专利名称：猪只群体体温分布监测系统及方法
技术领域：
本发明涉及发热疫情监测技术领域，尤其涉及一种在线猪只群体体温分布监测方法。
背景技术：
近年来，我国大部分地区的养猪业不断受到疫情的侵袭。在猪只的疫情中，伴有发热症状的疫情占有很大的比重，如猪蓝耳病、猪口蹄疫等，均伴有明显的局部或总体体温升高现象。而且，在许多疾病中，尤其是患有传染病时，体温升高往往较其他症状更早出现。因此，对猪只的发热型疫情进行在线监测和及时预警，是养猪业避免经济损失、提高生产效率的必要途径。然而，目前尚无针对猪只发热型疫情的有效监测方法，大中型养猪场目前均采用逐只测量猪直肠温度的方式对发热型疫情进行判断和预警(猪体温的测量，养殖技术顾问，2008，1,72-73)。测体温前在兽用体温计的末端系一条长10-15厘米的细绳，在细绳的另一端系一个小铁夹。测量前先将水银柱甩至35°C刻度线以下，并对体温计用酒精棉球、碘酊进行消毒，涂少许润滑剂；然后将体温计插入猪只直肠内，用小铁夹夹住猪尾根上方的毛以固定温度计。10分钟后取出体温计，用酒精棉将其擦净迅速读出测量的体温数。该方法需逐一对猪只的体温进行测量，每只猪体温测量约需12分钟，如果对一个猪舍的100只猪进行测量，共需20小时。在根据猪只的体温情况判断是否患有发热型疫情。虽然可以实现猪只体温的测量以及实现群体发热型疫情的预警的目的，但有如下缺陷(1)费时，测量一百只猪的体温需要20小时，在大型养殖场使用较难，每天需专人耗费大量时间进行测量；(2)费力，操作过程较为复杂，对操作人员熟练程度有一定的要求；(3)只能在猪只静止情况下测量，如果猪只不配合、或在测量过程中运动，会对测量造成影响甚至不能完成测量；(4)只能测量猪只的直肠温度，如果发热症状表现在猪耳、四肢等其他部位，则不能通过此方法实现测量。
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是提供一种非接触式的在线猪只群体体温分布监测方法，可对探测区域内的每个猪只及猪只每个部位的温度进行连续在线的监测。(二)技术方案为解决上述问题，本发明提供了一种猪只群体体温分布监测系统，该系统包括光学镜头，用于反射以及透射探测区域内每一点的红外光线；红外探测器，设置在所述光学镜头的透射光路上，用于实时获取探测区域内每一点的红外信号，并将其转换为电信号输出； 信号采集及处理模块，与所述红外探测器相连，用于串行读出所述红外探测器输出的电信号，并对其进行处理，得到数字化阵列信号，并将其发送至数据处理及显示模块；数据处理及显示模块，与所述信号采集及处理模块相连，用于采用实时定标方式，对所述光学镜头内部的黑体进行测定和定标，并根据所述数字化阵列信号以及猪只的发射率，反演探测区域内的温度分布图像并显示。其中，所述红外探测器为以多晶硅材料为基底的焦平面红外探测器。其中，所述信号采集及处理模块包括信号采集单元，与所述红外探测器相连，用于串行读出所述红外探测器输出的电信号，并对其进行放大及滤波处理；信号处理单元，与所述信号采集单元相连，用于对放大及滤波处理后的信号逐一进行模数转换，得到数字化阵列信号，并将其发送至数据处理及显示模块。其中，所述信号采集及处理模块与所述数据处理及显示模块通过USB接口连接， 或通过以太网连接。其中，所述光学镜头中透射材料为硒化锌晶体，反射材料镀铝。其中，该系统还包括发射率测量模块，与所述数据处理及显示模块相连，用于测量猪只在设定波段内的发射率，并将所述发射率发送至所述数据处理及显示模块。其中，所述发射率测量模块为红外光谱仪以及可控温度的标准黑体辐射源。本发明还提供了一种基于上述系统的猪只群体体温分布监测方法，该方法包括步骤Si.红外探测器实时获取经光学镜头反射以及透射后的探测区域内每一点的红外信号，并将其转换为电信号输出；S2.信号采集及处理模块串行读出所述红外探测器输出的电信号，并对其进行处理，得到数字化阵列信号，并将其发送至数据处理及显示模块；S3.数据处理及显示模块采用实时定标方式，对所述光学镜头内部的黑体进行测定和定标，并根据所述数字化阵列信号以及猪只的发射率，反演探测区域内的温度分布图像并显示。其中，步骤S2包括S2. 1信号采集单元串行读出所述红外探测器输出的电信号，并对其进行放大及滤波处理；S2. 2信号处理单元对放大及滤波处理后的信号逐一进行模数转换，得到数字化阵列信号，并将其发送至数据处理及显示模块。其中，步骤S3包括步骤S3. 1采用实时定标方式，对所述光学镜头内部的黑体进行测定和定标；S3. 2根据所述数字化阵列信号以及猪只的发射率，获得探测区域内每一猪只的表观温度；S3. 3根据步骤S3. 1的定标结果，对步骤S2得到的表观温度进行辐射率修正，得到探测区域内每一猪只的真实温度，生成探测区域温度分布图像并显示；其中，根据下式对黑体进行标定及计算猪只的表观温度V = Ra ε σ T4 = KT4T为待测物体的绝对温度R为红外探测器的灵敏度
a为与大气衰减距离有关的常数ε为发射率，定标时ε取1 ；σ为斯蒂芬-玻耳兹曼常数。其中，该方法还包括步骤确定猪只在设定波段内的发射率。(三)有益效果本发明的系统及方法可以以非接触方式，在一定距离(如40m)对猪只群体的体温分布情况进行监测；不仅获得猪只个体体温，而且可以获得猪只群体体温的分布图像，从而同时对猪只个体、猪只的不同部位温度进行探测；弥补了原有测温方法的不足，视场可以调节，从而对不同规格、不同距离和范围的目标进行监测。
图1为依照本发明一种实施方式的猪只群体体温分布监测系统结构框图；图2为依照本发明一种实施方式的猪只群体体温分布监测方法流程图。
具体实施例方式本发明提出的猪只群体体温分布监测系统及方法，结合附图及实施例详细说明如下。本发明的基本原理是黑体辐射定律。自然界中一切高于绝对零度的物体都在不停向外辐射能量，物体的向外辐射能量的大小及其按波长的分布与它的表面温度有着十分密切的联系，物体的温度越高，所发出的红外辐射能力越强。黑体的光谱辐射出射度由普朗克公式确定，即
权利要求
1.一种猪只群体体温分布监测系统，其特征在于，该系统包括光学镜头，用于反射以及透射探测区域内每一点的红外光线；红外探测器，设置在所述光学镜头的透射光路上，用于实时获取探测区域内每一点的红外信号，并将其转换为电信号输出；信号采集及处理模块，与所述红外探测器相连，用于串行读出所述红外探测器输出的电信号，并对其进行处理，得到数字化阵列信号，并将其发送至数据处理及显示模块；数据处理及显示模块，与所述信号采集及处理模块相连，用于采用实时定标方式，对所述光学镜头内部的黑体进行测定和定标，并根据所述数字化阵列信号以及猪只的发射率， 反演探测区域内的温度分布图像并显示。
2.如权利要求1所述的猪只群体体温分布监测系统，其特征在于，所述红外探测器为以多晶硅材料为基底的焦平面红外探测器。
3.如权利要求1所述的猪只群体体温分布监测系统，其特征在于，所述信号采集及处理模块包括信号采集单元，与所述红外探测器相连，用于串行读出所述红外探测器输出的电信号， 并对其进行放大及滤波处理；信号处理单元，与所述信号采集单元相连，用于对放大及滤波处理后的信号逐一进行模数转换，得到数字化阵列信号，并将其发送至数据处理及显示模块。
4.如权利要求1所述的猪只群体体温分布监测系统，其特征在于，所述信号采集及处理模块与所述数据处理及显示模块通过USB接口连接，或通过以太网连接。
5.如权利要求1所述的猪只群体体温分布监测系统，其特征在于，所述光学镜头中透射材料为硒化锌晶体，反射材料镀铝。
6.如权利要求1所述的猪只群体体温分布监测系统，其特征在于，该系统还包括发射率测量模块，与所述数据处理及显示模块相连，用于测量猪只在设定波段内的发射率，并将所述发射率发送至所述数据处理及显示模块。
7.如权利要求6所述的猪只群体体温分布监测系统，其特征在于，所述发射率测量模块为红外光谱仪以及可控温度的标准黑体辐射源。
8.一种基于权利要求1-7任一项所述系统的猪只群体体温分布监测方法，其特征在于，该方法包括步骤S1.红外探测器实时获取经光学镜头反射以及透射后的探测区域内每一点的红外信号，并将其转换为电信号输出；S2.信号采集及处理模块串行读出所述红外探测器输出的电信号，并对其进行处理，得到数字化阵列信号，并将其发送至数据处理及显示模块；S3.数据处理及显示模块采用实时定标方式，对所述光学镜头内部的黑体进行测定和定标，并根据所述数字化阵列信号以及猪只的发射率，反演探测区域内的温度分布图像并显不。
9.如权利要求8所述的猪只群体体温分布监测方法，其特征在于，步骤S2包括S2. 1信号采集单元串行读出所述红外探测器输出的电信号，并对其进行放大及滤波处理；S2. 2信号处理单元对放大及滤波处理后的信号逐一进行模数转换，得到数字化阵列信号，并将其发送至数据处理及显示模块。
10.如权利要求8所述的猪只群体体温分布监测方法，其特征在于，步骤S3包括步骤 S3. 1采用实时定标方式，对所述光学镜头内部的黑体进行测定和定标；S3. 2根据所述数字化阵列信号以及猪只的发射率，获得探测区域内每一猪只的表观温度；S3. 3根据步骤S3. 1的定标结果，对步骤S2得到的表观温度进行辐射率修正，得到探测区域内每一猪只的真实温度，生成探测区域温度分布图像并显示； 其中，根据下式对黑体进行标定及计算猪只的表观温度 V = Ra ε σ T4 = KT4T为待测物体的绝对温度 R为红外探测器的灵敏度 a为与大气衰减距离有关的常数 ε为发射率，定标时ε取1 ； ο为斯蒂芬-玻耳兹曼常数。
11.如权利要求8所述的猪只群体体温分布监测方法，其特征在于，该方法还包括步骤确定猪只在设定波段内的发射率。
全文摘要
本发明公开了一种猪只群体体温分布监测系统及方法，涉及发热疫情监测技术领域。该系统包括光学镜头，反射以及透射探测区域内每一点的红外光线；红外探测器，设置在光学镜头的透射光路上，实时获取探测区域内每一点的红外信号，并将其转换为电信号输出；信号采集及处理模块，串行读出所述红外探测器输出的电信号，并对其进行处理，得到数字化阵列信号，并将其发送至数据处理及显示模块；数据处理及显示模块，采用实时定标方式，对光学镜头内部的黑体进行测定和定标，并根据数字化阵列信号以及猪只的发射率，反演探测区域内的温度分布图像并显示。本发明的系统及方法可对探测区域内的每个猪只及猪只每个部位的温度进行连续在线的监测。
文档编号A61B5/01GK102151125SQ20111010795
公开日2011年8月17日 申请日期2011年4月28日 优先权日2011年4月28日
发明者单飞飞, 张宏志, 申长军, 董大明, 赵贤德, 邢振, 郑文刚, 闫华 申请人:北京农业智能装备技术研究中心