CN114699066A - 一种检测生猪跛行的装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种检测生猪跛行的装置及其方法，包括步态采集步道，步态采集步道中间纵向的设有垂直的凸起；所述的步态采集步道最底部为玻璃板；玻璃板上留有空间，空间上方架设框架，框架上依次铺设压力印迹装置、柔性薄膜应力板、防滑防腐蚀轻薄橡胶垫；玻璃板下方设有两个相机；还包括数据采集处理系统和压力印迹归位装置、光电感应装置，将相机与柔性薄膜应力板连接数据采集处理系统，根据蹄形图像处理与薄膜应力板的压力信号，生猪以自然状态通过时候精准识别出生猪跛行姿态。本发明可以直观并全面地获取猪的蹄部印迹及压力数据，同时在数据处理系统中，对印迹图片进行图像识别，结合压力数据对生猪跛行的姿态和部位进行精准分析。

Description

一种检测生猪跛行的装置及其方法
技术领域
本发明属于牲畜检测技术领域，具体为一种检测生猪跛行的装置及其方法。
背景技术
生猪在四肢任意部位发生疾病时，在临床诊断上均表现为跛行，引起生猪跛行的病因主要有传染性关节炎、外伤导致关节钝挫/扭转、营养中钙磷不足或比例失调、腐蹄病等，虽然跛行并不是一种致死性疾病，但是严重的跛行会导致公、母猪丧失种用价值，仔猪的生长发育受到影响，肉猪的饲养期限被迫延长。
现有对生猪的跛行技术多数采用人工观察法，该方法需要有经验丰富的养殖人员进行判定，在发现跛行时已经相当严重，而新兴的图像识别技术对于设备要求及养殖环境提供的照明需求较高，不适用于大范围推广。
发明内容
针对以上技术的缺陷，本发明提供一种用于检测生猪跛行的装置及方法，本发明的技术方案是：
一种检测生猪跛行的装置，包括：
步态采集步道，用于规范生猪的步行呈直线前进，步态采集步道中间纵向的设有垂直的凸起，将步态采集步道左右分隔，用于区分生猪的左右蹄行进路线；
所述的步态采集步道最底部为透明度良好且光滑的玻璃板，将猪的蹄型有效保留；
玻璃板上留有空间，空间上方架设框架，框架上依次分为前后两部分，即蹄形采集部分和压力数据采集部分；所述的蹄形采集部分上依次铺设压力印迹装置、防滑防腐蚀轻薄橡胶垫；所述的压力数据采集部分上依次铺设压力印迹装置、柔性薄膜应力板、防滑防腐蚀轻薄橡胶垫；压力印迹装置用于采集生猪正常行走时的蹄部印迹；柔性薄膜应力板用于测量生猪步行时蹄部与步道接触的压力数据；
玻璃板下方设有两个相机，依次为蹄部印迹采集相机、压力数据采集相机，分别安装在蹄形采集部、压力数据采集部对应的位置，分别用于生猪完整蹄部印迹、采集压力数据时蹄形印迹图片记录；
数据采集处理系统，用于对采集得到的蹄部印迹图像进行标记，并结合压力数据进行综合处理分析，得到生猪的步态数据；
压力印迹归位装置，安装在玻璃板上的空间处，用于生猪步行通过步态采集步道后，将玻璃板上的蹄型印迹擦除；
光电感应装置，用于感知猪的步行动态，控制相机的拍摄和压力印迹归位装置的启动。
所述的压力印迹装置为带有墨水的印迹海绵；柔性薄膜应力板采用柔性Mxene/纳米纤维薄膜为基底制成的应力板。
所述的光电感应装置，包括：
入口激光感应器，安装在蹄形采集部的入口，入口激光感应器的入口激光感应控制器与蹄部印迹采集相机相连；
中部激光感应器，安装在压力数据采集部的入口，中部激光感应器的中部激光感应控制器与压力数据采集相机相连；
出口激光感应器，安装在步态采集步道的出口，出口激光感应器的出口激光感应控制器与压力印迹归位装置相连。
利用上述装置，本发明还提供一种检测生猪跛行的方法，该方法分为两部分的数据采集及处理；
第一部分，在蹄形采集部，根据相机图片和光电感应装置感应肢蹄的次数，对生猪蹄形进行编号，根据步态采集步道的左右分隔，分别标号，标号格式为camA-sensorB-L/R-F/B-N，其中A表示相机的标号，B表示光电感应器感应到肢蹄跨过的次数，L/R代表左右，F/B代表前/后，N代表在这张图片中肢蹄的印迹是第几次记录，如蹄部印迹采集相机左前蹄第1步跨过入口处的cam1-sensor1-L-F-1，蹄部印迹采集相机右前蹄第一步跨过入口处的cam1-sensor2-R-F-1，压力数据采集相机右后蹄第2步cam2-sensor4-R-B-2，以此类推。在编号完毕后，进行图像处理，主要步骤有形状大小比对及色彩对比度比对，同时还可以根据标定的蹄部，判断生猪的步幅，以此判定生猪步态是否健康。
第二部分，在压力数据采集部，柔性薄膜应力板测定生猪每只蹄自由通过是的垂直压力信号Fx值，该值需要同生猪体重对应，通过与蹄形面积计算归一化得到平均压力，并将其与之前数据库中正常生猪的压力进行比对，识别生猪是否跛行，且哪只蹄是跛行。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
采用压力印迹的方式获得生猪每只肢蹄在自然行进状态下的完整蹄形，同时通过现有的图形技术自动处理生猪蹄形，得到肢蹄与地面接触的图案，可以判断生猪的蹄部健康，而该技术仅使用多孔海绵与水溶性油墨等材料，具有简单、方便可行的特点；该方法通过柔性薄膜压力板得到的肢蹄与地面的垂直压力数值，可结合生猪体重、蹄形大小及步幅长度，计算对应的蹄部压力，更为精确的识别生猪是否跛行及哪一肢蹄跛行的状况，并且该方法对环境和光线均没有特殊要求。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图。
具体实施方式
结合附图说明本发明的具体技术方案。
如图1所示，一种检测生猪跛行的装置，其特征在于，包括：
步态采集步道1，用于规范生猪的步行呈直线前进，步态采集步道1中间纵向的设有垂直的凸起11，将步态采集步道1左右分隔，用于区分生猪的左右蹄行进路线，防止左右蹄交叉在一起。
所述的步态采集步道1最底部为透明度良好且光滑的玻璃板6，将猪的蹄型有效保留；
玻璃板6上留有空间，空间上方架设框架，框架上依次分为前后两部分，即蹄形采集部分和压力数据采集部分；所述的蹄形采集部分上依次铺设压力印迹装置3、防滑防腐蚀轻薄橡胶垫2；所述的压力数据采集部分上依次铺设压力印迹装置3、柔性薄膜应力板4、防滑防腐蚀轻薄橡胶垫2；压力印迹装置3用于采集生猪正常行走时的蹄部印迹；柔性薄膜应力板4用于测量生猪步行时蹄部与步道接触的压力数据；
玻璃板6下方设有两个相机，依次为蹄部印迹采集相机10、压力数据采集相机12，分别安装在蹄形采集部、压力数据采集部对应的位置，分别用于生猪完整蹄部印迹、采集压力数据时蹄形印迹图片记录；
数据采集处理系统，用于对采集得到的蹄部印迹图像进行标记，并结合压力数据进行综合处理分析，得到生猪的步态数据；
压力印迹归位装置5，安装在玻璃板6上的空间处，用于生猪步行通过步态采集步道1后，将玻璃板6上的蹄型印迹擦除；
光电感应装置，用于感知猪的步行动态，控制相机的拍摄和压力印迹归位装置5的启动。所述的压力印迹装置3为带有墨水的印迹海绵；具有良好的延展性和恢复性，可以使用中采用普通印章海绵，用于印迹的墨水具有水溶性、饱和度强以及易于清洁的特点，颜色最好选用黑色或者深蓝色。
柔性薄膜应力板4采用柔性Mxene/纳米纤维薄膜为基底制成的应力板。
所述的光电感应装置，包括：
入口激光感应器7，安装在步态采集步道1的入口即蹄形采集部分的入口，入口激光感应器7的入口激光感应控制器13与蹄部印迹采集相机10相连；
中部激光感应器8，安装在压力数据采集部的入口即步态采集步道1的中部，中部激光感应器8的中部激光感应控制器14与压力数据采集相机12相连；
出口激光感应器9，安装在压力数据采集部的出口及步态采集步道1的出口，出口激光感应器9的出口激光感应控制器15与压力印迹归位装置5相连。
压力印迹装置3被踩压后在玻璃板6上留下墨水印迹，压力印迹归位装置5主要用于清除下方玻璃板6上的墨水印迹，其紧贴与玻璃板6，其上覆盖有柔性海绵一条，含有酒精等清洁溶剂。
步态采集步道1根据采集信息的种类分为两部分，第一部分为蹄形采集部分，该采集部仅采集生猪步行的蹄形，利用从下至上铺有压力印迹装置3、防滑防腐蚀轻薄橡胶垫2；第二部分为压力数据采集部，该采集部需要采集生猪步行的蹄形和蹄部的压力数据，利用从下至上依次铺有压力印迹装置3、柔性薄膜应力板4、防滑防腐蚀轻薄橡胶垫2，每一部分的长度与该检测生猪的体长大致一致。
具体的，一只生猪的在步态采集入口处进入蹄形采集部分，如其左前肢蹄首先跨过入口激光感应器7，进入防滑防腐蚀轻薄橡胶垫2，踩上压力印迹装置3，下方蹄部印迹采集相机10则开始拍摄，照片格式为cam1-sensorN-n.jpg，此时记录为cam1-sensor1-1.jpg，拍照间隔为两种方式：若入口激光感应器7未感应到有物体经过则每隔1s钟拍摄1次，照片命名格式中sensor后的数字N不变，拍照次数n变为n+1；若感应到有物体经过则立即进行拍摄，照片命名格式中sensor后的数字n+1，拍照次数变为初始数字1，如以上照片变为cam1-sensor2-1.jpg；该生猪依次踏入剩余三肢蹄，记录下最后一支肢蹄通过的cam1-sensor4-1.jpg，当该入口激光感应器7超过10秒钟未识别到有物体通过，则蹄部印迹采集相机10停止拍摄。
当生猪通过中部激光感应器8进入压力数据采集部分，踩上柔性薄膜应力板4，下方压力数据采集相机12则开始拍摄，照片格式为cam2-sensorN-n.jpg，此时记录为cam2-sensor1-1.jpg，拍照间隔为两种方式：若中部激光感应器8未感应到有物体经过则每隔1s钟拍摄1次，照片命名格式中sensor后的数字N不变，拍照次数n变为n+1；若感应到有物体经过则立即进行拍摄，照片命名格式中sensor后的数字n+1，拍照次数变为初始数字1，如以上照片变为cam2-sensor2-1.jpg；该生猪依次踏入剩余三肢蹄，记录下最后一支肢蹄通过的cam2-sensor4-1.jpg，同时将4点肢蹄的垂直压力值录入系统，当该中部激光感应器8超过3秒钟未识别到有物体通过，则camera2停止拍摄。
当生猪通过步态采集步道1后，出口激光感应器9开始计数，统计生猪肢蹄通过的次数n，如果该次数n＝4，则启动压力印迹归位装置5，自动清除留在玻璃板6上的生猪蹄形印迹，为下一次的检测做好准备。
在数据处理系统中，分为图片处理系统及蹄部压力处理，图片处理，需要根据相机拍摄的图片格式，对记录下的图形进行编号cam1-sensor1-L-F-1，cam2-senor1-L-F-1等，将他们的形状通过图形软件自动绘制出来，并计算相应的单位面积，同时将图片调整为黑白，通过调整图片的对比度，计算该图片中，出现的蹄形的灰度，从而将该肢蹄的下踏力度分为强轻、弱轻、轻、重、弱重、强重六个等级，为以后的蹄部压力判断做标签；将得到的编号的图形，用于计算生猪的步幅，记录相应数值。
在压力数据采集部，蹄部垂直压力Fx由柔性薄膜应力板4测得，并在系统中根据压力位点的位置区分是生猪的左右前后肢蹄，将对应的压力数值记录在数据采集系统中，并在图片采集分类完成后，与对应的蹄形面积进行归一化等处理，得到该肢蹄的平均压力值，也记录在对应的数据采集系统中。当数据量达到一定的范围，可以通过与正常生猪的蹄部平均压力值进行差异比较，通过结合生猪步幅得出生猪是否跛行以及对应跛行的肢蹄。
具体的检测生猪跛行的方法，分为两部分的数据采集及处理；
第一部分，在蹄形采集部，根据相机图片和光电感应装置感应肢蹄的次数，对生猪蹄形进行编号，根据步态采集步道1的左右分隔，分别标号，标号格式为camA-sensorB-L/R-F/B-N，其中A表示相机的标号，B表示光电感应器感应到肢蹄跨过的次数，L/R代表左右，F/B代表前/后，N代表在这张图片中肢蹄的印迹是第几次记录，如蹄部印迹采集相机10左前蹄第1步跨过入口处的cam1-sensor1-L-F-1，蹄部印迹采集相机10右前蹄第一步跨过入口处的cam1-sensor2-R-F-1，压力数据采集相机12右后蹄第2步cam2-sensor4-R-B-2，以此类推。在编号完毕后，进行图像处理，主要步骤有形状大小比对及色彩对比度比对，同时还可以根据标定的蹄部，判断生猪的步幅，以此判定生猪步态是否健康。
第二部分，在压力数据采集部，柔性薄膜应力板4测定生猪每只蹄自由通过是的垂直压力信号Fx值，该值需要同生猪体重对应，通过与蹄形面积计算归一化得到平均压力，并将其与之前数据库中正常生猪的压力进行比对，识别生猪是否跛行，且哪只蹄是跛行的。

Claims (4)

1.一种检测生猪跛行的装置，其特征在于，包括：
步态采集步道(1)，用于规范生猪的步行呈直线前进，步态采集步道(1)中间纵向的设有垂直的凸起(11)，将步态采集步道(1)左右分隔，用于区分生猪的左右蹄行进路线；
所述的步态采集步道(1)最底部为透明度良好且光滑的玻璃板(6)，将猪的蹄型有效保留；
玻璃板(6)上留有空间，空间上方架设框架，框架上依次分为前后两部分，即蹄形采集部分和压力数据采集部分；所述的蹄形采集部分上依次铺设压力印迹装置(3)、防滑防腐蚀轻薄橡胶垫(2)；所述的压力数据采集部分上依次铺设压力印迹装置(3)、柔性薄膜应力板(4)、防滑防腐蚀轻薄橡胶垫(2)；压力印迹装置(3)用于采集生猪正常行走时的蹄部印迹；柔性薄膜应力板(4)用于测量生猪步行时蹄部与步道接触的压力数据；
玻璃板(6)下方设有两个相机，依次为蹄部印迹采集相机(10)、压力数据采集相机(12)，分别安装在蹄形采集部、压力数据采集部对应的位置，分别用于生猪完整蹄部印迹、采集压力数据时蹄形印迹图片记录；
数据采集处理系统，用于对采集得到的蹄部印迹图像进行标记，并结合压力数据进行综合处理分析，得到生猪的步态数据；
压力印迹归位装置(5)，安装在玻璃板(6)上的空间处，用于生猪步行通过步态采集步道(1)后，将玻璃板(6)上的蹄型印迹擦除；
光电感应装置，用于感知猪的步行动态，控制相机的拍摄和压力印迹归位装置(5)的启动。
2.根据权利要求1所述的一种检测生猪跛行的装置，其特征在于，所述的压力印迹装置(3)为带有墨水的印迹海绵；柔性薄膜应力板(4)采用柔性Mxene/纳米纤维薄膜为基底制成的应力板。
3.根据权利要求1所述的一种检测生猪跛行的装置，其特征在于，所述的光电感应装置，包括：
入口激光感应器(7)，安装在蹄形采集部的入口，入口激光感应器(7)的入口激光感应控制器(13)与蹄部印迹采集相机(10)相连；
中部激光感应器(8)，安装在压力数据采集部的入口，中部激光感应器(8)的中部激光感应控制器(14)与压力数据采集相机(12)相连；
出口激光感应器(9)，安装在步态采集步道(1)的出口，出口激光感应器(9)的出口激光感应控制器(15)与压力印迹归位装置(5)相连。
4.一种检测生猪跛行的方法，其特征在于，采用权利要求1到3任一项所述的一种检测生猪跛行的装置，包括两部分的数据采集及处理；
第一部分，在蹄形采集部，根据相机图片和光电感应装置感应肢蹄的次数，对生猪蹄形进行编号，根据步态采集步道(1)的左右分隔，分别标号；在编号完毕后，进行图像处理，包括形状大小比对、色彩对比度比对，同时还根据标定的蹄部，判断生猪的步幅，以此判定生猪步态是否健康；
第二部分，在压力数据采集部，柔性薄膜应力板(4)测定生猪每只蹄自由通过是的垂直压力信号Fx值，该值需要同生猪体重对应，通过与蹄形面积计算归一化得到平均压力，并将其与之前数据库中正常生猪的压力进行比对，识别生猪是否跛行，且哪只蹄是跛行。
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