CN108522356B - 光声耦合识别种蛋活胚胎的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光声耦合识别种蛋活胚胎的设备和方法。包括种蛋输送装置和安装在种蛋输送装置上的种蛋检测装置，种蛋检测装置包括检测暗箱、激励检测装置、固定板、气缸和灯板，放置有活胚胎的蛋盘由种蛋输送装置输送经过种蛋检测装置进行无损检测；检测暗箱内顶部安装有气缸，固定板顶端通过气缸连接到检测暗箱内顶面，所述检测暗箱内底部安装有灯板，固定板和灯板之间形成检测通道，固定板安装有多个激励检测装置。本发明的活胚胎存在识别设备能自动识别种蛋内是否存在活胚胎，检测精度高，效率高。

Description

光声耦合识别种蛋活胚胎的设备和方法

技术领域

本发明涉及农业自动化机械，尤其是涉及了一种光声耦合识别种蛋活胚胎的设备和方法。

背景技术

由于种蛋受精率和胚胎存活率并非100％，因此种蛋在孵化期内需要进行照蛋来检测种蛋内胚胎情况。目前孵化场主要依靠人工使用手持式照蛋器进行种蛋检测。但是孵化场孵化种蛋量大，特别是大批种蛋同时孵化时，人工照蛋效率低的缺点特别明显，而且工人的劳动量大，长时间的照蛋工作导致检测准确度下降，人眼的视力也会在照蛋的工作环境中受到负面影响。现有的部分照蛋产品、文献和专利主要集中于孵化前期的无精蛋和死胚蛋的检测，孵化中后期的相关资料较少，因此本发明提出了利用胚胎胎动现象自动检测孵化中后期的死胚蛋、活胚蛋的检测设备和方法。

发明内容

基于上述背景，本发明提供了一种光声耦合识别种蛋活胚胎的设备和方法，能实现高效率、高精度的活胚胎自动无损检测，减少照蛋工人数量。

本发明采用的技术方案如下：

一、一种光声耦合识别种蛋活胚胎的设备：

设备包括种蛋输送装置和安装在种蛋输送装置上的种蛋检测装置，种蛋检测装置包括检测暗箱、激励检测装置、固定板、气缸和灯板，放置有活胚胎的蛋盘由种蛋输送装置输送经过种蛋检测装置进行无损检测；检测暗箱内顶部安装有气缸，固定板顶端通过气缸连接到检测暗箱内顶面，所述检测暗箱内底部安装有灯板，固定板和灯板之间形成检测通道，固定板安装有多个激励检测装置。

所述的种蛋输送装置包括用于输送活胚胎的输送链条，输送链条穿过所述检测暗箱，检测暗箱设置有用于输送链条进出的入口和出口，入口和出口处均设置有遮光帘，所述遮光帘采用黑色不透明的柔软材料。

所述激励检测装置包括上支架、激励检测线路板、光传感器、遮光罩和扬声器，上支架为上、下两端开口的套筒结构，激励检测线路板安装于上支架下端开口，激励检测线路板设置有多个光传感器和扬声器，扬声器安装在激励检测线路板底面的正中央，多个光传感器圆周阵列均匀地安装在扬声器周围的激励检测线路板底面；遮光罩套装于在激励检测线路板下方的上支架下端开口，并将激励检测线路板支撑固定于上支架下端开口处。

所述灯板上表面阵列设置有多个LED灯珠，蛋盘上的每个活胚胎放置底部位置开有用于LED灯珠发射光束穿过的通孔，所述LED灯珠采用色温为2500K～3200K的白光LED。

所述固定板阵列设置有多个激励检测装置，每个激励检测装置与每颗LED灯珠上下对应。

所述遮光罩采用黑色不透明的柔软材料。

所述检测暗箱内壁均匀覆盖有黑色吸光涂料。

所述检测暗箱内部的顶部还设置有检测主板。

二、一种光声耦合识别种蛋活胚胎的方法：

步骤1.种蛋的蛋盘进入种蛋检测装置中，种蛋检测装置中的气缸启动带动固定板及其上的激励检测装置下降；

步骤2.种蛋检测装置中的LED灯珠通电，对种蛋进行低频的闪烁照射，同时扬声器通电发声，两者同时持续若干秒；

步骤3.控制LED灯珠停止低频的闪烁照射改为持续照射，同时扬声器断电停止发声，多个光传感器连续采集若干秒内透过种蛋的透光量，在光传感器内部通过模数转换将透光量转化为透光量数据组，一个光传感器获得一组透光量数据组，多组透光量数据组被发送至检测主板；

步骤4.检测主板中，对收到的多组透光量数据组进行预处理：

计算各组透光量数据组每两组之间的皮尔森相关系数，求得所有皮尔森相关系数的平均值作为相关平均值，同时求取各组透光量数据组各自的方差的平均值作为方差平均值；

最后，将相关平均值、方差平均值分别与相关系数阈值、方差阈值进行对比：若相关平均值小于相关系数阈值且方差平均值大于方差阈值，则该种蛋内存在活胚胎，否则，该种蛋为死胚蛋。

所述步骤2中，对种蛋以30hz低频进行闪烁照射。

本发明LED灯珠的光透过种蛋后由光量检测装置接收到并传送至处理器进行分析，通过步骤4的特殊处理能够区分识别出无精蛋、活胚蛋和死胚蛋。

本发明的有益效果是：

本发明通过低频闪光和声音激励胚胎增强胎动频率和幅度，引起照蛋时种蛋的透光量，从而实现孵化中后期活胚的在线无损检测，且检测精度高、效率高。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。

图2是本发明实施例中种蛋检测装置内部的结构示意图。

图3是本发明实施例中激励检测装置内部的结构示意图。

图4是图3的A向视图。

图5是种蛋为活胚蛋时的透光量曲线图。

图6是种蛋为死胚蛋时的透光量曲线图。

图中：1.种蛋输送装置；2.种蛋检测装置；3.检测暗箱；4.激励检测装置；41.上支架；42.激励检测线路板；43光传感器；44.遮光罩；45.扬声器；5.检测主板；6.固定板；7.气缸；8.灯板；9.LED灯珠；10.遮光帘。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明包括种蛋输送装置1和安装在种蛋输送装置1上的种蛋检测装置2，种蛋检测装置2包括检测暗箱3、激励检测装置4、固定板6、气缸7和灯板8，放置有活胚胎的蛋盘由种蛋输送装置1输送经过种蛋检测装置2进行无损检测。

如图2所示，检测暗箱3内顶部安装有气缸7，固定板6顶端通过四角的四个气缸7连接到检测暗箱3内顶面，由气缸7带动固定板6及其上的激励检测装置4在检测暗箱3内上下升降，固定板6与气缸7之间采用螺纹连接；检测暗箱3内底部安装有灯板8，固定板6和灯板8之间形成检测通道，固定板6安装有多个激励检测装置4。

种蛋输送装置1包括用于输送活胚胎的输送链条，输送链条穿过检测暗箱3，检测暗箱3设置有用于输送链条进出的入口和出口，入口和出口处均设置有遮光帘10，遮光帘10采用黑色不透明的柔软材料。

如图3所示，激励检测装置4包括上支架41、激励检测线路板42、光传感器43、遮光罩44和扬声器45，上支架41为上、下两端开口的套筒结构，激励检测线路板42安装于上支架41下端开口，激励检测线路板42完全覆盖下端开口；激励检测线路板42设置有多个光传感器43和扬声器45，如图4所示，扬声器45安装在激励检测线路板42底面的正中央，多个光传感器43圆周阵列均匀地安装在扬声器45周围的激励检测线路板42底面。

遮光罩44套装于在激励检测线路板42下方的上支架41下端开口，并将激励检测线路板42支撑固定于上支架41下端开口处，遮光罩44包裹覆盖于支架51下端边缘和激励检测线路板42边缘。遮光罩44的作用不仅在于遮挡检测暗箱3内的干扰光线，而且可以使扬声器45的声音尽量往种蛋汇聚。

灯板8上表面阵列设置有多个LED灯珠9，蛋盘上的每个活胚胎放置底部位置开有用于LED灯珠9发射光束穿过的通孔，LED灯珠9采用色温为2500K～3200K的白光LED。

固定板6阵列设置有多个激励检测装置4，每个激励检测装置4与每颗LED灯珠9上下对应。

固定板6上的激励检测装置4和灯板8上的LED灯珠9的阵列排布方式相同，并且均和活胚胎的阵列布置对应。

遮光罩44采用黑色不透明的柔软材料，检测暗箱3内壁均匀覆盖有黑色吸光涂料。

检测暗箱3内部的顶部还设置有检测主板5，灯板8上的多个LED灯珠9、光传感器43和扬声器45均连接到检测主板5。

本发明的实施例如下：

步骤1.种蛋的蛋盘进入种蛋检测装置2中，种蛋检测装置2中的气缸7启动带动固定板6及其上的激励检测装置4下降；

步骤2.种蛋检测装置2中的LED灯珠9通电，对种蛋进行30hz低频(30hz相对于禽类为低频)的闪烁照射，同时扬声器45通电发声，两者同时持续若干秒，这样能够促使活胚胎增加胎动的频率和幅度，有利于后面采集光信号时获得波动较大的光信号。

步骤3.控制LED灯珠9停止低频的闪烁照射改为持续照射，同时扬声器45断电停止发声，多个光传感器43连续采集若干秒内透过种蛋的透光量，在光传感器43内部通过模数转换将透光量转化为透光量数据组，一个光传感器43获得一组透光量数据组，多组透光量数据组被发送至检测主板5；

步骤4.检测主板5中，对收到的多组透光量数据组进行预处理：

计算各组透光量数据组每两组之间的皮尔森相关系数，求得所有皮尔森相关系数的平均值作为相关平均值，同时求取各组透光量数据组各自的方差的平均值作为方差平均值；

最后，将相关平均值、方差平均值分别与相关系数阈值、方差阈值进行对比：若相关平均值小于相关系数阈值且方差平均值大于方差阈值，则该种蛋内存在活胚胎，否则，该种蛋为死胚蛋。

步骤4中，如果种蛋内存在活胚胎，那么由于胎动，透过种蛋并到达光传感器43的光量会不断产生变化，形成一定的波动。另外，胚胎不同部位如翅膀、腿部、头部等不同程度的移动使得透过种蛋的光会产生细微的变化，那么同一时刻，对应的四个圆周阵列分布的光传感器测得的光量大小是不一样的。

具体的光量变化不同可以以图5中的四条透光量曲线(同一种蛋、同一段时间测得)为例：四条透光量曲线的变化幅度以及时间点都不一样。实施例描述四条透光量曲线间的线性相关程度采用皮尔森相关系数。皮尔森相关系数变化范围从-1到1。其中，1表示两组数据或两条曲线完全正相关，没有任何区别。当种蛋的透光量数据组的皮尔森相关系数足够小时(取一个阈值)，该种蛋即为活胚蛋。而死胚蛋内无胎动现象，因此检测死胚蛋得到的四条透光量曲线基本接近于图6的1号曲线——平稳，得到的皮尔森相关系数接近甚至等于1。

外界震动、系统测量时的偶然性误差可能会造成测得的透光量曲线中一条或两条曲线产生图6中2号曲线的现象，即突然产生一个脉冲。该情况下死胚蛋的透光量曲线的皮尔森相关系数就有可能小于阈值，从而被误判为活胚蛋。由此皮尔森相关系数处理时结合计算四条曲线的方差的平均值，将图5的四条曲线和图6中的2号进行比较，发现仅一个脉冲产生的方差远小于持续波动的曲线的方差，那么比较曲线的方差能够排除外界偶然因素的影响。

由此可见，本发明以皮尔森相关系数和方差的平均值的结合处理方式提高了检测精度和准确性。

最后说明的是：以上实施例仅仅是为了说明该发明的技术方案，而非限制；该技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、添加或替换，也属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种光声耦合识别种蛋活胚胎的方法，其特征在于采用光声耦合识别种蛋活胚胎的设备进行识别，设备包括种蛋输送装置（1）和安装在种蛋输送装置（1）上的种蛋检测装置（2），种蛋检测装置（2）包括检测暗箱（3）、激励检测装置（4）、固定板（6）、气缸（7）和灯板（8），放置有活胚胎的蛋盘由种蛋输送装置（1）输送经过种蛋检测装置（2）进行无损检测；检测暗箱（3）内顶部安装有气缸（7），固定板（6）顶端通过气缸（7）连接到检测暗箱（3）内顶面，所述检测暗箱（3）内底部安装有灯板（8），固定板（6）和灯板（8）之间形成检测通道，固定板（6）安装有多个激励检测装置（4）；

所述激励检测装置（4）包括上支架（41）、激励检测线路板（42）、光传感器（43）、遮光罩（44）和扬声器（45），上支架（41）为上、下两端开口的套筒结构，激励检测线路板（42）安装于上支架（41）下端开口，激励检测线路板（42）设置有多个光传感器（43）和扬声器（45），扬声器（45）安装在激励检测线路板（42）底面的正中央，多个光传感器（43）圆周阵列均匀地安装在扬声器（45）周围的激励检测线路板（42）底面；遮光罩（44）套装于在激励检测线路板（42）下方的上支架（41）下端开口，并将激励检测线路板（42）支撑固定于上支架（41）下端开口处；

方法具体步骤包括：

步骤1．种蛋的蛋盘进入种蛋检测装置（2）中，种蛋检测装置（2）中的气缸（7）启动带动固定板（6）及其上的激励检测装置（4）下降；

步骤2．种蛋检测装置（2）中的LED灯珠（9）通电，对种蛋进行低频的闪烁照射，同时扬声器（45）通电发声，两者同时持续若干秒；

步骤3．控制LED灯珠（9）停止低频的闪烁照射改为持续照射，同时扬声器（45）断电停止发声，多个光传感器（43）连续采集若干秒内透过种蛋的透光量，在光传感器（43）内部通过模数转换将透光量转化为透光量数据组，一个光传感器（43）获得一组透光量数据组，多组透光量数据组被发送至检测主板（5）；

步骤4．检测主板（5）中，对收到的多组透光量数据组进行预处理：

计算各组透光量数据组每两组之间的皮尔森相关系数，求得所有皮尔森相关系数的平均值作为相关平均值，同时求取各组透光量数据组各自的方差的平均值作为方差平均值；

最后，将相关平均值、方差平均值分别与相关系数阈值、方差阈值进行对比：若相关平均值小于相关系数阈值且方差平均值大于方差阈值，则该种蛋内存在活胚胎，否则，该种蛋为死胚蛋。

2.根据权利要求1所述的一种光声耦合识别种蛋活胚胎的方法，其特征在于：所述步骤2中，对种蛋以30hz低频进行闪烁照射。

3.根据权利要求1所述的一种光声耦合识别种蛋活胚胎的方法，其特征在于：所述的种蛋输送装置（1）包括用于输送活胚胎的输送链条，输送链条穿过所述检测暗箱（3），检测暗箱（3）设置有用于输送链条进出的入口和出口，入口和出口处均设置有遮光帘（10），所述遮光帘（10）采用黑色不透明的柔软材料。

4.根据权利要求1所述的一种光声耦合识别种蛋活胚胎的方法，其特征在于：所述灯板（8）上表面阵列设置有多个LED灯珠（9），蛋盘上的每个活胚胎放置底部位置开有用于LED灯珠（9）发射光束穿过的通孔，所述LED灯珠（9）采用色温为2500K~3200K的白光LED。

5.根据权利要求1所述的一种光声耦合识别种蛋活胚胎的方法，其特征在于：所述固定板（6）阵列设置有多个激励检测装置（4），每个激励检测装置（4）与每颗LED灯珠（9）上下对应。

6.根据权利要求4所述的一种光声耦合识别种蛋活胚胎的方法，其特征在于：所述遮光罩（44）采用黑色不透明的柔软材料。

7.根据权利要求1所述的一种光声耦合识别种蛋活胚胎的方法，其特征在于：所述检测暗箱（3）内壁均匀覆盖有黑色吸光涂料。

8.根据权利要求1所述的一种光声耦合识别种蛋活胚胎的方法，其特征在于：所述检测暗箱（3）内部的顶部还设置有检测主板（5）。