CN115281095B - 一种基于激光图像识别的挤奶装置及方法 - Google Patents

一种基于激光图像识别的挤奶装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于激光图像识别的挤奶装置及方法，包括发射网状以及面激光功能的激光发射器，用以识别被照射激光的乳房的图像识别相机，能够对乳房进行挤奶作业的挤奶单元，挤奶单元基座以及保护摄像头避免环境污染的可折叠支撑架和激光识别装置机架。针对乳房表面网格激光图像与标准网格激光图像的差异特征进行比较计算，可以计算得到奶牛乳房的精确位置，从而可以实现自动化识别奶牛乳房的功能。以用以挤奶流程作业的流程化发展。本发明提出的基于激光图像识别定位奶牛乳房的方法具有精度高、速度快、可实施性高的特点。

Description

一种基于激光图像识别的挤奶装置及方法
技术领域
本发明涉及动物挤奶乳房识别定位领域，是一种基于激光图像识别乳房定位的挤奶方法。
背景技术
随着自动化技术的发展，自动化系统在当下有着广泛的应用，如包装、打磨、焊接、码垛等等。我国每年的牛奶产量达到上千万吨，奶牛挤奶行业以及相关产业自动化的发展是未来我国农牧业发展的必经之路。
目前，国内农场挤牛奶，主要以人工操作为主或者半自动化的操作，现有的半自动化机器挤奶一般都是让奶牛处于机器旁边并处于站立的状态，而因为奶牛的身高、体重及站位姿态不同，奶牛奶头的位置也会有所不同，现有技术中的机器挤奶器无法准确移动到奶牛的奶头处进行挤奶，因此难以实现自动化挤奶。
发明内容
本发明为实现挤奶作业自动化，以克服现有技术性不足，提供一种可靠的自动挤奶作业的装置，以及一种精确度高的奶牛乳房识别方法。
为了达成上述目的，本发明采用下列技术方案：
本发明第一方面，提供一种基于激光图像的乳房定位识别装置，包括发射网状以及面激光功能的激光发射器，包括用以识别被照射激光的乳房的图像识别相机，包括能够对乳房进行挤奶作业的挤奶单元，包括带有运动轴的挤奶单元基座，包括保护摄像头避免环境污染的可折叠支撑架，包括用来装配可折叠支撑架以及图像识别相机与激光发射器的激光识别装置机架。其特征在于：激光发射器发射的网状激光照射在数个乳房上行程图像，所述图像被图像识别相机所捕获，根据网状激光的图像特征及其泛化特征，根据封闭图形的空间矩阵特征可对乳房表面的塌陷与否情况进行检测，针对乳房表面网格激光图像与标准网格激光图像的差异特征进行比较计算。通过计算分析所述图像的特征及其泛化特征而得到数个乳房的三维空间位置。基于所述的三维空间位置，挤奶单元基座能够靠近乳房并针对乳房上的乳头运行挤奶单元进行挤奶作业。
本发明利用网状激光的照射使识别物表明形成特定的图像，从而对所述的每幅图像提取到的曲线与标准网格激光图像的曲线形成封闭图形，根据封闭图形的空间矩阵特征可对乳房表面的塌陷与否情况进行检测，得到乳房的准确三维坐标位置。根据所述得到的乳房三维坐标位置，控制挤奶单元基座从而带动挤奶单元靠近乳房。一旦检测到挤奶单元达到乳房的预定位置从而接触乳头，则让挤奶单元开始挤奶作业。
进一步的，所述激光发射器发射的面激光包括但不仅限于网格状激光、线条簇状激光、曲线簇状激光、规则图像激光。
进一步的，所述图像识别相机位于能够从包括但不仅限于侧方、前方、后方的任意能够捕获到照射在数个乳房上的激光图像的位置。
进一步的，所述挤奶单元能够完成针对乳房完整的挤奶作业流程。
进一步的，所述激光发射器装配在可折叠支架上，用以保护激光发射器在非工作状态中的环境污染，使所述激光发射器在非工作时不受环境污染的损害。
进一步的，所述图像识别相机装配在可折叠支架上，用以保护图像识别相机在非工作状态中的环境污染，使所述图像识别相机在非工作时不受环境污染的损害。
进一步的，所述由于乳房表面形状而造成的网状激光的图像特征及其泛化特征包括：图形种类、组成图形的线条的几何长度、组成图形的不同特征区域的激光分布、封闭图形的空间矩阵特征、组成图形的激光连接关系、本图形和其它泛化图形的几何关系、组成图形的轮廓的长度比例关系。
本发明第二方面，提供一种基于激光图像识别奶牛乳房的挤奶方法，包括以下步骤：
一种基于激光图像识别的挤奶装置，所述的一种基于激光识别的挤奶装置，其特征在于：该定挤奶方法包括以下步骤：
S1：初始位置时，所述激光图像识别的乳房定位装置对奶牛乳房进行识别、定位，并计算出乳房的三维坐标信息。
S2：根据奶牛乳房的三维位置信息，所述挤奶单元基座10带动所述挤奶单元5靠近数个奶牛乳房。
S3：判断所述挤奶单元是否到达挤奶作业的位置，如未达到则重复跳转S2；如所述挤奶单元5已经达到挤奶作业位置，则转到S4。
S4：所述挤奶单元5开始针对乳房上的乳头进行挤奶作业。完成挤奶作业后则跳转至下一个工作流程。
一种基于激光图像识别的挤奶装置的方法，所述一种基于激光图像识别定位奶牛乳房的方法，其特征在于：该乳房定位方法包括以下步骤：
S11：工作流程开始运行时，所述激光发射器1能够发射网状激光照射在乳房表面，网状激光覆盖数个乳房形成图像。
S12：所述图像识别相机2捕获被网状激光覆盖的数个乳房图像，辨别由于乳房表面形状而造成的网状激光的图像特征及其泛化特征。
S13：根据网状激光的图像特征及其泛化特征，根据封闭图形的空间矩阵特征可对乳房表面的塌陷与否情况进行检测，针对乳房表面网格激光图像与标准网格激光图像的差异特征进行比较计算。
S14：输出乳房的三维位置信息并建立乳房的三维坐标空间。
本发明提出的基于激光识别的挤奶装置，是一种可靠的动物挤奶位置识别和定位装置，使用网状的面激光作为中间识别介质照射在奶牛乳房上，根据所述激光照射的乳房图像的泛化特征与原始网状激光图像进行比较计算可以确定包括三维坐标信息的奶牛乳房的特定特征，用而可以用最准确、高效的特征识别技术来对奶牛乳房及其乳房上的乳头进行识别定位，从而进一步执行挤奶流程作业。适合于养殖园区大规模的养殖模式，降低了人工成本，有效的提高了工作效率，具有非常广阔的应用前景。
另一方面，本发明提出的基于激光识别定位奶牛乳房的方法，是利用网状面激光作为中介识别物，对奶牛乳房进行定位的一种方法。针对激光发射器发射的网状激光在奶牛乳房上的图像，图像识别相机能够获取所述奶牛乳房上的网状激光图像的特征；根据网状激光的图像特征及其泛化特征，对乳房表面的塌陷与否情况进行检测。其中网状激光图像的特征及其泛化特征包括：图形种类、组成图形的线条的几何长度、组成图形的不同特征区域的激光分布、封闭图形的空间矩阵特征、组成图形的激光连接关系、本图形和其它泛化图形的几何关系、组成图形的轮廓的长度比例关系。针对乳房表面网格激光图像与标准网格激光图像的差异特征进行比较计算，可以计算得到奶牛乳房的精确位置，从而可以实现自动化识别奶牛乳房的功能。以用以挤奶流程作业的流程化发展。本发明提出的基于激光图像识别定位奶牛乳房的方法具有精度高、速度快、可实施性高的特点。
附图说明
图1是本发明所述基于激光识别的挤奶装置工作侧面示意图
图2是本发明所述激光识别装置结构示意图
图3是本发明所述一种基于激光图像识别的紧挨装置工作流程示意图
图4是本发明所述基于激光图像识别定位乳房的方法流程示意图
图5是本发明所述激光发射器照射网状激光在乳房表面的示意图
附图标记说明
1-激光发射器；2-图像识别相机；3-可折叠支撑架；4-激光识别装置机架；5-挤奶单元；6-第二图像识别相机；7-第二可折叠支撑架；8-第三图像识别相机；9-第三可折叠支撑架；10-挤奶单元基座；11-奶牛；12-奶牛乳房；13-网状激光。
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付出创造性劳动以及逻辑性流程修改的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。
参见附图1和2，一种基于激光识别的紧挨装置，包括发射网状以及面激光功能的激光发射器1，包括用以识别被照射激光的乳房的图像识别相机2、第二图像识别相机6、第三图像识别相机8，包括能够对乳房进行挤奶作业的挤奶单元5，包括带有运动轴的挤奶单元基座10，包括保护摄像头避免环境污染的可折叠支撑架3、第二可折叠支撑架7、第三可折叠支撑架9，包括用来装配可折叠支撑架以及图像识别相机与激光发射器的激光识别装置机架4。其特征在于：激光发射器1发射的网状激光照射在数个乳房上行程图像，所述图像被图像识别相机2、第二图像识别相机6、第三图像识别相机8分别所捕获，通过三个图像识别相机的不同角度比较计算分析所述图像的特征及其泛化特征而得到数个乳房的三维空间位置。基于所述的三维空间位置，挤奶单元基座10能够靠近乳房从而运行挤奶单元5进行挤奶作业。
参见附图5，所述激光发射器发射的网状激光13可照射在奶牛乳房12上，并覆盖整个奶牛乳房的区域。
参见附图2与附图5，覆盖在奶牛乳房12表面上的网状激光13可由所述图像被图像识别相机2、第二图像识别相机6、第三图像识别相机8分别从不同角度所捕获，通过三个图像识别相机的不同角度比较计算分析所述图像的特征及其泛化特征而得到数个乳房的三维空间位置。
参见附图2，所述可折叠支撑架3、第二可折叠支撑架7、第三可折叠支撑架9，分别连接图像识别相机2、第二图像识别相机6、第三图像识别相机8与激光识别装置机架4。当整个挤奶装置开始工作前与开始工作后时，所述可折叠支撑架3、第二可折叠支撑架7与第三可折叠支撑架9各自折叠收回，以此不让图像识别相机暴露在外部环境以免受到污染。
参见附图1-5，本发明的一种基于激光图像识别奶牛乳房的挤奶方法的实例说明，包括以下步骤：
S1：初始位置时，所述激光图像识别的乳房定位装置对奶牛乳房进行识别、定位，并计算出乳房的三维坐标信息。
S2：根据奶牛乳房的三维位置信息，所述挤奶单元基座10带动所述挤奶单元5靠近数个奶牛乳房。
S3：判断所述挤奶单元是否到达挤奶作业的位置，如未达到则重复跳转S2；如所述挤奶单元5已经达到挤奶作业位置，则转到S4。
S4：所述挤奶单元5开始针对乳房上的乳头进行挤奶作业。完成挤奶作业后则跳转至下一个工作流程。
其中，所述激光图像识别的乳房定位装置采用本发明提出的基于激光图像识别定位乳房的方法，包括以下步骤：
S11：工作流程开始运行时，所述激光发射器1能够发射网状激光13照射在奶牛乳房12表面，网状激光13覆盖数个奶牛乳房12形成图像。
S12：所述图像识别相机2、第二图像识别相机6与第三图像识别相机8可以从不同角度捕获被网状激光13覆盖的数个奶牛乳房12图像，辨别由于乳房表面形状而造成的网状激光的图像特征及其泛化特征。
S13：根据所述网状激光的图像特征及其泛化特征，根据封闭图形的空间矩阵特征可对乳房表面的塌陷与否情况进行检测，针对乳房表面网格激光图像与标准网格激光图像的差异特征进行比较计算。
S14：输出乳房的三维位置信息并建立乳房的三维坐标空间。
进一步的，S11中的所述激光发射器发射的面激光包括但不仅限于网格状激光、线条簇状激光、曲线簇状激光。
进一步的，S11中所述图像识别相机位于能够从包括但不仅限于侧方、前方、后方的任意能够捕获到照射在数个乳房上的激光图像的位置。
进一步的，S4中所述挤奶单元能够完成针对乳房完整的挤奶作业流程。
进一步的，S11中所述激光发射器装配在可折叠支架上，用以保护激光发射器在非工作状态中的环境污染，使所述激光发射器在非工作时不受环境污染的损害。
进一步的，S12与S13所述图像识别相机装配在可折叠支架上，用以保护图像识别相机在非工作状态中的环境污染，使所述图像识别相机在非工作时不受环境污染的损害。
进一步的，S12与S13中所述由于乳房表面形状而造成的网状激光的图像特征及其泛化特征包括：图形种类、组成图形的线条的几何长度、组成图形的不同特征区域的激光分布、封闭图形的空间矩阵特征、组成图形的激光连接关系、本图形和其它泛化图形的几何关系、组成图形的轮廓的长度比例关系。
本发明相对于现有技术，最大的创新点在于，采用了利用网状面激光作为中介识别物来捕获乳房表面所述图像的特征及其泛化特征，根据所述激光照射的乳房图像的泛化特征与原始网状激光图像进行比较计算，从而确定包括三维坐标信息的奶牛乳房的特定信息来得到数个乳房的三维空间位置。首先，所述泛化认知特征包括图形种类、组成图形的线条的几何长度、组成图形的不同特征区域的激光分布、组成图形的激光连接关系、封闭图形的空间矩阵特征、本图形和其它泛化图形的几何关系、组成图形的轮廓的长度比例关系。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或结构并不一定是实施本发明实际上的模块或结构。
本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块或结构可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块以及结构可以合并为一个模块或结构，也可以进一步拆分成多个子模块或子结构。

Claims (1)

1.一种基于激光识别的挤奶装置，包括发射网状以及面激光功能的激光发射器（1），用以识别被照射激光的乳房的图像识别相机（2），能够对乳房进行挤奶作业的挤奶单元（5），带有运动轴的挤奶单元基座（10），保护摄像头避免环境污染的可折叠支撑架（3），用来装配可折叠支撑架以及图像识别相机与激光发射器的激光识别装置机架（4）；其特征在于：激光发射器发射（1）的网状激光照射在数个乳房上行程图像，所述乳房上行程图像被图像识别相机（2）所捕获，通过计算分析所述乳房上行程图像的特征及其泛化特征而得到数个乳房的三维空间位置；基于所述的三维空间位置，挤奶单元基座（10）能够靠近乳房上的乳头从而运行挤奶单元（5）进行挤奶作业；
所述激光发射器（1）发射网状图形的面激光，激光打在乳房上面行程图像；
u图像识别相机（2）能够识别照射在奶牛乳房上网状激光，捕获由于乳房表面的形状造成的激光图形特征：图形种类、组成图形的线条的几何长度、组成图形的不同特征区域的激光分布、组成图形的激光连接关系、封闭图形的空间矩阵特征、本图形和其它泛化图形的几何关系、组成图形的轮廓的长度比例关系；
所述的图像识别相机（2）所捕获到的图像以及图像特征能够通过算法进行计算，从而对所述的每幅图像提取到的曲线与标准未塌陷图像的曲线形成封闭图形，根据封闭图形的空间矩阵特征对乳房表面的塌陷与否情况进行检测，能够根据特定认知特征，能够输出三维坐标空间中乳房及其乳头的位置；
该挤奶装置根据所输出的乳房位置信息，控制所述挤奶单元基座（10），让所述挤奶单元（5）运动到所预定的挤奶位置；
所述挤奶单元（5）配合在挤奶单元基座上，所述挤奶单元基座（10）上配备有运动轴，通过运动轴的运动让挤奶单元靠近乳房以能够让挤奶单元进行工作；
所述挤奶单元（5）能够对乳房进行挤奶作业；
激光发生器固定在所述可折叠支撑架（3）上面，并装配在所述激光识别装置机架（4）上面；当工作的时候由可折叠支架神展开，工作完毕时则由可折叠支架回收；
挤奶装置的挤奶方法包括以下步骤：
S1：初始位置时，所述激光图像识别的乳房定位装置对奶牛乳房进行识别、定位，并计算出乳房的三维坐标信息；
S2：根据奶牛乳房的三维位置信息，所述挤奶单元基座（10）带动所述挤奶单元（5）靠近数个奶牛乳房；
S3：判断所述挤奶单元是否到达挤奶作业的位置，如未达到则重复跳转S2；如所述挤奶单元（5）已经达到挤奶作业位置，则转到S4；
S4：所述挤奶单元（5）开始针对乳房上的乳头进行挤奶作业；完成挤奶作业后则跳转至下一个工作流程；
该乳房定位装置实现的乳房定位方法包括以下步骤：
S11：工作流程开始运行时，所述激光发射器（1）能够发射网状激光照射在乳房表面，网状激光覆盖数个乳房形成图像；
S12：所述图像识别相机（2）捕获被网状激光覆盖的数个乳房图像，辨别由于乳房表面形状而造成的网状激光的图像特征及其泛化特征；
S13：根据网状激光的图像特征及其泛化特征，根据封闭图形的空间矩阵特征可对乳房表面的塌陷与否情况进行检测，针对乳房表面网格激光图像与标准网格激光图像的差异特征进行比较计算；
S14：输出乳房的三维位置信息并建立乳房的三维坐标空间。
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