一种自动扫描设备与方法技术

一种活体牲畜自动扫描设备与方法，可以自动处理活体牲畜，效率高，对牲畜刺激小。本发明专利技术提供了一种牲畜自动扫描处理设备，能够对牲畜群逐只自动进行高效率的扫描处理，获取每只牲畜的点云图像数据，并全面高精度的自动测量各项体尺数据、自动记录数据。自动记录数据。自动记录数据。

【技术实现步骤摘要】
一种自动扫描设备与方法


[0001]本专利技术属于农牧业装备领域。

技术介绍

[0002]目前畜牧养殖趋向于规模化集中养殖。在养殖中需要对牲畜种群进行快速测量体尺等操作处理，为日常管理以及种畜繁殖优选积累数据。传统的对牲畜群进行体尺测量主要是采用人工测量的方法。人工测量需要对牲畜进行保定，测量操作繁琐，效率低，对牲畜刺激大。生产管理实践中，受效率限制，只能进行有限的数据测量。
[0003]目前有研究采用机器视觉的方法进行体尺测量，其中有代表性的包括：文献1《基于机器视觉的羊体体尺测量方法研究》，内蒙古科技大学学报，2015年12月，公开了基于照片数据，采用侧面照片轮廓与特征点提取方法提取关键体征特征点，根据图像相邻像素与实际空间中的距离比例，在保障摄像头与物体距离固定的前提下，进行估算牲畜体尺的方法。
[0004]文献2《基于双目视觉及Mask RCNN的牛体尺无接触测量》，畜牧科学，2020年1月，公开了采用Mask RCNN机器深度学习算法，对牛图像进行分割，提取牛轮廓信息，并利用双目视觉原理将牛体尺测量点的坐标转换为空间三维坐标，利用欧氏距离计算体尺的方法。
[0005]文献3《基于Kinect v4的牛体尺测量方法》，计算机应用，2021年6月30，公开了采用RGBD深度图像摄像头，获取彩色RGB照片和深度图照片，利用深度学习YOLOV5目标检测算法和彩色信息检测牛体尺特征部位信息，转换到三维坐标，进行体尺计算的方法。该方法集中于解决从体侧拍摄牛，充分利用RGB和深度图数据，从体侧一个角度同时获取体高、体长的体尺的方法。
[0006]文献4《多视角深度相机的猪体三维点云重构及体尺测量》，农业工程学报，2019年12月，以及专利CN110986788，《一种基于三维点云牲畜表型体尺数据的自动测量方法》，公开了一种基于三维点云牲畜表型体尺数据的自动测量方法，采用3组深度摄像机，从多个角度获取牲畜的不同局部点云图数据，对多个局部点云去噪，然后基于轮廓连贯性进行点云配准，拼接融合成全局点云，在全局点云中用积分方法计算相关的体长、体高、腹围等体尺值。
[0007]文献1所述方法，因为纯粹采用RGB照片数据进行分析测量，这样的测量方法是平面图，受被测对象站立位姿、景深前后位置影响，测量精度低，只能测量体长这种线性的长度数据，不能准确测量胸围、腹围这些立体尺寸数据。
[0008]文献2所述方法，采用了深度学习算法，改进了特征点提取方法，改进了采用双目摄像头，可以利用双目视觉视角差，计算得到特征点的空间坐标，进而进行体尺计算。但这种方法精度低，受到双目摄像头两个摄像头之间的距离基线的限制，本身原理上精度就难以保障，距离越远，误差被放大越多，和被测对象距离达到一米以上时，误差在几个厘米级，对于实际行业应用无法满足需求。
[0009]文献3改进采用了RGBD深度摄像头，由于深度摄像头采用双目光线时间差原理，精
度大幅提高，可达到毫米级别，但文献3的方法仅采用了一组侧面RGBD数据，只解决了体高、体长等线性体尺数据的测量。
[0010]文献4进一步改进，采用了3组深度摄像头，从牲畜顶部和两个侧面获取点云图数据，然后进行融合拼接，然后进行体长、体高、腹围等体尺计算。但文献4所采用的方法，是采用点云图边缘重合对齐的方法，对于两个点云图的边缘点，计算各种重合时，取误差最小的重合，但对于牲畜的弧形体侧来说，重合对齐缺乏典型对齐特征点，对齐操作非常困难，甚至可能需要人手工操作进行对齐，对齐本身带来的误差在厘米级以上，抵消了深度摄像头本身精度提高带来的改进。另外，3组深度摄像头的方案不易部署，不易使用维护，成本也高，难以在产业中推广应用，在研究中采用较多。
[0011]综合以上典型公开文献，从技术的角度，解决方案从单目摄像头到双目摄像头，到深度摄像头，到多组深度摄像头，技术方案在逐渐进步。然而，上述方案主要是面向研究，不适合行业应用的实际需求，且测量精度不够。所采用的方法通常是放在通道中，前后牲畜不能准确分隔；抑或仅仅是实验环境，需要人工驱赶干预，缺乏准确的自动化测量平台。
[0012]行业中，规模化集中牧场需要容易部署的设备平台，易于使用，能够规模化处理，成本适合，精度高，才能为牲畜的种群管理、生长管理提供准确的数据。并且在视觉技术日益发展的背景下，能够自动化高精度获取牲畜的原始3D点云图，甚至同时采集各角度的彩色照片以及视频，进行存储记录，可以为后继分析提供原始数据存档。

技术实现思路

[0013]本专利技术的第一目的在于提供一种高精度同步正交活体牲畜自动扫描处理设备，能够对牲畜群逐只自动进行高效率的扫描处理，获取每只牲畜的整体高精度3D点云图像数据，并全面高精度的自动测量各项体尺数据，关联牲畜所佩戴的电子耳标ID，自动记录数据。
[0014]为实现上述目的，本专利技术通过设置一长方体形箱体扫描平台，使得牲畜站立位姿得以容易的控制在合理范围，在自动扫描处理设备的顶部横向居中位置和侧面精准布置两组高精度RGBD深度摄像头，在扫描平台建立精准扫描处理现实空间坐标系，两组深度摄像头在坐标系中具有精准空间位置坐标，两组摄像头在空间位置中，扫描视角呈正交90度安装，在牲畜行进方向X轴位置空间上同步移动，在摄像主机的控制下，在时间上同步，同时采样扫描拍摄待测牲畜，取得俯视角度的深度图数据和侧视角度的深度图或点云图数据，并对两组深度图或点云图数据根据两组深度摄像头各自的空间位置坐标，直接进行平移加旋转映射转换为全局的点云图，进而直接拼接成每只牲畜的整体3D点云图像数据，然后进行体尺计算。
[0015]具体的，扫描处理设备的进入自动门打开，牲畜进入设备平台，进入自动门自动关闭，对进入到设备平台上的牲畜进行拍照扫描，并将获取的数据提交摄像数据处理主机，摄像数据处理主机将同时拍摄到的牲畜背部点云图数据和一个侧面点云图数据依据两组摄像头的空间相对位置进行坐标变换并拼接，合成牲畜身体全身立体模型，进行全面且精确的体尺测量，可得到肩高、背高、臀高、胸宽、腹宽、胯宽、体直长、体斜长、胸围、腹围等数据，并且精度提到到毫米级，并根据读取到的电子耳标ID，唯一编号并自动关联存储相关数据。
[0016]其中，牲畜站立平台长度与牲畜平均体长匹配，牲畜站立平台长度为牲畜体长的1
到1.5倍，站立平台的宽度为牲畜体宽的1到1.4倍，处站立平台底部为一称重平台，装有称重传感器，体重读取器读取称重平台所测量得到的称重数据。
[0017]扫描摄像头为具有深度扫描的摄像头，直接输出深度图或点云图数据。
[0018]其中进一步包括，扫描摄像头具有滑轨装置，顶部扫描摄像头可在前后方向调整位置，侧面一组扫描摄像头可在左右方向调整位置。
[0019]其中，具体的，设扫描处理现实空间座标系<Xr, Yr, Zr>，其Xr轴平行于站立平台前后方向，取牲畜行进方向为Xr轴座标正方向，Yr轴平行于站立平台左右横向方向，取牲畜行进方向左侧为Yr轴座标正方向，Zr轴本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高精度同步正交活体牲畜自动扫描处理设备，包括进出自动开关门，处理牲畜站立平台，体重读取器，电子耳标ID读取器，其特征在于包括：设备具有至少一扫描摄像数据处理主机；牲畜站立平台为一长方体形箱体；牲畜站立平台顶部有一组扫描摄像头；牲畜站立平台一个侧面有一组扫描摄像头；两组扫描摄像头连接到摄像数据处理主机，对站立在平台上的牲畜进行扫描，并将获取的数据提交扫描摄像数据处理主机，扫描摄像数据处理主机将扫描到的一组牲畜背部数据和侧面数据进行拼接，合成高精度牲畜身体立体图。2.如权利要求1所述，其中进一步包括，摄像数据处理主机基于合成的高精度牲畜身体立体图数据，进行体尺测量计算，根据读取到的电子耳标ID自动唯一标识并存储数据。3.如权利要求1，所述的处理牲畜站立平台呈长方体形箱体，其中进一步包括，站立平台的长度为牲畜体长1到1.5倍，站立平台的宽度为牲畜体宽的1到1.4倍。4.如权利要求1，所述的处理牲畜站立平台底部为一称重平台，装有称重传感器，体重读取器读取称重平台所测量得到的称重数据。5.如权利要求1所述，两组扫描摄像头分别具有至少一深度扫描摄像头，可直接输出深度图数据或点云图数据。6.如权利要求1和5所述，其中进一步包括，设扫描处理现实空间坐标系<Xr, Yr, Zr>，其中Xr轴平行于站立平台前后方向，Yr轴平行于站立平台左右横向方向，Zr轴平行于站立平台上下竖直方向，顶部扫描摄像头相机座标系Xt轴Yt轴分别平行于Xr轴与Yr轴，Zt轴平行于Zr轴，侧面扫描摄像头相机座标系Xs轴平行于Xr轴，Ys轴平行于Zr轴，Zs轴平行于Yr轴，两组扫描摄像头的扫描方向Zt轴与Zs轴成正交90度放置。7.如权利要求1和5所述，扫描摄像头深度扫描视角为90度正负30度，两组扫描摄像头与牲畜被扫描面的距离为其体长的1/2，正负50厘米。8.如权利要求1和5所述，其中进一步包括，扫描摄像头具有滑轨装置，在现实空间坐标系<Xr, Yr, Zr>下，顶部扫描摄像头可保持（y，z）位置不动，沿Xr轴前后方向调整位置，侧面一组扫描摄像头可保持（y）平面位置不动，沿Zr轴上下，Xr轴前后方向调整位置。9.如权利要求1、5和8所述，其中进一步包括，两组扫描摄像头通过至少一个同步连接杆连接，使两组扫描摄像头在Xr轴方向上移动时保持位置同步，两组摄像头空间位置坐标为（xc，y1，z1），（xc，y2，z2）。10.如权利要求1、5、8和9所述，其中进一步包括，设备采用步进电机驱动扫描摄像头在滑轨上调整位置。11.如权利要求1和5所述，其中进一步包括，牲畜站立平台的上部为敞口，在顶部扫描摄像头扫描视角内保持不存在遮挡物。12.如权利要求1和5所述，其中进一步包括，牲畜站立平台侧面有扫描摄像头侧的一面为一透明扫描窗，装有透明板，在侧面扫描摄像头扫描视角内保持扫描视野空旷。13.如权利要求1、5和12所述，其中进一步包括一固定梁，以固定保护侧面透明扫描窗。14.如权利要求1和5所述，其中进一步包括，两组扫描摄像头具有同步扫描信号，扫描摄像数据处理主机发送同步扫描信号，控制两组扫描摄像头同时进行扫描。
15.如权利要求1、4、5和14所述，其中进一步包括，体重读取器读到的体重数据连续多个相邻读数之间的差值小于设定值δ时，扫描摄像数据处理主机触发发送同步扫描信号。16.如权利要求1、5和14所述，其中进一步包括，扫描摄像数据处理主机将同时扫描得到的牲畜背部数据和侧面数据包括至少一组深度图，分别根据对应扫描摄像头在现实空间中的坐标（xc，y1，z1）和（xc，y2，z2），将深度图中的在对应相机座标系下所有点的坐标映射到扫描处理现实空间座标系，进行平移加旋转坐标变换后进行拼接，合成牲畜身体3D点云图立体模型，并基于3D点云图模型，选定测量位置，进行体尺测量。17.如权利要求1、5和14所述，其中进一步包括，摄像数据处理主机将同时扫描得到的牲畜背部数据和侧面数据包括至少一组点云图，分别根据对应扫描摄像头在现实空间中的坐标（xc，y1，z1）和（xc，y2，z2），将点云图中的在对应相机座标系下所有点的坐标映射到扫描处理现实空间座标系，进行平移加旋转坐标变换后进行拼接，合成牲畜身体3D点云图立体模型，并基于3D点云图模型，选定测量位置，进行体尺测量。18.一种高精度同步正交活体牲畜自动扫描测量方法，包括设置一自动同步扫描处理设备，包括处理牲畜站立平台，...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
申请(专利权)人：北京聚码科技有限公司，
类型：发明
国别省市：