CN101431596A - 一种养鸡场死鸡探测系统及探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种养鸡场死鸡探测系统及探测方法，目的在于改善养鸡人的工作环境和提高工作效率。养鸡场死鸡探测系统包括：现场探测处理机，用于采集养鸡场实时图像，并对图像进行相应的算法处理和识别，发现死鸡后，向远程监控中心发送报警信号、现场图片及其他相关信息；远程监控中心，接收报警短信、现场图片及相关信息，发出相应的死鸡处理控制信号；无线通讯网络，连接所述现场探测处理机和远程监控中心，将现场探测处理机的报警信号、现场图片及相关信息传输至远程监控中心。

Description

一种养鸡场死鸡探测系统及探测方法

技术领域

本发明涉及数字图像处理和无线通信技术，具体涉及养鸡场死鸡探测系统及探测方法。

背景技术

如今的现代化养鸡场中存在着一项主要的人工劳动密集型工作，即死鸡的检查和清除。根据医学知识，鸡正常死亡后两小时，肌肉和血液开始繁殖病菌。五小时后，繁殖的病菌则成倍增长，这将会产生极大的危害。而若是因感染传染病引起的非正常死亡，则可能导致鸡群之间的交叉感染，如不及时清除会使养鸡场蒙受巨大的经济损失。死鸡的人工检查是一项琐碎而细致的工作，长时间穿梭于环境恶劣的鸡舍中对工人的身体健康会产生严重的影响。所以，开发死鸡自动探测系统对降低工人的劳动强度、提高工作效率和改善工人的劳动环境具有非常重要的意义。

机器视觉技术速度快，信息量大，精确度高，能够克服人眼的差异和视觉疲劳。在机器视觉所涉及的众多技术中，图像处理发挥了主力军作用。

数字图像处理技术开始于二十世纪六十年代初期，如今已发展成为一门独立而有强大生命力的学科。图像是人类获取和交换信息的主要来源之一，图像处理技术的应用领域可以涉及人类生活和工作的方方面面。

近年来，无线通信技术因其灵活性、方便性及可扩充性等优点而倍受人们的关注。在地区偏远、环境恶劣及有线通信条件差等情况下，无线通信更是表现出了强大的优势。目前无线连接方式有很多种，如蓝牙技术、无线局域网、ZigBee、无线移动通信GPRS/CDMA等。其中，GPRS技术正受到越来越多的青睐。

GPRS是General Packet Radio Service的英文简称，中文意思为通用无线分组业务，是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接。它通过在原有的GSM系统中引入分组数据处理单元PCU、GPRS网关支持节点GGSN和GPRS服务支持节点SGSN提供无线系统上的数据业务。GPRS核心网络支持IP技术，采用分组交换方式传输数据及信号。它在许多方面有着显著的优势：①拥有比较完善的网络覆盖，接入范围大，成本低；②传输距离较无线局域网、蓝牙等远，传输速率高，理论可达171.2kbps；③永远在线，按流量计费，可与Internet互相通信。GPRS的上述特点使其非常适用于间歇的、突发的、频繁的、小流量数据传输的场合，同时对偶尔的大量数据传输也能承受。

目前现有技术中还没有基于数字图像处理和无线通信技术的养鸡场死鸡探测系统及探测方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种基于数字图像处理和无线通信技术的养鸡场死鸡探测系统及探测方法，以改善养鸡人的工作环境和提高工作效率。

实现本发明目的的技术方案是，一种养鸡场死鸡探测系统，该系统包括：

现场探测处理机，用于采集养鸡场实时图像，并对图像进行相应的算法处理和识别，发现死鸡后，向远程监控中心发送报警信号、现场图片及其他相关信息；

远程监控中心，接收报警短信、现场图片及相关信息，发出相应的死鸡处理控制信号；

无线通讯网络，连接所述现场探测处理机和远程监控中心，将现场探测处理机的报警信号、现场图片及相关信息传输至远程监控中心。

上述现场探测处理机由微处理器及分别与微处理器相连接的电源、摄像头、刺激信号产生电路、监视屏和GPRS MODEM组成，在所述微处理器中设有相应的图像采集、处理和识别算法软件。

上述无线通讯网络进一步包括GPRS网络和Internet。

上述远程监控中心进一步包括手机和远程监控机，手机通过GPRS网络与现场探测处理机连接，远程监控机通过Internet与GPRS网络连接。

所述远程监控机由PC机组成。

本发明中，通过现场探测处理机采集图像，并对图像进行相应的算法处理，一旦发现死鸡立即通过GPRS MODEM向远程监控中心发送报警短信、现场图片及其他相关信息。手机接收报警短信和现场图片，远程监控机存储上述短信、图片和相关信息，并作必要的处理和归类存档，以便实时查询或历史查询。同时，远程监控中心可根据实际需要发出清除死鸡的指令。该系统替代了人工劳动，实现了降低工人的劳动强度、提高工作效率和改善工人的劳动环境的目的。

依据上述探测系统，实现上述发明目的方法的技术方案是：一种养鸡场死鸡探测方法，该方法包括下列步骤：

步骤1现场探测处理机上电工作，将摄像头定位于一组鸡笼，拍摄第一幅图片；

步骤2微处理器采用颜色特征提取红鸡冠图像；

步骤3采用形态学特征运算有效去除噪声；

步骤4刺激信号产生电路给养鸡笼内的鸡一个外界刺激信号；

步骤5在外界刺激信号作用后，摄像头在保持位置不变的情况下，针对养鸡笼中的鸡再次拍摄图片；

步骤6对上步骤所拍图像进行步骤2至步骤3的处理；

步骤7重复步骤4至步骤6数次；

步骤8对上述所有处理后的图片采用二值逻辑与运算，判断图像中是否存在静止红鸡冠；

步骤9如在几幅相同背景的图像中存在静止红鸡冠，则判断该鸡为死鸡或疑似死鸡；

步骤10现场探测处理机发出报警信号、图片及其他相关信息，通过无线通讯网络传输至远程监控中心。

由于活鸡受到来自外界的刺激信号后其形体会发生改变或移动，尤其是活鸡的具有红色特征的鸡冠在外界刺激信号的作用下，其运动的灵敏度更高。本发明就是利用这一特征，通过在外界刺激信号的作用下，在恰当的固定点位，在刺激信号作用的前后，针对同一养鸡笼中的鸡拍摄多张照片(图像)。采用本发明中的算法对连续几幅相同背景的图像进行处理与识别，判断图像中是否存在静止红鸡冠。如在几幅相同背景的图像中存在静止红鸡冠，说明该静止红鸡冠所对应的鸡在有刺激信号的情况下毫无反应或反应极端迟钝，从而判断该鸡为死鸡或疑似死鸡。

作为本发明的进一步改进，本发明步骤2中，在L*a*b*颜色空间，选择a*作为特征量并采用改进的最大类间方差法(Ostu法)提取红鸡冠图像。

本发明步骤10中，报警短信、现场图像及相关信息通过GPRS无线网络传送到手机和Internet，Internet再将上述信息传输至远程监控机。

作为本发明的进一步改进，上述步骤10中还包括远程监控机存储上述短信、图片和与死鸡相关的信息，并作必要的处理和归类存档。

作为本发明的进一步改进，上述步骤10中还包括远程监控机发出清除死鸡的指令。

本发明的方法主要是静止目标提取算法。针对鸡笼中红色鸡冠较为明显这一特征，通过判断彩色图像中有无静止红鸡冠从而判断鸡笼中有无死鸡。本发明选择L*a*b*空间的a*作为特征量，采用改进的Ostu法进行阈值分割，并利用形态学特征运算去除分散的噪声区域，从而提取出红鸡冠。对同一个鸡笼连续几幅图像进行相同处理后，最后通过二值逻辑与运算判断图像中有无静止鸡冠。一旦发现静止红鸡冠，则认为该静止鸡冠对应的鸡为死鸡或疑似死鸡。

附图说明

图1是本发明的实施例1中养鸡场死鸡探测系统结构示意图；

图2是本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面结合实施例1做进一步说明。

实施例1

如图1所示，一种养鸡场死鸡探测系统，该系统包括：

现场探测处理机1，用于采集养鸡场实时图像，并对图像进行相应的算法处理和识别，发现死鸡后，向远程监控中心发送报警信号、现场图片及其他相关信息；

远程监控中心2，接收报警短信、图片和相关信息，发出相应的死鸡处理控制信号；

无线通讯网络3，连接所述现场探测处理机和远程监控中心，将现场探测处理机的报警信号、现场图片及相关信息传输至远程监控中心。

现场探测处理机1由微处理器及分别与微处理器相连接的电源、摄像头、刺激信号产生电路、监视屏和GPRS MODEM组成。

远程监控中心2进一步包括手机和远程监控机，远程监控机由PC机组成。

无线通讯网络3进一步包括GPRS网络和Internet。

该系统可安装在行驶于规模养鸡场中连排鸡笼间走道的小车(如完成自动清扫、喂料、巡视等功能的自主导航小车)上。

本系统的图像采集采用中芯微公司的ZC301芯片摄像头。核心控制器采用Samsung公司的S3C2410处理器，其内核由ARM9TDMI、存储管理单元(MMU)和高速缓存三部分组成。GPRS MODEM由SIEMENS工业级MC39i模块、复位电路、指示灯电路和其他外围电路组成。S3C2410与GPRS MODEM之间通过AT指令实现通信。远程监控机为具有独立公网IP地址的PC，手机为开通移动GPRS业务的普通手机。系统将中国移动的GPRS网络和Internet作为通信承载网络。短信、图片及相关信息可以通过GPRS网络经由Internet发送到远程监控机，也可以通过GPRS网络直接发送到监控手机。系统结构如图1所示。

本发明的具体操作流程如图2所示。以一次实验为例：

步骤1处理器上电工作，将摄像头定位于一组鸡笼，拍摄第一幅RGB图片。所拍图片存储到处理器内存后，接下来对其进行相应的算法处理。

步骤2首先将RGB颜色空间变换为xyz空间，再从xyz空间转化到L*a*b*颜色空间，提取a*为特征量，获得灰度图像。主要转换公式见(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)

采用改进的Ostu法对灰度图像进行阈值分割。选取阈值的方法有很多，如最大类间方差法(Ostu法)、最小误差法、最大熵法、最小偏态法及矩量保持法等。其中，Ostu法是一种经典的全局、非参数、无监督自适应阈值选取方法，它利用灰度直方图的0阶和1阶矩，以目标与背景之间的方差确定分割阈值。但传统的Otsu法计算量大，且准则函数不一定单峰。本发明先采用整幅图像的平均灰度值作为阈值初步确定目标区域，然后根据目标区域获得最佳阈值范围，再在最佳阈值范围内运用Ostu法确定最优阈值。实验表明：该算法速度快、噪声小、分割边缘较清晰。

步骤3采用形态学特征运算去除二值图像中的噪声，得图像a。形态学运算去噪是利用结构元素作为探针在图像上不断移动，确定图像各部分的相互关系，了解图像的几何特征，从而滤除叠加在图像上的噪声。膨胀和腐蚀是数学形态学的最基本运算。本发明选择5x5结构元素对二值图像进行开运算(先腐蚀、后膨胀)。至此，第一幅图像中的红鸡冠即被清晰地提取出来。

步骤4刺激信号产生电路给鸡笼一个振动(使活鸡受到刺激信号而头部移动)。

步骤5摄像头位置保持不变，接着采集第二幅图像。

步骤6采用上述步骤2和3的方法对图像进行相同处理，得到图像b。

步骤7再连续重复步骤4至步骤6两次，经过以上步骤得到相同背景的图像a、图像b、图像c和图像d。实验表明：四幅相同背景的连续图像即能较准确地提取出静止红鸡冠。

步骤8将图像a、图像b、图像c和图像d进行二值逻辑与运算，去除活鸡的鸡冠图像，得到最终图片。

步骤9若最终图片中存在面积大于TH(TH取150个像素点)的区域，则认为是死鸡或疑似死鸡的鸡冠。

步骤10处理器即发送报警短信与现场图片到远程监控手机，并将详细信息传送到远程监控机。发送完毕后，摄像头移至下一组鸡笼并清空处理器内存中的图片。远程监控中心一旦接收到报警短信和现场图片，根据实际需要发出清除死鸡的指令，并通知相关工作人员及时赶到现场清除死鸡。

步骤11若最终图片中不存在面积大于TH的区域，则认为鸡笼中无死鸡，摄像头直接移至下一组鸡笼并清空处理器内存。

Claims (10)

1、一种养鸡场死鸡探测系统，其特征是，该系统包括：

现场探测处理机，用于采集养鸡场实时图像，并对图像进行相应的算法处理和识别，发现死鸡后，向远程监控中心发送报警信号、现场图片及其他相关信息；

远程监控中心，接收报警短信、现场图片及相关信息，发出相应的死鸡处理控制信号；

无线通讯网络，连接所述现场探测处理机和远程监控中心，将现场探测处理机的报警信号、现场图片及相关信息传输至远程监控中心。

2、根据权利要求1所述的探测系统，其特征是，所述现场探测处理机由微处理器及分别与微处理器相连接的电源、摄像头、刺激信号产生电路、监视屏和GPRS MODEM组成，在所述微处理器中设有相应的图像采集、处理和识别算法软件。

3、根据权利要求1所述的探测系统，其特征是，所述无线通讯网络进一步包括GPRS网络和Internet。

4、根据权利要求1所述的探测系统，其特征是，所述远程监控中心进一步包括手机和远程监控机；手机通过GPRS网络与现场探测处理机连接，远程监控机通过Internet与GPRS网络连接。

5、根据权利要求1所述的探测系统，其特征是，所述远程监控机由PC机组成。

6、一种养鸡场死鸡探测方法，其特征是，该方法包括下列步骤：

步骤1 现场探测处理机上电工作，将摄像头定位于一组鸡笼，拍摄第一幅图片；

步骤2 微处理器采用颜色特征提取红鸡冠图像；

步骤3 采用形态学特征运算有效去除噪声；

步骤4 刺激信号产生电路给养鸡笼内的鸡一个外界刺激信号；

步骤5 在外界刺激信号作用后，摄像头在保持位置不变的情况下，针对养鸡笼中的鸡再次拍摄图片；

步骤6 对上步骤所拍图像进行步骤2至步骤3的处理；

步骤7 重复步骤4至步骤6数次；

步骤8 对上述所有处理后的图片采用二值逻辑与运算，判断几幅相同背景的图像中是否存在静止红鸡冠；

步骤9 如在几幅相同背景的图像中存在静止红鸡冠，则判断该鸡为死鸡或疑似死鸡；

步骤10 现场探测处理机发出报警信号、实时图片及其他相关信息，通过无线通讯网络传输至远程监控中心。

7、根据权利要求6所述的探测方法，其特征是，所述步骤2中，选择L^*a^*b^*颜色空间中的a^*分量为特征量，再采用改进的最大类间方差法提取红鸡冠图像。

8、根据权利要求6所述的探测方法，其特征是，所述步骤7进一步为：重复步骤4至步骤6两次。

9、根据权利要求6所述的探测方法，其特征是，所述步骤10中，报警短信、现场图像及相关信息通过GPRS无线网络传送到手机和Internet，Internet再将上述所有信息传输至远程监控机。

10、根据权利要求6所述的探测方法，其特征是，所述步骤10中还包括远程监控机存储上述短信、图片和与死鸡相关的信息，并作必要的处理和归类存档。