【摘 要】
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随着内蒙古自治区奶牛养殖趋于规模化,推广应用基于物联网的挤奶设施智能化设备,实现牛奶计量自动化和智能化意义深远。目前国内在牛奶计量方面的研究相对滞后,传统的人工计量和红外计量方法由于自身局限性,不能安全、准确的计量奶量,给牧场带来了较大的损失。鉴于计算机视觉技术在数据采集和处理中非接触和高精度的优点,本文在基于图像处理的液体流量检测方法和现有挤奶设备的计量方法基础上,研究设计了一种基于机器视觉技术
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随着内蒙古自治区奶牛养殖趋于规模化,推广应用基于物联网的挤奶设施智能化设备,实现牛奶计量自动化和智能化意义深远。目前国内在牛奶计量方面的研究相对滞后,传统的人工计量和红外计量方法由于自身局限性,不能安全、准确的计量奶量,给牧场带来了较大的损失。鉴于计算机视觉技术在数据采集和处理中非接触和高精度的优点,本文在基于图像处理的液体流量检测方法和现有挤奶设备的计量方法基础上,研究设计了一种基于机器视觉技术的牛奶流量检测系统,取得了很好的效果。本文主要工作如下:（1）为模拟牧场实际挤奶过程,便于后续系统测试,在实验室中搭建了模拟挤奶实验装置。（2）基于FPGA的牛奶流量检测硬件电路设计。通过对牧场挤奶流程的分析,根据系统实现所需的功能设计了系统的硬件结构,主要包括电源、CMOS摄像头接口、SDRAM存储器、RS485收发器、VGA视频输出和FPGA核心电路等。（3）牛奶图像的预处理算法研究。采集的牛奶图像由于噪声等因素效果不佳,影响后续处理,为此进行了图像的预处理算法研究。在图像增强方面提出了两种算法,一是采用自适应伽马变换解决图像亮度不均的问题,二是采用引导滤波算法突出图像的边缘信息。在图像分割方面采用了改进的基于K-means聚类算法用于提取牛奶在管道中的边缘轮廓。在图像去噪方面,采用了自适应中值滤波算法用于去除牛奶传输迸溅产生的孤立噪声点。（4）牛奶流速计算。本文采用光流法进行牛奶流速的计算,并在光流法前对摄像机进行标定并建立速度转换模型。本文设计的牛奶流量检测系统分别在实验室和牧场进行了实验,实验室系统测量精度为97%,结果达到了实验预期目标。基于机器视觉的牛奶计量方法与传统方法相比,在精确计量、产奶量优化、奶牛疾病发现和牛奶无污染等方面都有一定的优势,为今后挤奶设备的研究奠定了基础。
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