一种动物排泄物成分检测系统及方法
【专利摘要】本发明涉及动物饲养技术领域，具体涉及一种动物排泄物成分检测系统及方法。本发明提供了一种动物排泄物成分检测系统，包括排泄物收集判断装置、图像采集装置、颜色分析芯片、数据处理芯片和供电装置，使收集到的动物排泄物与化学物质发生反应，产生颜色变化；图像信息经视觉算法生成颜色分析数据，与预设的动物排泄物的成分信息比对，确定动物排泄物的当前成分信息，并根据当前成分信息输出饲养信息。本发明动物排泄物成分检测系统及方法能够准确、快速地检测动物的排泄物成分，并给出相应处理建议，使饲养者能够准确、及时地掌握动物的饲养状况并科学处理。
【专利说明】
一种动物排泄物成分检测系统及方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及动物饲养技术领域，具体涉及一种动物排泄物成分检测系统及方法。
【背景技术】
[0002] -方面，随着居民生活水平的提高和生活方式的多元化发展，越来越多的家庭和 个人选择饲养宠物并将其视为一名重要的家庭成员。另一方面，面对越来越严格的食品安 全规章制度及不断上涨的人力成本，各养殖场需逐步转变现有粗放式管理模式以提高市场 竞争力。因此，可靠、实用、智能的动物饲养管理系统将促进宠物行业及养殖行业的健康、快 速发展。
[0003] 现有动物饲养信息获取系统可分为接触式与侵入式两种。
[0004] 接触式动物饲养信息获取系统使用动物可穿戴装置，装置内置传感器，通过检测 动物心跳、呼吸等生命体征参数获得动物的合理饲养信息，如"宠物社交智能穿戴装置 (2015207297061)"、"一种宠物项圈（201520235900)"、"一种基于单片机的宠物项圈装置 (2014207161620)"。但绝大数多数动物体表都有体毛覆盖，且对于大型动物来说皮肤脂肪 层更加厚实，该类型产品难以检测到动物体征数据。
[0005] 侵入式动物健康检测系统需要在动物体内安装电子芯片，如"一种宠物管理用电 子标签及实现方法(2013102296532)"。这类产品虽然可以直观收集到所需生命体征参数， 但由于需要在动物身上进行外科手术，会在身体上造成创伤并导致动物不适和排斥，有违 于伦理道德，且费用高昂。
[0006]此外，无论接触式与侵入式的动物饲养信息获取系统，都需要在每个动物身上放 置感应装置，对拥有大量动物的用户来讲，成本高昂。
【发明内容】
[0007] 针对现有技术中的上述不足之处，本发明提供了一种动物排泄物成分检测系统， 包括排泄物收集判断装置、图像采集装置、颜色分析芯片、数据处理芯片和供电装置，
[0008] 所述排泄物收集判断装置，用于收集动物排泄物，收集到动物排泄物后，使收集到 的动物排泄物与化学物质发生反应，产生颜色变化；
[0009] 图像采集装置，用于采集排泄物收集判断装置内的图像信息，并将所述图像信息 传输至颜色分析芯片；
[0010] 颜色分析芯片，用于根据接收的图像信息经视觉算法生成颜色分析数据，将所述 颜色分析数据和图像信息传输至数据处理芯片；
[0011] 数据处理芯片，用于将接收的颜色分析数据和图像信息均与预设的动物排泄物的 成分信息比对，确定动物排泄物的当前成分信息，并根据当前成分信息输出饲养信息。
[0012] 本发明动物排泄物成分检测系统能够准确、快速地检测动物的排泄物成分，并给 出相应处理建议，使饲养者能够准确、及时地掌握动物的饲养状况并科学处理。
[0013] 进一步地，所述的排泄物收集判断装置还包括传感器，所述传感器优选为光电传 感器、红外线传感器和重量传感器中的至少一种;所述排泄物图像采集装置包括摄像头。当 有物体进入到该检测系统时，会自动触发光电传感器、红外线传感器或重量传感器，排泄物 收集判断装置会根据传感器返回的数据自动分析是否收集到动物粪便。
[0014] 进一步地，所述动物排泄物成分检测系统还包括亮度检测装置和亮度补偿装置， 所述排泄物收集判断装置位于亮度补偿装置的光照范围内；亮度检测装置，用于检测图像 采集时外界光亮强度并输出光亮强度信息；亮度补偿装置，用于接收亮度检测装置输出的 光亮强度信息，与预设的光亮强度信息对比后控制光源的开启和关闭。
[0015] 进一步地，所述动物排泄物成分检测系统还包括与所述数据处理芯片连接的显示 器和报警装置。
[0016] 进一步地，所述供电装置分为供电模块A和供电模块B，所述供电模块A为所述排泄 物收集判断模块、所述排泄物图像采集模块、所述亮度检测模块、所述亮度补偿装置和所述 排泄物成分检测算法模块供电，所述供电模块B为所述识别信息处理模块和所述显示与报 警模块供电。
[0017] 本发明还提供了一种的动物排泄物成分检测方法，包括以下步骤：
[0018] 步骤11:收集动物排泄物并检测动物排泄物的收集信息，
[0019] 步骤12:使收集到的动物排泄物与化学物质发生反应，产生颜色变化；
[0020]步骤13:利用排泄物图像采集装置采集排泄物发生化学反应后的图像信息；
[0021] 步骤14:对采集到的图像信息经视觉算法生成颜色分析数据；
[0022] 步骤15:将生产的成分数据和图像信息均与预设的动物排泄物的成分信息比对， 确定动物排泄物的当前成分信息，并根据当前成分信息输出饲养信息。
[0023] 进一步地，所述的排泄物成分检测方法，还包括以下步骤:通过传感器来判断排泄 物的收集信息，所述传感器为光电传感器、红外线传感器和重量传感器中的至少一种;所述 排泄物图像采集装置包括摄像头。
[0024] 进一步地，利用排泄物图像采集装置采集排泄物发生化学反应后的图像信息时， 还包括以下步骤:检测图像采集时外界光亮强度信息，与预设的光亮强度信息对比后控制 光源的开启和关闭，调整图像采集时的亮度。
[0025] 进一步地，所述排泄物成分检测方法，其特征在于，还包括以下步骤:将获取到的 排泄物成分信息和动物饲养信息传输到显示器，将其显示在屏幕上，并根据预设程序指令 判断是否发出警报。
[0026] 更进一步地，所述视觉算法的具体步骤为：
[0027]步骤141:将图像信息由RGB模型转换成HSV模型，进行图像信息的直方图均衡化处 理；
[0028]步骤142:检测均衡化处理后图像的每一个像素点的色域值；
[0029] 步骤143:进行像素点色域值判断，与预设的色域值进行比较，若没有出现与预设 的色域值相同的检测结果，则无颜色分析数据输出且继续检测下一个像素点的色域值;若 检测到相同的检测结果，则输出颜色分析数据且继续检测下一个像素点的色域值。
[0030] 采用上述技术方案，包括以下有益技术效果：
[0031] 1)本发明无需在动物身上安装任何传感器，避免了传统接触式传感器需在动物身 体上佩戴传感器或特制项圈的不便；
[0032] 2)本发明采用基于视觉的动物排泄物检测机制，使整个过程更加直观、快捷、可 靠，避免了需要隔着动物皮毛采集体征数据。
[0033] 3)本发明无需在动物体内安置芯片或传感器，不会对动物造成任何创伤，无需承 担任何手术风险，降低成本，更加安全。
[0034] 4)本发明可多个动物通用，适用范围广、灵活性性强，可为拥有大量及不同种类动 物的用户降低其动物饲养管理成本。
【附图说明】
[0035] 图1是本发明动物排泄物成分检测系统结构示意图；
[0036] 图2是本发明动物排泄物成分检测方法流程图；
[0037] 图3是本发明动物排泄物成分检测方法中视觉算法的流程图；
[0038] 图中，
[0039] 1、供电装置;2、排泄物收集判断装置;21、传感器;3、图像采集装置;4、颜色分析芯 片;5数据处理芯片;6、亮度检测装置;7、亮度补偿装置;8、显示器;9、报警装置。
【具体实施方式】
[0040] 下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
[0041] 如图1所示，本发明提供了一种动物排泄物成分检测系统，包括供电装置1、排泄物 收集判断装置2、图像采集装置3、颜色分析芯片4和数据处理芯片5，
[0042] 所述排泄物收集判断装置2,用于收集动物排泄物并检测动物排泄物的收集信息， 使收集到的动物排泄物与化学物质发生反应，产生颜色变化；
[0043]图像采集装置3,用于采集排泄物收集判断装置2内的图像信息，并将所述图像信 息传输至颜色分析芯片4;
[0044] 颜色分析芯片4,用于根据接收的图像信息经视觉算法生成颜色分析数据，将所述 颜色分析数据和图像信息传输至数据处理芯片5;
[0045] 数据处理芯片5,用于将接收的颜色分析数据和图像信息均与预设的动物排泄物 的成分信息比对，确定动物排泄物的当前成分信息，并根据当前成分信息输出饲养信息。
[0046] 本发明动物排泄物成分检测系统能够准确、快速地检测动物的排泄物成分，并给 出相应处理建议，使饲养者能够准确、及时地掌握动物的饲养状况并科学处理。
[0047] 上述供电装置1的目的在于给系统各部分供电，供电方式包括但不限于有线变压 器供电方式、电池供电方式、无线充电供电方式。
[0048] 上述排泄物收集判断装置2所使用的化学物质的目的在于与动物排泄物发生反应 并产生颜色变化，其化学物质不限于固态、液态、气态或混合态等状态，也不限于颗粒状、粉 末状、凝胶状等状态，只要满足使用目的即属于替代方案。
[0049] 上述图像采集装置3的目的在于收集动物排泄物与化学物质反应后的视频与图像 信息，所使用的装置可以为摄像头，包括但不限于普通摄像头、微型摄像头等。
[0050] 上述颜色分析芯片4的目的在于分析处理视频与图片，无关乎其内部使用何种电 路和何种算法，也无关乎颜色分析芯片4的种类。
[0051] 上述数据处理芯片5的目的在于根据颜色分析结果进行识别处理，并根据识别结 果决定是否报警，无关乎其内部使用何种电路、何种算法，也无关乎所述数据处理芯片5的 种类。
[0052]作为本发明实施方式的进一步优化，本发明动物排泄物成分检测系统的各个部分 之间的数据传输优选采用无线通信方式，其通信方式包括但不限于WIFI、蓝牙、无线串口通 信方式。
[0053]作为本发明实施方式的进一步优化，所述的排泄物收集判断装置2还包括传感器 21，所述传感器21优选为光电传感器、红外线传感器和重量传感器中的一种或一种以上;所 述图像采集装置3包括摄像头。当有物体进入到该检测系统时，会自动触发光电传感器、红 外线传感器或重量传感器，排泄物收集判断模装置2会根据传感器21返回的数据自动分析 是否收集到动物粪便。
[0054] 上述排泄物收集判断装置2的目的在于检测是否有动物排泄物被收集，其触发机 制为传感器21，包括但不限于光电传感器、红外线传感器和重量传感器等，且可仅使用一种 或同时使用多种传感器。
[0055] 上述排泄物收集判断装置2的具体的工作方式为：当有物体进入到该系统时，会自 动触传感器21，排泄物收集判断模块2会根据传感器21返回的数据自动分析是否收集到动 物粪便。
[0056] 具体步骤如下：
[0057] 1)当有动物进入到排泄物收集判断装置2自主排泄时，动物从进入到离开排泄物 收集判断装置1过程中会遮挡红外对管传感器发射端发出的红外线使接收端接收不到信 号；同时由于动物自身重量的因素使得压力传感器的测量值产生较大的变化。压力传感器 的测量值变化的具体表现为:动物进入之前，压力传感器测量值始终保持较低水平;动物在 其内部时其重量变化明显，压力传感器测量值处于较高水平;动物离开后将排泄物留在内 部，使得压力传感器测量值比初始值略有升高，同时氨气传感器、硫化氢传感器的测量值也 会比之前升高。这些传感器测量值的变化将判断有动物进入到排泄物收集判断装置2自主 排泄过程。
[0058] 2)当有排泄物直接被收集到排泄物收集判断装置2时，排泄物被送入收集判断模 块2过程中会遮挡红外对管传感器发射端发出的红外线使接收端接收不到信号；同时由于 排泄物重量的因素使得压力传感器的测量值产生变化。具体表现为:排泄物被送入收集判 断装置2过程中会短暂遮挡红外线发射端发射的信号使接收端接收不到信号，随后由于排 泄物重量的因素使得压力传感器测量值增大，同时氨气传感器、硫化氢传感器的测量值也 会比之前升高。这些传感器测量值的变化将判断有排泄物直接被收集到排泄物收集判断装 置2中。
[0059] 上述两种不同的收集过程都会发送信号给图像采集装置3使内置摄像头启动并采 集视频和图像，然后将视频与图像传送给颜色分析芯片4。
[0060] 作为本发明实施方式的进一步优化，所述动物排泄物成分检测系统还包括亮度检 测装置6和亮度补偿装置7,所述排泄物收集判断装置2位于亮度补偿装置7的光照范围内； 亮度检测装置6，用于检测图像采集时外界光亮强度并输出光亮强度信息;亮度补偿装置7， 用于接收亮度检测装置6输出的光亮强度信息，与预设的光亮强度信息对比后控制光源的 开启和关闭。
[0061] 上述亮度检测装置6与亮度补偿装置7的目的在于当图像采集装置3采集视频与图 像过程中光照不足时自动补偿照明，其触发机制可以为传感器，包括但不限于红外线传感 器，其照明机制为光源，包括但不限于白炽灯、日光灯等。
[0062] 作为本发明实施方式的进一步优化，所述动物排泄物成分检测系统还包括与所述 数据处理芯片5连接的显示器8和报警装置9。
[0063] 上述报警装置9包括但不限于蜂鸣器装置。
[0064]为节约成本、方便用户，上述显示装置8和报警装置8可利用手机、平板电脑等已有 智能装置实现。
[0065] 作为本发明实施方式的进一步优化，所述供电装置1分为供电模块A和供电模块B， 所述供电模块A为所述排泄物收集判断装置2、所述图像采集装置3、所述颜色分析芯片4、所 述亮度检测装置6和所述亮度补偿装置7供电，所述供电模块B为所述数据处理芯片5、所述 显示装置8与所述报警装置9供电。
[0066] 如图2所示，给出了一种的动物排泄物成分检测方法的实施方式，包括以下步骤：
[0067] 步骤11:收集动物排泄物并检测动物排泄物的收集信息；
[0068] 步骤12:使收集到的动物排泄物与化学物质发生反应，产生颜色变化；
[0069] 步骤13:利用排泄物图像采集装置采集排泄物发生化学反应后的图像信息；
[0070] 步骤14:对采集到的图像信息经视觉算法生成颜色分析数据；
[0071] 步骤15:将生成的颜色分析数据和图像信息均与预设的动物排泄物的成分信息比 对，确定动物排泄物的当前成分信息，并根据当前成分信息输出饲养信息。
[0072] 作为本发明检测方法实施方式的进一步优化，所述的排泄物成分检测方法，在步 骤11中还可以包括以下步骤:通过传感器来判断排泄物的收集信息，所述传感器为光电传 感器、红外线传感器和重量传感器中的一种或一种以上;所述排泄物图像采集装置包括摄 像头。
[0073] 作为本发明检测方法实施方式的进一步优化，再步骤13中利用排泄物图像采集装 置采集排泄物发生化学反应后的图像信息时，还包括以下步骤:检测图像采集时外界光亮 强度信息，与预设的光亮强度信息对比后控制光源的开启和关闭，调整图像采集时的亮度。
[0074] 作为本发明检测方法实施方式的进一步优化，所述排泄物成分检测方法，在步骤 15之后还包括以下步骤:将获取到的排泄物成分信息和动物饲养信息传输到显示器，将其 显示在屏幕上，并根据预设程序指令判断是否发出警报。
[0075] 作为本发明检测方法实施方式的进一步优化，如图3所示，上述步骤14中所述视觉 算法的具体步骤为：
[0076]步骤141:将图像信息由RGB模型转换成HSV模型，进行图像信息的直方图均衡化处 理；
[0077] 一种优选的具体数学模型如下：
[0079] V=max(R,G,B)；
[0080] S= (max_min)/max;
[0081] 其中（r，g，b)分别是一个颜色的红、绿和蓝坐标，它们的值是在0到1之间的实数。 max等价于r，g和b中的最大者。min等于这些值中的最小者。找到在HSV空间中的(h，s，v)值， 其中he[0,360)是角度的色相角，s、ve[0，l]分别是饱和度和亮度。
[0082] 归一化图像亮度和增强对比度，
[0083]步骤142:检测均衡化处理后图像的每一个像素点的色域值；
[0084] 步骤143:进行像素点色域值判断，与预设的色域值进行比较，若没有出现与预设 的色域值相同的检测结果，则无颜色分析数据输出且继续检测下一个像素点的色域值;若 检测到相同的检测结果，则输出颜色分析数据且继续检测下一个像素点的色域值。
[0085] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技 术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修 改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种动物排泄物成分检测系统，其特征在于，包括供电装置（1)、排泄物收集判断装 置(2)、图像采集装置(3)、颜色分析芯片(4)和数据处理芯片(5)， 所述排泄物收集判断装置，用于收集动物排泄物并检测动物排泄物的收集信息，使收 集到的动物排泄物与化学物质发生反应； 图像采集装置，用于采集排泄物收集判断装置内的图像信息，并将所述图像信息传输 至颜色分析芯片； 颜色分析芯片，用于根据接收的图像信息经视觉算法生成颜色分析数据，将所述颜色 分析数据和图像信息传输至数据处理芯片； 数据处理芯片，用于将接收的颜色分析数据和图像信息均与预设的动物排泄物的成分 信息比对，确定动物排泄物的当前成分信息，并根据当前成分信息输出饲养信息。2. 根据权利要求1所述的动物排泄物成分检测系统，其特征在于，所述的排泄物收集判 断装置还包括传感器(21)，所述传感器为光电传感器、红外线传感器和重量传感器中的至 少一种;所述图像采集装置包括摄像头。3. 根据权利要求1所述的动物排泄物成分检测系统，其特征在于，所述动物排泄物成分 检测系统还包括亮度检测装置(6)和亮度补偿装置(7)，所述排泄物收集判断装置位于亮度 补偿装置的光照范围内； 亮度检测装置，用于检测图像采集时外界光亮强度并输出光亮强度信息； 亮度补偿装置，用于接收亮度检测装置输出的光亮强度信息，与预设的光亮强度信息 对比后控制光源的开启和关闭。4. 根据权利要求1~3任一项所述的动物排泄物成分检测系统，其特征在于，还包括与 所述数据处理芯片连接的显示器(8)和报警装置(9)。5. -种动物排泄物成分检测方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤11:收集动物排泄物； 步骤12:使收集到的动物排泄物与化学物质发生反应，产生颜色变化； 步骤13:利用图像采集装置采集排泄物发生化学反应后的图像信息； 步骤14:对采集到的图像信息经视觉算法生成颜色分析数据； 步骤15:将生成的颜色分析数据和图像信息均与预设的动物排泄物的成分信息比对， 确定动物排泄物的当前成分信息，并根据当前成分信息输出饲养信息。6. 根据权利要求5所述的动物排泄物成分检测方法，其特征在于，还包括以下步骤:通 过传感器来判断排泄物的收集信息，所述传感器为光电传感器、红外线传感器和重量传感 器中的至少一种;所述排泄物图像采集装置包括摄像头。7. 根据权利要求5所述的动物排泄物成分检测方法，其特征在于，利用排泄物图像采集 装置采集排泄物发生化学反应后的图像信息时，还包括以下步骤:检测图像采集时外界光 亮强度信息，与预设的光亮强度信息对比后控制光源的开启和关闭，调整图像采集时的亮 度。8. 根据权利要求5~7任一项所述的动物排泄物成分检测方法，其特征在于，所述的排 泄物成分检测方法还包括以下步骤:将获取到的排泄物成分信息和动物饲养信息传输到显 示器，并根据预设程序指令发出警报。9. 根据权利要求5~7任一项所述的动物排泄物成分检测方法，其特征在于，所述视觉 算法包括以下步骤： 步骤141:将图像信息由RGB模型转换成HSV模型，进行图像信息的直方图均衡化处理； 步骤142:检测均衡化处理后图像的每一个像素点的色域值； 步骤143:进行像素点色域值判断，与预设的色域值进行比较，若没有出现与预设的色 域值相同的检测结果，则无颜色分析数据输出且继续检测下一个像素点的色域值;若检测 到相同的检测结果，则输出颜色分析数据且继续检测下一个像素点的色域值，直至像素点 检测完毕。
【文档编号】G01N21/78GK105866118SQ201610392401
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月4日
【发明人】韩龙, 许荣盛, 贾斯程, 熊炯涛
【申请人】深圳灵喵机器人技术有限公司