CN110192845A - 一种生猪体温检测装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生猪体温检测装置及系统，装置包括：控制器以及连接的多个红外阵列传感器；红外阵列传感器，用于采集包含生猪目标的目标区域的温度矩阵并将温度矩阵发送给控制器；控制器，包括处理单元以及存储有可执行代码的存储器，所述处理单元执行可执行代码可实现如下步骤：将接收的所述多组温度矩阵转换成对应的多张灰度图像；对多张灰度图像进行拼接，得到拼接图像；将所述拼接图像与预存的多个图像模板进行匹配，以获取与所述拼接图像匹配的图像模板；根据在匹配的图像模板上标注的关键位置点获取在所述拼接图像对应的至少一个目标位置点；根据所述至少一个目标位置点对应的温度值获得所述生猪目标的体温。实施本发明，能够实时准确测量得到生猪的体温。

Description

一种生猪体温检测装置及系统

技术领域

本发明涉及图像处理领域，尤其涉及一种生猪体温检测装置及系统。

背景技术

据美国农业部统计，2001年以来至今，中国连年成为世界上最大的猪肉生产国和消费国。猪肉是中国餐桌上必不可少的肉类食品，而生猪的体况直接和猪肉的安全挂钩，因此生猪在宰杀前的健康状况一直是人们关注的一个问题。在养殖过程中，生猪的体温变化是生猪健康状况的重要指标，当生猪体温过高时，可能感染了猪瘟、猪流感等疾病，需要及时从猪群中隔离，进行观察和治疗，避免疾病传播造成重大经济损失。因此实时测量生猪体温是科学预防和控制生猪疾病传播的有效手段，生猪温度的变化情况也是诊断各类疾病的重要参考之一。

目前养殖场现有的体温信息获取方法，多使用体温计，耳温枪等测温工具直接接触生猪，获取其直肠温度或者是耳部温度，这类测量方法易受生猪的情绪起伏、测量次数等因素影响，而且养殖场中生猪的数量较多，需要配备专门的人员一对一进行测量，不仅增加了设备的成本，也增加了饲养员的劳动强度，造成养殖成本的增加，另一方面与生猪直接接触，加大了感染疾病的风险，人为的测量结果也可能存在较大的误差，因此难以方便准确的获取生猪的体温状况。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种生猪体温检测装置及系统，能实时、准确地获取生猪的体温。

本发明实施例提供了一种生猪体温检测装置，包括：控制器以及多个红外阵列传感器；其中：

所述红外阵列传感器与所述控制器通过IIC接口连接；

所述红外阵列传感器，用于采集包含生猪目标的目标区域的温度矩阵，并将温度矩阵发送给所述控制器；

所述控制器，包括处理单元以及存储器，所述存储器内存储有可执行代码，所述可执行代码能够被所述处理单元执行以实现如下步骤：

将接收的所述多组温度矩阵转换成对应的多张灰度图像；

对多张灰度图像进行拼接，得到拼接图像；

将所述拼接图像与预存的多个图像模板进行匹配，以获取与所述拼接图像匹配的图像模板；其中，所述多个图像模板根据生猪的头部的多个视角图片的二值图获得，且每个图像模板中预先标注有至少一个关键位置点；

根据在匹配的图像模板上标注的关键位置点获取在所述拼接图像对应的至少一个目标位置点；

根据所述至少一个目标位置点对应的温度值获得所述生猪目标的体温。

优选地，所述对多张灰度图像进行拼接，得到拼接图像，具体包括：

根据红外阵列传感器的位置选择每张灰度图像的拼接边；

根据选择的拼接边沿对应的灰度图像中央扫描，并在扫描过程中计算所述灰度图像的平均灰度值；

当检测到灰度值显著大于所述平均灰度值的像素点时，记录以所述像素点为中心的8个方向像素点的灰度值，将这些灰度值转换成一个包含8个元素的向量，并记录向量的位置信息；

当对每张灰度图像均计算获得预定数量的向量后，停止扫描，并将两个相邻的灰度图像的对应的拼接边进行向量的两两匹配，以将欧几里德距离最小的两个向量匹配为一对；

在完成配对后，以配对成功的向量对应的像素点为拼接参考点进行灰度图像的拼接。

优选地，所述将所述拼接图像与预存的多个图像模板进行匹配，以获取与所述拼接图像匹配的图像模板，具体包括：

从所述拼接图像中提取出生猪目标的边缘和轮廓，并根据所述边缘提取角点；

将所述拼接图的轮廓内部的区域和轮廓外部的区域进行二值化填充，以得到目标图；

将所述目标图与预存的多个图像模板基于角点进行匹配，以根据匹配结果获取与所述拼接图像匹配的图像模板。

优选地，所述将所述目标图与预制的多个图像模板基于角点信息进行匹配具体为：

依次将所述目标图的角点与和每个图像模板的角点重合，再将目标图与图像模板进行与操作，得到叠加图；

当所述叠加图的黑白像素的比例与所述目标图的黑白像素的比例的偏差小于预定的阈值，则认为匹配成功，否则认为匹配失败。

优选地，所述关键位置点至少包括以下其中之一：生猪的鼻尖、耳根、耳朵颈后。

优选地，当与所述关键位置点对应的目标位置点的数量为多个时，则所述体温为多个目标位置对应的多个温度值的加权平均。

优选地，还包括警报器以及无线传输装置；所述警报器与所述控制器通过GPIO连接；所述无线传输装置与所述控制器通过UART连接；

则所述步骤还包括：

当所述体温大于预设的温度阈值时，控制所述警报器发出警报以及通过所述无线传输装置向远程服务器发送报警信息。

优选地，还包括RFID读写器以及SD存储卡，所述RFID读写器与所述控制器通过UART连接，用于读取位于生猪目标身上的RFID标签以确定所述生猪目标的标识；所述SD存储卡与所述控制器通过SDIO接口连接。

本发明实施例还提供了一种生猪体温检测系统，包括远程服务器、用户终端以及如上述的生猪体温检测装置，其中，所述远程服务端与所述生猪体温检测装置及所述用户终端通过网络实现连接。

上述一个实施例中，由于生猪体温检测装置安装在生猪的饮水装置或者饲养装置上，可以通过红外阵列传感器在一天内多次测量生猪的体温情况，根据所采集图像的温度分布，可以判断出是否有猪只靠近，并且基于所采集的生猪头部的红外图像能快速地直接识别出生猪的体温，及时发现异常的病态猪。较同类产品可以更加方便的测量猪只的体温，保障了测量的次数和准确性，而且设备成本和维护成本低，无需大量的人工操作就可以实时监测生猪的体温情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。

图1是本发明第一实施例提供的生猪体温检测装置的一种安装示意图。

图2是本发明第一实施例提供的生猪体温检测装置的另一种安装示意图。

图3是本发明第一实施例提供的生猪体温检测装置的结构示意图。

图4是本发明第一实施例提供的多个红外阵列传感器的一种排布示意图。

图5是本发明第一实施例提供的生猪体温检测装置的一种工作流程图。

图6是本发明第一实施例提供的生猪体温检测装置的另一种工作流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图3，本发明第一实施例提供了一种生猪体温检测装置100，其包括：控制器10以及多个红外阵列传感器20；其中：

所述红外阵列传感器20与所述控制器10通过IIC(Inter-Integrated Circuit，集成电路总线)接口连接。

所述红外阵列传感器20，用于采集包含生猪目标的目标区域的温度矩阵，并将温度矩阵发送给所述控制器。

在本实施例中，考虑到生猪在一天内喝水和饮食的次数多，且饮水口或者饲养装置一次通常只有一只生猪喝水或者进食，并且会在饮水或者进食区域停留一段时间，因此，本实施例将生猪体温检测装置100猪圈的饮水装置200或者饲养装置300的上方，有利于准确地采集单个猪只的实时体温。

在本实施例中，猪只的实时体温由所述红外阵列传感器20进行采集。其中，所述红外传阵列感器20的型号可为MLX90640，所述红外阵列传感器20不断对目标区域(即饮水装置200或者饲养装置300附近范围)进行温度采集，当没有高温物体靠近，则丢弃所采集的温度信息；当目标区域出现高温物体(通常是猪只靠近饮水装置200喝水或者靠近饲养装置300进食)，则所述红外阵列传感器20将采集的温度矩阵发送给所述控制器。

考虑到单个红外阵列传感器20可能没有办法获得猪只的完整头部的温度信息，因此本实施例采用多个红外传阵列感器20。当采用两片红外阵列传感器20时，可采用两片并排拼接的方式。当采用四片红外阵列传感器时，可采用2*2的排布的方式。当采用六片红外阵列传感器时，可采用2*3的排布的方式。当采用九片红外阵列传感器时，可采用3*3的排布的方式(如图4所示)，其具体的排列方式本发明不做具体限定，为方便说明，以下以图4的排布方式进行说明，但应当理解的是，其他排布方式也在本发明的保护范围之内。

在本实施例中，所述控制器10可为ARM cortex M3的MCU处理器，其包括处理单元以及内置的用于存储可执行代码的存储器。当然需要说明的是，所述控制器10可为其他型号的芯片，本实施例不做具体限定。

如图5所示，在本实施例中，所述处理单元能够执行所述存储器内的可执行代码，以实现如下步骤：

S101，将获取的多组温度矩阵转换成对应的多张灰度图像。

S102，对多张灰度图像进行拼接，得到拼接图像。

具体地，考虑到现有的图像拼接算法存在计算量大以及拼接速度慢的问题，本实施例优选采用了快速拼接算法来实现多张灰度图像的拼接，其拼接过程如下：

首先，根据红外阵列传感器20的位置选择每张灰度图像的拼接边。

如图4所示，1号红外阵列传感器20获取的灰度图像有两个拼接边，为与2号红外阵列传感器对应的右侧拼接边以及与4号红外阵列传感器对应的下侧拼接边。同理的，2号红外阵列传感器20获取的灰度图像有三个拼接边，为与1号红外阵列传感器对应的左侧拼接边、与3号红外阵列传感器对应的右侧拼接边以及与5号红外阵列传感器对应的下侧拼接边。其他红外阵列传感器所对应的灰度图像的拼接边的定义类似，在此不做赘述。

然后，根据选择的拼接边沿对应的灰度图像中央扫描，并在扫描过程中计算所述灰度图像的平均灰度值。

接着，当检测到灰度值显著大于所述平均灰度值的像素点时，记录以所述像素点为中心的8个方向像素点的灰度值，并将这些灰度值转换成一个包含8个元素的向量，并记录向量的位置信息。

在本实施例中，当获取到一个灰度值显著大于所述平均灰度值的像素点时(例如，该像素点的灰度值减去平均灰度值大于预设的阈值)，则将该像素点作为特征点，并获取以所述像素点为中心的八个像素点，再根据这八个像素点的灰度值可构建一个包含8个元素的向量。其中，该向量的位置信息可根据所述像素点在灰度图像中的位置获得。

再接着，当对每张灰度图像均计算获得预定数量的向量后，停止扫描，并将两个相邻的灰度图像的对应的拼接边进行向量的两两匹配，以将欧几里德距离最小的两个向量匹配为一对。

在本实施例中，若两个向量的欧几里德距离最小，则可说明这两个向量最接近，因此将其匹配为一对。

最后，在完成配对后，以配对成功的向量对应的像素点为拼接参考点进行灰度图像的拼接。

在本实施例中，配对成功，则说明相邻灰度图像上的这两个像素点对应的是生猪目标上的同一个位置，因此将这两个像素点为拼接参考点进行灰度图像的拼接。

在本实施例中，依次对所有灰度图像进行拼接后，即可得到一张完整的拼接图像。所述拼接图像能够比较完整的包括生猪目标的信息，例如，能够完整的包括生猪目标的整个头部信息。

S103，将所述拼接图像与预存的多个图像模板进行匹配，以获取与所述拼接图像匹配的图像模板；其中，所述多个图像模板为生猪的头部的多个不同视角的二值图，且每个图像模板中预先标注有至少一个关键位置点。

具体地：

首先，可先利用canny算子从所述拼接图像中提取出生猪目标的边缘，并进行高斯滤波后，从所述边缘提取角点。

接着，获取所述边缘中包含的生猪目标轮廓，将所述拼接图的轮廓内部的区域和轮廓外部的区域进行二值化填充，以得到目标图。

然后，将所述目标图与预制的多个图像模板进行匹配。

其中，在匹配时依次将所述目标图的角点与和每个图像模板的角点重合，再将目标图与图像模板进行与操作，得到叠加图；当所述叠加图的黑白像素的比例与所述目标图的黑白像素的比例的偏差小于预定的阈值，则认为匹配成功，否则认为匹配失败。

其中，图像模板的角点与目标图的角点通过相同的算法和参数得到并标定。在基于角点进行匹配时，如果匹配度高，则认为目标图与图像模板的拍摄角度是基本一致的，因此选取该图像模板为匹配的图像模板。

S104，根据在匹配的图像模板上标注的关键位置点获取在所述拼接图像对应的至少一个目标位置点。

在本实施例中，每个图像模板上预先标注有至少一个能够表征生猪体温信息的关键位置点，例如，生猪的鼻尖、耳根、耳朵颈后等。

在得到匹配的图像模板后，根据图像模板上的关键位置点，即可以获得目标图上与所述关键位置点对应的目标位置点。

S105，根据所述至少一个目标位置点对应的温度值获得所述生猪目标的体温。

在本实施例中，如果目标位置点的数量为一个时，则直接根据目标位置点的坐标从拼接图像或者对应的红外图像中读取该目标位置对应的像素点的温度值作为生猪目标的体温。如果目标位置点的数量为多个，则所述体温为多个目标位置对应的多个温度值的加权平均。

综上所述，本实施例提供的生猪体温检测装置100由于安装在生猪的饮水装置200或者饲养装置300上，可以通过红外阵列传感器20在一天内多次测量生猪的体温情况，根据所采集图像的温度分布，可以判断出是否有猪只靠近，并且基于所采集的生猪头部的红外图像能快速地直接识别出生猪的体温，及时发现异常的病态猪。较同类产品可以更加方便的测量猪只的体温，保障了测量的次数和准确性，而且设备成本和维护成本低，无需大量的人工操作就可以实时监测生猪的体温情况。由于生猪体温检测装置安装在生猪的饮水装置200或者饲养装置300上，可以通过红外阵列传感器在一天内多次测量生猪的体温情况，根据所采集图像的温度分布，可以判断出是否有猪只靠近，并且基于所采集的生猪头部的红外图像能快速地直接识别出生猪的体温，及时发现异常的病态猪。较同类产品可以更加方便的测量猪只的体温，保障了测量的次数和准确性，而且设备成本和维护成本低，无需大量的人工操作就可以实时监测生猪的体温情况。

优选地，还包括SD存储卡12。所述SD存储卡12与所述控制器10通过SDIO连接，其用于进行数据的存储。

其中，SD内存卡12可以实现本地存储所采集的猪只红外图像和记录猪只体温情况，防止因联网失败导致的数据丢失。

优选地，还包括警报器30以及无线传输装置40；所述警报器30与所述控制器通过GPIO(General Purpose Input Output，通用输入/输出)接口连接。

所述无线传输装置40与所述控制器通过UART(Universal AsynchronousReceiver/Transmitter，通用异步收发传输器)连接。

则如图6所示，所述步骤还进一步包括：

当所述体温大于预设的温度阈值时，控制所述警报器30发出警报以及通过所述无线传输装置40向远程服务器发送报警信息。

在本实施例中，所述控制器在检测到所述体温大于预设的温度阈值时，可控制向所述警报器30供电，从而所述警报器30可发出警报信号，现场工作人员可以据此对异常的生猪进行实时处理，减少了养殖场中疾病传播的可能性，提高了生猪养殖的经济效益。

进一步的，所述控制器10可将生猪体温异常的信息通过所述无线传输装置40发送给远程服务器，通过所述远程服务器，可对生猪温度数据进行自动批量存储，便于回溯和分析数据。

此外，如果现场没有工作人员，还可以通过所述远程服务器将生猪体温异常的信息发送给相应的工作人员的用户终端，从而保证对对可能出现疫情的生猪进行实时处理。

在一个优选实施例中，还包括壳体，所述控制器、红外传感器20、警报器30以及无线传输装置40均容置于所述壳体内。

在本实施例中，所述壳体用于起到对整个装置的支撑以及保护的作用，此外，考虑到所述生猪体温检测装置100整体设置于饮水装置200的上方，因此所处环境水汽较多，为此，所述壳体应为具有防水功能的外壳。

在一个优选实施例中，所述无线传输装置40优选为WiFi网卡。然而在其他实施例中，所述无线传输装置40还可为2G模块、3G模块、4G模块、5G模块或者NB-IoT模块，其可连接到无线路由器上，从而和远程服务器进行通信。

在一个优选实施例中，还包括RFID读写器50，所述RFID读写器50与所述控制器10通过UART连接，用于读取位于生猪目标身上的RFID标签以确定所述生猪目标的标识。

在本实施例中，可在每个生猪身上放置RFID标签，如此，可通过所述RFID读写器50读取RFID芯片内的RFID码，从而获得生猪的标识。其中，在远程服务器存储数据时，生猪的每日数据(例如体温信息)均与其RFID码进行关联存储，如此，相关人员可通过RFID码来获得生猪的每日数据变化情况。

此外，一旦某只生猪出现体温异常，由于在进行异常信息的记录时会关联RFID码，因此即使在报警时饲养员不在场的情况下，仍然可以通过RFID码进行后续的生猪个体定位及处理。

本发明第二实施例还提供了一种生猪体温检测系统，包括远程服务器、用户终端以及上述的生猪体温检测装置100，其中，所述远程服务端与所述生猪体温检测装置100及所述用户终端通过网络实现连接。

其中，所述生猪体温检测装置100通过各个模块采集的数据均可以通过所述无线传输装置40发送给远程服务器，所述远程服务器可根据需要对这些数据进行存储或者发送给相应于工作人员的用户终端，从而工作人员可以随时、及时的了解到猪圈的实时情况。

此外，由所述远程服务器对历史数据进行统计以及分析，可以获得诸如生猪在不同天气、不同季节下的体温异常等大数据信息，帮助管理人员及时进行病情的预警以及防备，从而可以从更科学现代化的角度来降低养殖经济成本与时间成本。

需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种生猪体温检测装置，其特征在于，包括：控制器以及多个红外阵列传感器；其中：

所述红外阵列传感器与所述控制器通过IIC接口连接；

所述红外阵列传感器，用于采集包含生猪目标的目标区域的温度矩阵，并将温度矩阵发送给所述控制器；

所述控制器，包括处理单元以及存储器，所述存储器内存储有可执行代码，所述可执行代码能够被所述处理单元执行以实现如下步骤：

将接收的所述多组温度矩阵转换成对应的多张灰度图像；

对多张灰度图像进行拼接，得到拼接图像；

将所述拼接图像与预存的多个图像模板进行匹配，以获取与所述拼接图像匹配的图像模板；其中，所述多个图像模板根据生猪的头部的多个视角图片的二值图获得，且每个图像模板中预先标注有至少一个能够表征生猪体温的关键位置点；

根据在匹配的图像模板上标注的关键位置点获取在所述拼接图像对应的至少一个目标位置点；

根据所述至少一个目标位置点对应的温度值获得所述生猪目标的体温。

2.根据权利要求1所述的生猪体温检测装置，其特征在于，所述对多张灰度图像进行拼接，得到拼接图像，具体包括：

根据红外阵列传感器的位置选择每张灰度图像的拼接边；

根据选择的拼接边沿对应的灰度图像中央扫描，并在扫描过程中计算所述灰度图像的平均灰度值；

当检测到灰度值显著大于所述平均灰度值的像素点时，记录以所述像素点为中心的8个方向像素点的灰度值，将这些灰度值转换成一个包含8个元素的向量，并记录向量的位置信息；

当对每张灰度图像均计算获得预定数量的向量后，停止扫描，并将两个相邻的灰度图像的对应的拼接边进行向量的两两匹配，以将欧几里德距离最小的两个向量匹配为一对；

在完成配对后，以配对成功的向量对应的像素点为拼接参考点进行灰度图像的拼接。

3.根据权利要求1所述的生猪体温检测装置，其特征在于，所述将所述拼接图像与预制的多个图像模板进行匹配，以获取与所述拼接图像匹配的图像模板，具体包括：

从所述拼接图像中提取出生猪目标的边缘和轮廓，并根据所述边缘提取角点；

将所述拼接图的轮廓内部的区域和轮廓外部的区域进行二值化填充，以得到目标图；

将所述目标图与预存的多个图像模板基于角点进行匹配，以根据匹配结果获取与所述拼接图像匹配的图像模板。

4.根据权利要求3所述的生猪体温检测装置，其特征在于，所述将所述目标图与预存的多个图像模板基于角点信息进行匹配具体为：

依次将所述目标图的角点与和每个图像模板的角点重合，再将目标图与图像模板进行与操作，得到叠加图；

当所述叠加图的黑白像素的比例与所述目标图的黑白像素的比例的偏差小于预定的阈值，则认为匹配成功，否则认为匹配失败。

5.根据权利要求1所述的生猪体温检测装置，其特征在于，所述关键位置点至少包括以下其中之一：生猪的鼻尖、耳根、耳朵颈后。

6.根据权利要求5所述的生猪体温检测装置，其特征在于，当与所述关键位置点对应的目标位置点的数量为多个时，则所述体温为多个目标位置对应的多个温度值的加权平均。

7.根据权利要求1所述的生猪体温检测装置，其特征在于，还包括警报器以及无线传输装置；所述警报器与所述控制器通过GPIO连接；所述无线传输装置与所述控制器通过UART连接；

则所述步骤还包括：

当所述体温大于预设的温度阈值时，控制所述警报器发出警报以及通过所述无线传输装置向远程服务器发送报警信息。

8.根据权利要求1所述的生猪体温检测装置，其特征在于，还包括RFID读写器以及SD存储卡，所述RFID读写器与所述控制器通过UART连接，用于读取位于生猪目标身上的RFID标签以确定所述生猪目标的标识；所述SD存储卡与所述控制器通过SDIO接口连接。

9.一种生猪体温检测系统，其特征在于，包括远程服务器、用户终端以及如权利要求1至8任意一项所述的生猪体温检测装置，其中，所述远程服务端与所述生猪体温检测装置及所述用户终端通过网络实现连接。