部空间大小为50cm×50cm×50cm的方形木箱一个作为检测木箱1，检测木箱1为上方开口的方形木箱，每次从检测木箱1开口放入实验家禽；检测木箱1开口的正上方布置有方型可调led光源4，方型可调led光源4提供环境光，检测木箱1四周内壁表面固定铺设第一黑色pvc背景布2以减小反光，检测木箱1底部铺有灰色的接粪布9；检测木箱1一侧内壁底部布置有水平槽，水平槽处有饲料盒7，饲料盒7连接电动推杆8，电动推杆8位于检测木箱1外，电动推杆8推动饲料盒7水平移动，带动饲料盒7穿过水平槽推入检测木箱1内或者拉出检测木箱1外；水平槽正上方的检测木箱1内壁上固定有两个颜色相纸5，颜色相纸5离地高度18cm，大小为10cm×10cm，颜色相纸5和检测木箱1内壁之间设置压力传感器6，通过压力传感器6的压力突变检测家禽是否啄到颜色相纸5，两个颜色相纸5水平对称地粘贴在饲料盒7上方两侧检测木箱1内壁，两个颜色相纸5为不同颜色的纯色相纸；两个颜色相纸5处的检测木箱1内壁外设有用于遮挡的第二黑色pvc背景布3。

具体实施中，采用照片插槽插装相纸，从而通过照片插槽可以从上方随时取放各色相纸。

颜色相纸5下方的饲料盒7经水平槽推入检测木箱1内后可供家禽取食。饲料盒为抽屉状，其长宽高为16cm×10cm×6cm，平常为退出状态，完全进入木箱后可供家禽取食。当发现检测木箱1内的家禽啄了红色相纸后，摁下电动推杆8的开关，饲料盒7被推入木箱内供家禽啄食，设定的时间过后自动退出木箱。

如图3所示，相纸共有8种rgb值，分别为(255,0,0)，(255,36,0)，(255,73,0)，(255,109,0)，(255,146,0)，(255,182,0)，(255,219,0)，(255,255,0)，其中红色相纸的rgb值为(255,0,0)，黄色相纸的rgb值为(255,255,0)。

如图2所示，具体实施中，第二黑色pvc背景布3连接安装于升降机构，可以由升降机构10带动第二黑色pvc背景布3上下升降移动。第二黑色pvc背景布3受升降机构10带动上下升降移动进而实现下降遮挡覆盖两个颜色相纸5或者上升不遮挡覆盖两个颜色相纸5。具体实施中向上快速地将第二黑色pvc背景布3移动撤掉后即可观察家禽对成对相纸的反应。

具体实施中，还调节光源的光色和光照强度，使在箱子中心离地18cm处使用分光辐射度计测得的光色和光照强度分别达到要求，将数据保存在光源控制器内，方便后续调用。其中离地高度设置为18cm是模拟正常走路时家禽的眼球高度。

采用上述检测系统，检测过程依次分为适应、训练和测试三个部分。

1)适应：

放置(255,0,0)rgb颜色的红色相纸和(255,255,0)rgb颜色的黄色相纸，通过方型可调led光源4进行光照环境光，将每只家禽依次放入检测木箱1内一段时间使其适应内部封闭环境，减小应激对检测带来的影响。

适应又分为养殖环境的适应和检测环境的适应。

挑选体型大致相同的家禽若干，根据不同的光照强度或光色随机分成几组饲养。由于实验所用家禽一般属于圈养，因此刚换到新环境时易产生压力应激，可能会影响后续的行为学检测。养殖中每天提供足量的饲料和水，使其充分适应新的养殖环境，此阶段持续约3天。

接着在暗室中进行检测环境的适应，目的是使家禽在木箱内不再扑腾和鸣叫。放置(255,0,0)rgb颜色的红色相纸和(255,255,0)rgb颜色的黄色相纸，通过方型可调led光源4进行光照环境光，将每只家禽依次放入检测木箱1内一段时间使其适应内部封闭环境，减小应激对检测带来的影响。每只家禽每天适应1次，每次10min，持续2天。此时可能会有极少数的家禽会去啄装有红色相纸的插槽，则摁下电动开关将饲料盒推入供家禽进食。

2)训练：

训练前，家禽均经过饥饿处理。

2.1)前期训练：

第一天，先在两个颜色相纸5表面用胶带均粘贴一粒饲料，且在饲料盒7里面放有少许饲料，可由自动推杆推入供家禽啄食，用食物奖励法训练家禽识别出红色相纸：如图2所示，当通过压力传感器检测发现家禽啄了红色相纸后，电动推杆8推动饲料盒7穿过水平槽推入检测木箱1内供家禽啄食饲料4s，然后电动推杆8拉动饲料盒7移出检测木箱1使得家禽无法啄食饲料，设定的时间过后自动推出检测木箱1；当家禽啄了黄色相纸，则电动推杆8不工作，不给予饲料奖励；若家禽啄了其他位置则继续等待其做出反应。

每天每只家禽训练5-15min，此阶段持续约2天时间，期间需剔除一直没有做出啄装有红色相纸的插槽这个动作的家禽。直到家禽已正确识别出红色相纸3次之后，清除两个颜色相纸5表面的饲料，然后对每只家禽进行后期训练。

2.2)后期训练：

使用一块第二黑色pvc背景布3挡住两个颜色相纸5，变换或者不变换两个颜色相纸5的位置之后迅速撤掉第二黑色pvc背景布3，观察家禽对两个颜色相纸5的反应，并判断是否识别出并啄了红色相纸；重复训练直到家禽能连续10次识别出红色相纸之后完成当天的训练；其中10次训练要求红色相纸的位置至少变换4次，此阶段持续约2天。

3)测试：光色和光照强度的设置同适应过程。

测试前，随机放置红黄相纸进行3次后期训练防止家禽发生遗忘，接着就进入测试。

固定选择红色相纸不变，将黄色相纸用rgb颜色空间中的g分量从高到低的多个相纸逐个代替原有(255,255,0)rgb颜色的黄色相纸，分别为(255,219,0)，(255,182,0)，(255,146,0)，(255,109,0)，(255,73,0)，(255,36,0)的六种rgb颜色，从而使所配对相纸的颜色逐渐靠近红色。将此六种颜色依次命名为测试1到测试色6。如测试色1的rgb值为(255,219,0)，测试色6的rgb值为(255,36,0)。

每次相纸被替换后，进行和步骤2.2)后期训练相同的处理，测试次数为10次，每次测试前都是用色差大一号的成对相纸训练3次，并记录每次测试的家禽识别红色相纸是否准确的结果，从而得到特定环境光下家禽识别红色相纸的准确率，以此来判别环境光对家禽识别红色物体的影响。

这样除了红黄相纸外还有6种相纸，分别与红色相纸配对，每天测试两对相纸，此阶段持续约3天。每次测试前都需要使用色差大一号的成对相纸进行3次后期训练以防止遗忘。如测试选用测试色5的相纸，则测试前需要选用测试色4的相纸与红色相纸配对进行3次后期训练。

家禽整个饲养过程都供应足量水。但为了防止食物奖励的方法失效，训练和测试过程需对家禽进行饥饿处理。家禽进食时间只有3个，一是实验进行时，二是家禽完成实验到当天实验结束之前，三是当天实验结束后打扫场地的半个小时内。若家禽当天有实验，则前一天打扫完场地到当天实验开始时都不供应饲料，使其保持饥饿状态。

完成某光色下各个光照强度或者某光照强度下各个光色的测试后，可更换光色或者光照强度进行新一轮的检测，但过程仅包含相同步骤的后期训练和测试。因为检测的对象为同一批家禽，所以新一轮检测中后期训练一般只需1天。训练完成后同样进行为期3天的测试。

一般光色或光照强度设定2-3个组别，从而使每天的实验时间控制在半天以内，以减小日夜节律对实验的干扰。检测过程的各个阶段所需的时间只是一个预估，可能因为组别数的增减而略有变化。

本发明实例。

实例选取了21只体型相近的8周龄黄羽肉鸡作为研究对象，实例中采用的光色为6500k和2700k，根据低(2lux)、中(20lux)和高(50lux)的光照强度将肉鸡随机分为3组，每组7只鸡。每个光照强度的组别各剔除了两只在训练中表现较差的肉鸡，因此每个组各有5只肉鸡进行了测试。整个实验过程持续12天，包括5天的适应，4天的训练和3天的测试。

实验结果如下表：

表1成对相纸的色差大小对识别准确率的影响

结果表明随着所配对相纸的颜色逐渐靠近红色，肉鸡对红色相纸的识别率逐渐降低(p<0.05)。光照强度方面，2lux、20lux和50lux的环境光下，肉鸡的红色相纸识别率没有显著差异(p>0.05)。

分析原因，2～50lux的环境光下红色识别率没有显著差异可能是因为环境光的光照强度还没有达到阈值，当光照强度降低到一定程度之后可能会对红色相纸的识别率产生影响。

通过本发明装置和方法进行实验发现，可采用特殊光源作为环境光对家禽进行光照/养殖。特殊光源为色温在3000k以下的暖白光，光照强度控制在2～50lux，使得能够降低家禽识别红色物体能力，进而可削弱家禽对鸡冠、肛门和受伤部位等红色部位的识别能力，从而减少啄肛、啄羽等啄癖行为的发生。

由此实施可见，本发明通过检测系统进行实验，可用于检测环境光对家禽识别红色物体的影响，为家禽养殖通过光环境来防治啄癖提供实验工具。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。