JP2011142866A - 輪郭による有精卵の雌雄識別法 - Google Patents

Abstract

【課題】
卵の雌雄識別は、古来より頭部の膨らみを基準にする手法が提案されているが、この手法は、親鳥の加齢が進むと卵の大きさが増大する。併せて親鳥の成長の度合いが異なることで、膨らみの基準が特定出来なくなる。その結果、現在の雌雄鑑定法である肛門鑑定や羽毛鑑定のような９５％から９８％の鑑定率を得ることが出来ない。
【解決手段】
卵の形から得られる弛張振動運動の位相とリミットサイクルを４５°の間隔で配置した３台のカメラで撮影した画像から求め、その要素を組み合わせて、鑑定率の高い雌雄識別理論を確立した。
【選択図】図６

Description

種鶏業に於ける有精卵雌雄鑑定技術の分野。

有精卵の雌雄識別は、古来より頭部の膨らみや細長さなどを基準にする手法が提案されているが、この手法による具体的な実用化は行われていない。
実用化が行われていない背景には親鳥の成長に伴い卵の形が大きくなり、その短径の位置が僅かにではあるが尾部の方向に移行し、更に親鳥の成長変化の度合いが個々で異なることと相まって共通の識別基準を作ることが困難なことが挙げられる。
図１は頭部の膨らみによる雌雄識別例である。対象卵は親鳥の個体や週令（雛の孵化後の日数を７で除した数字）が異なるサンプルである。
図１（ａ）の棒グラフは図１（ｂ）に示すように卵の頭部から卵の長径の２５％の位置に線分を引き、その線分の長さと卵の短径の比をとって％表示したものである。
数値が大きいほど頭部の膨らみが強い。図１の棒グラフは、古来から伝えられている雌卵の膨らみが強いという特性は確かに見られるが、現在実施されている孵化後の雌雄鑑定法である肛門鑑定や羽毛鑑定と同じ９５％から９８％の鑑定率を得ることが出来ない。

公開特許公報５２−１６３８０ 公開特許公報６４−５５１３１ 特願２００２−０８８１３５

カオスの中の秩序 Ｐ．ベルジェ Ｙ．ポモウ 他著 産業図書

本発明が解決しようとする課題は雌雄識別特性が親鳥の成長の影響を受けない新しい雌雄鑑別法の確立である。

本発明は、卵の外郭に於ける歪みが振り子の強制振動に於ける弛張振動と同じ特性を持っており、しかもファン・デル・ポルの方程式で求められるリミットサイクルも卵の形から抽出出来ることに着目して、雌雄を鑑定する手法を提示するものである。

卵を孵化することなく、卵の状態で雌雄を鑑別出来る。その結果、これまで孵化後に焼却または廃棄されていた雄雛は卵の段階で食用やワクチン用の種卵に転用出来るようになる。更にこれまでの孵化設備の５０％は雌雛の増産に使うことが出来、蛋白源の確保に有効になる。

卵の形に潜在する弛張振動に於ける位相情報とリミットサイクルを組み合わせた雌雄識別の１実施例について述べる。
リミットサイクルとはある点の極限集合に含まれる周期軌道のことをいう。数学者ファン・デル・ポル（Van der Pol）は振り子の強制振動についてのリミットサイクルを導く方程式を提案した。
その結果、式はシンプルな周期関数で表わせるようになった。このリミットサイクルはゆっくりした変動と急激な変動の合成すなわち数式１のようなフーリエ級数で表すことが出来る。
代表的なリミットサイクルを図２に示す。卵の外郭の立体的な構造を分析した結果、このリミットサイクルが卵にも存在することを発見した。

卵の画像から輪郭を抽出し、卵の頭部（鈍端部）の任意の範囲でバランスをとって後、図３のように鈍端、鋭端、左端、右端と卵の４頂点を求める。
卵の鈍端から卵の鋭端を結んだ線を長径とし、卵の左端と右端を結んだ線を短径とする。
長径を境にして、短径より頭部の左の面積S_ＬHおよび右の面積S_RH、短径より尾部の左の面積S_LTと右の面積S_RTを計算する。
次に頭部と尾部それぞれについて、右の面積から左の面積を差し引いた値を頭部はS_HD尾部を S_TDとする。これらの値は短径を境にした頭部の面積歪みと尾部の面積歪みである。
卵の鈍端を左にして一定の角度毎に回転させて撮影する。具体的には図４に示すようにπ/8 (22.5°)毎に１６個の目盛り線を施し、卵の鈍端の頂点を手前にして、矢印方向に回転させ、角度毎に卵の画像を撮影した。図４の（ｂ）はカメラからみた卵の回転方向を示す。撮影画像毎に輪郭を抽出し、図３に示すような卵の４個の頂点、卵の長径、卵の短径、卵の頂点および短径と長径で分割した輪郭面積を計算する。
図５の（ａ）は尾部の面積歪みについて、１６面すなわち３６０°全周でプロットした値を示す。図５（ａ）の棒グラフの頂点をグラフにプロットすると図５の（ｂ）のような曲線になる。
この曲線は、０からπまでは数式２に示すようなフーリエ級数で表わされる。πから２πまではπまでの曲線を正負逆にしている。
また、頭部の面積歪みと尾部の面積歪みの差を求めると、図６（ａ）のような特性が現れる。これは図５（ｂ）の曲線を正負逆にした図６（ｂ）のような曲線とほぼ同じである。数式２におけるωtは角度を時系列に直したものであり、ｆを周波数、周期をＴとしたとき、ωは数式３で表され、角周波数と呼ばれている。
数式２は半サイクルと１サイクルの周波成分を持つフーリエ級数である。このような特性を持つ運動は弛張振動と呼ばれている。
今、図６の（ｂ）をπの位置で折り返すと、図２と同じ形態のリミットサイクルになることが判明する。

卵は基本的には楕円形である。楕円の中心から等間隔の角度で放射状に線を引き、この線と楕円の輪郭との交点までの距離の変動分を角度でプロットすると余弦曲線になる。
卵も同じような操作で、余弦曲線に近い曲線を得ることが出来る。この曲線を位相曲線と定義する。図７（ｂ）の曲線１６は卵から求めることが出来る位相曲線である。
角度を９０°離した２個の面、すなわち０°と９０°の面から卵を撮影し、各々の位相曲線を求める。０°の位相曲線と９０°の位相曲線との差は位相の差を表している。

面積ひずみによるリミットサイクルと９０°間隔の位相を使った雌雄識別手法を説明する。
リミットサイクル（面積ひずみ）について、歪みが卵の右側に強い場合をRight（右方向）、左側に強い場合をLeft（左方向）として２値化する。
位相曲線の数値化は次のように行った。まず位相曲線を輪郭の左右で平均する。この平均曲線を０°と９０°の面でそれぞれ求め、更に０°と９０°の差を求める。図８において曲線１７は０°の位相曲線、曲線１８は９０°の位相曲線、曲線１９は０°と９０°と位相曲線の差の拡大値を示す。位相差曲線１９を頭部頂点から長径の３０％の位置まで積算した値を求める。位相差曲線の積算値が正の値をとるときLead（位相進み）、負の値をとる場合をLag（位相遅れ）として２値化し、これを位相差ＰｈａｓｅＤと定義する。
一般には、物体の立体的な輪郭の認識には、複数のカメラを使って、物体に対し、カメラを回転させたり、物体を回転させる方法が行われる。
カメラの数は通常２個ないし３個であり、各カメラは一定の角度で配置される。卵の歪みは１８０°角度が変われば歪みの方向が逆になるので、卵を３６０°全周回転させる必要は無い。本例では４５°間隔で配置した図９に示すような３台のカメラによる計測系を想定し、４５°間隔で右に回転して３面の輪郭を抽出した。
この３面の輪郭から抽出したリミットサイクルおよび位相曲線を使って２値化パラメータを生成し、孵化後の羽毛鑑定結果と照合した。
卵群は図１で示したサンプルに適用した。またリミットサイクルは図６の特性を持つリミットサイクルを適用した。
照合した結果を表1（ａ）に示す。識別例の対象は図１にも適用した卵群である。この卵群は2008年と2009年にわたって計測して孵化した卵であり親鳥の固体は全て異なる。
表１（ａ）はこの卵群を雌雄に分けて卵の番号、孵化後の羽毛鑑定結果、位相差および２値化リミットサイクルで一覧にした表である。表中の記号Egg_Noは卵の番号、JBFは羽毛鑑定結果である。PhaseDは位相差を表す。位相差は０°と９０°の頭部の面積の差から求めた。リミットサイクルは卵の短径を境にした頭部の面積歪みと尾部面積歪の差を２値化しており、０°、４５°および９０°の面から求めたリミットサイクルをそれぞれLMC0、LMC45、LMC90とした。
表１（ｂ）は位相PhaseDが進み(Lead)と位相が遅れ(Lag)とで分けて0°の面で見たリミットサイクルLMC0と雌雄の関係を表している。
表１（ｂ）では位相が進み（Lead）の場合、雌卵はリミットサイクルLMC0が左（Left）である。これに対し雄卵はLMC0が右(Right )と逆になっている。
一方、位相が遅れ（Lag）の場合は。雌卵は雌卵１５を除いてLMC0は右(Right )であり、雄卵は左（Left）となる。雌雄、位相差、リミットサイクルの間について注意深く観察すると見事な可逆性を持っていることが判明する。これは雌雄の識別の基本的な論理を示していると考えられる。
表１（ｂ）において誤判定となった雌卵１５の特性を理解するために２値化リミットサイクルLMC0の元になる数値グラフを図１０に示す。図１０（ａ）は位相差PhaseDがLeadの場合、図１０（ｂ）は位相差PhaseDがLagの場合を示す。
位相差PhaseDがLagである（ｂ）の場合、雌卵１５は雄卵に比べて数値に大きな差があり、閾値をＴｈ３にすれば数値上は雌卵として判定できる。しかし、この閾値を採用すれば、位相差PhaseDがLeadにおいて、雌卵2個が雄と判定されてしまう。表１（ｂ）に於いて雌卵１５はPhaseDがLagであり、LMC0はLeftになっていることに着目する。そこでＰｈａｓｅＤがLagでLMC0がＬｅｆｔを集め、４５°と９０°の面から見たリミットサイクルLMC45およびLMC90との関係を調べた。その結果、表１（ｃ）に示すように雌卵１５はLMC45とLMC90で区別出来るようになる。しかもLMC45とLMC90の方向は可逆である。以上のように、卵の輪郭に潜在するリミットサイクルには雌雄との間に極めて強い規則性が存在していることは明らかである。
しかも雌雄を１００％識別出来ている。この結果、親鳥や週令、更には天候など飼育環境に関係なく雌雄が識別出来ることが判明した。

識別例に用いた卵群は、卵の全周計測によったものではなく、卵を0°４５°９０°の間隔で右側方向に回転させて計測した。
位相差は０°の面の輪郭と９０°の面の輪郭で生成出来る。更に４５°の面の輪郭を使えば、０°と９０°の面での特性を補うことが出来る。
これは、４５°の面を撮影するカメラを中心にして左右４５°の位置に２台のカメラを配置すれば、卵やカメラを回転させることなく雌雄識別が行えることを示唆している。

種卵である雄卵の食用やワクチンおよび薬品への転用が可能となる。

卵の形成過程を輪郭で分析することで、孵化した後でしか出来なかった鶏の品種改良の手段などに道を広げることが出来る。

更には卵以外の生物の世界にも非線形物理学が適用出来る可能性があり、これはカオス理論の提唱にマッチしている。

従来の雌雄鑑定法を用いた特性グラフと計算要素 弛張振動に於けるリミットサイクル。 卵の輪郭に於ける基本要素 卵の３６０°輪郭計測方法とカメラから見た卵の回転方向。 卵の短径より尾部の面積歪みから求めたリミットサイクル。 卵の短径より頭部の面積歪みと尾部の面積歪みの差から求めたリミットサイクル。 卵の位相要素の求め方を表す図。 位相差を表す図 静止型３面計測機構例 位相の進みと遅れに分けたときの０°のカメラから見たリミットサイクルの数値グラフ

１ 卵の輪郭
２ 卵の鈍端
３ 卵の輪郭の鋭端
４ 卵の輪郭の左端
５ 卵の輪郭の右端
６ 卵の長径
７ 卵の短径。
８ 鈍端から約２０％の位置に引いた卵の短径に平行な線
９ 輪郭の中心
１０ 卵
１１ カメラ
１２ 2２２．５°毎の目盛り線。
１３ 卵を撮影するときの回転方向。
１４ 卵の中心から一定の角度にある卵の輪郭と交わる点と卵の中心からの距離を表す線。
１５ 楕円、または円の中心からの距離を角度に沿って表した曲線。
１６ 卵の中心から一定の角度にある卵の輪郭と交わる点と卵の中心からの距離を表す線を角度に沿って表した曲線。
１７ ０°の位相曲線
１８ ９０°の位相曲線
１９ ０°と９０°の位相曲線の差を増幅した曲線
２０ 卵の頭部頂点を手前に置いて、卵の中心から垂直の位置に配置したカメラ
２１ 垂直に配置したカメラから半時計方向４５°に配置したカメラ
２２ 垂直に配置したカメラから時計方向４５°に配置したカメラ
２３ 卵の設置台
S_RH 短径より頭部の輪郭と長径より右側で囲まれた面積
S_LH 短径より頭部の輪郭と長径より左側で囲まれた面積
S_RT 短径より尾部の輪郭と長径より右側で囲まれた面積
S_RT 短径より尾部の輪郭と長径より左側で囲まれた面積
DRL 短径を境にした卵の尾部に於ける右側の面積と左側の面積との差
DHT 短径より頭部の面積歪みと尾部の面積歪みとの差
Egg_No 卵の資料番号
JBF 羽毛鑑定結果
LMC0n ０°の面で見た短径より頭部の面積歪みと尾部の面積歪みとの差
LMC0 ０°の面で見た短径より頭部の面積歪みと尾部の面積歪みとの差で求めた歪みの方向
LMC45 ４５°の面で見た短径より頭部の面積歪みと尾部の面積歪みとの差で求めた歪みの方向
LMC90 ９０°の面で見た短径より頭部の面積歪みと尾部の面積歪みとの差で求めた歪みの方向
PhaseD ０°の面の頭部面積と９０°の面の頭部面積との差を２値化して位相差としたもの
♀ 雌を表す
♂ 雄を表す
Right 右方向
Left 左方向
Lead 位相進み
Lag 位相遅れ
Th1 雌卵を分離するための閾値
Th2 雄卵を分離するための閾値
Th3 雌卵１５を分離するための閾値

Claims (3)

1. 有精卵の形に潜在する弛張振動のリミットサイクルと位相情報を組み合わせて卵の段階で雌雄を識別する方法。
2. 卵の中心から等間隔の角度で放射状に引いた線が輪郭と交差する点までの長さを卵の全周に亘って求め、その最大値と最小値の平均値を各線の長さから差し引いた値で表した曲線から位相を抽出する方法。
3. 卵の輪郭の左右の面積差からリミットサイクルを抽出する方法。