CN105748046A - 基于红外热像图的温度信息监测方法及其系统 - Google Patents

基于红外热像图的温度信息监测方法及其系统 Download PDF

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Abstract

本发明基于红外热像图的温度信息监测方法及其系统，方法包括获取活动物体预设部位的红外热图像；获取环境温度；提取所述红外热图像的特征区域；获取所述特征区域的温度信息；依据历史经验数据预设温度数据分析模型；将所述环境温度以及特征区域的温度信息代入所述温度数据分析模型进行计算，获取所述活动物体的预设部位的温度信息。本发明实现了远程在线对活动物体特定部位的温度自动检测，及时、准确获取活动物体的温度信息；所述温度信息的获取方式具有非接触性、无创性、及时性、以及适用性广，自动化操作，快速便捷，投入成本低廉，精确度高等特点，对动物状态的分析具有重要意义。

Description

基于红外热像图的温度信息监测方法及其系统
技术领域
本发明涉及图像数据分析监测领域，具体说的是一种基于红外热像图的温度信息监测方法及其系统。
背景技术
近年来，我们发现红外热成像这种非接触的、无创的、快速连续的成像技术，能够全面、整体、动态地采集和分析数据，在医学、建筑学等各个领域被广泛应用，但在动物疾病的应用领域的研究甚少，尤其是在奶牛疾病的诊断方面。在我国，其中奶牛乳腺炎在奶牛疾病中居首位，其发病率一般在20％-75％，隐形的乳腺炎发病率则高达61.03％-79.62％，造成的直接经济损失超过了3亿元，是制约我国奶牛业发展，降低牛奶品质和奶牛饲养经济效益的大敌。但奶牛乳腺炎的诊断方式大多还停留在原始的乳汁细菌培养，乳汁体细胞技术法，乳汁酶类活性分析等传统方式，劳动力大且费用昂贵，通常具有滞后性，无法做到早预防早治疗。国外虽然开始使用红外热像仪辅助研究，但其成本昂贵，适用性不广，因此，设计一种能够以非接触的、无创的、快速连续的方式获取动物的温度信息，以作为动物健康状态的分析是很有必要的。
公布号为CN103513241A的专利申请文件，公开一种基于微波与超声波传感器的活动物体监测装置，具体公开了当微波传感器监测到有活动物体通过监测区域时，立即开启超声波传感器，以确认物体进入探测区域，并可获得距离与速度信息，实现对一定区域内的活动物体的定位和运动状态的监测。该方案只能对动物进行定位以及获取运动状态，还是无法实现对动物的健康状态进行监测。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于红外热像图的温度信息监测方法及其系统，实现准确获取活动物体预设部位的温度信息，有助于对活动物体的状态进行分析。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
基于红外热像图的温度信息监测方法，包括
获取活动物体预设部位的红外热图像；获取环境温度；
提取所述红外热图像的特征区域；
获取所述特征区域的温度信息；
依据历史经验数据预设温度数据分析模型；
将所述环境温度以及特征区域的温度信息代入所述温度数据分析模型进行计算，获取所述活动物体的预设部位的温度信息。
本发明提供的另一个技术方案为：
基于红外热像图的温度信息监测系统，包括温度传感器、红外热成像传感器以及处理器；所述温度传感器和红外热成像传感器分别与所述处理器连接；
所述处理器包括相互连接的图像处理模块和运算模块；所述图像处理模块还与所述红外热成像传感器连接；
所述红外热成像传感器，用于获取活动物体预设部位的红外热图像；
所述温度传感器，用于获取环境温度；
所述图像处理模块，用于提取所述红外热图像的特征区域；以及获取所述特征区域的温度信息；
所述运算模块，用于依据历史经验数据预设温度数据分析模型；以及将所述环境温度以及特征区域的温度信息代入所述温度数据分析模型进行计算，获取所述活动物体的预设部位的温度信息。
本发明的有益效果在于：区别于现有技术只能通过细菌培养的方式知晓动物的状态，所耗费的人力物力以及成本高，具有滞后性，且会对动物造成伤口的不足。本发明提供一种基于红外热像图的温度信息监测方法，通过对活动物体预设部位的红外热图像进行分析处理，将所提取的特征图像的温度信息、环境温度依据预设温度数据分析模型进行自动化分析处理，计算获取活动物体的预设部位的温度信息，实现准确获取活动物体是特定部位的温度信息。本发明的温度信息监测方式具有非接触性、无创性、及时性、以及适用性广，自动化操作，快速便捷，投入成本低廉，精确度高等特点，对动物状态的分析具有重要意义。
附图说明
图1为本发明基于红外热像图的温度信息监测方法的流程示意图；
图2为本发明实施例一基于红外热像图的温度信息监测方法的流程示意图；
图3为本发明实施例二对红外热图像提取的特征区域的示意图；
图4为本发明基于红外热像图的温度信息监测系统的结构组成示意图；
图5为本发明实施例二基于红外热像图的温度信息监测系统的结构组成示意图。
标号说明：
1、温度传感器；2、红外热成像传感器；3、处理器；4、距离传感器；
5、控制模块；6、第一通讯模块；7、第二通讯模块；8、警报提示装置；
9、湿度传感器；31、图像处理模块；32、运算模块；33、数据存储模块。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本发明最关键的构思在于：获取活动物体预设部位的红外热图像的特征区域的温度信息，结合环境温度，对应预设疾病类型的温度数据分析模型进行计算，获取所述活动物体的预设部位的温度信息。
请参照图1以及图2，本发明提供基于红外热像图的温度信息监测方法，包括：
获取活动物体预设部位的红外热图像；获取环境温度；
提取所述红外热图像的特征区域；
获取所述特征区域的温度信息；
依据历史经验数据预设温度数据分析模型；
将所述环境温度以及特征区域的温度信息代入所述温度数据分析模型进行计算，获取所述活动物体的预设部位的温度信息。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：利用红外热成像技术采集活动物体的红外热像图，对该图像自动化分析处理，提取相应特征区域的温度信息，结合采集到的环境温度，在历史试验数据基础上建立该活动物体的温度异常指数计算经验公式，即预设温度数据分析模型；依据温度数据分析模型计算获取预设部位的温度信息；依据预设部位的温度信息可判断所述活动物体的温度是否正常。本发明的检测方法具有非接触性，无创，快速便捷，价格低廉的优势，并且稳定性适应性强、对于动物状态的分析具有重要意义。
进一步的，所述“获取活动物体的红外热图像”具体为：
获取预设范围内的活动物体的距离；
若所述距离小于预设距离，则获取活动物体预设部位的红外热图像。
由上述描述可知，本发明能够依据活动物体的距离，智能控制对预设范围内的活动物体进行红外热图像采集的时机，实现图像采集对象的准确定位，提高所获取的红外热图像的准确性，进而提高温度数据准确性。
进一步的，所述“将所述环境温度以及特征区域的温度信息代入所述温度数据分析模型进行计算，获取所述活动物体的预设部位的温度信息”具体为：
获取所述红外热图像的温度平均值；
获取环境的湿度；
将所述温度平均值、环境温度、环境湿度以及特征区域的温度信息代入所述温度数据分析模型进行计算，获取所述活动物体预设部位的温度信息。
由上述描述可知，本发明还获取红外热图像的温度平均值，并同时依据所述温度平均值计算获取活动物体预设部位的温度信息，计算参数多样化且具备针对性，能够提高计算获取预设部位的温度信息的精确度。
进一步的，所述“获取所述活动物体预设部位的温度信息”之后，进一步包括：
若所述温度信息超出预设温度阈值，则警报提示。
由上述描述可知，本发明还能比对所获取预设部位的温度信息是否符合标准，并能够在断定所述活动物体预设部位的温度信息异常时及时的进行警报提示，以便工作人员及时采取相应措施，实现活动物体状态的判断。
本发明提供的另一个技术方案为：
请参阅图4，基于红外热像图的温度信息监测系统，包括温度传感器1、红外热成像传感器2以及处理器3；所述温度传感器1和红外热成像传感器2分别与所述处理器3连接；
所述处理器3包括相互连接的图像处理模块31和运算模块32；所述图像处理模块31还与所述红外热成像传感器2连接；
所述红外热成像传感器2，用于获取活动物体预设部位的红外热图像；
所述温度传感器1，用于获取环境温度；
所述图像处理模块31，用于提取所述红外热图像的特征区域；以及获取所述特征区域的温度信息；
所述运算模块32，用于依据历史经验数据预设温度数据分析模型；以及将所述环境温度以及特征区域的温度信息代入所述温度数据分析模型进行计算，获取所述活动物体的预设部位的温度信息。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：通过温度传感器获取环境温度；通过红外热成像传感器获取活动物体的红外热图像；通过图像处理模块对所述红外热图像进行自动化处理，获取特征区域的温度信息；通过运算模块将环境温度以及特征区域的温度信息代入预设的温度数据分析模型，获取活动物体的预设部位的温度信息。通过上述基于红外热像图的温度信息监测系统，实现了准确获取活动物体特定部位温度信息。本发明的疾病监测系统具有非接触性、无创性、及时性、以及适用性广，自动化操作，快速便捷，投入成本低廉，精确度高等特点，对动物的状态分析具有重要意义。
进一步的，还包括距离传感器4和控制模块5，所述距离传感器4和红外热成像传感器2分别与控制模块5连接；
所述距离传感器4，用于获取预设范围内的活动物体的距离；
所述控制模块5，用于若所述距离小于预设距离，则控制所述红外热成像传感器获取活动物体预设部位的红外热图像。
进一步的，还包括第一通讯模块6和第二通讯模块7；所述距离传感器4、温度传感器1、红外热成像传感器2、控制模块5以及第一通讯模块6构成下位机；所述第二通讯模块7和所述处理器3构成上位机；所述下位机和上位机之间通过第一通讯模块6和第二通讯模块7无线通讯连接。
进一步的，所述上位机还包括警报提示装置8，所述警报提示装置8与所述处理器3连接；
所述警报提示装置8，用于当判定所述活动物体的预设部位的温度信息存在异常时，进行警报提示。
进一步的，还包括湿度传感器9，所述湿度传感器9与所述处理器连接；所述处理器3还包括数据存储模块33，所述数据存储模块33分别与图像处理模块31和运算模块32连接；
所述数据存储模块33，用于存储对应预设疾病类型的诊断数学模型以及历史经验数据库；
所述图像处理模块31，还用于获取所述红外热图像的温度平均值；
所述湿度传感器9，用于获取环境的湿度；
所述运算模块32，具体用于依据历史经验数据预设温度数据分析模型；以及将所述温度平均值、环境温度、环境湿度以及特征区域的温度信息代入所述温度数据分析模型进行计算，获取所述活动物体预设部位的温度信息。
实施例一
请参照图2，本实施例提供一种基于红外热像图的温度信息监测方法，方法包括：
通过距离传感器实时对预设范围内出现的活动物体进行测距，获取预设范围内的活动物体的距离；若该距离小于或等于预设的距离阈值，则触发红外热成像传感器对活动物体的预设位置进行拍照，获取该活动物体的红外热图像；同时获取所述红外热图像的温度平均值T2(℃)；
对所述红外热图像进行自动化处理，具体包括提取红外热图像的特征区域，可选的，可以通过小波变换方法提取特征区域；所提取的特征区域为两个或两个以上，优选获取到A、B、C、D四个区域；然后分别获取特征区域的温度信息，优选为相对应的特征区域的平均温度(℃)TA、TB、TC、TD；
通过温度传感器获取当前环境的温度T1(℃)；
依据历史温度经验数据预设温度数据分析模型；优选所述温度数据分析模型是以一预设温度阈值为基础，基于存储有历史温度经验的数据库的分析而预置的，通过将当前环境的温度T1(℃)、红外热图像的温度平均值T2(℃)以及特征区域的温度信息代入所述温度数据分析模型进行计算，获取所述活动物体预设部位的温度信息Y；
判断所述预设部位的温度信息Y是否超出预设温度阈值，若是，则判定该活动物体的温度异常，同时发出警报提示；若否，则判定该活动物体的温度处于正常范围。
优选的，上述实施例所获取的对应活动物体某一预设部位的温度信息后，可以将其运用在对活动物体的状态分析，判断所述活动物体预设部位的温度是都正常。如所述活动物体的这一预设部位若存在发炎问题，则这一预设部位的温度将会升高，因此，可以通过所述温度信息判断所述活动物是否存在炎症问题。再如，本发明的基于红外热像图的温度信息监测方法还可以应用于动物的养殖技术领域中，例如，可以通过所述温度信息判断所述活动物状态，进而指导具体的养殖方法(如可以根据获得的所述温度信息，提高或降低养殖的温度、或者增加或减少特定营养物质的供给等等)。
实施例二
请参照图2和3，本实施例为实施例一的具体运用，提供一种运用于奶牛乳房部位温度信息监测的方法，相同之处不再累述，区别点在于，所述活动物体为奶牛，所述预设部位为奶牛的乳房；对应所述红外热图像提取得到的区域特征如图3所示，对应奶牛的乳房分别提取得到A区、B区、C区以及D区；所述温度数据分析模型对应计算奶牛乳房的温度信息Y的公式为：
所述预设温度阈值优选为0.8；当Y>0.8时，则判定该奶牛的乳房部位温度较高，乳腺可能有炎症，并发出预警信号。
上述方案针对奶牛的乳房部位的温度进行检测，获取奶牛乳房部位的温度信息，能够依据本发明的技术方案所获取的温度信息判断奶牛的生长状态，根据其生长状态，可以指导奶牛的具体喂养方式，从而提高奶牛的产奶量；亦或可以应用于对奶牛乳腺炎这一疾病的预测，进而降低奶牛的病死率，提高奶牛的产奶量。
实施例三
请参阅图5，本实施例是基于实施例一的一种基于红外热像图的温度信息监测系统，包括距离传感器4、温度传感器1、红外热成像传感器2、控制模块5、警报提示装置8以及处理器3；所述温度传感器1和红外热成像传感器2分别与所述处理器3连接；所述距离传感器4和红外热成像传感器2分别与控制模块5连接；所述警报提示装置8与所述处理器3连接。
所述处理器3包括相互连接的图像处理模块31和运算模块32；所述图像处理模块31还与所述红外热成像传感器2连接；
所述距离传感器4，用于获取预设范围内的活动物体的距离；
所述控制模块5，用于若所述距离小于预设距离，则控制所述红外热成像传感器获取活动物体的红外热图像；
所述红外热成像传感器2，用于获取活动物体预设部位的红外热图像；
所述温度传感器1，用于获取环境温度；
所述图像处理模块31，用于提取所述红外热图像的特征区域；以及获取所述特征区域的温度信息；
所述运算模块32，用于依据历史经验数据预设温度数据分析模型；以及将所述环境温度以及特征区域的温度信息代入所述温度数据分析模型进行计算，获取所述活动物体的预设部位的温度信息；
所述警报提示装置8，用于当判定所述活动物体的预设部位的温度信息存在异常时，进行警报提示。
优选的，所述动物疾病监测系统还包括第一通讯模块6、第二通讯模块7、湿度传感器9；所述距离传感器4、温度传感器1、红外热成像传感器2、控制模块5以及第一通讯模块6构成下位机；所述第二通讯模块7和所述处理器3构成上位机；所述下位机和上位机之间通过第一通讯模块6和第二通讯模块7无线通讯连接。
所述下位机安装在动物活动现场，所述上位机安装在远离现场的办公室中，实现在线远程自动检测。
优选的，所述处理器3还包括数据存储模块33，所述数据存储模块33分别与图像处理模块31和运算模块32连接；
所述数据存储模块33，用于存储对应预设疾病类型的诊断数学模型以及历史经验数据库；
所述图像处理模块31，还用于获取所述红外热图像的温度平均值；
所述湿度传感器9，用于获取环境的湿度；
所述运算模块32，具体用于依据历史经验数据预设温度数据分析模型；以及将所述温度平均值、环境温度、环境湿度以及特征区域的温度信息代入所述温度数据分析模型进行计算，获取所述活动物体预设部位的温度信息。
实施例四
本实施例是基于实施例二的活动物体温度监测系统，包括单片机控制模块、传感器组件、通讯模块、图像处理器、自动诊断模块以及警报提示模块；所述单片机控制模块与传感器组件连接；所述传感器组件通过所述通讯模块与图像处理器和自动诊断模块连接；所述图像处理器、自动诊断模块连接以及警报提示模块依次连接；
所述单片机控制模块由单片机控制器、输入输出接口和外围电路等组成；
所述传感器组件包括超声波距离传感器、温度传感器、湿度传感器以及红外热成像传感器；
所述通讯模块包括第一通讯模块和第二通讯模块；
所述图像处理器包括由图像处理芯片和图像自动分析处理程序组成的图像处理模块；
所述自动诊断模块由奶牛乳房温度分析数学模型、奶牛乳房温度数据库、数据接口和应用界面等组成；所述自动诊断模块优选存放于数据存储模块中；
上述的单片机控制模块、传感器组件以及第一通讯模块构成下位机；所述第二通讯模块、图像处理器以及自动诊断模块构成上位机；所述下位机安装在牧场现场如挤奶通道上；所述上位机安装在远离现场的办公室中；所述第一通讯模块和第二通讯模块之间有线或者无线通信连接。
上述活动物体温度检测系统的工作原理为：
下位机的单片机控制模块控制超声波距离传感器、温度传感器、湿度传感器以及红外热成像传感器进行数据采集；具体的，通过所述超声波距离传感器实时测距，得到距离数据，发送至单片机控制器；即自动捕捉对活动物体拍取红外热成像图像的时机；单片机控制器根据输入的所述距离数据，适时启动所述红外热成像传感器对经过的奶牛的乳房自动拍照，获取红外热图像后通过第一通讯模块发送至上位机；同时，所述温度传感器获取当前环境的温度；湿度传感器获取当前环境的湿度；然后发送当前环境的温度和湿度至上位机；
上位机的第二通讯模块接收所述红外热图像以及当前环境的温度和湿度，将当前环境的温度和湿度发送至自动诊断模块；将红外热图像发送至图像处理器；图像处理器的图像处理芯片和图像自动分析处理程序；所述图像处理器对所述红外热图像进行相应的自动化分析处理，提取相应特征区域，所述特征区域为两个或两个以上；然后获取特征区域的温度信息，发送至自动诊断模块；所述自动诊断模块依据接收到的当前环境的温度和湿度以及所述特征区域的温度信息，结合预置的乳房温度分析数学模型和奶牛乳房温度数据库计算出该奶牛乳房温度信息，并通过应用界面展示出来；当计算出的乳房温度信息超出预设温度阈值时，通过警报提示模块发出警报，同时通过应用界面提示。
优选的，下位机的所述热成像传感器安装在与所述奶牛的乳房相对的位置上，能够获取所述奶牛的乳房的正视图，如图3所示；经过图像处理器对该红外热图像进行特征区域提取操作后，将对应奶牛的四个乳房分别获得A区、B区、C区和D区四个特征区域，获取相对应的平均温度信息(℃)TA、TB、TC、TD。
综上所述，本发明提供的基于红外热像图的温度信息监测方法及其系统，不仅能够远程在线对活动物体特定部位的温度自动检测，及时、准确获取活动物体的温度信息；而且该温度信息的获取方式具有非接触性、无创性、及时性、以及适用性广，自动化操作，快速便捷，投入成本低廉，精确度高等特点；进一步的，能够将所获取的温度信息很好的适用于对奶牛乳房温度正常与否的判断，实现对活动物体状态的监控。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.基于红外热像图的温度信息监测方法，其特征在于，包括
获取活动物体预设部位的红外热图像；获取环境温度；
提取所述红外热图像的特征区域；
获取所述特征区域的温度信息；
依据历史经验数据预设温度数据分析模型；
将所述环境温度以及特征区域的温度信息代入所述温度数据分析模型进行计算，获取所述活动物体预设部位的温度信息。
2.如权利要求1所述的基于红外热像图的温度信息监测方法，其特征在于，所述“获取活动物体预设部位的红外热图像”具体为：
获取预设范围内的活动物体的距离；
若所述距离小于预设距离，则获取活动物体预设部位的红外热图像。
3.如权利要求1所述的基于红外热像图的温度信息监测方法，其特征在于，所述“将所述环境温度以及特征区域的温度信息代入所述温度数据分析模型进行计算，获取所述活动物体预设部位的温度信息”具体为：
获取所述红外热图像的温度平均值；
获取环境的湿度；
将所述温度平均值、环境温度、环境湿度以及特征区域的温度信息代入所述温度数据分析模型进行计算，获取所述活动物体预设部位的温度信息。
4.如权利要求3所述的基于红外热像图的温度信息监测方法，其特征在于，所述“获取所述活动物体预设部位的温度信息”之后，进一步包括：
若所述温度信息超出预设温度阈值，则警报提示。
5.基于红外热像图的温度信息监测系统，其特征在于，包括温度传感器、红外热成像传感器以及处理器；所述温度传感器和红外热成像传感器分别与所述处理器连接；
所述处理器包括相互连接的图像处理模块和运算模块；所述图像处理模块还与所述红外热成像传感器连接；
所述红外热成像传感器，用于获取活动物体预设部位的红外热图像；
所述温度传感器，用于获取环境温度；
所述图像处理模块，用于提取所述红外热图像的特征区域；以及获取所述特征区域的温度信息；
所述运算模块，用于依据历史经验数据预设温度数据分析模型；以及将所述环境温度以及特征区域的温度信息代入所述温度数据分析模型进行计算，获取所述活动物体预设部位的温度信息。
6.如权利要求5所述的基于红外热像图的温度信息监测系统，其特征在于，还包括距离传感器和控制模块，所述距离传感器和红外热成像传感器分别与控制模块连接；
所述距离传感器，用于获取预设范围内的活动物体的距离；
所述控制模块，用于若所述距离小于预设距离，则控制所述红外热成像传感器获取活动物体预设部位的红外热图像。
7.如权利要求6所述的基于红外热像图的温度信息监测系统，其特征在于，还包括第一通讯模块和第二通讯模块；所述距离传感器、温度传感器、红外热成像传感器、控制模块以及第一通讯模块构成下位机；所述第二通讯模块和所述处理器构成上位机；所述下位机和上位机之间通过第一通讯模块和第二通讯模块无线通讯连接。
8.如权利要求7所述的基于红外热像图的温度信息监测系统，其特征在于，所述上位机还包括警报提示装置，所述警报提示装置与所述处理器连接；
所述警报提示装置，用于当判定所述活动物体的预设部位的温度信息存在异常时，进行警报提示。
9.如权利要求5所述的基于红外热像图的温度信息监测系统，其特征在于，还包括湿度传感器，所述湿度传感器与所述处理器连接；所述处理器还包括数据存储模块，所述数据存储模块分别与图像处理模块和运算模块连接；
所述数据存储模块，用于存储对应预设疾病类型的温度数据分析模型以及历史经验数据库；
所述图像处理模块，还用于获取所述红外热图像的温度平均值；
所述湿度传感器，用于获取环境的湿度；
所述运算模块，具体用于依据历史经验数据预设温度数据分析模型；以及将所述温度平均值、环境温度、环境湿度以及特征区域的温度信息代入所述温度数据分析模型进行计算，获取所述活动物体预设部位的温度信息。
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