CN111406662B - 基于机器视觉的保育猪饲喂器料量自动检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于机器视觉的保育猪饲喂器料量自动检测系统及方法，所述系统包括摄像头模块、水阀模块、流量计模块、显示模块、主控电路、电机模块及电源模块，主控电路连接其他所有模块，一方面根据流量计模块计量得到的下水量控制水阀模块进行自动下水，另一方面根据摄像头模块采集的图像信息，利用基于OpenCV的目标区域分割方法以及区域生长算法，确定料盆中的料量情况，进而控制电机模块进行自动下料。本发明将机器视觉与保育猪饲喂器相结合，能够更好地提高保育猪饲喂器自动下水下料的鲁棒性，减小多下或少下的概率，实现对猪饲料更精准的投放。
Description
技术领域
本发明涉及机器视觉领域，尤其涉及一种基于机器视觉的保育猪饲喂器料量自动检测系统及方法。
背景技术
我国养猪业为满足市场需求以及农民增收发挥了重要作业，据统计，2017年我国生猪出栏6.9亿头，猪肉总产量达5299万吨，占全球总产量的一半，我国成为世界头号猪肉生产大国，同时也是世界猪肉消费第一大国。
然而，我国养猪水平与世界水平相比还相对较低，尤其在出栏率、生产率等方面，反映养猪水平的指标主要包括母猪年产仔胎数、产活仔数、仔猪成活率以及出栏率等。现代育种技术使得母猪生长速度快、瘦肉率高、产仔数增加，哺乳母猪体脂储备不够，同时又要分泌大量乳汁，若饲养过程中出现采食量不足，则难以满足泌乳的营养需求，将直接影响仔猪的断奶体重和存活率，同时也会导致母猪体重急速下降，发情间隔增长，怀孕率下降，胚胎死亡率增加。因此，要提高养猪效率和效益，母猪的生产饲料管理至关重要。
大量科学研究和实践表明，最大限度地提高母猪泌乳期的饲料采食量，可以提高泌乳量以及后续的繁殖性能。因此，多数营养学家和养猪生产者致力开发提高母猪采食量的措施，比如改进哺乳母猪的饲料配方，提高饲料适口性，提供舒适产房环境，在满足采食量的同时保证充足供水，增加饲喂次数、少食多餐等等，但这些措施都会增加饲养员的劳动强度，增加人力成本。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种精度高、获取面大、且成本较低的基于机器视觉的保育猪饲喂器料量自动检测系统，可以根据母猪的采食习性进行多时段精确饲喂。
本发明提供一种基于机器视觉的保育猪饲喂器料量自动检测系统，安装在保育猪饲喂器上，包括摄像头模块、水阀模块、流量计模块、显示模块、电机模块、主控电路、以及电源模块，其中：
所述摄像头模块用于采集料盆内饲料的图像信息，所述水阀模块用于实现自动下水功能，所述流量计模块用于计量保育猪饲喂器的下水量，所述显示模块用于饲养员查看料盘内的饲料状况并进行交互操作，所述电机模块用于驱动保育猪饲喂器自动下料，所述电源模块为整个系统供电；
所述主控电路连接其他所有模块，一方面根据所述流量计模块计量得到的下水量，控制所述水阀模块进行自动下水，另一方面根据所述摄像头模块采集的料盆的图像信息，首先利用基于OpenCV的目标区域分割方法对图像中的饲料区域进行初分割，然后采用区域生长算法，对初分割后的图像进行再分割，进而确定料盆中的料量情况，最后根据所述料量情况调节所述电机模块进行自动下料。
进一步地，所述摄像头模块安装在所述保育猪饲喂器的料斗的左右两侧，所述水阀模块以及所述流量计模块安装在所述保育猪饲喂器的料斗的右下方控制盒内，所述显示模块安装在所述保育猪饲喂器的右上方，所述电机模块安装在所述保育猪饲喂器的料斗的正上方。
进一步地，饲养员利用所述显示模块设置下料方案以及下水方案。
本发明还提供一种基于机器视觉的保育猪饲喂器料量自动检测方法，采用上述系统，包括以下步骤：
S1、图像预处理：摄像头模块采集保育猪饲喂器的料盆的图像信息并发送至主控电路，主控电路对所述图像信息进行预处理；
S2、饲料区域初分割：主控电路采用OpenCV的目标区域分割方法获取候选区域目标，再结合饲料的颜色特征，得到饲料区域在图像中的位置；
S3、饲料区域再分割：根据初分割得到的饲料区域的粗略位置，确定进行生长的种子区域，然后采用区域生长算法对所述种子区域进行优化，得到饲料区域的精确位置；
S4、饲料区域的面积占比：根据饲料区域的精确位置以及图像像素，确定所饲料区域占整个图像的比例，从而实现对保育猪饲喂器料量的自动检测。
进一步地，所述步骤S2的具体过程为：采用基于轮廓的边缘检测法canny算子获取饲料区域的边缘特征，从而确定候选区域目标，然后采用基于颜色的阈值分割法得到饲料区域的粗略位置。
进一步地，所述步骤S3中，所述区域生长算法采用的区域生长准则为：种子区域与其相邻区域有一定相似性，且种子区域与其相邻区域的欧式距离小于一定阈值。
进一步地，若种子区域的周围区域满足所述区域生长准则，所述种子区域向周围区域进行扩展，否则结束算法。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：将机器视觉与保育猪饲喂器结合，对饲料区域进行初分割、再分割，极大避免了下料不够精准的问题；相比于只靠超声波判断饲料量的传统保育猪饲喂器，采用机器视觉算法提高了系统的可靠性及实时性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于机器视觉的保育猪饲喂器料量自动检测系统的结构图；
图2是本发明实施例提供的基于机器视觉的保育猪饲喂器料量自动检测方法的流程图；
图3是本发明实施例提供的料盆的图像处理过程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1，本发明的实施例提供了一种基于机器视觉的保育猪饲喂器料量自动检测系统，安装在保育猪饲喂器上，包括摄像头模块1、水阀模块2、流量计模块3、显示模块4、电机模块5、主控电路6、以及电源模块7，其中：
摄像头模块1安装在所述保育猪饲喂器的料斗的左右两侧，用于采集料盆内饲料的图像信息；水阀模块2以及流量计模块3安装在所述保育猪饲喂器的料斗的右下方控制盒内，水阀模块2用于实现自动下水功能，流量计模块3用于计量保育猪饲喂器的下水量；显示模块4安装在所述保育猪饲喂器的右上方，用于饲养员查看饲料状况并与所述系统进行交互操作；电机模块5安装在所述保育猪饲喂器的料斗的正上方，用于控制保育猪饲喂器进行下料；电源模块7为整个系统供电，主控电路6连接其他所有模块，一方面根据流量计模块3计量得到的下水量控制水阀模块2进行自动下水，另一方面根据摄像头模块1采集的料盆的图像信息，首先利用基于OpenCV的目标区域分割方法对图像中的饲料区域进行初分割，然后采用区域生长算法，对初分割后的图像进行再分割，进而确定料盆中的料量情况，最后根据所述料量情况调节电机模块5进行自动下料。
使用时，饲养员先利用显示模块4设置好下料、下水方案，主控电路6定时处理摄像头模块1拍摄得到的料盆的图像信息，得到饲料区域的面积占比，从而获取母猪采食状况，然后根据所述采食状况以及下料方案，调节电机模块5的下料量；另一方面，主控电路6利用所述流量计模块3统计下水量，并根据下水方案控制水阀模块2进行自动下水。
请参考图2，本实施例还提供一种基于机器视觉的保育猪饲喂器料量自动检测方法，利用上述系统，包括以下步骤：
S1、图像预处理：摄像头模块1采集保育猪饲喂器的料盆的图像信息并发送至主控电路6，主控电路6对所述图像信息进行预处理，所述预处理包括去噪、图像灰度化等，预处理结果如图3(a)所示。
S2、饲料区域初分割：主控电路6采用OpenCV的目标区域分割方法获取候选区域目标，再结合饲料的颜色特征，得到饲料区域在图像中的位置。具体地，采用基于轮廓的边缘检测法canny算子获取饲料区域的边缘特征，从而确定候选区域目标，如图3(b)所示；然后根据预处理后的图像灰度值，采用基于颜色的阈值分割法得到饲料区域的粗略位置，如图3(c)所示。
S3、饲料区域再分割：根据初分割得到的饲料区域的粗略位置，确定进行生长的种子区域，如图3(d)所示，然后采用区域生长算法对所述种子区域进行优化，得到图3(e)中饲料区域的精确位置，请参考图3(f)，其为将步骤S3得到的饲料区域的精确位置叠加到原图后的效果图。其中，所述区域生长算法中采用的区域生长准则为：种子区域必须与其相邻区域有一定相似性，且种子区域与其相邻区域的欧式距离要小于一定阈值；若种子区域的周围区域满足所述区域生长准则，所述种子区域向周围区域进行扩展，否则结束算法。
优选地，所述相似性利用灰度值进行判断：
式中，f表示相邻区域的灰度值，
表示种子区域的灰度值，T表示相似度判断阈值；当上述判断条件满足时，计算种子区域与相邻区域的质心的欧式距离，并判断所述欧式距离是否小于距离阈值，若是，将所述种子区域向相邻区域扩展。
S4、饲料区域的面积占比：根据饲料区域的精确位置以及图像像素，确定所饲料区域占整个图像的比例，从而实现对保育猪饲喂器料量的自动检测。
作为本发明的另一较佳实施例，还可以根据摄像头模块拍摄得到的饲料图像，识别料盆中是否存在发霉、变质、剩料等问题，并监控饲料是否被老鼠偷吃。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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 (2)
1.基于机器视觉的保育猪饲喂器料量自动检测系统，安装在保育猪饲喂器上，其特征在于，包括摄像头模块、水阀模块、流量计模块、显示模块、电机模块、主控电路、以及电源模块，其中：
所述摄像头模块用于采集料盆内饲料的图像信息，所述水阀模块用于实现自动下水功能，所述流量计模块用于计量保育猪饲喂器的下水量，所述显示模块用于饲养员查看料盘内的饲料状况并进行交互操作，所述电机模块用于驱动保育猪饲喂器自动下料，所述电源模块为整个系统供电；
所述主控电路连接其他所有模块，一方面根据所述流量计模块计量得到的下水量，控制所述水阀模块进行自动下水，另一方面根据所述摄像头模块采集的料盆的图像信息，首先利用基于OpenCV的目标区域分割方法对图像中的料盘内的饲料区域进行初分割，然后采用区域生长算法，对初分割后的图像进行再分割，进而确定料盆中的料量情况，最后根据所述料量情况调节所述电机模块进行自动下料；
所述摄像头模块安装在所述保育猪饲喂器的料斗的左右两侧，所述水阀模块以及所述流量计模块安装在所述保育猪饲喂器的料斗的右下方控制盒内，所述显示模块安装在所述保育猪饲喂器的右上方，所述电机模块安装在所述保育猪饲喂器的料斗的正上方；
饲养员利用所述显示模块设置下料方案以及下水方案。
2.基于机器视觉的保育猪饲喂器料量自动检测方法，采用如权利要求1所述的系统，其特征在于，包括以下步骤：
S1、图像预处理：摄像头模块采集保育猪饲喂器的料盆的图像信息并发送至主控电路，主控电路对所述图像信息进行预处理；
S2、饲料区域初分割：主控电路采用OpenCV的目标区域分割方法获取候选区域目标，再结合饲料的颜色特征，得到饲料区域在图像中的位置；
S3、饲料区域再分割：根据初分割得到的饲料区域的粗略位置，确定进行生长的种子区域，然后采用区域生长算法对所述种子区域进行优化，得到饲料区域的精确位置；
S4、饲料区域的面积占比：根据饲料区域的精确位置以及图像像素，确定所饲料区域占整个图像的比例，从而实现对保育猪饲喂器料量的自动检测；
所述步骤S2的具体过程为：采用基于轮廓的边缘检测法canny算子获取饲料区域的边缘特征，从而确定候选区域目标，然后采用基于颜色的阈值分割法得到饲料区域的粗略位置；
所述步骤S3中，所述区域生长算法采用的区域生长准则为：种子区域与其相邻区域有一定相似性，且种子区域与其相邻区域的欧式距离小于一定阈值；
若种子区域的周围区域满足所述区域生长准则，所述种子区域向周围区域进行扩展，否则结束算法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20220128 |