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一种基于FPGA的母猪分娩智能检测系统以及方法

阅读：1015发布：2020-08-07

专利汇可以提供一种基于FPGA的母猪分娩智能检测系统以及方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种基于FPGA的母猪分娩智能检测系统以及方法，包括视频图像采集模块、视频图像处理模块、无线通信模块以及后台服务器；视频图像采集模块用于采集母猪的视频图像数据；视频图像处理模块对视频图像数据进行处理，对母猪与仔猪的目标分割，识别母猪的分娩状况；无线通信模块采用3G模块，用于将视频图像处理模块的处理结果传输到后台服务器进行存储，同时把识别结果发送到饲养员的手机上，通知饲养员进行处理。本发明能够对母猪进行视频图像检测，无需人工值守观看视频，分析记录母猪的行为，能够及时发现分娩等突发情况并通知饲养员采取相应措施，减少养殖厂因突发情况处理不当造成的损失，有效提高了养殖人员的工作效率，降低劳动强度。，下面是一种基于FPGA的母猪分娩智能检测系统以及方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于FPGA的母猪分娩智能检测系统，其特征是它包括：视频图像采集模块、视频图像处理模块、无线通信模块以及后台服务器；
所述的视频图像采集模块由摄像头和视频编码芯片组成，用于采集母猪的视频图像数据；
所述的视频图像处理模块基于FPGA构成，包括团序列检测模块，对前述视频图像数据进行处理，进行母猪与仔猪的目标分割，识别母猪的分娩状况；团序列检测模块对视频图像数据的处理具体为：对于最大连通区域进行逐行扫描，将每一行中连续的白色像素组成的序列作为一个团序列，标记团序列的起点、终点及其所在行数；记团序列的起点为Ts，团序列的终点为Te，对每行中的各团序列进行拼接，则每行的总团序列长度为其中：i表示行号，n表示总行数，绘制ΔTi曲线，将ΔTi的长度突变的点作为拐点位置，前述拐点位置的横坐标为分割行，将前部分总团序列长度大于前述分割行总团序列长度的部分进行区域分割，保留行号大于前述分割行行号的剩余部分作为仔猪待检测图像；
所述的无线通信模块采用3G模块，用于将视频图像处理模块的处理结果传输到后台服务器进行存储，同时把识别结果发送到饲养员的手机上，通知饲养员进行处理。
2.一种基于FPGA的母猪分娩智能检测方法，应用权利要求1所述的基于FPGA的母猪分娩智能检测系统，其特征是它包括以下步骤：
S1、采用视频图像采集模块，获取母猪的视频图像数据，并且发送至视频图像处理模块；
S2、在视频图像处理模块中，对视频图像数据进行预处理，然后对母猪与仔猪的进行目标分割；对首头仔猪的出生进行目标识别，从而获取母猪的分娩状况；具体包括以下步骤：
S2-1、对视频图像数据进行预处理，包括边缘检测处理、二值化、滤波与消噪处理，得到预处理的图像；
S2-2、对预处理的图像中具有相同像素值且位置相邻的前景像素点组成的图像区域进行标记，得到若干个大小不同的连通区域，对各连通区域的面积进行排序，获取最大连通区域；采用团序列检测方法，分割出母猪与新生仔猪的目标区域，获取母猪的分娩状况；团序列检测方法具体为：
对于最大连通区域进行逐行扫描，将每一行中连续的白色像素组成的序列作为一个团序列，标记团序列的起点、终点及其所在行数；记团序列的起点为Ts，团序列的终点为Te，对每行中的各团序列进行拼接，则每行的总团序列长度为ΔTi：
其中：i表示行号，n表示总行数，绘制ΔTi曲线，将ΔTi的长度突变的点作为拐点位置，前述拐点位置的横坐标为分割行，将前部分总团序列长度大于前述分割行总团序列长度的部分进行区域分割，保留行号大于前述分割行行号的剩余部分作为仔猪待检测图像；
采用前述团序列检测方法对母猪目标分割后的仔猪待检测图像进行处理，得到每行的总团序列长度为ΔTj，j表示仔猪待检测图像的行号，计算仔猪待检测图像各行的团序列长度的总和∑Tj；将前述总和∑Tj与设定的阈值进行比较，如果总和∑Tj大于设定的阈值，则判断有仔猪存在，否则，无仔猪存在；S3、视频图像处理模块通过无线通信模块将母猪的分娩状况传输到后台服务器进行存储，同时把母猪的分娩状况发送到饲养员的手机上，通知饲养员进行处理。

说明书全文

一种基于FPGA的母猪分娩智能检测系统以及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及畜禽设施福利养殖、无线网络通信技术、FPGA技术及机器视觉技术领域，具体地讲是一种基于FPGA的母猪分娩检测系统。

背景技术

[0002] 随着越来越多的发达国家将动物福利与国际贸易紧密挂钩，运用动物福利法对国际贸易施加影响，动物福利壁垒已经成为继绿色壁垒之后严重影响我国畜禽产品出口的一道新的壁垒。畜禽的福利养殖除了为畜禽提供良好的养殖环境外，还要及时获取畜禽的行为并进行分析，一旦发现异常情况及时采取措施，以免造成更大的经济损失，同时减少畜禽因生病等异常情况所带来的痛苦或死亡是实现畜禽福利养殖的基本要求。

[0003] 目前无线网络通信、视频监控等技术已经在设施养殖领域有所应用，但国内目前尚未有利用FPGA和机器视觉技术进行母猪分娩检测的研究报道，传统养殖方式中容易出现因疏忽而造成仔猪死亡的现象，使得精细养殖和设施福利养殖还没有显现出巨大的经济效益。因此，对于母猪分娩准确、实时地检测，以及仔猪的出生预警和实时传输成为当下发展的解决问题。

发明内容

[0004] 本发明的目的是针对母猪分娩时的智能检测问题，提出一种基于FPGA的母猪分娩智能检测系统。

[0005] 本发明的技术方案是：

[0006] 一种基于FPGA的母猪分娩智能检测系统，它包括：视频图像采集模块、视频图像处理模块、无线通信模块以及后台服务器；

[0007] 所述的视频图像采集模块由摄像头和视频编码芯片组成，用于采集母猪的视频图像数据；

[0008] 所述的视频图像处理模块基于FPGA构成，对前述视频图像数据进行处理，进行母猪与仔猪的目标分割，识别母猪的分娩状况；

[0009] 所述的无线通信模块采用3G模块，用于将视频图像处理模块的处理结果传输到后台服务器进行存储，同时把识别结果发送到饲养员的手机上，通知饲养员进行处理。

[0010] 一种基于FPGA的母猪分娩智能检测方法，应用基于FPGA的母猪分娩智能检测系统，它包括以下步骤：

[0011] S1、采用视频图像采集模块，获取母猪的视频图像信息，并且发送至视频图像处理模块；

[0012] S2、在视频图像处理模块中，对视频图像信息进行预处理，然后对母猪与仔猪的进行目标分割；对首头仔猪的出生进行目标识别，从而获取母猪的分娩状况；

[0013] S3、视频图像处理模块通过无线通信模块将母猪的分娩状况传输到后台服务器进行存储，同时把母猪的分娩状况发送到饲养员的手机上，通知饲养员进行处理。

[0014] 本发明的步骤S2具体包括以下步骤：

[0015] S2-1、对视频图像数据进行预处理，包括边缘检测处理、二值化、滤波与消噪处理，得到预处理的图像；

[0016] S2-2、对预处理的图像中具有相同像素值且位置相邻的前景像素点组成的图像区域进行标记，得到若干个大小不同的连通区域，对各连通区域的面积进行排序，获取最大连通区域；

[0017] 采用团序列检测方法，分割出母猪与新生仔猪的目标区域，获取母猪的分娩状况。

[0018] 本发明的步骤S2-2中，团序列检测方法具体为：

[0019] 对于最大连通区域进行逐行扫描，将每一行中连续的白色像素组成的序列作为一个团序列，标记团序列的起点、终点及其所在行数；记团序列的起点为Ts，团序列的终点为Te，对每行中的各团序列进行拼接，则每行的总团序列长度为ΔTi：

[0020]

[0021] 其中：i表示行号，n表示总行数，绘制ΔTi曲线，将ΔTi的长度突变的点作为拐点位置，前述拐点位置的横坐标为分割行，将前部分总团序列长度大于前述分割行总团序列长度的部分进行区域分割，保留行号大于前述分割行行号的剩余部分作为仔猪待检测图像；

[0022] 采用前述团序列检测方法对母猪目标分割后的仔猪待检测图像进行处理，得到每行的总团序列长度为ΔTj，j表示仔猪待检测图像的行号，计算仔猪待检测图像各行的团序列长度的总和∑Tj；将前述总和∑Tj与设定的阈值进行比较，如果总和∑Tj大于设定的阈值，则判断有仔猪存在，否则，无仔猪存在。

[0023] 本发明的有益效果：

[0024] 本发明能够对母猪进行视频图像检测，无需人工值守观看视频，分析记录母猪的行为，能够及时发现分娩等突发情况并通知饲养员采取相应措施，减少养殖厂因突发情况处理不当造成的损失，有效提高了养殖人员的工作效率，降低劳动强度。

[0025] 本发明的图像采集与无线传输系统的设计有效利用了FPGA和3G无线通信技术的特性，实现了快速采集图像的功能，并通过3G无线网络传输到远程服务器。系统能够稳定可靠地运行，无丢帧现象，传输速率满足数据上传的实时性要求。

[0026] 本发明的系统采用无线通信网络，避免了传统布线带来的成本和稳定性上的不足，高度的鲁棒性能够保证本系统长期稳定工作。此外，无线通信网络具有高度的实时性，方便数据的实时采集，保证系统的工作效率。

[0027] 本发明结合FPGA、CMOS摄像头和3G无线通信模块所设计的母猪分娩图像采集、处理与无线传输系统具备功耗低、成本小、速度快的图像采集、处理和传输的优点。附图说明

[0028] 图1是本发明的流程图。

[0029] 图2是本发明的电路图。

具体实施方式

[0030] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

[0031] 如图1所示，一种基于FPGA的母猪分娩智能检测系统，它包括：视频图像采集模块、视频图像处理模块、无线通信模块以及后台服务器；

[0032] 所述的视频图像采集模块由摄像头和视频编码芯片组成，用于采集母猪的视频图像数据；

[0033] 所述的视频图像处理模块基于FPGA构成，对前述视频图像数据进行处理，进行母猪与仔猪的目标分割，识别母猪的分娩状况；

[0034] 所述的无线通信模块采用3G模块，用于将视频图像处理模块的处理结果传输到后台服务器进行存储，同时把识别结果发送到饲养员的手机上，通知饲养员进行处理。

[0035] 一种基于FPGA的母猪分娩智能检测方法，应用基于FPGA的母猪分娩智能检测系统，它包括以下步骤：

[0036] S1、采用视频图像采集模块，获取母猪的视频图像信息，并且发送至视频图像处理模块；

[0037] S2、在视频图像处理模块中，对视频图像信息进行预处理，然后对母猪与仔猪的进行目标分割；对首头仔猪的出生进行目标识别，从而获取母猪的分娩状况；

[0038] S3、视频图像处理模块通过无线通信模块将母猪的分娩状况传输到后台服务器进行存储，同时把母猪的分娩状况发送到饲养员的手机上，通知饲养员进行处理。

[0039] 本发明的步骤S2具体包括以下步骤：

[0040] S2-1、对视频图像数据进行预处理，包括边缘检测处理、二值化、滤波与消噪处理，得到预处理的图像；

[0041] S2-2、对预处理的图像中具有相同像素值且位置相邻的前景像素点组成的图像区域进行标记，得到若干个大小不同的连通区域，对各连通区域的面积进行排序，获取最大连通区域；

[0042] 采用团序列检测方法，分割出母猪与新生仔猪的目标区域，获取母猪的分娩状况。

[0043] 本发明的步骤S2-2中，团序列检测方法具体为：

[0044] 对于最大连通区域进行逐行扫描，将每一行中连续的白色像素组成的序列作为一个团序列，标记团序列的起点、终点及其所在行数；记团序列的起点为Ts，团序列的终点为Te，对每行中的各团序列进行拼接，则每行的总团序列长度为ΔTi：

[0045]

[0046] 其中：i表示行号，n表示总行数，绘制ΔTi曲线，将ΔTi的长度突变的点作为拐点位置，前述拐点位置的横坐标为分割行，将前部分总团序列长度大于前述分割行总团序列长度的部分进行区域分割，保留行号大于前述分割行行号的剩余部分作为仔猪待检测图像；

[0047] 采用前述团序列检测方法对母猪目标分割后的仔猪待检测图像进行处理，得到每行的总团序列长度为ΔTj，j表示仔猪待检测图像的行号，计算仔猪待检测图像各行的团序列长度的总和∑Tj；将前述总和∑Tj与设定的阈值进行比较，如果总和∑Tj大于设定的阈值，则判断有仔猪存在，否则，无仔猪存在。

[0048] 分娩检测系统由图像采集终端和远程服务器组成，服务器与图像检测终端通过3G无线网络进行图像传输。

[0049] 图像检测终端主要有CMOS摄像头、FPGA和3G模块组成，实现图像采集、彩色恢复、图像分割、运动检测、图像压缩和3G无线发送。FPGA按功能划分为OV控制模块、SDRAM控制模块、彩色恢复模块、图像分割模块、运动检测模块、图像压缩模块和3G模块控制模块。远程服务器通过接入Internet实现图像的接收、数据库管理和网络发布。

[0050] 各个单元型号功能说明

[0051]

[0052] 系统功能说明：

[0053] 养殖对象视频采集与仔猪识别报警；

[0054] 远程服务器通过网口对FPGA设置IP，然后可以对不同IP的监测点发送开始监测命令，然后等待接收视频数据；FPGA接收到命令后，对命令进行解析，控制视频编码器CMOS进行视频采集；CMOS把模拟视频信号转化为数字视频信号，储存在SDRAM中，然后传输给FPGA对视频图像进行去噪、滤波、形态学运算等处理和仔猪目标识别分析；FPGA通过3G控制模块把处理后的视频图像信号传输给WCDMA模块，把分析得到的分娩信息传输给UART；WCDMA模块通过3G传输给远程服务器。

[0055] 远程服务器

[0056] 远程服务器将控制人员操作软件获取的控制指令通过socket通信技术发送至网络中转站，接收到网络中转站发回的数据以后，提供对数据的预处理、存储、报警等功能。同时远程服务器还提供对数据的网络发布功能，采用B/S架构将数据以网页的形式对外发布，用户可以在Internet中的任何一台计算机或者PDA上访问服务器查看数据。

[0057] 具体实施时：

[0058] 系统概要设计(总体设计)：根据系统的性能要求初步提出系统的总体架构，从功能对系统进行模块划分。本系统中主要分为四个模块，分别为视频采集模块、视频图像处理模块、网络通信模块和远程服务器；之后再对每个模块进行软硬件设计。

[0059] 硬件详细设计：根据系统概要设计的要求初步绘制出系统所涉硬件的整体框图，然后再依据各个模块划分为各个子框图，对每个子框图进行功能和需求分析以及接口设计，分别对每个子框图进行硬件选型，而后分别绘制各个子框图的电路原理图，再根据原理图绘制PCB图，这就完成了系统硬件的初步设计。

[0060] 硬件生产和焊接：根据电路PCB图生产出电路PCB板，然后再对PCB板进行焊接，焊接过程要做到模块化、边焊边测等，尽量避免短路、虚焊和漏焊等错误，提高系统的调试效率。

[0061] 硬件测试：PCB板焊接完毕，要对其进行调试，先依据电路原理图和PCB图，用万用表等仪器对电路连接进行测试，保证各器件之间连接正确，然后，编写测试程序测试硬件是否工作正常，根据结果，局部调整硬件设计，以使硬件处于最佳工作状态，为后面的软件功能实现提供保证。

[0062] 本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

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