Устройство и способ классификации сосков относительно показателей размера - RU2742931C2

Чертежи

Описание

Предшествующий уровень техники настоящего изобретения

Настоящее изобретение в целом относится к решениям для адаптации автоматических доильных установок к животным для доения. Более конкретно, изобретение относится к устройству в соответствии с преамбулой пункта 1 формулы изобретения и соответствующим способом. Изобретение также относится к компьютерной программе и читаемому процессором носителю.

Для повышения эффективности и снижения риска возникновения мастита и других проблем, связанных с механическим напряжением, которому подвергаются соски молочного животного во время доения, важно использовать сосковую резину, которая подходит для соска. Для того чтобы идентифицировать такую сосковую резину, необходимо определить геометрические свойства соска.

В WO 2013/187821 описано устройство для определения положений сосков и показателя воспроизводства в доильной системе. Устройство содержит доильное стойло для размещения молочного животного во время доения, подвижный манипулятор робота для автоматического прикрепления доильных стаканов к соскам молочного животного в доильном стойле и устройство управления для управления движением манипулятора робота на основе определенных положений сосков молочного животного. Устройство содержит трехмерную камеру, направленную на вымя молочного животного в доильном стойле и предназначенную для многократной записи трехмерных изображений вымени молочного животного; и средство обработки, предназначенное для многократного обнаружения сосков молочного животного и определения их положений на основе многократно записанных трехмерных изображений. Кроме того, средство обработки выполнено с возможностью автоматического определения форм сосков молочного животного, на основе многократно записанных трехмерных изображений и расчета показателя воспроизводства на основе определенных форм сосков молочного животного.

Задачи, связанные с предшествующим уровнем техники

Благодаря известному решению может быть возможно определить определенные геометрические свойства соска. Однако в этом решении нет ничего, что могло бы помочь выбрать конкретную сосковую резину на основе определенной геометрии соска.

Краткое раскрытие настоящего изобретения

Следовательно, цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить решение, благодаря которому можно идентифицировать подходящую сосковую резину для данного животного.

В соответствии с одним аспектом изобретения цель достигается с помощью первоначально описанного устройства, в котором блок обработки выполнен с возможностью вычисления по меньшей мере одного показателя размера соска на основе данных изображения, записанного трехмерной (3D) камерой. В частности, блок обработки выполнен с возможностью геометрического анализа соска для определения связанной с размером классификации соска на основе по меньшей мере одного показателя размера. Устройство также содержит пользовательский интерфейс, выполненный с возможностью представления выходных данных, которые отражают связанную с размером классификацию соска.

В настоящем документе термин «3D-камера» подразумевает наличие любого типа устройства записи структурных данных на основе изображения, например, времяпролетную камеру (ToF), блок записи изображений на основе проекции светового изображения, например, трехмерный сканер со структурированным светом, или стереокамеру.

Предложенное устройство является предпочтительным, потому что оно облегчает выбор подходящей сосковой резины, либо для всего поголовья молочных животных, либо для каждой из двух или более подгрупп поголовья. То есть предпочтительно, связанная с размером соска классификация связана с рекомендуемой сосковой резиной для молочного животного. Таким образом, на основе этой связи блок обработки может быть дополнительно выполнен с возможностью определения рекомендуемой сосковой резины для молочного животного.

В соответствии с одним вариантом осуществления этого аспекта изобретения блок обработки выполнен с возможностью вычисления по меньшей мере одного показателя размера соска на основе данных изображения, записанных в виде по меньшей мере двух изображений. Таким образом, относительно точные геометрические данные могут быть получены также, если каждое отдельное изображение будет иметь сравнительно низкое разрешение.

В соответствии с другим вариантом осуществления этого аспекта изобретения блок обработки в частности выполнен с возможностью объединения данных изображения от по меньшей мере двух из по меньшей мере двух изображений для получения сводных данных изображений и определения связанной с размером классификации соска на основе сводных данных изображений. Таким образом, например, видеопоследовательность, записанная трехмерной камерой, может сформировать основу для высокоточного измерения размера соска.

В соответствии с дополнительным вариантом осуществления этого аспекта изобретения блок обработки выполнен с возможностью вычисления по меньшей мере одного показателя размера по меньшей мере для одного соска каждого из числа животных в группе животных. Затем на основе анализа (например, статистического анализа) по меньшей мере одного показателя размера для указанного по меньшей мере одного соска каждого животного блок обработки выполнен с возможностью определения общей связанной с размером классификации для указанного по меньшей мере одного соска каждого животного. Предпочтительно, блок обработки также выполнен с возможностью определения общей рекомендуемой сосковой резины для группы животных на основе общей связанной с размером классификации. Следовательно, фермеру может быть предоставлена рекомендация относительно подходящей сосковой резины для его или ее домашнего скота или его части.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления этого аспекта изобретения предполагается, что устройство связано по меньшей мере с двумя доильными установками, каждая из которых выполнена с возможностью получения молока у идентифицированных особей в группе животных. Кроме того, блок обработки выполнен с возможностью определения первой общей связанной с размером классификации для первой подгруппы животных в пределах группы животных, причем эта первая общая связанная с размером классификация связана с первой сосковой резиной, используемой в первой доильной установке из по меньшей мере двух доильных установок; и определения второй общей связанной с размером классификации для второй подгруппы животных в группе животных, причем эта вторая общая связанная с размером классификация связана со второй сосковой резиной, используемой во второй доильной установке из по меньшей мере двух доильных установок. Таким образом, устройство может помочь фермеру подразделить поголовье животных на две или более меньшие группы в зависимости от показателей сосков и того, какая сосковая резина подходит для членов каждой меньшей группы.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления этого аспекта изобретения трехмерная камера дополнительно выполнена с возможностью перенаправления записанных данных изображения в блок управления в автоматической доильной системе, причем этот блок управления выполнен с возможностью управления подвижным манипулятором робота. Следовательно, трехмерная камера может быть ресурсом, общим для других функциональных устройств автоматической доильной установки, таких как доильный робот. Понятно, что для экономической эффективности это необходимо.

В соответствии с другим аспектом изобретения цель достигается посредством первоначально описанного способа, в котором по меньшей мере один показатель размера вычисляется на основе данных изображения. На основе по меньшей мере одного показателя размера, в свою очередь, определяют связанную с размером классификацию соска. Наконец, представляют выходные данные, которые отражают связанную с размером классификацию соска, через пользовательский интерфейс. Преимущества этого способа, и предпочтительные варианты его осуществления очевидны из приведенного выше описания со ссылкой на предложенную систему.

В соответствии с дополнительным аспектом изобретения цель достигается с помощью компьютерной программы, загружаемой в память по меньшей мере одного процессора, и включает программное обеспечение, выполненное с возможностью реализации способа, предложенного выше, когда указанную программу запускают по меньшей мере на одном процессоре.

В соответствии с другим аспектом изобретения цель достигается с помощью читаемого процессором носителя, имеющего записанную на нем программу, причем программа должна управлять по меньшей мере одним процессором для выполнения способа, предложенного выше, когда программу загружают по меньшей мере в один процессор.

Дополнительные преимущества, полезные характеристики и применения настоящего изобретения будут очевидны из следующего описания и зависимых пунктов формулы изобретения.

Краткое описание фигур

Теперь изобретение будет объяснено более подробно посредством предпочтительных вариантов осуществления, которые раскрыты в качестве примеров, и со ссылкой на приложенные фигуры.

На фиг.1 показан общий вид предложенного устройства;

На фиг.2-3 показаны примеры окон на экране, которые могут быть показаны на графическом дисплее предложенного устройства в соответствии с вариантами осуществления изобретения; и

На фиг.4 показан посредством блок-схемы общий способ в соответствии с изобретением.

Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения

На фиг.1 показан общий пример устройства в соответствии с изобретением. Устройство предназначено для включения в автоматическую доильную систему, содержащую одну или несколько доильных установок. Устройство содержит трехмерную камеру 130, блок 140 обработки и пользовательский интерфейс 150, например, представленный блоком отображения и/или акустической системой.

Трехмерная камера 130 выполнена с возможностью записи данных изображения D_img, представляющих внешнюю поверхность соска T1 молочного животного в трех измерениях. Таким образом, как упомянуто выше, трехмерная камера 130 может, например, включать в себя камеру ToF, трехмерный сканер со структурированным светом или любое другое средство записи изображения на основе проекции светового изображения, и стереокамеру, выполненную с возможностью измерения расстояний в трех измерениях.

Камера ToF - это диапазонная система камер изображений, которая принимает решение о расстоянии на основе известной скорости света. Камера ToF измеряет время прохождения светового сигнала между камерой и объектом для каждой точки изображения. Аналогично радарному устройству, камера ToF является своего рода оборудованием LIDAR (лазерная система обнаружения и определения дальности) без сканера, в котором все место действия захватывается каждым лазером или световым импульсом. С другой стороны, сканирующая система LIDAR использует точечный лазерный луч, чтобы постепенно сканировать место действия и регистрировать расстояния до различных объектов в нем.

В своем самом основном виде 3D-сканер со структурированным светом имеет проектор, который проецирует узкую полосу света на трехмерные объемные поверхности места действия, подлежащего записи. Это создает линию освещения, которая выглядит искаженной со стороны других перспектив, чем перспектива проектора. Это, в свою очередь, может быть использовано для геометрического восстановления формы поверхности, на которую проецируется полоса света. Более быстрый и более универсальный подход включает проекцию изображений, состоящих из множества полосок одновременно, или из произвольных граней. То есть, это позволяет одновременно получать множество образцов. Если смотреть с разных перспектив, изображение выглядит геометрически искаженным из-за формы поверхности объекта. Различные аналитические исследования применяются для определения этих форм на основе искажений.

Элементарную альтернативу самому основному виду 3D-сканера со структурированным светом можно получить, проецируя простое изображение из правильно упорядоченных точек или линий на место действия, подлежащее записи. Затем, при условии, что расстояние между камерой и местом действия известно (например, из фокусного расстояния камеры), различные показатели и расстояния в месте действия определяются путем подсчета количества точек/линий между различными точками на изображении места действия.

Стереокамера - это тип камеры с двумя или более объективами с отдельными датчиками изображения для каждого объектива. Это позволяет камере имитировать бинокулярное зрение человека и, следовательно, дает возможность получать трехмерные изображения. Расстояние между объективами в обычной стереокамере примерно равно расстоянию между глазами человека, то есть, примерно 6,5 см. Однако более длинная базовая линия обеспечивает более высокую трехмерность и позволяет определить расстояние с лучшей точностью.

Блок 140 обработки выполнен с возможностью приема записанных данных изображения D_img и на их основе обеспечивает геометрический анализ соска T1. Точнее, блок 140 обработки выполнен с возможностью вычисления по меньшей мере одного показателя W1, W2 и/или L размера соска T1 на основе данных изображения D_img. В настоящем документе первый показатель W1 размера может представлять ширину соска T1 на его основании, второй показатель W2 размера может представлять ширину соска T1 на его кончике, а третий показатель L может представлять длину соска T1. Кроме того, геометрический анализ содержит определение связанной с размером классификации соска T1 на основе по меньшей мере одного показателя W1, W2 и/или L размера.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения связанная с размером соска классификация T1, в свою очередь, связана с рекомендуемой сосковой резиной TCL_R для молочного животного. Это будет объяснено более подробно ниже со ссылкой на фиг.2 и 3.

Блок 140 обработки предназначен для классификации сосков молочных животных относительно показателей размера сосков. Вымя U стандартной коровы обычно имеет четыре соска, и предпочтительно эти соски классифицируют/категоризируют по отдельности для каждого животного в стаде. Также предпочтительно, чтобы классификацию обновляли многократно, чтобы поддерживать хорошее качество данных, также когда члены стада стареют и/или происходит их замена. То есть зная о классификации, фермер, в свою очередь, может адаптировать доильное оборудование, чтобы оно подходило его/ее стаду животных. Это может включать в себя выбор типа сосковой резины, который считается подходящим относительно показателей размера всех сосков в стаде. Если вариативность в показателях размеров сосков оказывается особенно высокой в пределах стада, может быть целесообразно разделить стадо на два или более подразделения и рассматривать каждое из этих подразделений животных как новое стадо, для которого подходящая сосковая резина должна быть выбрана.

Чтобы определить требуемые связанные с размером классификации и рекомендовать подходящие сосковые резины TCL_R, блок 140 обработки предпочтительно соединен с возможностью связи с базой 145 данных, содержащей набор связанных с размером классификаций, и их соответствующие характеристики измерения. Таким образом, блок 140 обработки может определить связанную с размером классификацию соска T1 посредством простой операции поиска в базе 145 данных.

Предложенное устройство дополнительно содержит пользовательский интерфейс 150, выполненный с возможностью представления выходных данных DO[TCL_R], отражающих связанную с размером классификацию соска. Предпочтительно, пользовательский интерфейс 150 содержит графический и/или текстовый дисплей, где выходные данные DO[TCL_R] могут быть представлены графически и/или в текстовом виде. Однако в соответствии с изобретением возможны также альтернативные пользовательские интерфейсы 150, такие как акустический интерфейс, выполненный с возможностью, например, представления выходных данных DO[TCL_R] в форме сообщения «синтетическим» голосом.

На фиг.2 показан первый пример окна 200 на экране, которое может быть показано на графическом дисплее пользовательского интерфейса 150 в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

В примере, представленном на фиг.2, окно 200 на экране показывает набор связанных с размером классификаций 210 и соответствующие интервалы показателей 220 с точки зрения длины L и средней ширины W_avg следующим образом:

- первая категория «короткие и тонкие» 211, к которой относятся соски короче, чем 35 мм и тоньше 24 мм;

- вторая категория «короткие и средние» 212, к которой относятся соски короче, чем 35 мм и шириной между 24 мм и 27 мм;

- третья категория «короткие и широкие» 213, к которой относятся соски короче, чем 35 мм и шириной более 27 мм;

- четвертая категория «средние и тонкие» 214, к которой относятся соски длиной между 35 мм и 60 мм и тоньше, чем 24 мм;

- пятая категория «средние» 215, к которой относятся соски длиной между 35 и 60 мм и шириной между 24 мм и 27 мм;

- шестая категория «средние и широкие» 216, к которой относятся соски длиной между 35 мм и 60 мм и шириной более 27 мм;

- седьмая категория «длинные и тонкие» 217, к которой относятся соски длиной более, чем 60 мм и тоньше, чем 24 мм;

- восьмая категория «длинные и средние» 218, к которой относятся соски длиннее, чем 60 мм и шириной между 24 мм и 27 мм; и

- девятая категория «длинные и широкие» 219, к которой относятся соски длиннее, чем 60 мм и шире, чем 27 мм.

Крайний правый столбец окна 200 на экране на фиг.2 показывает количество сосков 230, которые были отнесены в каждую из вышеуказанных категорий с 211 по 219 в этом примере.

На фиг.3 показан второй пример окна 300 на экране, которое может быть отображено на графическом дисплее пользовательского интерфейса 150 в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

Окно 300 на экране на фиг.3 показывает первый столбец 310, отображающий рекомендованную сосковую резину TCL_R для молочных животных, имеющих соски, которые относятся к конкретной категории 310, и второй столбец 320 показывает количество сосков, для которых каждая соответствующая сосковая резина TCL_R рекомендована в этом примере.

В настоящем документе первая сосковая резина «тип 1» 311 рекомендована для 56 сосков, вторая сосковая резина «тип 2» 312 рекомендована для 45 сосков, третья сосковая резина «тип 3» 313 рекомендована для 44 сосков, четвертая сосковая резина «тип 4» 314 рекомендована для 58 сосков, пятая сосковая резина «тип 5» 315 рекомендована для 56 сосков, шестая сосковая резина «тип 6» 316 рекомендована для 53 сосков, седьмая сосковая резина «тип 7» 317 рекомендована для 56 сосков, и восьмая сосковая резина «тип 8» 318 рекомендована для 42 сосков.

В соответствии с изобретением, альтернативно или дополнительно, либо одно, либо оба окна 200 и 300 на экране могут быть отображены на блоке отображения (не показан), который подключен к предложенному устройству.

Хотя это, как правило, является предпочтительным, взаимно-однозначное соотношение между категориями 210 и рекомендуемыми сосковыми резинами TCL_R 310 не является обязательным. Фактически, в соответствии с изобретением любое другое соотношение также возможно.

Для улучшенного качества данных в соответствии с вариантами осуществления изобретения блок 140 обработки выполнен с возможностью вычисления по меньшей мере одного показателя W1, W2 и/или L размера соска T1 на основе данных изображения D_img, записанных в виде по меньшей мере двух изображений, например, образующих часть последовательности изображений, записанных трехмерной камерой 130, например в качестве видео файла.

В таком случае блок 140 обработки выполнен с возможностью объединения данных изображения D_img по меньшей мере от двух из по меньшей мере двух изображений для получения сводных данных изображений, и определения связанной с размером классификации соска T1, на основе сводных данных изображений. Таким образом, относительно точные геометрические данные могут быть получены также, если каждое отдельное изображение будет иметь сравнительно низкое разрешение.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения, предложенное устройство используется для обращения со стадом животных. Это означает, что блок 140 обработки выполнен с возможностью вычисления по меньшей мере одного показателя W1, W2 и/или L размера по меньшей мере для одного соска T1 каждого животного из числа животных в группе животных, либо всего стада, либо его подгруппы. Кроме того, блок 140 обработки выполнен с возможностью определения общей связанной с размером классификации по меньшей мере для одного соска T1. В настоящем документе общая связанная с размером классификация основана на анализе по меньшей мере одного показателя W1, W2 и/или L размера по меньшей мере для одного соска T1. Например, блок 140 обработки может выполнять статистический анализ одного или нескольких показателей W1, W2 и L размера по меньшей мере для одного соска T1. Альтернативно, блок 140 обработки может просто определять общую связанную с размером классификацию по меньшей мере для одного соска T1, чтобы она была равна самой частой классификации в группе животных.

Предпочтительно, блок 140 обработки также был выполнен с возможностью определения общей рекомендуемой сосковой резины TCL_R для группы животных на основе общей связанной с размером классификации.

На практике, однако, не всегда возможно идентифицировать одну единственную сосковую резину TCL_R, которая подходит для всех животных в данной группе. Ситуация, показанная на фиг.3, представляет собой такой пример.

Следовательно, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения предполагается, что устройство будет связано по меньшей мере с двумя доильными установками, причем каждая доильная установка выполнена с возможностью получения молока у идентифицированных особей в пределах группы животных. Другими словами, некоторых животных доят одной доильной установкой, а других животных доят одной или несколькими другими доильными установками.

В данном случае блок 140 обработки выполнен с возможностью определения первой общей связанной с размером классификации для первой подгруппы животных в пределах группы животных. Первая общая связанная с размером классификация связана с первой сосковой резиной TCL_R, скажем, типа 1 на фиг.3, которая используется в первой доильной установке. Блок 140 обработки также выполнен с возможностью определения второй общей связанной с размером классификации для второй подгруппы животных в пределах группы животных. Вторая общая связанная с размером классификация связана со второй сосковой резиной TCL_R для сосков, скажем, типа 4 на фиг.3, которая используется во второй доильной установке.

Разумеется, аналогично, если устройство связано с тремя или более доильными установками, группу животных можно разделить на дополнительные подгруппы; где в каждой подгруппе, используемая сосковая резина TCL_R будет выбрана относительно связанной с размером классификации сосков животных.

Предпочтительно, для эффективного использования оборудования трехмерная камера 130 также выполнена с возможностью перенаправления записанных данных изображения D_img другим функциональным устройствам в доильной установке, например, блоку управления в автоматической доильной системе, который отвечает за управление подвижным манипулятором робота. Фактически, поскольку современные доильные установки часто уже включают в себя трехмерную камеру 130, эта камера также может быть использована для предложенного устройства.

Как правило, выгодно, если блок 140 обработки выполнен с возможностью осуществления вышеупомянутой процедуры полностью автоматическим способом, например, посредством выполнения компьютерной программы. Поэтому блок 140 обработки может быть соединен с возможностью связи с блоком памяти, хранящим программный продукт компьютера, который, в свою очередь, содержит программное обеспечение, чтобы заставить по меньшей мере один процессор в блоке 140 обработки выполнять вышеописанные действия, когда программный продукт компьютера запускают на блоке 140 обработки.

Для того, чтобы подвести итог, и со ссылкой на блок-схему на фиг.4 теперь будет описан общий способ в соответствии с изобретением для классификации сосков относительно показателей размера.

На первом этапе 410 с использованием трехмерной камеры записывают данные изображения, которые представляют внешнюю поверхность соска молочного животного в трех измерениях. Затем на этапе 420 вычисляют по меньшей мере один показатель размера соска на основе данных изображения, записанных на этапе 410.

На последующем этапе 430 связанную с размером классификацию соска, определяют на основе по меньшей мере одного показателя размера.

После этого на этапе 440 представляют выходные данные, представляющие связанную с размером классификацию соска, через пользовательский интерфейс, например, визуально на графическом дисплее и/или акустически через акустическую систему.

Всеми технологическими этапами и любой подпоследовательностью этапов, описанных со ссылкой на фиг.4 выше, можно управлять посредством программируемого процессора. Кроме того, хотя в вариантах осуществления изобретения, описанных выше со ссылкой на чертежи, содержится процессор и процессы, выполняемые по меньшей мере в одном процессоре, изобретение, таким образом, также распространяется на компьютерные программы, в частности компьютерные программы на или в носителе, предназначенные для применения изобретения на практике. Программа может быть в форме исходного кода, объектного кода, промежуточного исходного кода и объектного кода, например, в частично скомпилированной форме, или в любой другой форме, подходящей для использования в реализации процесса в соответствии с изобретением. Программа может быть либо частью операционной системы, либо быть отдельным приложением. Носителем может быть любой объект или устройство, способное содержать программу. Например, носитель может представлять собой носитель данных, такой как флэш-память, ROM (постоянное запоминающее устройство), например, DVD (цифровой видео/универсальный диск), CD (компакт-диск) или полупроводник ROM, EPROM (стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство), EEPROM (электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство) или магнитный носитель записи, например, дискета или жесткий диск. Кроме того, носитель может быть передаваемым носителем, например как электрический или оптический сигнал, который может быть передан через электрический или оптический кабель или по радио или другими средствами. Когда программа включена в сигнал, который может быть передан непосредственно с помощью кабеля или другого устройства или средства, носитель может состоять из такого кабеля или устройства или средства. Альтернативно, носитель может быть интегральной схемой, в которую встроена программа, причем интегральная схема приспособлена для выполнения или для использования при выполнении соответствующих процессов.

Хотя изобретение является предпочтительным в связи с доением коров, изобретение одинаково хорошо приспособлено для реализации в доильных машинах для любого другого вида млекопитающих, таких как козы, овцы или буйволы.

Термин «содержит/содержащий», когда он используется в данном описании, используется для обозначения наличия заявленных признаков, целых чисел, этапов или компонентов. Однако этот термин не исключает наличия или добавления одного или нескольких дополнительных признаков, целых чисел, этапов или компонентов или их групп.

Изобретение не ограничено описанными вариантами осуществления на фигурах, но его можно свободно изменять в рамках объема формулы изобретения.

Реферат

Группа изобретений относится к сельскому хозяйству, в частности к автоматическим доильным установкам. Устройство для автоматической доильной системы содержит трехмерную камеру и блок обработки. Трехмерная камера выполнена с возможностью записи данных изображения, представляющих внешнюю поверхность соска молочного животного в трех измерениях. Блок обработки выполнен с возможностью приема записанных данных изображения и на их основе обеспечивает геометрический анализ соска. Блок обработки выполнен с возможностью вычисления по меньшей мере одного показателя размера соска на основе данных изображения и геометрического анализа, включающего определение связанной с размером классификации соска на основе по меньшей мере одного показателя размера. Устройство дополнительно содержит пользовательский интерфейс, выполненный с возможностью представления выходных данных, отражающих связанную с размером классификацию соска. Читаемый процессором носитель имеет записанную на нем программу, заставляющую по меньшей мере один блок обработки выполнять способ, реализованный в устройстве для автоматической доильной системы. Повышается эффективность доения, снижается риск возникновения мастита. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула