CN109431484A - 一种基于心率测量的鸡蛋胚胎性别鉴定的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于心率测量的鸡蛋胚胎性别鉴定的装置及方法，包括：传送模块、激光模块、蛋壳取放模块、光源模块、图像采集模块、控制模块和电脑处理终端，所述控制模块分别与激光模块、蛋壳取放模块、电脑处理终端相连接，激光模块、蛋壳取放模块和图像采集模块均位于传送模块的上方，且沿传送模块的运动方向依次设置，所述光源模块位于图像采集模块和传送模块之间。本发明利用鸡蛋孵化阶段的心率值来判断出鸡蛋的性别，这样有利于根据生产需要对不同性别的鸡蛋进行合理处理，不仅有效提高养鸡业的生产效益，而且避免将大量零日龄的公鸡残忍杀死，避免伦理道德问题，同时操作简便，有利于投入实际生产环境中。
Description
技术领域
本发明涉及生物性别鉴定领域，更具体地说涉及一种基于心率测量的鸡蛋胚胎性别鉴定的装置及方法。
背景技术
随着养鸡规模的扩大，现在要解决鸡蛋胚胎性别难以鉴定的问题越来越迫切。在养鸡场中，公鸡只作为受精蛋的生产工具之一数量所需极少，现有技术是根据孵出后的雏鸡的身体特征判断性别，很多养鸡场就直接把刚孵出来不久的公鸡直接活埋、溺死或毒死等，当作废弃物活活被杀死，手段非常残忍，存在伦理道德问题。因此，在鸡胚发育早期阶段就对其进行性别鉴定，是很有必要的。
专利CN201510622442.4提出了一种鸡胚蛋性别鉴定方法，该方法通过测量鸡蛋胚胎内的尿囊液中***E2含量和***硫酸盐E1含量来鉴别鸡蛋胚胎的性别。但这种基于尿囊液中***含量对鸡蛋胚胎性别进行鉴定的方法需要将抽取装置扎入鸡蛋胚胎来采集鸡蛋胚胎内的尿囊液，抽取的过程有可能会对鸡蛋胚胎造成伤害，影响后续的孵化，降低存活率，同时采集操作复杂。
专利CN100397077C提出了用于确定受精的鸡蛋的性别的方法和装置，通过采集鸡蛋的图像获得鸡蛋的二维轮廓图像数据，提取表示所述受精鸡蛋的形状特征的一个或多个参数，进行性别确定。但是蛋形比较复杂，蛋形参数类型数据较多，需要采集大量数据分析鸡蛋的性别，采集和分析过程比较复杂。
以上所述的两种检测鸡蛋胚胎性别的方法，操作步骤过于繁琐，检测过程较复杂，并且在采集检测的过程中对鸡蛋胚胎造成损伤，不适宜大量投入生产。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于心率测量的鸡蛋胚胎性别鉴定的装置及方法，通过图像处理采集得到鸡蛋胚胎的心率值，根据心率值判断鸡蛋胚胎性别。
本发明解决其技术问题的解决方案是：一种基于心率测量的鸡蛋胚胎性别鉴定的装置，包括：传送模块、激光模块、蛋壳取放模块、光源模块、图像采集模块、控制模块和电脑处理终端，所述控制模块分别与激光模块、蛋壳取放模块、电脑处理终端相连接，所述图像采集模块与电脑处理终端相连接，所述激光模块、蛋壳取放模块和图像采集模块均位于所述传送模块的上方，且沿传送模块的运动方向依次设置，所述光源模块位于图像采集模块和所述传送模块之间；
所述图像采集模块用于采集待测鸡蛋胚胎心脏区域的图像，并将采集所得图像转换为电信号传递给电脑处理终端。
进一步，所述蛋壳取放模块包括伸缩杆和吸盘，所述伸缩杆的下端与吸盘固接。
进一步，所述伸缩杆的上方设有环形轨道，且伸缩杆的上端与环形轨道卡接。
进一步，所述图像采集模块包括相机和镜头，所述镜头位于相机的下方。
进一步，所述图像采集模块通过采集卡与电脑处理终端相连接，所述采集卡用于将图像采集模块输出的电信号转化成数字信号，并将所述数字信号传输给电脑处理终端。
进一步，所述激光模块包括激光器和激光转头，所述激光转头位于所述激光器的下端，所述激光器与所述激光转头固定连接。
进一步，所述光源模块为低相干光光源，所述传送模块为传输带。
一种基于心率测量的鸡蛋胚胎性别鉴定的方法，利用一种基于心率测量的鸡蛋胚胎性别鉴定的装置，所述方法包括：
激光模块位于待测鸡蛋的上方，激光模块的下部设有激光转头，激光转头发出激光，激光转头做圆周运动或待测鸡蛋旋转，激光将待测鸡蛋的表面切割出孔；
蛋壳取放模块将孔中切割分离的蛋壳取走；
图像采集模块通过所述孔采集待测鸡蛋内部胚胎心脏区域的图像；
蛋壳取放模块将分离的蛋壳放回待测鸡蛋的孔；
对分离的蛋壳和待测鸡蛋进行粘合复原；
对采集所得的图像进行图像预处理后，计算出待测鸡蛋的心率值，根据得出的心率值判断待测鸡蛋胚胎性别。
进一步，所述预处理包括：
对采集所得的图像进行快速傅里叶变换，再对图像进行逆向快速傅里叶变换，得到动态信号和静态信号的时域信号，并以动态信号和静态信号之比作为成像参量；
所述动态信号为图像中血管内血红细胞流动的信号，所述静态信号为图像中背景组织处的信号，所述背景组织为血管外的细胞和血管外的细胞间质组合起来的物质。
进一步，所述计算出待测鸡蛋的心率值包括：
利用预处理后的图像的成像参量得出心率曲线图，再计算一分钟内所述心率曲线图上曲线峰的个数，得到待测鸡蛋的心率值。
本发明的有益效果是：本发明通过图像处理得到鸡蛋孵化阶段的心率值，根据心率值判断鸡蛋胚胎的性别，这样有利于根据生产需要对不同性别的鸡蛋进行合理处理，不仅有效提高养鸡业的生产效益，可以避免将大量的孵出的公鸡残忍杀死，避免伦理道德问题，同时操作简便，采集鉴定过程不需要接触鸡蛋胚胎，避免影响鸡蛋后期的正常孵化，有利于保障鸡蛋的存活率，有利于投入实际生产环境中。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。
图1是本发明的实施例的结构示意图；
图2是本发明的实施例结构的左视图；
图3是本发明的激光模块、蛋壳取放模块和图像采集模块的结构示意图；
图4是本发明中待测鸡蛋心率曲线图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少连接辅件，来组成更优的连接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
实施例1，参照图1和图2，一种基于心率测量的鸡蛋胚胎性别鉴定的装置，包括：传送模块100、激光模块200、蛋壳取放模块300、光源模块400、图像采集模块500、控制模块700和电脑处理终端600，所述控制模块700分别与激光模块200、蛋壳取放模块300、电脑处理终端600相连接，所述图像采集模块500与电脑处理终端600相连接，所述激光模块200、蛋壳取放模块300和图像采集模块500均位于所述传送模块100的上方，且沿传送模块100的运动方向依次设置，所述光源模块400位于图像采集模块500和所述传送模块100之间；
所述图像采集模块500用于采集待测鸡蛋胚胎心脏区域的图像，并将采集所得图像转换为电信号传递给电脑处理终端600。
作为优化，参考图3，所述蛋壳取放模块300包括伸缩杆310和吸盘320，所述伸缩杆310的下端与吸盘320固接。
作为优化，所述图像采集模块500包括相机510和镜头520，所述镜头520位于相机510的下方。
作为优化，所述图像采集模块500通过采集卡610与电脑处理终端600相连接，所述采集卡610用于将图像采集模块500输出的电信号转化成数字信号，并将所述数字信号传输给电脑处理终端600。
作为优化，所述激光模块200包括激光器210和激光转头220，所述激光转头220位于所述激光器210的下端。作为优化，所述光源模块400为低相干光光源，所述传送模块100为输送带。
所述输送带的表面设有固定座，所述固定座用于固定放置待测鸡蛋。
所述控制模块700为可编程逻辑控制器，所述控制模块700用于控制激光模块200完成待测蛋壳的蛋壳切割动作，以及用于控制蛋壳取放模块300完成被切割分离的蛋壳的取走以及放回。
本发明工作过程：
本发明主要检测已孵化时间为74小时至92小时的待测鸡蛋。传送模块100用于传送待测鸡蛋，待测鸡蛋在运输过程中是以大头在上小头在下的方式放置在固定座上的。当待测鸡蛋被运输到激光模块200的下方时，控制激光转头220调设至与竖直方向的夹角呈10度，激光器210通过激光转头220发出激光光束，激光转头220做圆周运动或待测鸡蛋旋转，激光光束在待测鸡蛋的蛋壳上切割出一个完整的孔。控制模块700控制伸缩杆310伸长，吸盘320将孔中被激光切割分离的蛋壳吸起。
低相干光源通过打开的孔照射到待测鸡蛋的内部，镜头520将采集到的待测鸡蛋胚胎心脏附近区域的血流信号聚焦到相机510，相机510将接收到的光信号转化为电信号，所述采集卡610用于将相机510输出的电信号转化成数字信号，并将所述数字信号传输给电脑处理终端600，电脑处理终端600对采集所得图像的信号进行分析，得到待测鸡蛋的心率值。
图像采集模块500采集完图像后，控制模块700控制蛋壳取放模块300将所述分离的蛋壳放回孔中，为了不影响鸡蛋后续的孵化，通过人工使用生物相容性胶带将待测鸡蛋和切割分离的蛋壳进行粘合复原。
根据待测鸡蛋的已孵化时间和得到的心率值匹配表1，判断待测鸡蛋胚胎的雌雄。参考下表：
表1待测鸡蛋不同性别的已孵化时间对应的心率值统计表
例如：当待测鸡蛋已孵化时间为74小时，其检测并计算所得的心率值为72次/分钟时，满足表1中已孵化时间为74小时时的雄性心率值范围66～78次/分钟，则判断该待测鸡蛋胚胎性别为雄性。
随机抽取待测鸡蛋，总共5000个，分成5组，每组1000个，第一组待测鸡蛋的已孵化时间为74小时，第二组待测鸡蛋的已孵化时间为92小时，第三组待测鸡蛋的已孵化时间为82小时，第四组待测鸡蛋的已孵化时间为84小时，第五组待测鸡蛋的已孵化时间为86小时，分别这五组待测进行心率值检测，并将检测出的心率值与表1进行匹配，判断出待测鸡蛋的性别，并做好性别区分的标记。将标记好的这五组待测鸡蛋进行后续的孵化，将孵化出来的小鸡按照分好的组别进行分组饲养，36日龄后，能够完全通过外貌特征来判定小鸡的性别，统计根据心率值判断性别正确的数量和错误数量，计算总的正确率。结果如下表所述：
表2心率值判断待测鸡蛋性别的实验结果
| 样品编号 | 实验个数 | 正确个数 | 错误个数 | 正确率 |
| 第一组 | 1000 | 945 | 55 | 94.5％ |
| 第二组 | 1000 | 939 | 61 | 93.9％ |
| 第三组 | 1000 | 941 | 59 | 94.1％ |
| 第四组 | 1000 | 945 | 55 | 94.5％ |
| 第五组 | 1000 | 950 | 50 | 95％ |
因此根据待测鸡蛋的心率值可以判断待测鸡蛋的性别。
作为优化，所述伸缩杆310的上方设有环形轨道330，且伸缩杆310的上端与环形轨道330卡接。
所述蛋壳取放模块300上设有若干个伸缩杆310和位于对应伸缩杆下端的吸盘320，伸缩杆310和吸盘320吸取了待测鸡蛋切割分离出来的蛋壳后，该待测鸡蛋被图像采集模块500采集完图像后，向前运动，伸缩杆310沿环形轨道330运动到所述该待测鸡蛋的上方，完成切割分离出来的蛋壳的放回。若干个伸缩杆310和吸盘320可以同时运动，待测鸡蛋切割分离蛋壳的取走和放回不需要在同一个位置进行，可以加快检测速率，提高灵活性。
本发明通过激光光束切割待测鸡蛋的蛋壳，采集待测鸡蛋内部的图像，通过图像处理得到待测鸡蛋的心率值，根据心率值判断待测鸡蛋的性别，操作简便，采集检测过程不需要接触鸡蛋胚胎，不会损伤鸡蛋胚胎，有利于保障待测鸡蛋后期的正常孵化，保障待测鸡蛋的存活率，操作简便，有利于投入实际生产环境中。
同时本发明在待测鸡蛋发育阶段对其进行性别鉴定，可以根据生产需要对不同性别鸡蛋进行合理处理，这样不仅可以极大的提高养鸡业的生产效益，可以避免将大量零日龄的公鸡残忍杀死，避免伦理道德问题。
作为优化，基于心率测量的鸡蛋胚胎性别鉴定的装置还包括一种基于心率测量的鸡蛋胚胎性别鉴定的方法，所述方法包括：
激光模块200位于待测鸡蛋的上方，激光模块200的下部设有激光转头220，激光转头220发出激光，激光转头220做圆周运动或待测鸡蛋旋转，激光将待测鸡蛋的表面切割出孔；
蛋壳取放模块300将孔中切割分离的蛋壳取走；
图像采集模块500通过所述孔采集待测鸡蛋内部胚胎心脏区域的图像；
蛋壳取放模块300将分离的蛋壳放回待测鸡蛋的孔；
对分离的蛋壳和待测鸡蛋进行粘合复原；
对采集所得的图像进行图像预处理后，计算出待测鸡蛋的心率值，根据得出的心率值判断待测鸡蛋胚胎性别。
作为优化，所述预处理的过程包括：
对采集所得的图像进行快速傅里叶变换，再对图像进行逆向快速傅里叶变换，得到动态信号和静态信号的时域信号，并以动态信号和静态信号之比作为成像参量；
所述动态信号为图像中血管内血红细胞流动的信号，所述静态信号为图像中背景组织处的信号，所述背景组织为血管外的细胞和血管外的细胞间质组合起来的物质。
作为优化，所述计算出待测鸡蛋的心率值的过程包括：
利用预处理后的图像的成像参量得出心率曲线图，再计算一分钟内所述心率曲线图上周期的个数，得到待测鸡蛋的心率值。
图像处理过程以及计算待测鸡蛋的心率值的过程包括：
图像采集模块500采集所得的图像的任一像素点所对应的信号可以表示为：
I(t)＝I0+IN(t)+IRBC(t) (1)
I0为背景组织产生的散射光强度，IN(t)为噪声信号强度，IRBC(t)为运动的血红细胞产生的散射光强度。当血红细胞通过时，I(t)值减小。所述背景组织为除血管以外的细胞和细胞间质组合起来的物质。对I(t)进行快速傅里叶变换：
其中，fi为血红细胞运动所引入的调制频率。血红细胞的运动导致血管位置处的信号强度随时间升降，该信号可看作为交流信号，背景组织处的信号可看作为直流信号。所述动态信号为血管中血红细胞流动的动态信号，所述静态信号为背景组织处的信号。
这样，以动态信息与静态信息之比定义为成像参量，则有：
其中，{FFTt→f[I(t)}fm1～fm2为频率在fm1～fm2范围内的信号的平均强度，提取该部分频域信号是为了实现小血管的成像，{FFTt→f[I(t)]}fv1～fv2为频率在fv1～fv2范围内的信号的平均强度，提取该部分频域信号是为了实现主干血管的成像，这两部分反映了动态信息。FFTt→f[I(t)]f＝0为零频信号值，反映静态信息。N为所选取的频率区域的数量。通过选取调制频率范围，可以同时得到清晰的小血管和主干血管图像。
对动态信号和静态信号进行逆向快速傅里叶变换：
{Id(x,y)}t＝iFFT({FFTt→f[I(t)]}fm1～fm2+{FFTt→f[I(t)]}fv1～fv2)
{Is(x,y)}t＝iFFT(N×FFTt→f[I(t)]f＝0)
上式为{Id(x,y)}t为将动态信号进行逆向快速傅里叶变换后得到时域信号，和{Is(x,y)}t为将静态信号进行逆向快速傅里叶变换后得到时域信号，其中x，y分别是该像素点的在图像中的坐标。
M是将MD逆向快速傅里叶变换后得到的时域信号。
ST＝mean(mean(M(a:b,c:d,T))) (5)
其中ST为光强强度，a,b,c,d分别为所选区域的两个像素点(c,a)和(d,b)的坐标，T为时间，然后根据公式(5)和M值得出一条心率曲线图。参考图4，通过计算一分钟内周期的个数，从而得到待测鸡蛋的心率值。
通过对采集所得的待测鸡蛋内部的图像进行图像处理和分析，得出待测鸡蛋的心率值，根据待测鸡蛋的心率值和已孵化时间，判断待测鸡蛋的性别。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (10)
1.一种基于心率测量的鸡蛋胚胎性别鉴定的装置，其特征在于：包括：传送模块、激光模块、蛋壳取放模块、光源模块、图像采集模块、控制模块和电脑处理终端，所述控制模块分别与激光模块、蛋壳取放模块、电脑处理终端相连接，所述图像采集模块与电脑处理终端相连接，所述激光模块、蛋壳取放模块和图像采集模块均位于所述传送模块的上方，且沿传送模块的运动方向依次设置，所述光源模块位于图像采集模块和所述传送模块之间；
所述图像采集模块用于采集待测鸡蛋胚胎心脏区域的图像，并将采集所得图像转换为电信号传递给电脑处理终端。
2.根据权利要求1所述的一种基于心率测量的鸡蛋胚胎性别鉴定的装置，其特征在于：所述蛋壳取放模块包括伸缩杆和吸盘，所述伸缩杆的下端与吸盘固接。
3.根据权利要求2所述的一种基于心率测量的鸡蛋胚胎性别鉴定的装置，其特征在于：所述伸缩杆的上方设有环形轨道，且伸缩杆的上端与环形轨道卡接。
4.根据权利要求3所述的一种基于心率测量的鸡蛋胚胎性别鉴定的装置，其特征在于：所述图像采集模块包括相机和镜头，所述镜头位于相机的下方。
5.根据权利要求4所述的一种基于心率测量的鸡蛋胚胎性别鉴定的装置，其特征在于：所述图像采集模块通过采集卡与电脑处理终端相连接，所述采集卡用于将图像采集模块输出的电信号转化成数字信号，并将所述数字信号传输给电脑处理终端。
6.根据权利要求5所述的一种基于心率测量的鸡蛋胚胎性别鉴定的装置，其特征在于：所述激光模块包括激光器和激光转头，所述激光转头位于所述激光器的下端，所述激光器与所述激光转头固定连接。
7.根据权利要求6所述的一种基于心率测量的鸡蛋胚胎性别鉴定的装置，其特征在于：所述光源模块为低相干光光源，所述传送模块为传输带。
8.一种基于心率测量的鸡蛋胚胎性别鉴定的方法，其特征在于：利用权利要求6或7中所述的一种基于心率测量的鸡蛋胚胎性别鉴定的装置，所述方法包括：
激光模块位于待测鸡蛋的上方，激光模块的下部设有激光转头，激光转头发出激光，激光转头做圆周运动或待测鸡蛋旋转，激光将待测鸡蛋的表面切割出孔；
蛋壳取放模块将孔中切割分离的蛋壳取走；
图像采集模块通过所述孔采集待测鸡蛋内部胚胎心脏区域的图像；
蛋壳取放模块将分离的蛋壳放回待测鸡蛋的孔；
对分离的蛋壳和待测鸡蛋进行粘合复原；
对采集所得的图像进行图像预处理后，计算出待测鸡蛋的心率值，根据得出的心率值判断待测鸡蛋胚胎性别。
9.根据权利要求8所述的一种基于心率测量的鸡蛋胚胎性别鉴定的方法，其特征在于：所述预处理包括：
对采集所得的图像进行快速傅里叶变换，再对图像进行逆向快速傅里叶变换，得到动态信号和静态信号的时域信号，并以动态信号和静态信号之比作为成像参量；
所述动态信号为图像中血管内血红细胞流动的信号，所述静态信号为图像中背景组织处的信号，所述背景组织为血管外的细胞和血管外的细胞间质组合起来的物质。
10.根据权利要求9所述的一种基于心率测量的鸡蛋胚胎性别鉴定的方法，其特征在于：所述计算出待测鸡蛋的心率值包括：
利用预处理后的图像的成像参量得出心率曲线图，再计算一分钟内所述心率曲线图上曲线峰的个数，得到待测鸡蛋的心率值。
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