本發(fā)明涉及孵化蛋檢測(cè)技術(shù)及設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種基于視覺(jué)技術(shù)的孵化后期無(wú)精蛋和弱精蛋識(shí)別裝置及其方法。本發(fā)明主要利用機(jī)器視覺(jué)采集孵化蛋圖像，通過(guò)一系列的圖像處理建立無(wú)精蛋和弱精蛋判別模型，為孵化蛋的自動(dòng)檢測(cè)提供了一種智能化的無(wú)損檢測(cè)裝置和方法。

背景技術(shù)：

我國(guó)擁有世界最大的禽類養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)，而對(duì)如此龐大的孵化產(chǎn)業(yè)，十分精準(zhǔn)地檢測(cè)出孵化過(guò)程中的無(wú)精蛋與弱精蛋可以優(yōu)化育禽育種。孵化蛋的品質(zhì)直接影響到孵化率的高低，而且會(huì)影響到初生雛禽的質(zhì)量及其日后的健康狀況、生活能力和生產(chǎn)能力。一般地，種蛋在孵化過(guò)程中都要進(jìn)行2-3次照蛋并剔除無(wú)精蛋和弱精蛋的工作。照蛋的過(guò)程就是孵化蛋的品質(zhì)檢測(cè)，目的是觀察胚胎的發(fā)育情況，剔除無(wú)精蛋和弱精蛋。但是現(xiàn)有的技術(shù)，在識(shí)別的過(guò)程中會(huì)損壞孵化蛋，從而在孵化過(guò)程中滋生細(xì)菌污染孵化環(huán)境，所以孵化過(guò)程中應(yīng)盡量減少對(duì)孵化蛋的接觸，防止損壞與污染孵化環(huán)境，提高孵化效率和孵化品質(zhì)。

早在20世紀(jì)30年代末，國(guó)外就有學(xué)者利用無(wú)損檢測(cè)的技術(shù)研究種蛋的孵化品質(zhì)，但總體來(lái)說(shuō)，所做的相關(guān)研究還是不多，真正的實(shí)際應(yīng)用較少。目前，國(guó)外應(yīng)用于種蛋孵化品質(zhì)檢測(cè)的無(wú)損方法主要有：機(jī)器視覺(jué)法、敲擊振動(dòng)法、光學(xué)檢測(cè)法和高光譜圖像檢測(cè)法。然而現(xiàn)有的研究對(duì)整個(gè)孵化階段來(lái)說(shuō)是一個(gè)不斷損壞和污染的循環(huán)操作。因?yàn)樵跈z測(cè)的過(guò)程中環(huán)境的細(xì)菌會(huì)污染孵化蛋，同時(shí)在檢測(cè)與返回孵化環(huán)境的過(guò)程中會(huì)損壞孵化蛋。目前，國(guó)內(nèi)大多數(shù)孵化企業(yè)仍采用人工照蛋的方法進(jìn)行孵化蛋品質(zhì)檢測(cè)。這種方法受人為主觀因素影響，存在檢測(cè)指標(biāo)片面、效率低下和勞動(dòng)力消耗大等問(wèn)題，無(wú)法滿足現(xiàn)代化的生產(chǎn)需求。因此，研究適用于孵化生產(chǎn)過(guò)程中的孵化蛋品質(zhì)智能檢測(cè)方法，設(shè)計(jì)一套現(xiàn)代化的檢測(cè)裝置，將是一項(xiàng)十分重要的工作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是針對(duì)上述已有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種基于視覺(jué)技術(shù)的孵化后期無(wú)精蛋和弱精蛋識(shí)別裝置及其方法，達(dá)到十分精準(zhǔn)的識(shí)別無(wú)精蛋和弱精蛋。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一、基于視覺(jué)技術(shù)的孵化后期無(wú)精蛋和弱精蛋識(shí)別裝置(簡(jiǎn)稱裝置)

本裝置包括工作對(duì)象——孵化雞蛋，在機(jī)架上設(shè)置有雞蛋推動(dòng)單元、光源單元、驅(qū)動(dòng)單元、視覺(jué)單元和電氣單元；

孵化雞蛋置于雞蛋推動(dòng)單元的上面，光源單元置于雞蛋推動(dòng)單元的正下方，視覺(jué)單元均布在孵化雞蛋的正上方，驅(qū)動(dòng)單元和光源單元相連接，電氣單元分別通過(guò)信號(hào)線、輸氣管和磁感應(yīng)分別與視覺(jué)單元、驅(qū)動(dòng)單元和雞蛋推動(dòng)單元相連接。

二、基于視覺(jué)技術(shù)的孵化后期無(wú)精蛋和弱精蛋識(shí)別方法(簡(jiǎn)稱方法)

本方法包括以下步驟：

①采樣-701

打開(kāi)電源總開(kāi)關(guān)，將放置在蛋托12上的18日齡的120枚孵化雞蛋00直接從孵化車上轉(zhuǎn)移至推板13上，推板13到達(dá)左側(cè)極限位置時(shí)，電氣單元50控制工業(yè)相機(jī)進(jìn)行圖像采集，并存儲(chǔ)至計(jì)算機(jī)51；

②設(shè)置閾值-702

將受精蛋、無(wú)精蛋和弱精蛋分兩批置于蛋托12上，工業(yè)相機(jī)每次采集一次的圖像，分類建立數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行圖像分割處理，提取每個(gè)小區(qū)域圖像的能量特征參數(shù)，設(shè)置判定無(wú)精蛋和弱精蛋的閾值；

③圖像分割并編號(hào)-703

由于每次拍攝時(shí)，工業(yè)相機(jī)和推板13上的蛋托12的位置相對(duì)固定，則每一幅圖像中的待測(cè)孵化雞蛋00的位置也相對(duì)固定，因此對(duì)整幅圖像進(jìn)行固定小面積區(qū)域分割，將每枚雞蛋00劃分在對(duì)應(yīng)的小區(qū)域中，并對(duì)每個(gè)小區(qū)域按一定規(guī)則編號(hào)；

④檢測(cè)-704

取編號(hào)為1的小區(qū)域圖像的G分量，提取其對(duì)應(yīng)的能量特征參數(shù)并利用步驟②設(shè)定的閾值進(jìn)行判別，并利用計(jì)算機(jī)51輸出識(shí)別結(jié)果；

第一輪的120枚18日齡孵化雞蛋00檢測(cè)完成后，繼續(xù)第二輪的檢測(cè)，依次循環(huán)進(jìn)行步驟①-④。

本發(fā)明的工作原理是：

在暗室環(huán)境中，將裝有120枚待檢測(cè)孵化雞蛋的四個(gè)蛋托放在推板上，推動(dòng)推板到達(dá)左側(cè)極限位置使磁感應(yīng)器感應(yīng)到位于推板上磁塊所發(fā)出的磁信號(hào)，控制氣閥開(kāi)關(guān)開(kāi)啟，利用氣缸驅(qū)動(dòng)光源單元，并同時(shí)控制開(kāi)啟光源，當(dāng)光源單元到達(dá)上端極限位置即橡膠聚光柱將光聚集在雞蛋下端時(shí)，位于光源單元上的磁塊所產(chǎn)生的磁信號(hào)被磁感應(yīng)器接收，從而控制工業(yè)相機(jī)采集圖像信息，并傳輸至計(jì)算機(jī)，通過(guò)計(jì)算機(jī)分析處理提取雞蛋的特征參數(shù)，代入模型檢測(cè)孵化無(wú)精蛋和弱精蛋。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果

1、易操作，維護(hù)便利；

2、與國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的人工肉眼照蛋法相比，工業(yè)相機(jī)采集圖像無(wú)疲勞，無(wú)人為失誤，因而準(zhǔn)確性好，精度高；

3、機(jī)器視覺(jué)與機(jī)械結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)代化智能檢測(cè)，高效率，有利于無(wú)精蛋與弱精蛋無(wú)損檢測(cè)的推廣與應(yīng)用。

附圖說(shuō)明

圖1是本裝置的結(jié)構(gòu)方框圖；

圖2是本裝置的結(jié)構(gòu)示意圖(主視)；

圖3是本裝置的結(jié)構(gòu)示意圖(俯視)；

圖4是本裝置的結(jié)構(gòu)示意圖(左視)；

圖5是光源聚光示意圖；

圖6是視覺(jué)單元及電氣單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本方法的總工作流程圖；

圖8是采樣的子工作流程圖；

圖9是圖像分割并編號(hào)的子工作流程圖；

圖10是圖像分割并編號(hào)的原理圖；

圖11是檢測(cè)的子工作流程圖。

圖中：

00—孵化雞蛋；

10—雞蛋推動(dòng)單元，

11—手柄，12—蛋托，13—推板，14—底板；

20—光源單元

21—光源架，22—燈座，23—LED燈，24—橡膠聚光柱；

30—驅(qū)動(dòng)單元，

31—第1氣缸，32—第2氣缸，33—塑料導(dǎo)向塊；

40—視覺(jué)單元，

41—第1工業(yè)相機(jī)，42—第2工業(yè)相機(jī)，43—第3工業(yè)相機(jī)，

44—第4工業(yè)相機(jī)，45—相機(jī)托，46—相機(jī)固定架；

50—電氣單元

51—計(jì)算機(jī)，52—第2磁感應(yīng)器，53—數(shù)據(jù)線，54—信號(hào)線，

55—第1計(jì)時(shí)器，56—第2計(jì)時(shí)器，57—第3計(jì)時(shí)器，

58—?dú)忾y開(kāi)關(guān)，59—第1磁感應(yīng)器，510—?dú)夤蓿?11—輸氣管，

512—第1磁塊，513—第2磁塊；

60—機(jī)架。

具體的實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明。

一、裝置

1、總體

如圖1-4，本裝置包括工作對(duì)象——孵化雞蛋00，在機(jī)架60上設(shè)置有雞蛋推動(dòng)單元10、光源單元20、驅(qū)動(dòng)單元30、視覺(jué)單元40和電氣單元50；

孵化雞蛋00置于雞蛋推動(dòng)單元10的上面，光源單元20置于雞蛋推動(dòng)單元10的正下方，視覺(jué)單元40均布在孵化雞蛋00的正上方，驅(qū)動(dòng)單元30和光源單元20相連接，電氣單元50分別通過(guò)信號(hào)線、輸氣管和磁感應(yīng)分別與視覺(jué)單元40、驅(qū)動(dòng)單元30和雞蛋推動(dòng)單元10相連接。

2、功能單元

0)孵化雞蛋00

孵化雞蛋00是指孵化18日齡的雞蛋。

1)雞蛋推動(dòng)單元10

如圖2、3，雞蛋推動(dòng)單元10包括手柄11、蛋托12、推板13和底板14；

在機(jī)架60上設(shè)置有底板14，在底板14上依次連接有推板13、蛋托12和孵化雞蛋00，在推板13的左右兩端分別設(shè)置有手柄11。

手柄11固定在推板13兩端，孵化雞蛋00置于蛋托12中，蛋托12放置于推板13上端的限位區(qū)域中，推板13下端的卡槽與底板14上端的支撐片進(jìn)行卡位配合。

2)光源單元20

如圖5，多個(gè)光源單元20按6(個(gè)/行/托)×5(行)×4(托)＝120(個(gè))的矩陣排列；

單個(gè)光源單元20包括從下到上依次連接的光源架21、燈座22、LED燈23和橡膠聚光柱24，孵化雞蛋00置于橡膠聚光柱24上；

所述的橡膠聚光柱24是一種具有伸縮彈性并與雞蛋00無(wú)間隙配合的橡膠制品。

在暗室環(huán)境中，利用橡膠聚光柱24的將光聚集在雞蛋00下端，避免漏光。

3)驅(qū)動(dòng)單元30

如圖2、3，驅(qū)動(dòng)單元30包括第1氣缸31、第2氣缸32和塑料導(dǎo)向塊33；

第1氣缸31和第2氣缸32分別對(duì)稱設(shè)置在機(jī)架60左右兩端，氣缸中的活塞桿與光源單元20相連接；在光源架21的4角下端均布有4根導(dǎo)向柱，4根導(dǎo)向柱分別與設(shè)置在機(jī)架60上的4個(gè)塑料導(dǎo)向塊23配合，通過(guò)氣缸的充氣與放氣使活塞桿上下運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)光源架21上下運(yùn)動(dòng)。

4)視覺(jué)單元40

如圖2、3、4，所述的視覺(jué)單元40包括第1、2、3、4工業(yè)相機(jī)41、42、43、44和相機(jī)托45以及相機(jī)固定架46，構(gòu)成上中下依次連接的4組視覺(jué)組件，每臺(tái)工業(yè)相機(jī)的鏡頭對(duì)準(zhǔn)孵化雞蛋00。

所述的視覺(jué)單元40通過(guò)調(diào)節(jié)相機(jī)固定架46的高低可以調(diào)整視場(chǎng)范圍與物距，獲取更為清晰的圖像。

5)電氣單元50

如圖6，電氣單元50包括計(jì)算機(jī)51、第2磁感應(yīng)器52、數(shù)據(jù)線53、信號(hào)線54、第1計(jì)時(shí)器55、第2計(jì)時(shí)器56、第3計(jì)時(shí)器57、氣閥開(kāi)關(guān)58、第1磁感應(yīng)器59、氣罐510、輸氣管511、第1磁塊512和第2磁塊513；

氣罐510、氣閥開(kāi)關(guān)58和輸氣管511的輸入端依次連接，輸氣管511的輸出端分別與第1氣缸31和第2氣缸32連接，提供氣壓；

第1磁感應(yīng)器59和氣閥開(kāi)關(guān)58通過(guò)信號(hào)線54連接，控制氣閥開(kāi)關(guān)58的開(kāi)啟或關(guān)閉；

第1計(jì)時(shí)器55、第2計(jì)時(shí)器56、第3計(jì)時(shí)器57分別與第2、3、4工業(yè)相機(jī)42、43、44連接，第2磁感應(yīng)器52和第1工業(yè)相機(jī)41連接，第2磁感應(yīng)器52、第1計(jì)時(shí)器55、第2計(jì)時(shí)器56和第3計(jì)時(shí)器57通過(guò)信號(hào)線54依次串聯(lián)，依次控制4個(gè)工業(yè)相機(jī)采集圖像；

第1、2、3、4工業(yè)相機(jī)41、42、43、44分別通過(guò)數(shù)據(jù)線53和計(jì)算機(jī)51連接，存儲(chǔ)所采集的圖像。

6)機(jī)架60

機(jī)架60是本裝置的支撐體。

3、工作機(jī)理：

第1磁塊512位于推板13上端，當(dāng)推板13被底板14左端擋板擋住時(shí)，位于機(jī)架60上的第1磁感應(yīng)器59感應(yīng)到第1磁塊512的磁信號(hào)，通過(guò)信號(hào)線54打開(kāi)氣閥開(kāi)關(guān)58，氣罐510中氣體通過(guò)輸氣管511到達(dá)氣缸中，當(dāng)氣缸中的活塞桿上升到極限位置時(shí)，位于機(jī)架60上的第2磁感應(yīng)器52感應(yīng)到位于光源架21上第2磁塊513的磁信號(hào)，通過(guò)信號(hào)線54使第1計(jì)時(shí)器55計(jì)時(shí)，同時(shí)使第1工業(yè)相機(jī)41采集圖像，并通過(guò)數(shù)據(jù)線將圖像1保存至計(jì)算機(jī)51中；當(dāng)?shù)?計(jì)時(shí)器55到達(dá)所限10ms時(shí)，第2計(jì)時(shí)器56開(kāi)始計(jì)時(shí)，同時(shí)使第2工業(yè)相機(jī)42采集圖像，并通過(guò)數(shù)據(jù)線53將圖像2保存至計(jì)算機(jī)51中；當(dāng)?shù)?計(jì)時(shí)器56到達(dá)所限10ms時(shí)，第3計(jì)時(shí)器57開(kāi)始計(jì)時(shí)，同時(shí)使第3工業(yè)相機(jī)43采集圖像，并通過(guò)數(shù)據(jù)線53將圖像3保存至計(jì)算機(jī)51中；當(dāng)?shù)?計(jì)時(shí)器57到達(dá)所限10ms時(shí)，第4工業(yè)相機(jī)44采集圖像，并通過(guò)數(shù)據(jù)線53將圖像4保存至計(jì)算機(jī)51中。當(dāng)推板13離開(kāi)蓋板14左端擋板時(shí)，第1磁感應(yīng)器59無(wú)法感應(yīng)到磁信號(hào)，此時(shí)氣閥開(kāi)關(guān)58自動(dòng)關(guān)閉，兩氣缸31、32自動(dòng)放氣，光源架21下降到下端極限位置。

二、方法

1、采樣的子工作流程

如圖8，采樣的子工作流程如下：

A、推板到達(dá)極限位置，第1磁感應(yīng)器感應(yīng)磁信號(hào)-801

推板到達(dá)左側(cè)極限位置，第1磁感應(yīng)器59感應(yīng)到第1磁塊512的磁信號(hào)；

B、光源裝置和氣閥開(kāi)關(guān)同時(shí)接受到磁信號(hào)-802

光源裝置和氣閥開(kāi)關(guān)58同時(shí)接受到磁信號(hào)，使光源裝置中的LED燈23通電提供光源，并同時(shí)控制氣閥開(kāi)關(guān)58開(kāi)啟，使氣罐510供氣供壓；

C、氣缸上升，第2磁感應(yīng)器感應(yīng)磁信號(hào)-803

第1、2氣缸31、32上升到上端極限位置，第2磁感應(yīng)器52接收到第2磁塊513的磁信號(hào)；

D、第1相機(jī)采集圖像，第1計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)10ms-804

第1工業(yè)相機(jī)41和第1計(jì)時(shí)器55同時(shí)接收到磁信號(hào)，第1工業(yè)相機(jī)41采集圖像1并保存至計(jì)算機(jī)51；

E、第2相機(jī)采集圖像，第2計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)10ms-805

第2工業(yè)相機(jī)42和第2計(jì)時(shí)器56同時(shí)接收到經(jīng)第2計(jì)時(shí)器55延時(shí)10ms后的磁信號(hào)，第2工業(yè)相機(jī)42采集圖像2并保存至計(jì)算機(jī)51；

F、第3相機(jī)采集圖像，第3計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)10ms-806

第3工業(yè)相機(jī)43和第3計(jì)時(shí)器57同時(shí)接受到經(jīng)第2計(jì)時(shí)器56延時(shí)10ms后的磁信號(hào)，第3工業(yè)相機(jī)43采集圖像3并保存至計(jì)算機(jī)51；

G、第4相機(jī)采集圖像-807

第4工業(yè)相機(jī)44接受到經(jīng)第3計(jì)時(shí)器57延時(shí)10ms后的磁信號(hào)，第4工業(yè)相機(jī)44采集圖像4并保存至計(jì)算機(jī)51。

2、圖像分割并編號(hào)的子工作流程

如圖9，圖像分割并編號(hào)的子工作流程如下：

Ⅰ、圖像分割并編號(hào)-901

對(duì)已知的樣本采集的圖像進(jìn)行分割并編號(hào)，圖像分割并編號(hào)的原理如圖10，按6(個(gè)/行/托)×5(行)×4(托)＝120(個(gè))的矩陣分割，并依次編號(hào)為1-120；

Ⅱ、提取特征參數(shù)-902

提取每個(gè)樣本蛋的能量特征參數(shù)，得到樣品蛋的E值：

當(dāng)樣品蛋為受精蛋時(shí)E值范圍為：E≥0.5；

當(dāng)樣品蛋為無(wú)精蛋和弱精蛋時(shí)E值范圍為：E＜0.5；

其中E為：灰度共生矩陣元素的平方和；

Ⅲ、設(shè)定E值-903

設(shè)定判別無(wú)精蛋和弱精蛋的閾值為0.5；

E＜0.5時(shí)，判別為無(wú)精蛋或弱精蛋；

E≥0.5時(shí)，判別為受精蛋。

3、檢測(cè)的子工作流程

如圖11，檢測(cè)的子工作流程如下：

a、提取對(duì)應(yīng)編號(hào)的G分量圖-111

利用軟件Matlab2012取編號(hào)后原始小區(qū)域圖像的G分量圖；

b、從1號(hào)提取各圖像的能量-112

從編號(hào)為1的區(qū)域開(kāi)始提取每個(gè)小區(qū)域的能量(角二階矩)特征參數(shù)，公式為：

描述在方向上，相隔d個(gè)像素距離的一對(duì)像素分別具有灰度層i和j的出現(xiàn)概率(頻數(shù))；

c、判斷條件E＜0.5-113

將d＝1代入式[1]中，通過(guò)計(jì)算機(jī)提取的特征參數(shù)E利用步驟Ⅲ設(shè)定的閾值0.5進(jìn)行判別，若E＜0.5，則被測(cè)蛋為無(wú)精蛋或弱精蛋-114，計(jì)算機(jī)輸出0，再進(jìn)入步驟d；反之，若E≥0.5，則被測(cè)蛋為受精蛋-115，計(jì)算機(jī)輸出1，再進(jìn)入步驟d；

d、編號(hào)加1-116

計(jì)算機(jī)輸出0或1后編號(hào)加1；

e、編號(hào)＝120-117

判斷編號(hào)是否為120-117，是則進(jìn)入步驟f，否則跳轉(zhuǎn)到步驟b；

f、結(jié)束-118。

三、檢測(cè)結(jié)果：

本實(shí)施例的試驗(yàn)樣品是荊州峪口禽業(yè)有限公司購(gòu)買的京紅1號(hào)白殼蛋，分別將18日齡的孵化蛋分為兩類：受精蛋、無(wú)精蛋或弱精蛋。

無(wú)精蛋或弱精蛋判別準(zhǔn)確率為100％，總體正確率為100％。