一种马属动物体尺及体重快速测量仪
阅读说明：本技术 一种马属动物体尺及体重快速测量仪 (Animal body chi of equus and weight rapid survey appearance ) 是由 刘文强 尹桂军 秦绪岭 李在建 张敬文 张健鹏 何飞 刘志林 许丹丹 王彤彤 李 于 2021-08-25 设计创作，主要内容包括：本发明涉及智能制造装备产业技术领域,具体地说,涉及一种马属动物体尺及体重快速测量仪。包括主机,主机内部规则布设有微处理器、无线通信模块和存储器,主机通过控制器连接有电机,电机的输出轴上固定有双目摄像机,双目摄像机的正前方设有称重托板,称重托板内安装有称重模块,称重托板的一侧设有食槽。本发明设计可以远离动物,消除动物的紧张压迫感,使动物处于自然放松状态,提高数据的准确可靠性；可适用于规模化养殖场,有效提高工作效率、降低人力投入,低投入高产出,解放劳动力,符合降本增效的理念要求；其测量方法高效且工作轻松,适用于辅助完成育种工作,可以筛选优质育种对象及育种后代,对我国种质资源的保护具有积极意义。(The invention relates to the technical field of intelligent manufacturing equipment industry, in particular to an equine animal body ruler and a rapid weight measuring instrument. Including the host computer, microprocessor, wireless communication module and memory have been laid to the inside rule of host computer, and the host computer is connected with the motor through the controller, is fixed with two mesh cameras on the output shaft of motor, and the dead ahead of two mesh cameras is equipped with the layer board of weighing, installs weighing module in the layer board of weighing, and one side of the layer board of weighing is equipped with the trough. The design of the invention can be far away from the animal, eliminate the tension and the oppression of the animal, enable the animal to be in a natural relaxation state and improve the accuracy and the reliability of data; the method is suitable for large-scale farms, effectively improves the working efficiency, reduces the labor input, has low input and high output, liberates the labor force, and meets the requirement of the concept of cost reduction and efficiency improvement; the measuring method is efficient and easy to work, is suitable for assisting in completing breeding work, can screen high-quality breeding objects and breeding offspring, and has positive significance for protecting germplasm resources in China.)
技术领域
本发明涉及智能制造装备产业技术领域，具体地说，涉及一种马属动物体尺及体重快速测量仪。
背景技术
动物养殖业中，尤其针对大中型的动物，如马属动物，在培养过程中，经常需要测量动物的身高、体长、体重等指标，用以判断动物的成长情况，也基于这些指标作为优种选育的判断依据。但是，现在的测量工具都必须靠近动物进行测量，容易造成动物产生紧张压迫感，从而出现弓背、臀部下沉、蜷腿等现象，则导致测量的数据误差极大，且不同人测量的数据也不相同；同时现有技术中需要多人(一般需要至少4-6人)进行测量工作且耗费时间，测量工作效率不高，导致投入与产出不成正比，影响了养殖场的经济效益，同时也阻碍了育种选育的进程。然而，目前却没有用于测量动物体尺的相关技术。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种马属动物体尺及体重快速测量仪，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述技术问题的解决，本发明的目的之一在于，提供了一种马属动物体尺及体重快速测量仪，包括主机，所述主机正面嵌设有LED显示屏，所述LED显示屏的下方设有操控面板单元，所述主机内部还规则布设有微处理器、无线通信模块和存储器，所述主机通过控制器连接有电机，所述电机的输出轴上固定有双目摄像机，所述双目摄像机的正前方设有称重托板，所述称重托板内安装有称重模块，所述称重托板的一侧设有食槽。
作为本技术方案的进一步改进，所述LED显示屏、操控面板单元、无线通信模块、存储器分别通过导线与所述微处理器电性连接，所述控制器通过信号线与所述微处理器信号连接，所述控制器通过信号线与所述电机信号连接，所述双目摄像机通过信号线与所述微处理器信号连接，所述称重模块通过无线通信与所述微处理器通信连接。
本发明的目的之二在于，提供了一种马属动物体尺及体重快速测量系统，该系统装载于所述主机内，包括
基建管理单元、体尺测量单元和综合功能单元；所述基建管理单元、体尺测量单元与所述综合功能单元依次通过网络通信连接；所述基建管理单元用于对支持系统运行的基础设备、传感器等建设装置进行管理控制；所述体尺测量单元用于通过双目测距的原理方法对马属动物的体长进行测量计算；所述综合功能单元用于对测量仪器的运行过程及功能进行全面管理；
所述基建管理单元包括集控管理模块、智能传感模块、调节控制模块和通信支持模块；
所述体尺测量单元包括参数预设模块、图像获取模块、图像处理模块和双目测距模块；
所述综合功能单元包括体重测量模块、显示输出模块、测量报告模块和数据管理模块。
作为本技术方案的进一步改进，所述集控管理模块、智能传感模块、调节控制模块与所述通信支持模块依次通过网络通信连接；所述集控管理模块用于通过处理器对系统的整体运行过程进行集中的管理调控；所述智能传感模块用于对加入到系统中的各种智能传感装置进行管理及任务分配；所述调节控制模块用于通过控制器、电机来调节双目摄像机的位置和角度的过程进行管理控制；所述通信支持模块用于通过多种通信手段实现系统各处理层之间的信号连接及数据传输。
其中，智能传感器包括称重传感器、摄像头、控制器等。
其中，通信手段包括有线网、无线WIFI、局域网、蓝牙、数据流量等。
作为本技术方案的进一步改进，所述参数预设模块、图像获取模块、图像处理模块与所述双目测距模块依次通过网络通信连接；所述参数预设模块用于通过主机对测量系统的测量参数进行预先设置；所述图像获取模块用于通过双目摄像机对处于拍摄视野内的马属动物的图形影像进行采集拍摄；所述图像处理模块用于对获取的马属动物的图像进行裁切、灰度转换等预处理；所述双目测距模块用于通过双目测距原理对处理后的图像进行测量计算以获取目标距离数值。
作为本技术方案的进一步改进，所述图像处理模块中，对图像进行灰度化处理的表达公式为：
Gray＝0.299*R+0.587*G+0.114*B。
作为本技术方案的进一步改进，所述双目测距模块包括相机标定模块、双目校正模块、双目匹配模块和测量计算模块；所述相机标定模块的信号输出端与所述双目校正模块的信号输入端连接，所述双目校正模块的信号输出端与所述双目匹配模块的信号输入端连接，所述双目匹配模块的信号输出端与所述测量计算模块的信号输入端连接；所述相机标定模块用于通过摄像头标定来得出每个摄像头的内部参数，并通过标定来测量两个摄像头之间的相对位置；所述双目校正模块用于根据摄像头定标后获得的单目内参数据和双目相对位置关系，分别对左右视图进行消除畸变和行对准，使得左右视图的成像原点坐标一致、两摄像头光轴平行、左右成像平面共面、对极线行对齐；所述双目匹配模块用于将同一场景在左右视图上对应的像点匹配起来以得到视差图；所述测量计算模块用于通过计算对图像中马属动物的体长进行测量以获取准确的数值信息。
其中，相机标定的原因在于：摄像头由于光学透镜的特性使得成像存在着径向畸变；由于装配方面的误差，传感器与光学镜头之间并非完全平行，因此成像存在切向畸变；双目摄像头的定标不仅要得出每个摄像头的内部参数，还需要通过标定来测量两个摄像头之间的相对位置(即右摄像头相对于左摄像头的旋转矩阵和平移向量)。
其中，单目内参数据包括焦距、成像原点、畸形系数；双目相对位置关系包括旋转矩阵和平移向量。
作为本技术方案的进一步改进，所述测量计算模块中，测量马属动物体长的具体步骤为：
设OR和OT分别是所述双目摄像机左右两个相机的光心，P1和P2分别为同一图形画面中马属动物的马头最前端和马尾最后端的点，点P1在左右两个相机感光的成像点分别为P1’和P1”，点P2在左右两个相机感光的成像点分别为P2’和P2”(相机的成像平面经过旋转后放在了镜头前方)，f为相机的焦距，B为两相机中心距，Z为马属动物到相机之间的距离，设P1’到P1”(或P2’到P2”)的距离为dis，则有：
视差：
d＝XR1-XT1＝XR2-XT2
则有：
dis＝B-d＝B-(XR1-XT1)＝B-(XR2-XT2)
进而，根据相似三角形原理，有：
可得：
式中，焦距f和摄像头中心距B可通过标定得到；
进而，设左右两个相机成像面的长度均为L，马属动物的马头最前端到左相机光心之间的距离为L1，马属动物的马尾最后端到右相机光心之间的距离为L2，则根据相似三角形原理有：
可得：
最后计算可得：
式中，为点P1到点P2之间的间距，即马属动物的体长。
另外，将所述双目摄像机旋转90°使其垂直时，可用于测量马属动物的身高，此时的计算像素点的坐标应将X换为Y。
作为本技术方案的进一步改进，所述体重测量模块、显示输出模块、测量报告模块与所述数据管理模块依次通过网络通信连接；所述体重测量模块用于通过称重模块直接测量获取马属动物的体重并通过无线通讯将数值传输到主机内；所述显示输出模块用于通过LED显示屏实时显示仪器的工作状态、实时采集的图像灰度图、实时计算的马属动物体长、实时获取的马属动物体重数值等信息；所述测量报告模块用于将针对每一马属动物测量获得的图像、体长数值、体重数值等相关信息进行整理整合并记录到预设表格的对应位置，以生成对应的测量报表；所述数据管理模块用于对所有测量获取的数据及相应报告进行整理及存储管理，并定时将相关数据进行上报。
本发明的目的之三在于，提供了一种马属动物体尺及体重快速测量仪及其测量系统的运行方法，包括如下步骤：
S1、将所述主机、控制器、电机、双目摄像机按常规操作安装好，将所述称重模块与所述主机通信连接起来，经试运行以确保仪器能够正常运行；
S2、根据需要测量马属动物的体长或身高的要求，所述主机通过控制器控制电机转动，使所述双目摄像机保持水平或垂直状态；
S3、系统自动对所述双目摄像机进行相机标定、双目校正及双目匹配处理；
S4、在所述食槽中放入适量饲料，每次只让一匹马属动物进入仪器的测量范围内，马属动物自行走到所述称重托板上进食，此时马属动物与所述双目摄像机处于基本平行的状态，便于准确进行测量；
S5、马属动物完全站立到所述称重托板上时，所述称重模块将测得的稳定的重量数据经无线网络传输到所述主机上，并实时显示在所述LED显示屏上；
S6、双目摄像机的两个相机同时获取同一时间点的马属动物的图像，对图像进行同步的预处理后，通过相机标定和视差原理测量计算获得马属动物的体长数据；
S7、针对每一匹马属动物，将其相关的图像信息、体长、身高、体重等数值数据记录到预设的表格中，生成对应的测量报告；
S8、系统对每次生成的测量报告整理后存储到所述存储器内，并定期将一段时间内的数据进行上报备份等处理。
本发明的目的之四在于，提供了一种马属动物体尺及体重快速测量系统的运行装置，包括处理器、存储器以及存储在存储器中并在处理器上运行的计算机程序，处理器用于执行计算机程序时实现上述任一的马属动物体尺及体重快速测量仪。
本发明的目的之五在于，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一的马属动物体尺及体重快速测量仪。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1.该马属动物体尺及体重快速测量仪通过设置由主机、双目摄像机、称重模块组成的测量仪器，可以直接测量动物的体重，同时可以通过双目测距的原理，从远离动物的位置测量其体长，消除动物的紧张压迫感，使动物处于自然放松状态，使测量所得的数据更接近实际数据，提高数据的准确可靠性；
2.该马属动物体尺及体重快速测量仪通过设置自动处理的测量系统，相较于传统采集方式更便捷快速，可适用于规模化养殖场，有效提高工作效率、降低人力投入，一两个人即可完成测量工作，比传统测量方法劳动效率提升两三倍，低投入高产出，解放劳动力，符合降本增效的理念要求；
3.该马属动物体尺及体重快速测量仪的测量方法高效且工作轻松，适用于辅助完成育种工作，可以筛选优质育种对象及育种后代，对我国种质资源的保护具有积极意义。
附图说明
图1为本发明的整体装置结构示意图；
图2为本发明的整体装置结构示意图；
图3为本发明中双目测距的示例性原理图；
图4为本发明的整体系统装置结构图；
图5为本发明的局部系统装置结构图之一；
图6为本发明的局部系统装置结构图之二；
图7为本发明的局部系统装置结构图之三；
图8为本发明的局部系统装置结构图之四；
图9为本发明的示例性电子计算机产品装置结构示意图。
图中各个标号意义为：
1、主机；11、LED显示屏；12、操控面板单元；13、微处理器；14、无线通信模块；15、存储器；
2、控制器；
3、电机；
4、双目摄像机；
5、称重托板；51、称重模块；
6、食槽；
100、基建管理单元；101、集控管理模块；102、智能传感模块；103、调节控制模块；104、通信支持模块；
200、体尺测量单元；201、参数预设模块；202、图像获取模块；203、图像处理模块；204、双目测距模块；2041、相机标定模块；2042、双目校正模块；2043、双目匹配模块；2044、测量计算模块；
300、综合功能单元；301、体重测量模块；302、显示输出模块；303、测量报告模块；304、数据管理模块。
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做出创造性劳动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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中间”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“正”、“背”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1
如图1-图2所示，本实施例提供了一种马属动物体尺及体重快速测量仪，包括主机1，主机1正面嵌设有LED显示屏11，LED显示屏11的下方设有操控面板单元12，主机1内部还规则布设有微处理器13、无线通信模块14和存储器15。
本实施例中，LED显示屏11、操控面板单元12、无线通信模块14、存储器15分别通过导线与微处理器13电性连接，便于通过微处理器13集中管控测量仪的运行。
本实施例中，主机1通过控制器2连接有电机3。
进一步地，控制器2通过信号线与微处理器13信号连接，控制器2通过信号线与电机3信号连接，通过控制器2可以控制电机3的运行。
本实施例中，电机3的输出轴上固定有双目摄像机4。
进一步地，双目摄像机4通过信号线与微处理器13信号连接，便于将实时采集的图像数据传输到微处理器13上进行计算处理。
本实施例中，双目摄像机4的正前方设有称重托板5，称重托板5内安装有称重模块51，称重托板5的一侧设有食槽6。
进一步地，称重模块51通过无线通信与微处理器13通信连接，便于直接将称重模块51采集获取的重量数据无线传输到微处理器13上。
具体地，食槽6与称重托板5不接触，避免食槽6及食槽6内盛放的饲料可能影像称重模块51的称重精确度。
进一步地，食槽6的槽口设计为半圆形状，使马属动物只有处于与食槽相垂直的体位，才能最大限度的吃到饲料，从而使该体位可以最准确地进行体长测量操作。
如图3-图9所示，本实施例还提供了一种马属动物体尺及体重快速测量系统，该系统装载在主机1内，包括
基建管理单元100、体尺测量单元200和综合功能单元300；基建管理单元100、体尺测量单元200与综合功能单元300依次通过网络通信连接；基建管理单元100用于对支持系统运行的基础设备、传感器等建设装置进行管理控制；体尺测量单元200用于通过双目测距的原理方法对马属动物的体长进行测量计算；综合功能单元300用于对测量仪器的运行过程及功能进行全面管理；
基建管理单元100包括集控管理模块101、智能传感模块102、调节控制模块103和通信支持模块104；
体尺测量单元200包括参数预设模块201、图像获取模块202、图像处理模块203和双目测距模块204；
综合功能单元300包括体重测量模块301、显示输出模块302、测量报告模块303和数据管理模块304。
本实施例中，集控管理模块101、智能传感模块102、调节控制模块103与通信支持模块104依次通过网络通信连接；集控管理模块101用于通过处理器对系统的整体运行过程进行集中的管理调控；智能传感模块102用于对加入到系统中的各种智能传感装置进行管理及任务分配；调节控制模块103用于通过控制器2、电机3来调节双目摄像机4的位置和角度的过程进行管理控制；通信支持模块104用于通过多种通信手段实现系统各处理层之间的信号连接及数据传输。
其中，智能传感器包括称重传感器、摄像头、控制器等。
其中，通信手段包括有线网、无线WIFI、局域网、蓝牙、数据流量等。
本实施例中，参数预设模块201、图像获取模块202、图像处理模块203与双目测距模块204依次通过网络通信连接；参数预设模块201用于通过主机1对测量系统的测量参数进行预先设置；图像获取模块202用于通过双目摄像机4对处于拍摄视野内的马属动物的图形影像进行采集拍摄；图像处理模块203用于对获取的马属动物的图像进行裁切、灰度转换等预处理；双目测距模块204用于通过双目测距原理对处理后的图像进行测量计算以获取目标距离数值。
具体地，图像处理模块203中，对图像进行灰度化处理的表达公式为：
Gray＝0.299*R+0.587*G+0.114*B。
进一步地，双目测距模块204包括相机标定模块2041、双目校正模块2042、双目匹配模块2043和测量计算模块2044；相机标定模块2041的信号输出端与双目校正模块2042的信号输入端连接，双目校正模块2042的信号输出端与双目匹配模块2043的信号输入端连接，双目匹配模块2043的信号输出端与测量计算模块2044的信号输入端连接；相机标定模块2041用于通过摄像头标定来得出每个摄像头的内部参数，并通过标定来测量两个摄像头之间的相对位置；双目校正模块2042用于根据摄像头定标后获得的单目内参数据和双目相对位置关系，分别对左右视图进行消除畸变和行对准，使得左右视图的成像原点坐标一致、两摄像头光轴平行、左右成像平面共面、对极线行对齐；双目匹配模块2043用于将同一场景在左右视图上对应的像点匹配起来以得到视差图；测量计算模块2044用于通过计算对图像中马属动物的体长进行测量以获取准确的数值信息。
其中，相机标定的原因在于：摄像头由于光学透镜的特性使得成像存在着径向畸变；由于装配方面的误差，传感器与光学镜头之间并非完全平行，因此成像存在切向畸变；双目摄像头的定标不仅要得出每个摄像头的内部参数，还需要通过标定来测量两个摄像头之间的相对位置(即右摄像头相对于左摄像头的旋转矩阵和平移向量)。
其中，单目内参数据包括焦距、成像原点、畸形系数；双目相对位置关系包括旋转矩阵和平移向量。
具体地，测量计算模块2044中，测量马属动物体长的具体步骤为：
设OR和OT分别是双目摄像机4左右两个相机的光心，P1和P2分别为同一图形画面中马属动物的马头最前端和马尾最后端的点，点P1在左右两个相机感光的成像点分别为P1’和P1”，点P2在左右两个相机感光的成像点分别为P2’和P2”(相机的成像平面经过旋转后放在了镜头前方)，f为相机的焦距，B为两相机中心距，Z为马属动物到相机之间的距离，设P1’到P1”(或P2’到P2”)的距离为dis，则有：
视差：
d＝XR1-XT1＝XR2-XT2
则有：
dis＝B-d＝B-(XR1-XT1)＝B-(XR2-XT2)
进而，根据相似三角形原理，有：
可得：
式中，焦距f和摄像头中心距B可通过标定得到；
进而，设左右两个相机成像面的长度均为L，马属动物的马头最前端到左相机光心之间的距离为L1，马属动物的马尾最后端到右相机光心之间的距离为L2，则根据相似三角形原理有：
可得：
最后计算可得：
式中，为点P1到点P2之间的间距，即马属动物的体长。
另外，将双目摄像机4旋转90°使其垂直时，可用于测量马属动物的身高，此时的计算像素点的坐标应将X换为Y。
本实施例中，体重测量模块301、显示输出模块302、测量报告模块303与数据管理模块304依次通过网络通信连接；体重测量模块301用于通过称重模块51直接测量获取马属动物的体重并通过无线通讯将数值传输到主机1内；显示输出模块302用于通过LED显示屏11实时显示仪器的工作状态、实时采集的图像灰度图、实时计算的马属动物体长、实时获取的马属动物体重数值等信息；测量报告模块303用于将针对每一马属动物测量获得的图像、体长数值、体重数值等相关信息进行整理整合并记录到预设表格的对应位置，以生成对应的测量报表；数据管理模块304用于对所有测量获取的数据及相应报告进行整理及存储管理，并定时将相关数据进行上报。
本实施例还提供了一种马属动物体尺及体重快速测量仪及其测量系统的运行方法，包括如下步骤：
S1、将主机1、控制器2、电机3、双目摄像机4按常规操作安装好，将称重模块51与主机1通信连接起来，经试运行以确保仪器能够正常运行；
S2、根据需要测量马属动物的体长或身高的要求，主机1通过控制器2控制电机3转动，使双目摄像机4保持水平或垂直状态；
S3、系统自动对双目摄像机4进行相机标定、双目校正及双目匹配处理；
S4、在食槽6中放入适量饲料，每次只让一匹马属动物进入仪器的测量范围内，马属动物自行走到称重托板5上进食，此时马属动物与双目摄像机4处于基本平行的状态，便于准确进行测量；
S5、马属动物完全站立到称重托板5上时，称重模块51将测得的稳定的重量数据经无线网络传输到主机1上，并实时显示在LED显示屏11上；
S6、双目摄像机4的两个相机同时获取同一时间点的马属动物的图像，对图像进行同步的预处理后，通过相机标定和视差原理测量计算获得马属动物的体长数据；
S7、针对每一匹马属动物，将其相关的图像信息、体长、身高、体重等数值数据记录到预设的表格中，生成对应的测量报告；
S8、系统对每次生成的测量报告整理后存储到存储器15内，并定期将一段时间内的数据进行上报备份等处理。
如图9所示，本实施例还提供了一种马属动物体尺及体重快速测量系统的运行装置，该装置包括处理器、存储器以及存储在存储器中并在处理器上运行的计算机程序。
处理器包括一个或一个以上处理核心，处理器通过总线与存储器相连，存储器用于存储程序指令，处理器执行存储器中的程序指令时实现上述的马属动物体尺及体重快速测量系统。
可选的，存储器可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随时存取存储器(SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，可编程只读存储器(PROM)，只读存储器(ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
此外，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的马属动物体尺及体重快速测量系统。
可选的，本发明还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述各方面马属动物体尺及体重快速测量系统。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，程序可以存储于计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：快件重量异常的检测方法、装置、设备及存储介质