研 与开发 ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９－９４９２．２０１８．０３．００３ 基于ＨＡＬＣＯＮ的机器视觉在畜牧业中的应用研究 陈 强，武建新，张涵，邱毅清 ０１００５１） （内蒙古工业大学机械学院，内蒙古呼和浩特摘要：随着科技进步，机器视觉在各行各业都应用开来，对于人类生活质量产生重要影响。主要研究了在工业视觉检测中畜牧 业奶牛的智能应用管理问题和应用研究现状，提出机器视觉可以运用Ｈａｌｅｏｎ的图像处理软件ＨＤｅｖｅｌｏｐ在畜牧业奶牛挤奶应用 问题上得到很好应用。通过理论研究，旨在为畜牧业挤奶技术的研究与应用提供参考。 关键词：机器视觉；ＨＡＬＣＯＮ；挤奶；应用研究 中图分类号：ＴＰ３１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—９４９２（２０１８）０３—０００８—０３ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｖｉｓｉｏｎ ｉｎ Ａｎｉｍａｌ Ｈｕｓｂａｎｄｒｙ ＣＨＥＮ Ｑｉａｎｇ，ｗｕ Ｊｉａｎ—ｘｉｎ，ＺＨＡＮＧ Ｈａｎ，ＱＩＵ Ｙｉ—ｑｉｎｇ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｏｈｈｏｔ０１００５１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｍａｃｈｉｎｅ ｖｉｓｉｏｎ ｈａｓ ｂｅｅｎ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ａｌｌ ｗａｌｋｓ ｏｆ ｌｉｆｅ ａｎｄ ｈａｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｉｍｐａｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｈｕｍａｎ ｌｉｆｅ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｍａｉｎｌｙ ｓｔｕｄｉｅｓ ｔｈｅ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｏｆ ｌｉｖｅｓｔｏｃｋ ｈｕｓｂａｎｄｒｙ ｉｎ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｖｉｓｕａｌ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ａｐｐｌｉｅｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｔａｔｕｓ．Ｉｔ ｉｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｈａｔ ｍａｃｈｉｎｅ ｖｉｓｉｏｎ ｃａｎ ｂｅ ａｐｐｌｉｅｄ ｗｅｌｌ ｔｏ Ｈａｌｃｏｎ Ｓ ｉｍａｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｓｏｆｔｗａｒｅ ＨＤｅｖｅｌｏｐ，ｗｈｉｅｈ ｉｓ ｗｅｌｌ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｄａｉｒｙ ｅｏｗ ｍｉｌｋｉｎｇ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｒｅｓｅａｒｃｈ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｉｍｓ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ａｎｉｍａｌ ｈｕｓｂａｎｄｒｙ ｍｉｌｋｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍａｃｈｉｎｅ ｖｉｓｉｏｎ；ＨＡＬＣＯＮ；ｍｉｌｋｉｎｇ；ａｐｐｌｉｅｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ １概述 目前我国国内对于畜牧业奶牛的智能检测应 用基本还停留在奶牛的个体体征检测，对于机器 视觉挤奶机的研究与应用尚未成熟，还需人工辅 助完成工厂挤奶作业；为了实现全自动挤奶技 术，引入机器视觉技术来改善国内现状ｕ 。 ＨＡＬＣＯＮ具有强大的图像处理算子和计算分析能 力，能实现机器视觉在牛场中应用的理想效果 。 ２机器视觉系统在挤奶车间的应用分析及实 施方案 ２．１应用分析 整个设备工作系统由三大主要系统构成：机 机器视觉的应用一般分为五个部分：检测、 测量、定位、识别和安防交通。而在畜牧业奶牛 的挤奶应用中也将用到这五个部分，在挤奶车间 器视觉识别系统、机器智能控制系统和机械臂驱 动操作系统［６１。文章主要研究机器视觉系统的构成 与应用，在机器视觉系统中将检测、测量、定 将这五个部分交互使用，充分实现视觉在牛场中 的应用 。通过ＨＡＬＣＯＮ视觉应用技术，运用 位、识别和安防交通五大应用结合使用，充分引 入视觉系统提升智能效果。 ＨＤｅｖｅｌｏｐ图像处理软件进行检验测试，可知 机器视觉系统通过图像获取装置摄像机将被 测目标转换为图像信号，目标即为奶牛；再将图 像信号传送到图像处理系统，在图像处理系统中 根据像素分布、亮度、颜色和奶牛编号等情况信 图１机器视觉应用分类 内蒙古自然科学基金项目（编号：２Ｏ１７Ｍｓ（ＬＨ１０５０２） 收稿日期：２０１７—１１—０９ 息，转变为数字信号；由数字信号将奶牛的个体 参数测量值输入到数据库，在数据库中调取对应 陈 强 等：基于ＨＡＬＣＯＮ的机器视觉在畜牧业中的应用研究 个体奶牛，根据不同奶牛个体的状况进行后续工 作 ］。 其中机器视觉系统最基本的特点就是提高生 产的灵活性和自动化程度。 ２．２实施方案 程中图像的预处理很重要，是研究检验的前提， 对于后续检验的结果影响很大，所以图像在处理 之前要先了解图像的特性，这样可提高图像处理 的精度，提高检测物品的质量。 正如图３所示，图像可根据灰度、色彩、运 动、时空分布，形式或产生方法分为５种类别， 经过机器视觉系统的应用分析，可以清楚的 了解到挤奶作业流程，视觉系统中图像系统通过 对某些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进 每一种分类中又可以分为多种图像，有单色、彩 色、静态、动态、二维、三维等各种类别，每种 而根据判别的结果来控制现场的设备动作。事实 上，机器视觉就是用机器代替人眼来做检测和判 断，从而实现智能挤奶作业。 具体应用实施方法见图２，首先将提前设置 好编码的奶牛赶制挤奶车间人口，摄像机通过图 不同的图像类别将运用不同的方法进行处理。 三 ｉｉ ｌ 皇翌 堡查璺些塑里堡 Ｉ 、 多灰度图像ｌ ｌ含有从白到爨逐步过渡的一系列中闻灰度级Ｉ 一苎鱼曼堡ｌ ｌ塑墨璺墨垦 ：昼 苎二兰 塑竺堡Ｉ 、、｛彩色图像Ｉ 彩色合成彩色、伪彩色√隈彩色图像Ｉ 像采集，图像分析检测到个体奶牛的编号；从数 据库调取个体奶牛特征，判断估计是否达到挤奶 要求和挤奶次数；当满足同时两者要求，则效仿 安防交通的规则，将奶牛送人挤奶工作制定区域 以供挤奶，当检测出不满足挤奶要求时（如患 病，乳房炎等），则送入牛棚观察室以待观察治 疗，当检测出挤奶次数大于３次，则送人牛棚休 息室。进入挤奶区域后检测是否满足挤奶量，满 足则送入机器智能控制系统和机械臂驱动操作系 ．、、１动态图像ｌ Ｉ 运动图像和活动图像 ｌ 二维图像ｌ Ｉ平面图像用平面直角坐标系中二元函数表示ｌ 、 三维图像ｌ Ｉ立体圈像．用空间中三元函数，（ ，，，：）表示ｌ 里 璧 ｌ ｌ 竺！ ：竺兰 竺竺竺竺：！兰兰 竺竺Ｉ 一物理图像Ｉ Ｉ可见光与不可见光，是物体的电磁波辐射能ｌ 一一 一一一 一一一 一一一 一一 Ｉ＿．＿＿＿－＿＿－＿＿＿＿＿－＿一Ｉ＿，＿＿＿＿＿＿＿．＿＿＿－＿．－＿－．＿＿－－．－－＿．＿＿＿－＿＿ ＿＿－－－＿－－－－＿．－．＿＿＿－－－．．＿－＿＿＿，一］ 图３ 图像的分类 统环节中，识别、定位进行乳部清洗、套杯、挤 奶、脱杯，消毒。最后整个挤奶作业过程结束， 送入牛舍 ｌ ……一图像处理过程中，首先如图４选用摄像机进 行图像获取，传人系统软件进行预处理，将图像 背景去除、平滑、滤波、去噪等处理，再将图像 二值化阈值处理进行分割，提取出Ｒ０Ｉ特征区域 将图像进行提取和匹配，最终实现目标定位。 “自 、，‘、 ， 工 Ｉ 图像聚集，图像分析 ● Ｉ估计最大挤奶量和挤奶次数 —— ｌ 进入挤奶工作指定区域 ．‘ ／ 坍量县密＼ 人 一 － ．１ ， ｌ ‘ Ｊ ‘ ｌ 乳部清洗，套杯 Ｈ机器视觉控制机械奶杯装置卜 脱杯、消毒 图４ 图像处理流程图 ４ ＨＡＬＣＯＮ图像处理的实例测试 图２应用实施过程 机器视觉ＨＡＬＣＯＮ的图像处理软件ＨＤｅｖｅ１． ｏｐ，由多个图像处理算子和交互式开发工具组 成，有强大的计算分析能力，对于牛场中奶牛挤 奶的检测、测量、定位、识别和安防交通应用都 ３机器视觉系统中图像处理研究 机器视觉中，在运用ＨＤｅｖｅｌｏｐ图像的处理过 能 ，很好的结果、图像经摄像头端口连接 控制系统控制驱动系统机械臂去进行清洗、 将罔像传送剑ＨＤｅｖｅｌｏｐ网像处理软件中。ｊ 蒯制闽值，使处理 像 怀、脱杯和１消毒等操作，实现对于乳部的机器 觉 ，１１１ Ｕ定化功能 Ｋ图 窗口３６呻－ｓ，ｎｄ。 ｝警１像后进行 通道色彩玄除，如图５中ｆａ）、（１，） 通过轮 线干¨耿度直 分割包阶，进 下一步运作 虱固 轮册线一ｂｒｎｓｔ 量目 蚀 酞 崞 屯＝ —Ｊ｛，＼ 、～ ． ｍ １－一·－－一，·－一＾·－·－－··· ｆ ··一·ｔ·１ 墁 ０ １００锄３００ ４００ ５３３ （ａ）轮哪线州制 ７ 苠赓董方图一ｂｔ·· ｔ ㈨ｖ像¨怀ｌｊ ｝ｊＩＪ定位Ｉ冬Ｉ像 ｑａ ＂Ｈ 代码 ： ＩＩｔ、Ｖ ＵｌＭａｔｅｗｉｎｄｏｗ（ ｔ）ｒｆ ） Ｈ、ａ（１ｉｌｍｌｇｅ ｆＪ）ｒｅａｓｌ， １）：／１）ｅｓｋｔｏｐ／］）ｌ’ｅａｓ１．ＪＰｇ ） ｌ＿ｉ‘ｍａｇｅｓｉｚｅ【ｂｒｅａｓｔ，Ｗｉｄｔｈ，Ｈｅｉｇｈｔ） ｔ ｖ～ｃｌｏｓｅｗｉｎｄ（ｍ（） （１，） 慢 ｈ ＪＪ 制 Ｉ Ｖ Ｏｐｅｌｌ—ＷｉＩ１Ｉｌｔ）ｗ（０，０，Ｗｉｄｔｈｌ２，ｔｔｅｉｇｈｉ／２． ｌ Ｉ（－ｋ ．Ｗｉｎｄｏｗ１ｌ１）１ （１ｅｖＩｔｉｓｐｌａｓ｛ｌ１ｌ＇ｅａｓｔ） ～５ 像的参数州制 将Ｉ冬１像进仃分割处 ，按ｊ姒Ｒｏｗ＝１，Ｃｏｌｕｍｎ＝ ｓｈ）Ｉ）（） ｌ，Ｔ（） ＩＩＩ（·（ １．ＭｉｌｌＳｉＺ（．＝ｌ５０参数进千亍设黄，处 为 ６所，Ｊ ， 通过 ）¨ 域选定陶中 一处奶 （ 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（６）快件领取／快件代拿，当本人领取时只需 点击“快件领取“按键，会自动启用手机摄像头 对二维码进行扫码，然后会和数据库信息进行匹 配，无误即提示“确认领取”。当需要代拿时，只 ［１］王昕雨，田剑，李西杰．循环经济下快递包装回收的 策略研究［Ｊ］．中国商论，２０１７（２８）：４－６． ［２］刘红海，沈红杰，聂长鹏，等．基于ＲＦＩＤ的智能快递 管理与分拣系统［Ｊ］．软件工程，２０１７，２０（０６）： ２１－２３． ［３］李海峰．基于ＨＴＭＬ５＋ｊＱｕｅｒｙ Ｍｏｂｉｌｅ的移动学习平台 Ｗｅｂ Ａｐｐ研究与实现［Ｊ］．信息通信，２０１４（０５）： ８４－８５． 需点击“快件代拿”按键，输入代拿人的账号和 手机，和数据库匹配无误后即开通该用户对该快 件领取的权限。 ［４］覃风萍．基于ＨＴＭＬ５＋ｊＱｕｅｒｙ Ｍｏｂｉｌｅ的移动Ｗｅｂ应用开 发研究［Ｊ］．大众科技，２０１５，１７（０７）：９—１０． ［５］肖筠，张小强．基于ＲＦＩＤ的快递物流配送系统设计 ［Ｊ］．经营管理者，２００８（１２）：１７—２０． ４结束语 本系统旨在提供更高效快捷的快递分拣方 式，同时给客户带来更加方便快捷和安全的取 件，寄件，查看的方式。从寄出快递开始，到快 递的分拣、运输、派送，到派件员将快递送到客 户手中签收全过程都可在手机移动端查看，让用 户实时掌控动态，更加安心。最后，希望能够继 续更深入研究ＲＦＩＤ技术，提高我国快递物流分拣 ·第一作者简介：王伟宏，男，１９９６年生，广东揭阳人，大 学本科。研究领域：电气工程及其自动化。 通信作者简介：师文庆，男，１９７１年生，甘肃天水人，博 士，副教授。研究领域：物理电子与激光应用技术。已发 表论文７０篇。 －＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋（编辑：向－＋－＋－＋－＋－＋一＋－＋一＋飞） －＋· ＋－——·＋一·—。· 一－— — 一－＋－—— 一一＋一＋－＋－＋－—－－ 一－＋一＋一＋－＋－＋－＋一＋（上接第１Ｏ页） ｄｅｖｄｉｓｐｌａｙ ｆＳｅｌｅｃｔｅｄ） —应用［Ｊ］．现代制造工程，２００７（６）：１２９—１３３． ｄｉｓｐｃｏｎｔｉｎｕｅｍｅｓｓａｇｅ（ＷｉｎｄｏｗＩＤ， —＿ｂｌａｃｋ ， ［２］童季刚，廖菲，罗良传．一种机器视觉的瓶罐缺陷检 测系统设计［Ｊ］．机电工程技术，２０１６（８）：２８—３１． ｔｒｕｅ＇） ｓｔｏｐ（） ｄｅｖ——［３］杨圣虎．挤奶机器人装备结构设计研究［Ｄ］．哈尔 滨：哈尔滨工程大学，２０１５． ｄｉｓｐｌａｙ（ｂｒｅａｓｔ） —［４］王海勇．ＨＡＬＣＯＮ学习教程（第四版）［Ｚ］．黑土数字 图像处理系列教材，２０１５． ｄｅｖｓｅｔｃｏｌｏｒ（＂ｇｒｅｅｎ＂） ｓｔｏｐ（） ［５］（德）斯蒂格（Ｕｌｒｉｃｈ）机器视觉算法与应用［Ｍ］． 北京：清华大学出版社，２００８． １ ６ Ｊ Ｆａｂｉｅｎｎｅ Ｌａｔｈｕｉｌｉｅｒｅ，Ｊｅａｎ—Ｙｖｅｓ Ｈｅｒｖｅ．Ｖｉｓｕａｌ ｈａｎｄ ｐｏｓｔｕｒｅ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｉｎ ａ ｇｒｉｐｐｅｒ ｇｕｉｄｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｌ Ｃ ｊ． Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ２０００ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｒｏｂｏｔｉｃｓ＆Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｓａｎ Ｆｒａｎｃｉｓｃｏ，ＣＡ，Ａｐｒｉｌ ２０００． ５结语 在科学技术不断升级的今天，对于一些不适 合人工作业的危险环境或者人工视觉难以满足要 求的场合，常用机器视觉来替代人工视觉来完成 作业。同时，在大批量周期性工业生产加工过程 中，用机器视觉检测方法可以大大提高生产的效 率和自动化程度。为了使各大行业更加智能化， 人性化，因此加入机器视觉技术ＨＡＬＣＯＮ来提高 产业效益，在生产工艺中运用机器视觉系统来检 测目标，去提升整个生产工艺的效率。 参考文献： ［７］王红君，施楠，赵辉，等．基于视觉定位的牧场奶牛 自动跟踪定位系统研究［Ｊ］．黑龙江畜牧兽医，２０１５ （１１）：４３—４７．２８７． 第一作者简介：陈强，男，１９９３年生，内蒙古乌兰察布 （编辑：阮毅） 人，硕士研究生。研究领域：智能控制技术。 ［１］范祥，卢道华，王佳．机器视觉在工业领域中的研究