CN105432486B - 一种饲喂检测***及其饲喂检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及数字化养殖技术领域，尤其涉及一种饲喂检测***，包括饲喂通道、喂料装置、信息采集装置和工控机，所述饲喂通道的出口端设置有所述喂料装置，所述信息采集装置包括获取猪的形态尺寸图像的图像采集器、获取猪的体重信息的称重传感器和读取猪的耳标信息的耳标读卡器，所述图像采集器与所述称重传感器均设置于所述饲喂通道的入口端，所述耳标读卡器设置于靠近所述喂料装置的所述饲喂通道的一侧，所述喂料装置包括控制所述喂料装置下料的饲喂控制器，所述耳标读卡器与所述饲喂控制器连接，以启动所述饲喂控制器控制所述喂料装置下料，所述图像采集器、所述称重传感器及所述饲喂控制器均与所述工控机连接。
Description
技术领域
本发明涉及数字化养殖技术领域，尤其涉及饲喂检测***及其饲喂检测方法。
背景技术
目前随着现代电子信息技术的不断发展，数字化养殖技术在传统畜牧业领域的应用也日趋成熟。对于传统猪场的自动化、网络化和智能化的改造具有重要的现实意义。
根据国内外现有猪场的养殖模式和发展状况来看，现代化的猪场应具有以下几个特点：第一，猪场的运营和管理逐步趋向于完全的数字化和智能化，猪场往往仅需要很少的管理和操作人员就可以保证猪场的正常运营。第二，应具有良好的猪舍环境。可控的温度、湿度、空气质量等环境因素既有利于猪的生长和疫病防控又改善了操作人员的工作环境。第三，对每头猪的生长状况可实现全方位的监控。包括对猪的饲喂量、体重、体尺、健康和行为状况等实现自动化的采集和存储。第四，更加注重和强调福利化养殖。欧洲更是在13年颁布了全面禁止采用限位栏养猪的模式，在保证养殖密度基本不变的前提下，采用大圈群养加自动饲喂站的养殖模式，可有效的增大每头猪的活动空间，并使猪的采食具有了一定的自主性。
虽然目前国内外许多猪场都采用了自动化的采食设备，但这些设备大都无法实现对每头猪的体尺、体重和日饲喂量等信息进行精准的统计，即便是国外引进的一些电子饲喂站，其主要功能也是为了满足猪喂养的限饲要求。虽然这些电子饲喂站同样可采集每头母猪的进食量信息，但其普遍存在价格昂贵、使用可靠性差等问题。此类设备对猪个体的识别完全依靠电子耳标和RFID读卡器来实现，因此对猪的个体的形态、尺寸等信息是无法采集的。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是解决现有的猪场饲喂设备无法在无应激的条件下对猪的体尺、体重、形态等信息进行自动采集和记录，且无法实现对每只猪每日的饲喂量进行精确控制和管理的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种饲喂检测***，包括饲喂通道、喂料装置、信息采集装置和工控机，所述饲喂通道的出口端设置有所述喂料装置，所述信息采集装置包括获取猪的形态尺寸图像的图像采集器、获取猪的体重信息的称重传感器和读取猪的耳标信息的耳标读卡器，所述图像采集器与所述称重传感器均设置于所述饲喂通道的入口端，所述耳标读卡器设置于靠近所述喂料装置的所述饲喂通道的一侧，所述喂料装置包括控制所述喂料装置下料的饲喂控制器，所述耳标读卡器与所述饲喂控制器连接，以启动所述饲喂控制器控制所述喂料装置下料，所述图像采集器、所述称重传感器及所述饲喂控制器均与所述工控机连接。
其中，所述饲喂通道包括机械隔离门，所述机械隔离门设置于所述饲喂通道的入口端，所述机械隔离门与所述工控机连接，所述机械隔离门一侧的所述饲喂通道上设有光电传感器，所述光电传感器与所述工控机连接，以启动所述工控机控制所述图像采集装置运行。
其中，所述图像采集器包括两个摄像机，两个所述摄像机位于所述饲喂通道的上方，且两个所述摄像机成双目视觉模型结构设置。
其中，所述喂料装置还包括料斗、螺旋送料器和料槽，所述料槽与地面连接，所述螺旋送料器的进料口与所述料斗连接，所述螺旋送料器的出料口与所述料槽连接，所述料槽内设有下料触发器，所述下料触发器与所述饲喂控制器连接，以控制所述喂料装置的下料次数，所述料槽上还设有辅助饮水器，所述辅助饮水器与所述饲喂控制器连接。
其中，所述饲喂通道还包括隔离栏，所述隔离栏位于所述饲喂通道的两侧，一侧所述隔离栏上设有应急门，另一侧所述隔离栏上设有出口通道，所述出口通道靠近所述喂料装置，且所述出口通道两侧设有导向栅栏和单向门，所述单向门一侧设有光电传感器，所述光电传感器与所述工控机连接，以启动所述工控机控制所述机械隔离门的锁紧与解锁。
本发明还提供了一种饲喂检测方法，包括以下步骤：
S1、工控机判断是否有猪进入饲喂通道；
S2、猪位于饲喂通道内，图像采集器获取猪的形态尺寸图像；
S3、图像采集器将步骤S1中获取的猪的形态尺寸图像传送至工控机进行处理，获得猪的形态尺寸信息；
S4、称重传感器获取猪的体重信息，并将获取的猪的体重信息传送至工控机；
S5、猪到达喂料装置附近后，耳标读卡器获取猪的耳标信息，并将获取的猪的耳标信息传送至饲喂控制器；
S6、饲喂控制器将步骤S4中获取的猪的耳标信息传送至工控机，并控制喂料装置下料；
S7、工控机根据步骤S5中获取的猪的耳标信息储存记录步骤S2中猪的形态尺寸信息和步骤S3中猪的体重信息。
其中，步骤S1具体包括以下步骤：
S11、在饲喂通道入口段的上方以双目视觉模型结构设置两台摄像机作为图像采集器；
S12、对摄像机进行标定，确定摄像机内外参数；
S13、机械隔离门一侧的光电传感器触发，发送信号至工控机，工控机控制摄像机启动；
S14、摄像机采集图像，传送至工控机，工控机判断是否有猪进入饲喂通道内；
S15、若有猪进入饲喂通道内，则进行步骤2，若没有猪进入饲喂通道内，则返回步骤S14。
其中，步骤S3具体包括以下步骤：
S31、工控机将摄像机采集到的图像进行灰度转换和分隔，提取出猪的完整图像；
S32、消除细小噪声点，获得猪的形态二值图像；
S33、根据步骤S31采集到的图像的区域像素点的数目及位置来判断采集的图像是否符合要求；
S34、若采集的图像符合要求，则根据步骤S32中的形态二值图像获得猪的长度及宽度方向的极值点和拐点作为特征点，若采集的图像不符合要求，则重复步骤S2；
S35、确定两个摄像机在步骤S34中采集的图像的特征点的对应图像坐标；
S36、根据相匹配的两个对应图像坐标求得每个特征点的三维坐标点；
S37、根据三维坐标点获得猪的形态尺寸信息。
其中，在步骤S15和步骤S2之间，还包括以下步骤：
S151、工控机发出信号至机械隔离门，控制机械隔离门关闭锁紧。
其中，还包括以下步骤：
S8、单向门一侧的光电传感器触发启动，传送信号至工控机；
S9、工控机发出信号至机械隔离门，控制机械隔离门解锁打开。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明的饲喂检测***和方法，采用图像采集器、称重传感器对猪进行自动的形态尺寸和体重等信息的获取，将信息采集装置与工控机结合应用于的猪的饲喂设备中，在耳标读卡器读取猪的耳标信息后工控机对之前获取的猪的形态尺寸、体重进行储存，实现了在无人干预的条件下对猪的形态尺寸、体重等信息自动采集记录的目的，同时饲喂控制器也可对猪的饲喂量进行精准的控制管理及与耳标读卡器和工控机配合显示猪的储存信息，在减少人力物力的同时，避免由于猪的应激反应而给生产带来的损失，对猪的生长进行实时监控记录，为种猪提供选种依据，在种猪的科学饲养管理中具有重要的现实意义满足猪场的智能化和数字化管理的要求。
除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明。
附图说明
图1是本发明实施例一的饲喂检测***的主视图；
图2是图1的C-C剖面图；
图3是本发明实施例二的饲喂检测方法的控制关系示意图；
图4是本发明实施例二的饲喂检测方法的图像信息采集流程图；
图5是本发明实施例二的饲喂检测方法的双目视觉模型示意图。
图中：1：饲喂通道；2：喂料装置；3：信息采集装置；11：机械隔离门；12：隔离栏；13：导向栅栏；14：单向门；15：应急门；21：饲喂控制器；22：料斗；23：螺旋送料器；24：料槽；31：图像采集器；32：耳标读卡器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上。
实施例一
如图1和图2所示，本发明实施例一提供的饲喂检测***，包括饲喂通道1、喂料装置2、信息采集装置3和工控机，饲喂通道1的出口端设置有喂料装置2，信息采集装置3包括获取猪的形态尺寸图像的图像采集器31、获取猪的体重信息的称重传感器和读取猪的耳标信息的耳标读卡器32，图像采集器31与称重传感器均设置于饲喂通道1的入口端，耳标读卡器32设置于靠近喂料装置2的饲喂通道1的一侧，喂料装置2包括控制喂料装置2下料的饲喂控制器21，耳标读卡器32与饲喂控制器21连接，以启动饲喂控制器21控制喂料装置2下料，图像采集器31、称重传感器及饲喂控制器32均与工控机连接。
本发明的饲喂检测***，采用图像采集器、称重传感器对猪进行自动的形态尺寸和体重等信息的获取，将信息采集装置与工控机结合应用于的猪的饲喂设备中，在耳标读卡器读取猪的耳标信息后工控机对之前获取的猪的形态尺寸、体重进行储存，实现了在无人干预的条件下对猪的形态尺寸、体重等信息自动采集记录的目的，同时饲喂控制器也可对猪的饲喂量进行精准的控制管理及与耳标读卡器和工控机配合显示猪的储存信息，在减少人力物力的同时，避免由于猪的应激反应而给生产带来的损失，对猪的生长进行实时监控记录，为种猪提供选种依据，在种猪的科学饲养管理中具有重要的现实意义满足猪场的智能化和数字化管理的要求。
具体的，饲喂通道1包括机械隔离门11，机械隔离门11设置于饲喂通道1的入口端，机械隔离门11与工控机连接，机械隔离门11一侧的饲喂通道1上设有光电传感器，光电传感器与工控机连接，以启动工控机控制图像采集装置运行。在饲喂通道的入口端设置机械隔离门，当猪进入饲喂通道内后，光电传感器因机械隔离门打开关闭遮挡光线而触发，控制启动图像采集装置，图像采集装置采集图像传递至工控机，工控机接收到猪进入饲喂通道内的信号后，通过电磁继电器控制机械隔离门关闭锁紧，防止其他的猪再次进入，影响已进入猪的饲喂和对信息检测采集造成干扰。
具体的，图像采集器31包括两个摄像机，两个摄像机位于饲喂通道1的上方，且两个摄像机成双目视觉模型结构设置。利用双摄像机的相对设置，建立起双目视觉模型的外部结构，采集的图像经过工控机分析处理后，可获得猪的特征点的三维坐标点，进而求取猪的实际长度、宽度及高度的性态尺寸信息。
其中，喂料装置2还包括料斗22、螺旋送料器23和料槽24，料槽24与地面连接，螺旋送料器23的进料口与料斗22连接，螺旋送料器23的出料口与料槽24连接，料槽24内设有下料触发器，下料触发器与饲喂控制器21连接，以控制喂料装置2的下料次数，料槽24上还设有辅助饮水器，辅助饮水器与饲喂控制器21连接。饲喂控制器接收到耳标读卡器的信号，根据耳标信息驱动螺旋送料器，将料斗内的饲料送至料槽内，为对应的猪下料，饲喂控制器通过电磁继电器控制辅助饮水器的开关，为料槽中的饲料补水，下料分多次进行，如饲喂量未超过限定总量，则由猪通过拱动料槽内的下料触发器实现多次下料，最大送料量由每头猪的成长时段和体重所决定。
其中，饲喂通道1还包括隔离栏12，隔离栏12位于饲喂通道1的两侧，一侧隔离栏12上设有应急门15，另一侧隔离栏上设有出口通道，出口通道靠近喂料装置2，且出口通道两侧设有导向栅栏13和单向门14，单向门14一侧设有光电传感器，光电传感器与工控机连接，以启动工控机控制机械隔离门的锁紧与解锁。两侧隔离栏限定柱饲喂通道的空间，防止其他猪影响进入饲喂通道内的猪的进食和信息采集，饲喂完成后，猪可进入出口通道，沿导向栅栏至单向门离开，单向门打开，触发一侧的光电传感器，光电传感器发送信号至工控机，工控机接收信号后完成一次采集，通过电磁继电器控制机械隔离门解锁打开，等待下一头猪进入饲喂通道，继续控制信息采集和饲喂。
实施例二
如图3所示，本发明实施例二提供了基于上述饲喂检测***的饲喂检测方法，包括以下步骤：
S1、工控机判断是否有猪进入饲喂通道；
S2、猪位于饲喂通道内，图像采集器获取猪的形态尺寸图像；
S3、图像采集器将步骤S1中获取的猪的形态尺寸图像传送至工控机进行处理，获得猪的形态尺寸信息；
S4、称重传感器获取猪的体重信息，并将获取的猪的体重信息传送至工控机；
S5、猪到达喂料装置附近后，耳标读卡器获取猪的耳标信息，并将获取的猪的耳标信息传送至饲喂控制器；
S6、饲喂控制器将步骤S4中获取的猪的耳标信息传送至工控机，并控制喂料装置下料；
S7、工控机根据步骤S5中获取的猪的耳标信息储存记录步骤S2中猪的形态尺寸信息和步骤S3中猪的体重信息。
本发明的饲喂检测方法，采用图像采集器、称重传感器对猪进行自动的形态尺寸和体重等信息的获取，将信息采集装置与工控机结合应用于的猪的饲喂设备中，在耳标读卡器读取猪的耳标信息后工控机对之前获取的猪的形态尺寸、体重进行储存，实现了在无人干预的条件下对猪的形态尺寸、体重等信息自动采集记录的目的，同时饲喂控制器也可对猪的饲喂量进行精准的控制管理及与耳标读卡器和工控机配合显示猪的储存信息，在减少人力物力的同时，避免由于猪的应激反应而给生产带来的损失，对猪的生长进行实时监控记录，为种猪提供选种依据，在种猪的科学饲养管理中具有重要的现实意义满足猪场的智能化和数字化管理的要求。
具体的，如图3和图4所示，步骤S1具体包括以下步骤：
S11、在饲喂通道入口段的上方以双目视觉模型结构设置两台摄像机作为图像采集器；
S12、对摄像机进行标定，确定摄像机内外参数，具体标定方法可采用黑白格平面标定模板，由张正友或Tsai两步法进行具体标定参数的求解；
S13、机械隔离门一侧的光电传感器触发，发送信号至工控机，工控机控制摄像机启动；
S14、摄像机采集图像，传送至工控机，工控机判断是否有猪进入饲喂通道内，摄像机每隔2秒采集一次图像，工控机的判断方法采用图像作差法，由于猪进入饲喂通道时存在运动变化，因此不同时间间隔的图像将会存在动态目标的差异，利用这种方法可判断是否有猪进入并获得猪在饲喂站中的空间位置；
S15、若有猪进入饲喂通道内，则进行步骤2，若没有猪进入饲喂通道内，则返回步骤S14。
另外，在步骤S15和步骤S2之间，还包括以下步骤：
S151、工控机发出信号至机械隔离门，控制机械隔离门关闭锁紧。在猪进入饲喂通道内后，及时关闭锁紧机械隔离门，防止其他猪的进入干扰信息采集和饲喂。
进一步的，还包括以下步骤：
S8、单向门一侧的光电传感器触发启动，传送信号至工控机；
S9、工控机发出信号至机械隔离门，控制机械隔离门解锁打开。
饲喂完毕，猪通过单向门离开饲喂通道，单向门的运动触发光电传感器，工控机接收到信号后，解锁打开机械隔离门，完成一次猪的信息采集和饲喂。
其中，步骤S3具体包括以下步骤：
S31、工控机将摄像机采集到的图像进行灰度转换和分隔，提取出猪的完整图像，分隔方法采用最大类间方差法；
S32、消除细小噪声点，获得猪的形态二值图像；
S33、根据步骤S31采集到的图像的区域像素点的数目及位置来判断采集的图像是否符合要求；
S34、若采集的图像符合要求，则根据步骤S32中的形态二值图像获得猪的长度及宽度方向的极值点和拐点作为特征点，若采集的图像不符合要求，则重复步骤S2；
S35、确定两个摄像机在步骤S34中采集的图像的特征点的对应图像坐标；
采用匹配算法来取定两个摄像机采集的图像的特征点的对应图像坐标，具体为相关系数法，计算公式为：
其中：协方差Cft(u,v)由公式(2)确定。
Ctt由公式(3)确定：
Cff(u,v)由公式(4)确定：
为提高匹配过程中的准确性，引入极线约束、顺序约束等条件进行匹配运算。
S36、根据相匹配的两个对应图像坐标，求得每个特征点的三维坐标点；
如图5所示，根据两个摄像机建立起的双目视觉模型，按照如下公式计算三维坐标：
式中XL、YL、ZL为以左摄像机为世界坐标系的三维坐标，x1、y1、x2、y2为左右摄像机成像坐标，ri、ti为标定参数中旋转平移矩阵r和t的对应元素值。
S37、根据三维坐标点获得猪的形态尺寸信息。
综上所述，本发明的饲喂检测***和饲喂检测方法采用信息检测处理方法对种猪进行自动的形态尺寸和体重等信息的获取，将信息采集装置与工控机结合应用于的猪的饲喂设备中，实现了在无人干预的条件下对猪的形态尺寸、体重等信息自动采集记录的目的，同时饲喂控制器也可对猪的饲喂量进行精准的控制及管理，在减少人力物力的同时，避免由于人工投入及测量使产生猪的应激反应而给生产带来的损失，对猪的生长进行实时监控记录，及时通过饲喂量的变化发现猪的进食异常状况，从而对病猪及时进行防治，为种猪提供选种依据，在种猪的科学饲养管理中具有重要的现实意义满足猪场的智能化和数字化管理的要求。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (3)
1.一种饲喂检测***的饲喂检测方法，其特征在于：所述饲喂检测***包括饲喂通道、喂料装置、信息采集装置和工控机，所述饲喂通道的出口端设置有所述喂料装置，所述信息采集装置包括获取猪的形态尺寸图像的图像采集器、获取猪的体重信息的称重传感器和读取猪的耳标信息的耳标读卡器，所述图像采集器与所述称重传感器均设置于所述饲喂通道的入口端，所述耳标读卡器设置于靠近所述喂料装置的所述饲喂通道的一侧，所述喂料装置包括控制所述喂料装置下料的饲喂控制器，所述耳标读卡器与所述饲喂控制器连接，以启动所述饲喂控制器控制所述喂料装置下料，所述图像采集器、所述称重传感器及所述饲喂控制器均与所述工控机连接；所述饲喂通道包括机械隔离门，所述机械隔离门设置于所述饲喂通道的入口端，所述机械隔离门与所述工控机连接，所述机械隔离门一侧的所述饲喂通道上设有光电传感器，所述光电传感器与所述工控机连接，以启动所述工控机控制所述图像采集装置运行；
所述饲喂检测***的饲喂检测方法包括以下步骤：
S1、工控机判断是否有猪进入饲喂通道；
S2、猪位于饲喂通道内，图像采集器获取猪的形态尺寸图像；
S3、图像采集器将步骤S2中获取的猪的形态尺寸图像传送至工控机进行处理，获得猪的形态尺寸信息；
S4、称重传感器获取猪的体重信息，并将获取的猪的体重信息传送至工控机；
S5、猪到达喂料装置附近后，耳标读卡器获取猪的耳标信息，并将获取的猪的耳标信息传送至饲喂控制器；
S6、饲喂控制器将步骤S5中获取的猪的耳标信息传送至工控机，并控制喂料装置下料；
S7、工控机根据步骤S5中获取的猪的耳标信息储存记录步骤S2中猪的形态尺寸信息和步骤S4中猪的体重信息；
步骤S1具体包括以下步骤：
S11、在饲喂通道入口段的上方以双目视觉模型结构设置两台摄像机作为图像采集器；
S12、对摄像机进行标定，确定摄像机内外参数；
S13、机械隔离门一侧的光电传感器触发，传送信号至工控机，工控机控制摄像机启动；
S14、摄像机采集图像，传送至工控机，工控机判断是否有猪进入饲喂通道内；
S15、若有猪进入饲喂通道内，则进行步骤2，若没有猪进入饲喂通道内，则返回步骤S14；
步骤S3具体包括以下步骤：
S31、工控机将摄像机采集到的图像进行灰度转换和分隔，提取出猪的完整图像；
S32、消除细小噪声点，获得猪的形态二值图像；
S33、根据步骤S31采集到的图像的区域像素点的数目及位置来判断采集的图像是否符合要求；
S34、若采集的图像符合要求，则根据步骤S32中的形态二值图像获得猪的长度及宽度方向的极值点和拐点作为特征点，若采集的图像不符合要求，则重复步骤S2；
S35、确定两个摄像机在步骤S34中采集的图像的特征点的对应图像坐标；
采用匹配算法来取定两个摄像机采集的图像的特征点的对应图像坐标，计算公式如下：
其中，ρ(u,v)为矢量夹角系数，f为图像，t为模板；C(u,v)为图像f与模板t在(u,v)点处对应区域的协方差；Ctt(u,v)为模板t在D区域的方差；Cff(u,v)为图像f在(u,v)点处对应D区域的方差；t(x,y)为模板t在像素(x,y)点处数值；
E[t(x,y)]为模板t的均值；f(x+u-1,y+v-1)为图像f在像素(x+u-1,y+v-1)点处数值；E[f(x+u-1,y+v-1)]为图像f在(u,v)点处对应D区域范围的均值；
S36、根据相匹配的两个对应图像坐标求得每个特征点的三维坐标点，计算公式如下：
式中，XL、YL、ZL为以左摄像机为世界坐标系的三维坐标，x1、y1、x2、y2为左右摄像机成像坐标，ri、ti为标定参数中旋转平移矩阵r和t的对应元素值；fr表示右侧相机焦距，fξ表示左侧相机焦距；
S37、根据三维坐标点获得猪的形态尺寸信息。
2.根据权利要求1所述的饲喂检测方法，其特征在于：在步骤S15和步骤S2之间，还包括以下步骤：S151、工控机发出信号至机械隔离门，控制机械隔离门关闭锁紧。
3.根据权利要求2所述的饲喂检测方法，其特征在于：还包括以下步骤：
S8、单向门一侧的光电传感器触发启动，传送信号至工控机；
S9、工控机发出信号至机械隔离门，控制机械隔离门解锁打开。
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