CN110447562B - 跛牛识别及自动分群方法及其系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及自动化养殖技术领域，特别是涉及一种跛牛识别及自动分群方法及其系统，其方法包括：采集牛在行走过程中肢蹄运动图像；根据肢蹄运动图像，获取牛在某一时刻的前蹄落脚点与后一时刻同侧的后蹄落脚点之间的检测偏移量；根据检测偏移量判定牛的状态，并控制分群门的开闭，以驱使牛进入对应的分群通道。其系统包括：图像采集装置、图像识别装置、主路通道、分群通道和分群门。本发明通过前、后蹄落脚点之间的偏移量来判断该牛为跛牛还是正常牛，并控制分群通道的分群门开闭状态，以将跛牛和正常牛隔离分群，兽医可以对隔离出来的跛牛进行及时诊断，给后续牛蹄病诊断提供便利。
Description
技术领域
本发明涉及自动化养殖技术领域，特别是涉及一种跛牛识别及自动分群方法及其系统。
背景技术
牛蹄病是危害牛健康的三大疾病之一，轻则引起牛跛行，重则引起牛瘫痪。蹄病种类繁多，包括蹄变形、蹄叶炎、腐蹄病、趾皮炎、蹄底溃疡等。蹄病引起的疼痛和不适会导致牛出现跛行，其中90％以上的跛行是由牛蹄病引起的。如果牛蹄病发现不及时，极易导致蹄上部的组织和器官受到伤害，进而导致牛活动减少，体质逐渐减弱，抗病能力下降，易患其他疾病感染。同时也会导致采食量下降，泌乳减少，影响生殖能力，重则导致牛淘汰，进而给肉牛和奶牛养殖业带来巨大经济损失，因此及时发现跛牛至关重要。目前大多数牛场采用肉眼观察的方式对跛牛进行判定，效率低且不精确。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种跛牛识别及自动分群方法及其系统，以解决现有技术中采用肉眼观察的方式对跛牛进行判定所导致的判定效率低且不精准的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种跛牛识别及自动分群方法，包括：
S1、采集在主路通道内的牛在行走过程中的肢蹄运动图像；
S2、根据所述肢蹄运动图像，获取待分配牛在某一时刻的前蹄落脚点与后一时刻同侧的后蹄落脚点之间的检测偏移量；
S3、根据所述检测偏移量判定所述待分配牛的当前状态；
S4、根据所述待分配牛的当前状态控制分群门的开闭，以驱使所述待分配牛进入对应的分群通道。
其中，所述S3包括：
S31、预设牛蹄偏移量阈值；
S32、若所述待分配牛至少一侧牛蹄存在所述检测偏移量大于所述预设牛蹄偏移量阈值，则判定所述待分配牛的当前状态为跛牛；否则为正常牛。
其中，所述分群通道包括第一通道和第二通道，所述分群门包括第一门和第二门，所述第一门和第二门分别连接所述第一通道和第二通道，所述S4包括：
若判定所述待分配牛为跛牛，则控制打开所述第一门，关闭所述第二门，以驱使所述跛牛通过第一通道；
若判定所述待分配牛为正常牛，则控制打开所述第二门，关闭所述第一门，以驱使所述正常牛通过第二通道。
其中，所述S31中预设牛蹄偏移量阈值为15-25厘米。
其中，所述S2中某一时刻的前蹄落脚点与后一时刻同侧的后蹄落脚点之间的检测偏移量包括横向偏移量和纵向偏移量，所述偏移量通过以下公式计算：
式中：z代表某一时刻的前蹄落脚点与后一时刻同侧的后蹄落脚点之间的检测偏移量；
x代表横向偏移量；
y代表纵向偏移量。
其中，所述S1包括：
采集在主路通道内的牛的耳标信息，并将所述牛的耳标信息与该牛的所述肢蹄运动图像相对应。
本发明还公开一种利用如本发明的跛牛识别及自动分群方法的系统，包括：
图像采集装置、图像识别装置、主路通道、分群通道和分群门；其中，
所述分群通道与所述主路通道连接；
所述分群门设置于所述分群通道与所述主路通道的连接处；
所述图像采集装置与所述图像识别装置连接，所述图像采集装置用于采集在所述主路通道内的牛在行走过程中肢蹄运动图像，所述图像识别装置用于根据所述肢蹄运动图像，获取待分配牛在某一时刻的前蹄落脚点与后一时刻同侧的后蹄落脚点之间的检测偏移量，并判定所述待分配牛的当前状态，根据所述待分配牛的当前状态控制分群门的开闭，以驱使所述待分配牛进入对应的分群通道。
其中，还包括驱动装置，所述分群通道包括第一通道和第二通道，且所述第一通道和第二通道分别与所述主路通道连接，所述分群门包括第一门和第二门，所述第一门设置于所述第一通道与所述主路通道的连接处，所述第二门设置于所述第二通道与所述主路通道的连接处，所述驱动装置分别与所述第一门和所述第二门驱动连接。
其中，还包括耳标识读器，所述耳标识读器与所述图像识别装置连接。
其中，所述图像采集装置为深度摄像机，所述图像识别装置为边缘计算机，所述边缘计算机包括数据处理模块、数据传输模块、供电模块、控制模块以及存储模块。
(三)有益效果
本发明提供的一种跛牛识别及自动分群方法及其系统，采集牛在行走过程中肢蹄运动图像，根据某一时刻的前蹄落脚点与后一时刻同侧的后蹄落脚点之间的检测偏移量来判断该牛为跛牛还是正常牛，并控制分群通道的分群门开闭状态，以将跛牛和正常牛隔离分群，兽医可以对隔离出来的跛牛进行及时诊断，给后续牛蹄病诊断提供便利。
附图说明
图1为本发明一种跛牛识别及自动分群方法的流程图；
图2为本发明一种跛牛识别及自动分群系统的结构示意图；
图3为本发明一种跛牛识别及自动分群系统的俯视图；
图4为本发明一种跛牛识别及自动分群系统的模块图；
图5为本发明边缘计算机的模块图。
图中，1、边缘计算机；2、耳标识读器；3、深度摄像机；202、第一门；203、第二门；204、驱动装置；205、主路通道；206、第一通道；207、第二通道；208、主道护栏；209、外栏；210、内栏。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本发明实施例公开了一种跛牛识别及自动分群方法，包括：
S1、采集在主路通道内的牛在行走过程中的肢蹄运动图像；
S2、根据所述肢蹄运动图像，获取待分配牛在某一时刻的前蹄落脚点与后一时刻同侧的后蹄落脚点之间的检测偏移量；
S3、根据所述检测偏移量判定所述待分配牛的当前状态；
S4、根据所述待分配牛的当前状态控制分群门的开闭，以驱使所述待分配牛进入对应的分群通道。
具体地，牛在通过主路通道205行走过程中，利用深度摄相机3对牛的四个牛蹄进行探测和跟踪，分别采集四个牛蹄的运动图像，即采集该牛的肢蹄运动图像。
本发明中可以利用边缘计算机1对肢蹄运动图像进行处理。如图5所示，该边缘计算机1中包含数据处理模块、数据传输模块、控制模块、供电模块和存储模块，其中数据处理模块用于对肢蹄运动图像进行逐帧处理，根据所述肢蹄运动图像，获取待分配牛在某一时刻的前蹄落脚点与后一时刻同侧的后蹄落脚点之间的检测偏移量，并根据所述检测偏移量判定所述待分配牛的当前状态，可采用人工智能超级计算机；数据传输模块用于传递所述检测偏移量数据，可将数据通过数据传输模块传输给显示装置(显示屏或手机终端等)，供饲养员或兽医监控；控制模块用于通过控制驱动装置204来控制分群门的开闭，根据所述待分配牛的当前状态控制分群门的开闭，以驱使所述待分配牛进入对应的分群通道；供电模块用于给计算机供电；存储模块用于存储牛前后蹄的检测偏移量和牛的耳标信息等数据信息。
在某一时刻，得到前蹄落脚点的位置，在后一时刻，得到后蹄落脚点的位置。如果该牛为正常牛(即非跛牛)前蹄落脚点和后蹄落脚点的位置应该大致一样。因此，如果得到的前蹄落脚点位置和后蹄落脚点位置之间的偏移量过大，则判断该牛为跛牛，否则为正常牛。根据牛行走过程中前蹄和后蹄的位置规律，设定前蹄落脚点位置和后蹄落脚点位置之间的偏移量阈值为20厘米，如果检测到的偏移量高于此值则判断为跛牛，如果低于此值则判断为正常牛。优选地，可针对偏移量进行多次测量，求出偏移量的平均值，以该平均值作为最终的偏移量，以减小测量误差。
根据对该牛的判断结果进行分群。通过控制分群门的开闭，使得跛牛和正常牛走不同的分群通道，将跛牛分为一群，将正常牛分为另一群。兽医能够及时对隔离出来的跛牛进行蹄病诊断，提高诊断效率，提高牛福利。
本发明提供的一种跛牛识别及自动分群方法及其系统，采集牛在行走过程中肢蹄运动图像，根据某一时刻的前蹄落脚点与后一时刻同侧的后蹄落脚点之间的检测偏移量来判断该牛为跛牛还是正常牛，并控制分群通道的分群门开闭状态，以将跛牛和正常牛隔离分群，兽医可以对隔离出来的跛牛进行及时诊断，给后续牛蹄病诊断提供便利。
其中，S3包括：
S31、预设牛蹄偏移量阈值；
S32、若所述待分配牛至少一侧牛蹄存在所述检测偏移量大于所述预设牛蹄偏移量阈值，则判定所述待分配牛的当前状态为跛牛；否则为正常牛。
本实施例中，设定一个牛蹄偏移量的阈值，如果检测到的前、后蹄落脚点位置之间的检测偏移量大于该阈值，则判定为跛牛；如果检测到的前、后蹄落脚点位置之间的检测偏移量小于或等于该阈值，判定为正常牛。值得注意的是：如果该牛有一侧前、后蹄落脚点位置之间的偏移值大于该阈值，就会判定该牛为跛牛；只有该牛两侧前、后蹄落脚点位置之间的偏移值均不大于该阈值时，才会判定该牛为正常牛。优选地，所述S31中预设牛蹄偏移量阈值为15-25厘米。具体地，根据牛的个头大小可以适当调整该阈值，如果个头小的牛可以设定牛蹄偏移量为15厘米，如果个头大的牛可以设定牛蹄偏移量为25厘米，还可以根据牛的年龄进行判断，如果年龄较小可以适当缩小该阈值，如果年龄较大可以适当扩大该阈值。
其中，所述分群通道包括第一通道206和第二通道207，所述分群门包括第一门202和第二门203，所述第一门202和第二门203分别连接所述第一通道206和第二通道207，所述S4包括：
S23、若判定所述待分配牛为跛牛，则控制打开第一门202，关闭第二门203，以驱使跛牛通过第一通道206；
若判定所述待分配牛为正常牛，则控制打开第二门203，关闭第一门202，以驱使所述正常牛通过第二通道207。
本实施例中分群通道包括第一通道206和第二通道207，分别用于圈养跛牛和正常牛，在第一通道206与主路通道205的连接处设置第一门202，用于控制第一通道206与主路通道207之间的通断，在第二通道207与主路通道205的连接处设置第二门203，用于控制第二通道207与主路通道205之间的通断。在控制开门时，需要保证在主路通道205中牛是单只通过，可以在主路通道205设置隔离板，将相邻牛隔开，保证通过分群通道时是单只牛通过，避免分群错误。
其中，所述S2中某一时刻的前蹄落脚点与后一时刻同侧的后蹄落脚点之间的检测偏移量包括横向偏移量和纵向偏移量，所述偏移量、所述横向偏移量和所述纵向偏移量之间的关系通过以下公式计算：
式中：z代表某一时刻的前蹄落脚点与后一时刻同侧的后蹄落脚点之间的检测偏移量；
x代表横向偏移量；
y代表纵向偏移量。
本实施例中分别采集前蹄落脚点的横向位置(x1)和纵向位置(y1)，后蹄落脚点的横向位置(x2)和纵向位置(y2)，计算得出的横向偏移量为x2-x1，纵向偏移量为y2-y1，即x＝x2-x1，y＝y2-y1。因此，展开以后：
式中：z代表某一时刻的前蹄落脚点与后一时刻同侧的后蹄落脚点之间的检测偏移量；
x2代表后蹄落脚点的横向位置；
y2代表后蹄落脚点的纵向位置；
x1代表前蹄落脚点的横向位置；
y1代表前蹄落脚点的纵向位置。
其中，所述S1包括：
采集在主路通道内的牛的耳标信息，并将所述牛的耳标信息与采集到的所述肢蹄运动图像相对应。耳标信息中包含牛的生长信息，具体包含年龄、种类和产地等，可通过边缘计算机1的数据传输模块传输给显示装置(显示屏或手机终端等)，供饲养员或兽医监控。边缘计算机1的数据处理模块将耳标信息与采集到的该牛肢蹄运动图像匹配对应，并存储在边缘计算机1的存储模块中，根据耳标信息中的年龄信息，也可以适当增大或缩小牛蹄偏移量的阈值。
如图2-4所示，本发明实施例还公开了一种利用本发明的跛牛识别及自动分群方法的系统，包括：
图像采集装置、图像识别装置、主路通道205、分群通道和分群门；其中，
所述分群通道与所述主路通道205连接；
所述分群门设置于所述分群通道与所述主路通道205的连接处；
所述图像采集装置与所述图像识别装置连接，所述图像采集装置用于采集在所述主路通道205内的牛在行走过程中肢蹄运动图像，所述图像识别装置用于根据所述肢蹄运动图像，获取待分配牛在某一时刻的前蹄落脚点与后一时刻同侧的后蹄落脚点之间的检测偏移量，并判定所述待分配牛的当前状态，根据所述待分配牛的当前状态控制分群门的开闭，以驱使所述待分配牛进入对应的分群通道。
还包括主道护栏208，主道护栏208平行设置，构成主路通道205。还包括外栏209和内栏210，所述外栏209连接于所述主道护栏208的一端，所述内栏210与所述外栏209平行设置，构成所述分群通道。所述图像采集装置和所述图像识别装置分别固定于所述主道护栏208上。还包括驱动装置204，所述驱动装置204固定于所述内栏210的端部，所述图像识别装置通过驱动装置与所述分群门连接。具体地，在两个主道护栏208的端部分别连接外栏209，两个外栏209分别向外倾斜，设置与外栏209平行的内栏210，平行的外栏209与平行的内栏210构成分群通道。分群门一端连接在外栏209与主道护栏208的连接处，另一端连接在内栏210的端部，将分群通道与主路通道205隔开，驱动装置204安装在第一门202/第二门203的固定门轴上，通过联轴器控制第一门202/第二门203的开闭，进而将跛牛进行自动分群隔离。
本发明中的图像采集装置为深度摄像机3，深度摄像机3可采用RGBD相机、TOF(Time Of Flight)相机或双目摄像机(采用双目视觉深度测量技术)。基于深度学习的目标检测方法，识别出牛蹄的位置，采集肢蹄运动图像，具体需要分别采集在一段时间内前蹄和后蹄的落脚点，并将采集到的肢蹄运动图像传输给边缘计算机1。上述RGBD相机可采用Kinect-v2 ToF传感器，通过数据线与边缘计算机1的输入端连接。边缘计算机1中数据处理模块可为Nvidia Jetson TX2人工智能超级计算模块。数据传输模块可为DTU数据传输模块(如USR-GM1)。信息经分析、处理后，由控制模块输出端与驱动装置204连接，驱动装置204安装在第一门202/第二门203的固定门轴上，通过联轴器控制第一门202/第二门203的开闭，进而将跛牛进行自动分群隔离。
图像识别装置可采用边缘计算机1提取距离信息，具体提取在某一时刻的前蹄落脚点位置，和在后一时刻的后蹄落脚点位置。
边缘计算机1和深度摄像机3均设置在主道护栏208上。
其中，所述分群通道包括第一通道206和第二通道207，且所述第一通道206和第二通道207分别与所述主路通道205连接，所述分群门包括第一门202和第二门203，所述第一门202设置于所述第一通道206与所述主路通道205的连接处，所述第二门203设置于所述第二通道207与所述主路通道205的连接处。
在实际应用时，奶牛群沿主道通道205进入，主道通道205必须保持干净平整，其地面为平坦，坚硬，有摩擦力的地面。牛群经深度摄像机3扫描，并通过边缘计算机1识别、分析和处理，信号传输到驱动装置204，该驱动装置204用于控制第一门202和第二门203的开闭。当跛牛经过时，驱动装置204控制第一门202打开，第二门203关闭，跛牛沿第一通道206走出。当正常牛经过时，驱动装置204控制第二门203打开，第一门202关闭，正常牛沿第二通道207走出。
还包括耳标识读器2，所述耳标识读器2与所述图像识别装置连接。本实施例的耳标识读器2采用RFID耳标识读器，该耳标识读器2也同边缘计算机1和深度摄像机3一起固定在主道护栏208上，用于采集牛的编号信息。本实施例中的RFID耳标识读器可采用低频识读器，通过RS232总线与边缘计算机连接。本实施例通过RGBD相机及RFID耳标识读器采集行走过程中肢蹄运动信息和耳标信息，并且实时将信息传输于边缘计算机1，经处理后，将信息传输于相匹配的终端(手机或显示器等)，同时通过控制分群门，将跛行牛进行分离。由此，一方面能够远程得知奶牛牛蹄的信息，同时也可以将跛行牛进行分离，进而对跛行牛进一步诊断和治疗。
其中，所述图像采集装置为深度摄像机3，所述图像识别装置为边缘计算机1，所述边缘计算机1包括数据处理模块、数据传输模块、供电模块、控制模块以及存储模块，所述数据处理模块用于对肢蹄运动图像进行逐帧处理，根据所述肢蹄运动图像，获取待分配牛在某一时刻的前蹄落脚点与后一时刻同侧的后蹄落脚点之间的检测偏移量，并根据所述检测偏移量判定所述待分配牛的当前状态，所述数据传输模块用于传输所述检测偏移量数据，所述供电模块用于给所述数据处理模块、所述数据传输模块、所述控制模块以及所述存储模块供电，所述控制模块用于根据所述待分配牛的当前状态控制分群门的开闭，以驱使所述待分配牛进入对应的分群通道，所述存储模块用于存储所述检测偏移量数据
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种跛牛识别及自动分群方法，其特征在于，包括：
S1、采集在主路通道内的牛在行走过程中的肢蹄运动图像；
S2、根据所述肢蹄运动图像，获取待分配牛在某一时刻的前蹄落脚点与后一时刻同侧的后蹄落脚点之间的检测偏移量；
S3、根据所述检测偏移量判定所述待分配牛的当前状态；
S4、根据所述待分配牛的当前状态控制分群门的开闭，以驱使所述待分配牛进入对应的分群通道；其中，
所述S2中某一时刻的前蹄落脚点与后一时刻同侧的后蹄落脚点之间的检测偏移量包括横向偏移量和纵向偏移量，所述偏移量通过以下公式计算：
式中：z代表某一时刻的前蹄落脚点与后一时刻同侧的后蹄落脚点之间的检测偏移量；
x代表横向偏移量；
y代表纵向偏移量。
2.根据权利要求1所述的跛牛识别及自动分群方法，其特征在于，所述S3包括：
S31、预设牛蹄偏移量阈值；
S32、若所述待分配牛至少一侧牛蹄存在所述检测偏移量大于所述预设牛蹄偏移量阈值，则判定所述待分配牛的当前状态为跛牛；否则为正常牛。
3.根据权利要求2所述的跛牛识别及自动分群方法，其特征在于，所述分群通道包括第一通道和第二通道，所述分群门包括第一门和第二门，所述第一门和第二门分别连接所述第一通道和第二通道，所述S4包括：
若判定所述待分配牛的当前状态为跛牛，则控制打开所述第一门，关闭所述第二门，以驱使所述跛牛通过第一通道；
若判定所述待分配牛的当前状态为正常牛，则控制打开所述第二门，关闭所述第一门，以驱使所述正常牛通过第二通道。
4.根据权利要求2所述的跛牛识别及自动分群方法，其特征在于，所述S31中预设牛蹄偏移量阈值为15-25厘米。
5.根据权利要求1-4任一项所述的跛牛识别及自动分群方法，其特征在于，所述S1包括：
采集在主路通道内的牛的耳标信息，并将所述待分配牛的耳标信息与该牛的所述肢蹄运动图像相对应。
6.一种利用如权利要求1-5中任意一项所述的跛牛识别及自动分群方法的系统，其特征在于，包括：
图像采集装置、图像识别装置、主路通道、分群通道和分群门；其中，
所述分群通道与所述主路通道连接；
所述分群门设置于所述分群通道与所述主路通道的连接处；
所述图像采集装置与所述图像识别装置连接，所述图像采集装置用于采集在所述主路通道内的牛在行走过程中肢蹄运动图像，所述图像识别装置用于根据所述肢蹄运动图像，获取待分配牛在某一时刻的前蹄落脚点与后一时刻同侧的后蹄落脚点之间的检测偏移量，并判定所述待分配牛的当前状态，根据所述待分配牛的当前状态控制分群门的开闭，以驱使所述待分配牛进入对应的分群通道。
7.根据权利要求6所述的跛牛识别及自动分群系统，其特征在于，还包括驱动装置，所述分群通道包括第一通道和第二通道，且所述第一通道和第二通道分别与所述主路通道连接，所述分群门包括第一门和第二门，所述第一门设置于所述第一通道与所述主路通道的连接处，所述第二门设置于所述第二通道与所述主路通道的连接处，所述驱动装置分别与所述第一门和所述第二门驱动连接。
8.根据权利要求6所述的跛牛识别及自动分群系统，其特征在于，还包括耳标识读器，所述耳标识读器与所述图像识别装置连接。
9.根据权利要求6所述的跛牛识别及自动分群系统，其特征在于，所述图像采集装置为深度摄像机，所述图像识别装置为边缘计算机，所述边缘计算机包括数据处理模块、数据传输模块、供电模块、控制模块以及存储模块，所述数据处理模块用于对肢蹄运动图像进行逐帧处理，根据所述肢蹄运动图像，获取待分配牛在某一时刻的前蹄落脚点与后一时刻同侧的后蹄落脚点之间的检测偏移量，并根据所述检测偏移量判定所述待分配牛的当前状态，所述数据传输模块用于传输所述检测偏移量数据，所述供电模块用于给所述数据处理模块、所述数据传输模块、所述控制模块以及所述存储模块供电，所述控制模块用于根据所述待分配牛的当前状态控制分群门的开闭，以驱使所述待分配牛进入对应的分群通道，所述存储模块用于存储所述检测偏移量数据。
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