CN208971695U - 一种用于奶牛行为分析的图像采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及奶牛个体行为状态监测技术领域，公开了一种用于奶牛行为分析的图像采集装置，包括升降机构、伸缩机构、图像采集机构和控制机构，所述升降机构与栅栏连接，包括升降电机，所述升降电机的驱动端通过第一滑动丝杆螺母组件与升降支架的一端连接；所述伸缩机构与所述升降支架的另一端连接，包括伸缩电机，所述伸缩电机的驱动端通过第二滑动丝杆螺母组件与伸缩支架的一端连接。图像采集机构通过升降机构调整自身竖直高度，通过伸缩机构调整自身水平位置，进而实现对自身空间位置的自动调整，获取奶牛图像信息，提高奶牛行为分析的精准性；根据栅栏和奶牛具体情况调整空间位置，适用不同尺寸的场合，提高了适用性。

Description

一种用于奶牛行为分析的图像采集装置

技术领域

本实用新型涉及奶牛个体行为状态监测技术领域，特别是涉及一种用于奶牛行为分析的图像采集装置。

背景技术

奶牛行为的实时监测有助于分析与掌握奶牛的健康状态，例如奶牛跛行问题，若不及时确认，这种异常不仅影响当前奶牛的产奶量，而且会遗传至下一代奶牛。在日常的奶牛养殖管理过程中，针对奶牛行为的监测，通常是通过牧场兽医定时查看，或者养殖人员发现奶牛行为异常再告知牧场兽医进行诊断。然而牧场兽医人员有限，无法实现实时、持续的奶牛健康监测，从而会造成奶牛出现异常状况后，无法实时地进行处理的问题，给牧场带来巨大的经济损失。

目前，随着三维图像技术的发展，三维相机采集的对象图像，可以近似地模拟人眼看到的结果，所以通过采集奶牛背部的三维图像，间接地分析奶牛的行为，从而实现对奶牛行为的完全自动化监测。然而，在不同的牧场、不同空间中，养殖厅内栅栏宽度、奶牛批次、奶牛品种、奶牛生长期以及相机有效采集距离存在差异，如何使图像采集装置自适应地满足不同的场合，需要进行创新设计。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型的目的是提供一种用于奶牛行为分析的图像采集装置，以解决现有图像采集装置无法自动调整空间位置，适用性差的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种用于奶牛行为分析的图像采集装置，包括升降机构、伸缩机构、图像采集机构和控制机构，所述升降机构与栅栏连接，包括升降电机，所述升降电机的驱动端通过第一滑动丝杆螺母组件与升降支架的一端连接；

所述伸缩机构与所述升降支架的另一端连接，包括伸缩电机，所述伸缩电机的驱动端通过第二滑动丝杆螺母组件与伸缩支架的一端连接；

所述图像采集机构安装在所述伸缩支架的另一端，用以实时采集奶牛背部图像；

所述控制机构均与所述升降机构、伸缩机构和图像采集机构连接。

其中，所述图像采集机构通过平台支架与所述伸缩支架连接，包括相机、高度传感器、第一宽度传感器和第二宽度传感器。

其中，所述相机卡设在所述平台支架下侧的U形卡槽内，所述相机与所述控制机构连接，以传输采集的图像信息。

其中，所述高度传感器安装在所述平台支架下侧，所述高度传感器与所述控制机构连接，以传输采集的高度信息。

其中，所述第一宽度传感器设于升降支架的下端，用以检测栅栏之间的宽度，所述第二宽度传感器设于所述相机的一侧，用以检测平台支架与相机之间的宽度。

其中，所述控制机构包括电机控制器、传感器控制器和工控机，所述电机控制器和所述传感器控制器均与所述工控机连接。

其中，所述电机控制器设于所述平台支架上侧，用以控制升降电机和伸缩电机的正反转。

其中，所述传感器控制器分别与所述高度传感器、所述第一宽度传感器和所述第二宽度传感器连接。

其中，所述工控机的输入端分别与传感器控制器和相机连接，所述工控机的输出端分别与电机控制器、存储器和显示器连接。

其中，所述升降支架上设有耳标读写器，所述耳标读写器通过奶牛耳标获取奶牛的基本信息。

(三)有益效果

本实用新型提供的一种用于奶牛行为分析的图像采集装置，升降机构的升降电机驱动第一滑动丝杆螺母组件带动升降支架上升或下降；伸缩机构的伸缩电机驱动第二滑动丝杆螺母组件带动伸缩支架水平方向移动；图像采集机构通过升降机构调整自身竖直高度，通过伸缩机构调整自身水平位置，进而实现对自身空间位置的自动调整，获取奶牛图像信息，提高奶牛行为分析的精准性；根据栅栏和奶牛具体情况调整空间位置，适用不同尺寸的场合，提高了适用性。

附图说明

图1为本实用新型实施例的现场实施图；

图2为本实用新型实施例的工作流程示意图；

图3为本实用新型实施例高度调整的流程示意图；

图4为本实用新型实施例宽度调整的流程示意图。

图中，1：十字扣件；2：升降电机；3：第一滑动丝杆螺母组件；4：升降传动轴；5：升降支架；6：伸缩电机；7：伸缩传动轴；8：第二滑动丝杆螺母组件；9：伸缩支架；10：平台支架；11：相机；12：高度传感器；13：第一宽度传感器；14：第二宽度传感器；15：栅栏电机；16：起落杆；17：传感器控制器；18：电机控制器；19：传输单元；20：耳标读写器；21：奶牛耳标；22：工控机；23：存储器；24：显示器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

如图1所示，本实用新型实施例提供一种用于奶牛行为分析的图像采集装置，包括升降机构、伸缩机构、图像采集机构和控制机构，所述升降机构与栅栏连接，包括升降电机2，升降电机2的驱动端通过第一滑动丝杆螺母组件3与升降支架5的一端连接；伸缩机构与升降支架5的另一端连接，包括伸缩电机6，伸缩电机6的驱动端通过第二滑动丝杆螺母组件8与伸缩支架9的一端连接；图像采集机构安装在伸缩支架9的另一端，用以实时采集奶牛背部图像；控制机构均与升降机构、伸缩机构和图像采集机构连接。

进一步的，固定支架通过十字扣件1固定在栅栏一侧，固定支架为中空设计，升降支架5通过第一滑动丝杆螺母组件3的螺母安装于固定支架的内部，升降电机2经升降传动轴4及第一滑动丝杆螺母组件3与升降支架5的一端连接，具体的，升降电机2的升降传动轴4端部与第一滑动丝杆螺母组件3的丝杆一端固定连接，保证升降传动轴4与丝杆转动同步，第一滑动丝杆螺母组件3的螺母固定在升降支架5的下端，当升降电机2驱动升降传动轴4转动时，丝杆螺母组件3的丝杆转动进而使螺母带动升降支架5升降，进而实现高度的自动调节。

其中，伸缩机构内嵌于升降支架5的另一端，伸缩机构包括第二滑动丝杆螺母组件8，伸缩机构通过第二滑动丝杆螺母组件8螺母组件安装在升降支架5的上端内部，保持与升降支架5的同步升降，伸缩电机6经伸缩传动轴7与第二滑动丝杆螺母组件8相连，第二滑动丝杆螺母组件8与伸缩支架9的一端连接，具体的，伸缩电机6与伸缩传动轴7的一端相连，而伸缩传动轴7的另一端与与第二滑动丝杆螺母组件8的丝杆端部固定连接，保证两者同步转动，第二滑动丝杆螺母组件8的螺母套设在丝杆上，并与伸缩支架9的一端固定连接，保持同步运动，当伸缩电机6带动伸缩传动轴7转动时，丝杆旋转，螺母沿着丝杆上的螺纹带动伸缩支架9左右移动伸缩，实现宽度的调整。

进一步的，图像采集机构安装在伸缩支架9的另一端，通过平台支架10与伸缩支架9连接，可实现与伸缩支架9竖直方向和水平方向的移动，图像采集机构包括相机11、高度传感器12、第一宽度传感器13和第二宽度传感器14。

其中，相机11卡设在平台支架10下侧的U形卡槽内，相机11位于平台支架10下侧的中部位置，方便相机11实时采集奶牛的深度图像，相机11的两端分别通过U型卡箍加强固定，防止脱落。

其中，高度传感器12安装于平台支架10下侧，并通过螺母和螺栓固定，用以实时采集相机与地面和奶牛之间的高度。

其中，第一宽度传感器13设于升降支架5的下端，用以检测奶牛未进入栅栏时，栅栏之间的宽度，第二宽度传感器14固定在平台支架10的下侧并位于相机11的左侧，用于检测相机11与升降支架5之间的距离宽度。

进一步的，控制机构均与所述升降机构、伸缩机构和图像采集机构连接，控制机构包括电机控制器18、传感器控制器17和工控机22，电机控制器18和传感器控制器17均通过传输单元19与工控机22连接，用以传输采集的信息。

其中，传感器控制器17分别与高度传感器12、第一宽度传感器13和第二宽度传感器14连接，获取各传感器检测到的高度或宽度信息，并将信息传递给工控机22进行处理，传感器控制器17安装在平台支架10的上侧，高度传感器12、第一宽度传感器13和第二宽度传感器14优选超声波传感器。

其中，电机控制器18安装在平台支架10的上侧，分别与升降电机2和伸缩电机6连接，控制电机的正反转和起停。

其中，升降支架5上设有耳标读写器20，耳标读写器20通过奶牛耳标21获取奶牛的基本信息，工控机22的输入端分别与传感器控制器17、相机11和耳标读写器20连接，接收传感器检测的高度、宽度信息和相机11采集的奶牛深度图像信息，计算分析接收的信息，工控机22的输出端分别与电机控制器18、存储器23和显示器24连接，根据计算结果向电机控制器18传输控制指令，控制电机的正反转，存储器23用以将采集到的图像、处理后图像和耳标包含信息等存储于数据库中，显示器24主要用于将奶牛耳标21所包含的奶牛编号、生长期、历史数据变化图等信息、由深度图像得到的三维立体图以及对应的最终行为分析结果显示于远程终端界面。

进一步的，栅栏上设有栅栏电机15，栅栏电机15驱动起落杆16升起或降落，用于在根据第一头奶牛调节图像采集装置高度、宽度时对奶牛进行拦截，第一头奶牛进入栅栏时栅栏电机15控制起落杆16降落；当高度、宽度调节完毕时栅栏电机15控制起落杆16升起。

如图2至图4所示，本实用新型实施例的工作流程如下：

奶牛未进入栅栏时平台支架下方的高度传感器检测平台支架到地面的距离h1并传给工控机。当高度传感器12检测到的距离变为h2，说明第一头奶牛已经进入栅栏内，此时检测到的h2为平台支架到奶牛的距离，则奶牛高度h3为：h3＝h1-h2。

相机有效采集距离中间值为h4，则图像采集装置理想高度h5为：h5＝h4+h3。

支架升降部分的调节高度h为：h＝h5-h1。

当h为正时，工控机向电机控制器发出命令控制升降电机右转，经升降轴带动第一滑动丝杆螺母组件垂直运动，进而使升降支架升高；当h为负时，电机左转，升降支架降低。

安装于升降支架下端的第一宽度传感器，在奶牛未进入栅栏时检测栅栏间宽度w1。位于相机左侧的第二宽度传感器，检测相机到升降支架宽度w2。w1与w2之间的差值正负决定伸缩支架的调节距离，伸缩支架调整宽度w为：w＝w1/2-w2。

当w为正时，工控机向电机控制器发出命令控制伸缩电机右转，伸缩轴在伸缩电机的驱使下带动第二滑动丝杆螺母组件水平运动，进而使伸缩支架移动实现相机向右移动；当w为负时，伸缩电机左转，相机向左平移，最终实现对相机横向位置的调节。

高度传感器、第一宽度传感器和第二宽度传感器根据栅栏宽度、第一头奶牛高度以及相机参数对相机的位置进行调整，电机控制器控制栅栏电机使起落杆降落，对奶牛进行拦截。当对图像采集装置的调整结束，传感器控制器向工控机进行反馈，电机控制器控制栅栏电机使起落杆16升起，同时工控机启动相机及耳标读写器，开始进行图像采集及耳标信号检测。采集到的原始图像及奶牛耳标包含的信息存储于存储器数据库中。耳标读写器在5分钟后未检测到新的耳标信号，则工控机发出信号关闭相机。采集所得图像经工控机预处理、分割、裁剪等步骤得到最终行为分析结果。分割后图像及分析结果存储于存储器的数据库中。显示器从存储器的数据库中将同一编号奶牛的生长期及分析结果等信息，连同由深度图像建立的奶牛三维图像显示于显示器界面。

本实用新型提供的一种用于奶牛行为分析的图像采集装置，升降机构的升降电机驱动第一滑动丝杆螺母组件带动升降支架上升或下降；伸缩机构的伸缩电机驱动第二滑动丝杆螺母组件带动伸缩支架水平方向移动；图像采集机构通过升降机构调整自身竖直高度，通过伸缩机构调整自身水平位置，进而实现对自身空间位置的自动调整，获取奶牛图像信息，提高奶牛行为分析的精准性；根据栅栏和奶牛具体情况调整空间位置，适用不同尺寸的场合，提高了适用性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于奶牛行为分析的图像采集装置，其特征在于，包括升降机构、伸缩机构、图像采集机构和控制机构，所述升降机构与栅栏连接，包括升降电机，所述升降电机的驱动端通过第一滑动丝杆螺母组件与升降支架的一端连接；

所述伸缩机构与所述升降支架的另一端连接，包括伸缩电机，所述伸缩电机的驱动端通过第二滑动丝杆螺母组件与伸缩支架的一端连接；

所述图像采集机构安装在所述伸缩支架的另一端，用以实时采集奶牛背部图像；

所述控制机构均与所述升降机构、伸缩机构和图像采集机构连接。

2.如权利要求1所述的用于奶牛行为分析的图像采集装置，其特征在于，所述图像采集机构通过平台支架与所述伸缩支架连接，包括相机、高度传感器、第一宽度传感器和第二宽度传感器。

3.如权利要求2所述的用于奶牛行为分析的图像采集装置，其特征在于，所述相机卡设在所述平台支架下侧的U形卡槽内，所述相机与所述控制机构连接，以传输采集的图像信息。

4.如权利要求2所述的用于奶牛行为分析的图像采集装置，其特征在于，所述高度传感器安装在所述平台支架下侧，所述高度传感器与所述控制机构连接，以传输采集的高度信息。

5.如权利要求2所述的用于奶牛行为分析的图像采集装置，其特征在于，所述第一宽度传感器设于升降支架的下端，用以检测栅栏之间的宽度，所述第二宽度传感器设于所述相机的一侧，用以检测平台支架与相机之间的宽度。

6.如权利要求2所述的用于奶牛行为分析的图像采集装置，其特征在于，所述控制机构包括电机控制器、传感器控制器和工控机，所述电机控制器和所述传感器控制器均与所述工控机连接。

7.如权利要求6所述的用于奶牛行为分析的图像采集装置，其特征在于，所述电机控制器设于所述平台支架上侧，用以控制升降电机和伸缩电机的正反转。

8.如权利要求6所述的用于奶牛行为分析的图像采集装置，其特征在于，所述传感器控制器分别与所述高度传感器、所述第一宽度传感器和所述第二宽度传感器连接。

9.如权利要求6所述的用于奶牛行为分析的图像采集装置，其特征在于，所述工控机的输入端分别与传感器控制器和相机连接，所述工控机的输出端分别与电机控制器、存储器和显示器连接。

10.如权利要求1所述的用于奶牛行为分析的图像采集装置，其特征在于，所述升降支架上设有耳标读写器，所述耳标读写器通过奶牛耳标获取奶牛的基本信息。