Создание метода и устройства оценки полового диморфизма эмбрионов яйца птицы на основе методов компьютерного технического зрения и искусственных нейронных сетей

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-26-00198

НазваниеСоздание метода и устройства оценки полового диморфизма эмбрионов яйца птицы на основе методов компьютерного технического зрения и искусственных нейронных сетей

Руководитель Алейников Александр Фёдорович, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Сибирский федеральный научный центр агробиотехнологий Российской академии наук , Новосибирская обл

Конкурс №64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 06 - Сельскохозяйственные науки; 06-204 - Животноводство

Ключевые слова точное птицеводство, инкубация, яйцо, эмбрион, пол, техническое зрение, свёрточные нейронные сети

Код ГРНТИ65.13.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Увеличение спроса на продукцию птицеводства в сочетании с глобальным повышением конкурентоспособности ресурсов, связанных с сельским хозяйством потенциально может повлиять на рентабельность систем птицеводства. Тем не менее, решения этих проблем могут быть достигнуты с изменением стратегии ведения сельского хозяйства и внедрением новых интеллектуальных технологий управления. К ним относятся методы точного животноводства в дополнение к другим технологиям, связанным со сбором и использованием данных, генерируемых фермами. Эти системы можно описать как систему ведения сельского хозяйства, которая оптимизирует уход и внимание, получаемые сельскохозяйственными животными, путем мониторинга животных в режиме реального времени, что в идеале приводит к индивидуальному мониторингу животных или к наименьшей единице, которой можно управлять. Системы могут быть запущены на птицефермах, где интеллектуальные датчики могут измерять многочисленные факторы, связанные с производством в режиме реального времени [Фисинин В.И. Стратегические тренды развития мирового и отечественного птицеводства: состояние, вызовы, перспективы, 2018]. Важной проблемой благосостояния в индустрии яичного слоя является выбраковка суточных птенцов-самцов. Существует предпочтение по признаку пола при производстве курятины, где самец предпочтительнее при производстве бройлеров, а самка при производстве яиц. Для производства бройлеров цыплята-самки не являются экономически жизнеспособными из-за более низких темпов роста по сравнению со своими сверстниками. Цыплятам-самкам, чтобы набрать вес, необходимы дополнительные расходы на корм. Более того, цыплята-самки в бройлерных хозяйствах экономически не оправданы при отправке на рынок из-за более низкого прироста массы тела по сравнению с цыплятами-самцами. С другой стороны, цыплята-самцы естественно не могут быть использованы при производстве яйца – единственного продукта, который усваивается организмом человека на 97-98%. Используемые на практике методы определения пола при сортировке однодневных цыплят немногочисленны. Один из основных способов включает оценку формы рудиментарных бугорков в слизистой оболочке клоаки цыпленка. У петушка половой бугорок занимает срединное положение на внутренней поверхности сжимательного мускула клоаки. Раннюю диагностику пола цыплят осуществляют и по внешним различиям маховых перьев у суточных курочек и петушков. Многие исследователи пытались применять различные стратегии для определения пола эмбриона до вылупления птенцов из яйца, и даже до инкубации, основываясь на различиях в содержании ДНК в бластодерме, гормональных различиях (эстрогенах) в аллантоисной жидкости и флуоресцентных свойствах крови эмбрионов. Точно установлено, что половые различия существуют в весе эмбрионов при инкубации, его составе, запахе яиц, содержании ДНК, интенсивности флуоресценции крови и комбинационном рассеянии. Но ни один из этих методов не использовался в практике, поскольку они являются инвазивными методами. Перспективный и эффективный метод определения пола эмбриона в яйце не должен затрагивать целостность яичной скорлупы или зародыша внутри, а также и не должен оказывать отрицательное влияние на развитие эмбриона в яйце и после процесса вывода и развития. Кроме того, он должен быть быстродействующим, чтобы его можно было применять к большому количеству яиц. Метод должен быть экономически целесообразным и приемлемым с этической точки зрения. Ранее установленные различия в весе и структуре эмбрионов петушков и куриц мотивируют использование оптических неинвазивных методов для определения пола в яйце: бесконтактная спектроскопия и методы компьютерного зрения с использованием элементов искусственного интеллекта. Существенная новизна и значимость проекта заключается в применении мультиспектральных методов обработки данных, извлекаемых из цифровых изображений исследуемого объекта (эмбриона яйца) и нового подхода сегментации изображений и маскирования при обучении сверточных нейронных сетей, когда нужно не только определить класс изображения целиком, но и сегментировать его области по классу образцов. Эти методы позволят создать простые и быстродействующие технические средства, которые могут быть эффективно использованы в существующих технологиях в птицеводстве, в том числе и при инкубации.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Алейников А. Ф. Development of an Android application for assessing the viability of an embryo in an egg IOP Publishing Ltd. (год публикации - 2022)

2. Алейников А. Ф. Application of computer vision in food industry to predict sexual dimorphism in poultry eggs during incubation IOP Publishing Ltd. (год публикации - 2022)

3. Алейников А. Ф. Методы неинвазивной оценки полового диморфизма эмбрионов в яйце птицы Сибирский федеральный научный центр агробиотехнологий Российской академии наук, Т. 52. № 5. С. 105-116. (год публикации - 2022)
10.26898/0370-8799-2022-5-13

4. Алейников А.Ф., Осипенко И.В., Чешкова А.Ф., Смирнов Е.С. Возможности метода спектрометрии при определении пола эмбрионов инкубационных яиц Достижение науки и техники АПК, № 3, Т. 37, С. 57-62 (год публикации - 2023)
10.53859/02352451_2023_37_3_57_0

5. Алейников А.Ф. , Осипенко И. В. Information technology for culling poultry eggs before incubation based on gender E3S Web of Conferences, Vol. 390: 03005 (год публикации - 2023)
10.1051/e3sconf/202339003005

6. Алейников А.Ф., Осипенко И.В., Чешкова А.Ф. Development of a spectral setup for determining the sexual dimorphism of the bird embryo E3S Web of Conferences, Vol.390, 02017 (год публикации - 2023)
10.1051/e3sconf/202339002017

7. Алейников А.Ф., Яковина И.Н., Осипенко И.В. Reducing the environmental footprint in hatcheries through a new approach to sexing bird eggs E3S Web Conf. 2023, Vol. 417, 02002 (год публикации - 2023)
10.1051/e3sconf/202341702002

8. Алейников А.Ф., Осипенко И.В. Разработка нового метода оценки эмбрионов в яйце птицы до его инкубации Сибирский вестник сельскохозяйственной науки, Т. 53. № 11. С. 106–120. (год публикации - 2023)
10.26898/0370-8799-2023-11-11

Публикации

1. Алейников А. Ф. Development of an Android application for assessing the viability of an embryo in an egg IOP Publishing Ltd. (год публикации - 2022)