一種養雞場死雞探測系統及探測方法
2023-05-30 11:33:16 2
專利名稱：一種養雞場死雞探測系統及探測方法
技術領域：
本發明涉及數字圖像處理和無線通信技術，具體涉及養雞場死雞探測系統及探測方法。
背景技術：
如今的現代化養雞場中存在著一項主要的人工勞動密集型工作，即死雞的檢查和清除。 根據醫學知識，雞正常死亡後兩小時，肌肉和血液開始繁殖病菌。五小時後，繁殖的病菌 則成倍增長，這將會產生極大的危害。而若是因感染傳染病引起的非正常死亡，則可能導 致雞群之間的交叉感染，如不及時清除會使養雞場蒙受巨大的經濟損失。死雞的人工檢査 是一項瑣碎而細緻的工作，長時間穿梭於環境惡劣的雞舍中對工人的身體健康會產生嚴重 的影響。所以，開發死雞自動探測系統對降低工人的勞動強度、提高工作效率和改善工人 的勞動環境具有非常重要的意義。
機器視覺技術速度快，信息量大，精確度高，能夠克服人眼的差異和視覺疲勞。在機 器視覺所涉及的眾多技術中，圖像處理髮揮了主力軍作用。
數字圖像處理技術開始於二十世紀六十年代初期，如今已發展成為一門獨立而有強大 生命力的學科。圖像是人類獲取和交換信息的主要來源之一，圖像處理技術的應用領域可 以涉及人類生活和工作的方方面面。
近年來，無線通信技術因其靈活性、方便性及可擴充性等優點而倍受人們的關注。在 地區偏遠、環境惡劣及有線通信條件差等情況下，無線通信更是表現出了強大的優勢。目 前無線連接方式有很多種，如藍牙技術、無線區域網、ZigBee、無線移動通信GPRS/CDMA 等。其中，GPRS技術正受到越來越多的青睞。
GPRS是General Packet Radio Service的英文簡稱，中文意思為通用無線分組業務， 是一種基於GSM系統的無線分組交換技術，提供端到端的、廣域的無線IP連接。它通過在 原有的GSM系統中引入分組數據處理單元PCU、 GPRS網關支持節點GGSN和GPRS服務支持 節點SGSN提供無線系統上的數據業務。GPRS核心網絡支持IP技術，採用分組交換方式傳 輸數據及信號。它在許多方面有著顯著的優勢①擁有比較完善的網絡覆蓋，接入範圍大， 成本低；②傳輸距離較無線區域網、藍牙等遠，傳輸速率高，理論可達171. 2kbps;③永遠 在線，按流量計費，可與Internet互相通信。GPRS的上述特點使其非常適用於間歇的、突 發的、頻繁的、小流量數據傳輸的場合，同時對偶爾的大量數據傳輸也能承受。目前現有技術中還沒有基於數字圖像處理和無線通信技術的養雞場死雞探測系統及探 測方法。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的缺陷，提供一種基於數字圖像處理和無線通信技術
的養雞場死雞探測系統及探測方法，以改善養雞人的工作環境和提高工作效率。 實現本發明目的的技術方案是， 一種養雞場死雞探測系統，該系統包括 現場探測處理機，用於採集養雞場實時圖像，並對圖像進行相應的算法處理和識別，
發現死雞後，向遠程監控中心發送報警信號、現場圖片及其他相關信息；
遠程監控中心，接收報警簡訊、現場圖片及相關信息，發出相應的死雞處理控制信號； 無線通訊網絡，連接所述現場探測處理機和遠程監控中心，將現場探測處理機的報警
信號、現場圖片及相關信息傳輸至遠程監控中心。
上述現場探測處理機由微處理器及分別與微處理器相連接的電源、攝像頭、刺激信號
產生電路、監視屏和GPRS MODEM組成，在所述微處理器中設有相應的圖像採集、處理和識
別算法軟體。
上述無線通訊網絡進一步包括GPRS網絡和Internet。
上述遠程監控中心進一步包括手機和遠程監控機；手機通過GPRS網絡與現場探測處理 機連接，遠程監控機通過Internet與GPRS網絡連接。 所述遠程監控機由PC機組成。
本發明中，通過現場探測處理機採集圖像，並對圖像進行相應的算法處理， 一旦發現 死雞立即通過GPRS MODEM向遠程監控中心發送報警簡訊、現場圖片及其他相關信息。手機 接收報警簡訊和現場圖片，遠程監控機存儲上述簡訊、圖片和相關信息，並作必要的處理 和歸類存檔，以便實時査詢或歷史査詢。同時，遠程監控中心可根據實際需要發出清除死 雞的指令。該系統替代了人工勞動，實現了降低工人的勞動強度、提高工作效率和改善工 人的勞動環境的目的。
依據上述探測系統，實現上述發明目的方法的技術方案是 一種養雞場死雞探測方法， 該方法包括下列步驟
步驟l現場探測處理機上電工作，將攝像頭定位於一組雞籠，拍攝第一幅圖片； 步驟2微處理器採用顏色特徵提取紅雞冠圖像； 步驟3採用形態學特徵運算有效去除噪聲；步驟4刺激信號產生電路給養雞籠內的雞一個外界刺激信號；
步驟5在外界剌激信號作用後，攝像頭在保持位置不變的情況下，針對養雞籠中的雞再次 拍攝圖片；
步驟6對上步驟所拍圖像進行步驟2至步驟3的處理； 步驟7重複步驟4至步驟6數次；
步驟8對上述所有處理後的圖片採用二值邏輯與運算，判斷圖像中是否存在靜止紅雞冠； 步驟9如在幾幅相同背景的圖像中存在靜止紅雞冠，則判斷該雞為死雞或疑似死雞；
步驟10現場探測處理機發出報警信號、圖片及其他相關信息，通過無線通訊網絡傳輸至
遠程監控中心。
由於活雞受到來自外界的刺激信號後其形體會發生改變或移動，尤其是活雞的具有紅 色特徵的雞冠在外界刺激信號的作用下，其運動的靈敏度更高。本發明就是利用這一特徵， 通過在外界刺激信號的作用下，在恰當的固定點位，在刺激信號作用的前後，針對同一養 雞籠中的雞拍攝多張照片(圖像)。採用本發明中的算法對連續幾幅相同背景的圖像進行 處理與識別，判斷圖像中是否存在靜止紅雞冠。如在幾幅相同背景的圖像中存在靜止紅雞 冠，說明該靜止紅雞冠所對應的雞在有刺激信號的情況下毫無反應或反應極端遲鈍，從而 判斷該雞為死雞或疑似死雞。
作為本發明的進一步改進，本發明步驟2中，在l/a吒+顏色空間，選擇aM乍為特徵量 並採用改進的最大類間方差法(Ostu法)提取紅雞冠圖像。
本發明步驟10中，報警簡訊、現場圖像及相關信息通過GPRS無線網絡傳送到手機和 Internet, Internet再將上述信息傳輸至遠程監控機。
作為本發明的進一步改進，上述步驟10中還包括遠程監控機存儲上述簡訊、圖片和與 死雞相關的信息，並作必要的處理和歸類存檔。
作為本發明的進一步改進，上述步驟10中還包括遠程監控機發出清除死雞的指令。
本發明的方法主要是靜止目標提取算法。針對雞籠中紅色雞冠較為明顯這一特徵，通 過判斷彩色圖像中有無靜止紅雞冠從而判斷雞籠中有無死雞。本發明選擇L^a樸承空間的a* 作為特徵量，採用改進的Ostu法進行閾值分割，並利用形態學特徵運算去除分散的噪聲區 域，從而提取出紅雞冠。對同一個雞籠連續幾幅圖像進行相同處理後，最後通過二值邏輯 與運算判斷圖像中有無靜止雞冠。 一旦發現靜止紅雞冠，則認為該靜止雞冠對應的雞為死 雞或疑似死雞。
圖1是本發明的實施例1中養雞場死雞探測系統結構示意圖； 圖2是本發明的方法流程圖。
具體實施例方式
下面結合實施例1做進一步說明。 實施例1
如圖1所示， 一種養雞場死雞探測系統，該系統包括
現場探測處理機l，用於採集養雞場實時圖像，並對圖像進行相應的算法處理和識別， 發現死雞後，向遠程監控中心發送報警信號、現場圖片及其他相關信息；
遠程監控中心2，接收報警簡訊、圖片和相關信息，發出相應的死雞處理控制信號；
無線通訊網絡3，連接所述現場探測處理機和遠程監控中心，將現場探測處理機的報 警信號、現場圖片及相關信息傳輸至遠程監控中心。
現場探測處理機1由微處理器及分別與微處理器相連接的電源、攝像頭、刺激信號產 生電路、監視屏和GPRS MODEM組成。
遠程監控中心2進一步包括手機和遠程監控機，遠程監控機由PC機組成。
無線通訊網絡3進一步包括GPRS網絡和Internet。
該系統可安裝在行駛於規模養雞場中連排雞籠間走道的小車(如完成自動清掃、餵料、 巡視等功能的自主導航小車)上。
本系統的圖像釆集採用中芯微公司的ZC301晶片攝像頭。核心控制器採用Samsung公 司的S3C2410處理器，其內核由ARM9TDMI、存儲管理單元(MMU)和高速緩存三部分組成。 GPRS MODEM由SIEMENS工業級MC39i模塊、復位電路、指示燈電路和其他外圍電路組成。 S3C2410與GPRS MODEM之間通過AT指令實現通信。遠程監控機為具有獨立公網IP位址的 PC,手機為開通移動GPRS業務的普通手機。系統將中國移動的GPRS網絡和Internet作為 通信承載網絡。簡訊、圖片及相關信息可以通過GPRS網絡經由Internet發送到遠程監控 機，也可以通過GPRS網絡直接發送到監控手機。系統結構如圖l所示。
本發明的具體操作流程如圖2所示。以一次實驗為例
步驟l處理器上電工作，將攝像頭定位於一組雞籠，拍攝第一幅RGB圖片。所拍圖片 存儲到處理器內存後，接下來對其進行相應的算法處理。
步驟2首先將RGB顏色空間變換為xyz空間，再從xyz空間轉化到l^a樸+顏色空間，提取a承為特徵量，獲得灰度圖像。主要轉換公式見(1) (6)。
X=var—R*0. 4124+var—G*0. 3576+var_B*0. 1805 (1) Y=var_R*0, 2126+var—G*0. 7152+var—B*0. 0722 (2) Z=var—R*0. 0193+var_G*0. 1192+var—B*0. 9505 (3) L*=(116*var_Y)-16 (4) a*=500*(var—X-var_Y) (5) b*=200*(var—Y-var_Z) (6)
採用改進的Ostu法對灰度圖像進行閾值分割。選取閾值的方法有很多，如最大類間方 差法(0stu法)、最小誤差法、最大熵法、最小偏態法及矩量保持法等。其中，Ostu法是一 種經典的全局、非參數、無監督自適應閾值選取方法，它利用灰度直方圖的O階和l階矩， 以目標與背景之間的方差確定分割閾值。但傳統的Otsu法計算量大，且準則函數不一定單 峰。本發明先採用整幅圖像的平均灰度值作為閾值初步確定目標區域，然後根據目標區域 獲得最佳閾值範圍，再在最佳閾值範圍內運用Ostu法確定最優閾值。實驗表明該算法速 度快、噪聲小、分割邊緣較清晰。
步驟3採用形態學特徵運算去除二值圖像中的噪聲，得圖像a。形態學運算去噪是利用 結構元素作為探針在圖像上不斷移動，確定圖像各部分的相互關係，了解圖像的幾何特徵， 從而濾除疊加在圖像上的噪聲。膨脹和腐蝕是數學形態學的最基本運算。本發明選擇5x5 結構元素對二值圖像進行開運算(先腐蝕、後膨脹)。至此，第一幅圖像中的紅雞冠即被清 晰地提取出來。
步驟4刺激信號產生電路給雞籠一個振動(使活雞受到刺激信號而頭部移動)。
步驟5攝像頭位置保持不變，接著採集第二幅圖像。
步驟6採用上述步驟2和3的方法對圖像進行相同處理，得到圖像b。
步驟7再連續重複步驟4至步驟6兩次，經過以上步驟得到相同背景的圖像a、圖像b、圖
像c和圖像d。實驗表明四幅相同背景的連續圖像即能較準確地提取出靜止紅雞冠。
步驟8將圖像a、圖像b、圖像c和圖像d進行二值邏輯與運算，去除活雞的雞冠圖像，
得到最終圖片。
步驟9若最終圖片中存在面積大於TH (TH取150個像素點)的區域，則認為是死雞或疑 似死雞的雞冠。
步驟IO處理器即發送報警簡訊與現場圖片到遠程監控手機，並將詳細信息傳送到遠程 監控機。發送完畢後，攝像頭移至下一組雞籠並清空處理器內存中的圖片。遠程監控中心一旦接收到報警簡訊和現場圖片，根據實際需要發出清除死雞的指令，並通知相關工作人 員及時趕到現場清除死雞。
步驟ll若最終圖片中不存在面積大於TH的區域，則認為雞籠中無死雞，攝像頭直接移 至下一組雞籠並清空處理器內存。
權利要求
1、一種養雞場死雞探測系統，其特徵是，該系統包括現場探測處理機，用於採集養雞場實時圖像，並對圖像進行相應的算法處理和識別，發現死雞後，向遠程監控中心發送報警信號、現場圖片及其他相關信息；遠程監控中心，接收報警簡訊、現場圖片及相關信息，發出相應的死雞處理控制信號；無線通訊網絡，連接所述現場探測處理機和遠程監控中心，將現場探測處理機的報警信號、現場圖片及相關信息傳輸至遠程監控中心。
2、 根據權利要求1所述的探測系統，其特徵是，所述現場探測處理機由微處理器及分 別與微處理器相連接的電源、攝像頭、刺激信號產生電路、監視屏和GPRS MODEM組成，在 所述微處理器中設有相應的圖像採集、處理和識別算法軟體。
3、 根據權利要求1所述的探測系統，其特徵是，所述無線通訊網絡進一步包括GPRS 網絡禾口 Internet 。
4、 根據權利要求1所述的探測系統，其特徵是，所述遠程監控中心進一步包括手機和 遠程監控機；手機通過GPRS網絡與現場探測處理機連接，遠程監控機通過Internet與GPRS 網絡連接。
5、 根據權利要求1所述的探測系統，其特徵是，所述遠程監控機由PC機組成。
6、 一種養雞場死雞探測方法，其特徵是，該方法包括下列步驟步驟l現場探測處理機上電工作，將攝像頭定位於一組雞籠，拍攝第一幅圖片；步驟2微處理器採用顏色特徵提取紅雞冠圖像；步驟3採用形態學特徵運算有效去除噪聲；步驟4刺激信號產生電路給養雞籠內的雞一個外界刺激信號；步驟5在外界刺激信號作用後，攝像頭在保持位置不變的情況下，針對養雞籠中的雞 再次拍攝圖片；步驟6對上步驟所拍圖像進行步驟2至步驟3的處理； 步驟7重複步驟4至步驟6數次；步驟8對上述所有處理後的圖片採用二值邏輯與運算，判斷幾幅相同背景的圖像中是 否存在靜止紅雞冠；步驟9如在幾幅相同背景的圖像中存在靜止紅雞冠，則判斷該雞為死雞或疑似死雞； 步驟10現場探測處理機發出報警信號、實時圖片及其他相關信息，通過無線通訊網 絡傳輸至遠程監控中心。
7、 根據權利要求6所述的探測方法，其特徵是，所述步驟2中，選擇"Wb哨頁色空間中的&*分量為特徵量，再採用改進的最大類間方差法提取紅雞冠圖像。
8、 根據權利要求6所述的探測方法，其特徵是，所述步驟7進一步為重複步驟4至 步驟6兩次。
9、 根據權利要求6所述的探測方法，其特徵是，所述步驟10中，報警簡訊、現場圖 像及相關信息通過GPRS無線網絡傳送到手機和Internet, Internet再將上述所有信息傳 輸至遠程監控機。
10、 根據權利要求6所述的探測方法，其特徵是，所述步驟10中還包括遠程監控機存 儲上述簡訊、圖片和與死雞相關的信息，並作必要的處理和歸類存檔。
全文摘要
本發明涉及一種養雞場死雞探測系統及探測方法，目的在於改善養雞人的工作環境和提高工作效率。養雞場死雞探測系統包括現場探測處理機，用於採集養雞場實時圖像，並對圖像進行相應的算法處理和識別，發現死雞後，向遠程監控中心發送報警信號、現場圖片及其他相關信息；遠程監控中心，接收報警簡訊、現場圖片及相關信息，發出相應的死雞處理控制信號；無線通訊網絡，連接所述現場探測處理機和遠程監控中心，將現場探測處理機的報警信號、現場圖片及相關信息傳輸至遠程監控中心。
文檔編號G06K17/00GK101431596SQ20081023553
公開日2009年5月13日 申請日期2008年11月28日 優先權日2008年11月28日
發明者朱偉興, 李新城, 陸晨芳 申請人:江蘇大學