УСТАНОВКА ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВИДА И ПАРАМЕТРОВ РЫБЫ

Полезная модель относится к области рыбодобывающей и рыбоперерабатывающей промышленности, а более конкретно к конструкциям установок с оптическими средствами измерения параметров объектов, представляет собой установку, обеспечивающую идентификацию и определение параметров выловленной рыбы, поступающей на движущийся судовой конвейер (транспортер) или транспортер берегового рыбообрабатывающего предприятия, и может быть использована при эксплуатации научно-исследовательских судов (НИС) и рыбодобывающих судов, а также на береговых рыбоперерабатывающих предприятиях отрасли.
Известно устройство определения размеров штучных объектов наподобие рыбы, например, «Электронная лесная мерная линейка» (см. описание к патенту РФ №2363149 на изобретение, приоритет от 2008.05.23, кл. A01G 23/00; G01B 7/12, 21/10, опубл. 2009.08.10), предназначенная для измерения диаметра и вычисления объема дерева на месте по полученному диаметру, включающая линейку, неподвижную ножку, жестко закрепленную на линейке, ползун, подвижную ножку и компенсатор, закрепленные на ползуне, изготовленном из немагнитного материала и оснащенном датчиком Холла, интегральной микросхемой преобразования сигнала с электронной памятью, дисплеем, пассивным магнитом для фиксации ползуна на линейке, элементом питания, причем линейка выполнена из немагнитного материала и снабжена пассивными магнитами через 1 см в соответствии со шкалой.
Недостатком такого устройства является невозможность его использования в рыбной отрасли, в том числе для идентификации и определения размеров рыб, ввиду весьма низкой эффективности измерительного устройства и неудобства его эксплуатации, так как оно относятся к ручным электронным измерительным инструментам.
Также известно устройство, например, «Электронная рыбомерная линейка» (см. www.vniro.ru; Электронная рыбомерная линейка), представляющая собой автономный прибор, содержащий измерительный модуль, взаимосвязанный с персональным компьютером (ПК). Устройство предназначено для измерения длины рыбы и ручного ввода биологической информации о рыбном объекте в память бортового устройства линейки. Вводимая информация включает: вид рыбы, номер по порядку, длина, вес общий и др. Собранная информация представляется в ПК в формате, совместимом со стандартными программами обработки данных (Excel, Grapher и т.п.). Перечень исследуемых видов и объектов питания вводится в бортовое устройство с ПК вручную перед началом работы в промысловом районе.
Недостатком указанного аналога является недостаточная эффективность (производительность) устройства и неудобство в эксплуатации ввиду следующих причин:
- устройство не определяет вид рыбы автоматически; его определяет оператор (ихтиолог) и вводит данные в ПК вручную;
- измерение длины рыбы требует участия оператора (ихтиолога), который должен положить и позиционировать рыбу на измерительной платформе;
- измерение веса рыбы также осуществляется оператором (ихтиологом) на внешних весах и результат вводится в ПК вручную или автоматически (при использовании электронных весов и сопряжения их с ПК);
- процесс измерения одной рыбы (длины, веса и других параметров) занимает длительное время, которое может быть приемлемо только в условиях лабораторий НИС.
Кроме того, устройство имеет ограниченные функциональные возможности, т.к. не предназначено для измерения параметров рыбы в динамике при ее перемещении, например, на судовом движущемся конвейере (транспортере).
Наиболее близким техническим решением по своему назначению и технической сущности к заявляемой установке для автоматизированного определения вида и параметров рыбы является устройство автоматизированного определения вида и размеров рыбы (см. патент №103018 на полезную модель, приоритет от 2010.05.04, кл. А01С 25/00; G01B 9/00, 11/00, опубл. 2011.03.20), принятым в качестве ближайшего аналога (прототипа) полезной модели. Указанный аналог (прототип) включает измерительный модуль и взаимосвязанный с ним компьютер с программным обеспечением, при этом измерительный модуль содержит, по крайней мере одну, видеокамеру высокого разрешения с устройством подсветки и дополнительно снабжен взаимосвязанными между собой датчиком наличия объекта съемки и датчиком скорости его (объекта) движения, причем датчик наличия объекта съемки выполнен с возможностью синхронизации момента срабатывания затвора видеокамеры и устройства подсветки, при этом компьютер снабжен блоком памяти с сформированной в электронном виде базой данных видеоизображений различных видов рыб.
Недостатком указанного аналога (прототипа) является отсутствие возможности измерения объема рыбы, а следовательно, и веса рыбы.
Предлагаемая полезная модель направлена на устранение этого недостатка и повышение степени достоверности определения вида и точности размеров рыбы в процессе ее движения на судовом конвейере.
Это достигается тем, что в предлагаемой установке автоматизированного определения вида и параметров рыбы, в отличие от ближайшего аналога - прототипа, измерительный модуль дополнительно снабжен лазерным сканером, включающим видеокамеру высокого разрешения и линейный лазер, при этом датчик скорости движения объекта выполнен с возможностью синхронизации момента срабатывания затвора видеокамеры лазерного сканера, а компьютер снабжен дополнительным блоком памяти предусмотренных в электронном виде эталонных значений объемных видеоизображений различных видов рыб и сформированной в электронном виде базой данных удельных весов различных видов рыб, при этом в качестве датчика скорости движения объекта использован энкодер.
Одним из наиболее оптимальных вариантов практического выполнения установки для достижения основных целей создания предлагаемой полезной модели является конструкция, опытный образец которой разработан и создан в ОАО «Гипрорыбфлот», которая включает конвейер (транспортер), консоль для крепления оборудования измерительного модуля, видеокамеру высокого разрешения, видеокамеру лазерного сканера, линейный лазер, датчик положения рыбы, датчик скорости и устройство подсветки.
В качестве компьютера использован персональный компьютер или ноутбук (с источником бесперебойного питания), а в качестве видеокамеры - цветная видеокамера, при этом устройство подсветки может быть выполнено по типу светодиодной матрицы и содержать несколько групп светодиодов.
Программное обеспечение персонального компьютера или ноутбука представляет собой в общем случае набор взаимосвязанных между собой программ, позволяющих осуществлять обработку видеоизображений (шаблонов) рыб, определения их вида и размеров по группе опознавательных признаков с использованием блока памяти ПК с заранее сформированной в электронном виде базой данных видеоизображений различных видов рыб.
Кроме того, программное обеспечение установки обеспечивает обработку данных, полученных от взаимосвязанных между собой линейного лазера и видеокамеры лазерного сканера, и построение трехмерной модели рыбы в формате 3D.
В зависимости от целевого назначения в одном из вариантов выполнения полезной модели конвейер может быть дополнительно снабжен «штучным питателем» для последовательного поштучного размещения рыбы на участке ее транспортировки перед видеокамерой и устройством позиционирования рыбы на конвейере для получения ее оптимального видеоизображения.
При этом, конструкция устройства обеспечивает возможность адаптации его по месту установки на судне применительно к штатному судовому конвейеру (транспортеру). Общий вес устройства с учетом ПК может составлять 3-5 кг. Очевидно, что полный комплект устройства может легко транспортироваться любым видом транспорта.
На практике возможны две основных модификации устройства:
- стационарно устанавливаемое непосредственно над штатным судовым конвейером (транспортером) в рыбцеху;
- мобильное, устанавливаемое по необходимости как на рыбопромысловых судах для измерений параметров рыбы на штучном питателе - устройстве для последовательного поштучного расположения рыбы на конвейере (транспортере), так и в судовых лабораториях НИСов или в лабораториях отраслевых научно-исследовательских институтов (НИИ).
Для долговременной и безопасной работы устройства в реальных судовых условиях оно встраивается в специальный водо- или брызгозащищенный корпус из нержавеющей стали или коррозийно-устойчивого алюминиевого сплава и обеспечивается средствами защиты объектива видеокамеры от забрызгивания или запотевания. При необходимости, по месту установки устройства применяются амортизаторы для защиты видеокамеры и ПК от вибрации корпуса судна или конструкций рыбцеха.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежом, на котором на фиг.1 изображена структурная схема установки для автоматизированного определения вида и параметров рыбы с функционально обозначенными основными узлами и элементами установки.
Примером конкретного выполнения установки для автоматизированного определения вида и параметров рыбы является установка содержащая цветную видеокамеру 1 высокого разрешения с объективом 2 и светодиодным устройством подсветки 3, лазерный сканер, включающий видеокамеру высокого разрешения 4 и линейный лазер 5, персональный компьютер - 6 с источником бесперебойного питания - 7, датчик объекта (рыбы) 8, датчик скорости (энкодер) конвейера 9, устройство позиционирования рыбы на конвейере (транспортере) 10, конвейер (транспортер) - 11.
Все вышеупомянутые основные узлы (приборы и устройства) и другие (не показанные и не обозначенные на чертеже) необходимые для функционирования установки отдельные комплектующие соединены между собой электрически согласно электросхеме установки (на чертеже не показано).
Установка работает следующим образом.
Движущаяся на конвейере 11 рыба автоматически позиционируется устройством 10 и обнаруживается датчиком 8 наличия объекта-рыбы на конвейере 11. Сигнал этого датчика поступает в персональный компьютер 6, который выдает команду на цветную видеокамеру 1 с объективом 2 и светодиодным устройством подсветки 3, расположенную над конвейером 11.
Синхронизация работы всех взаимосвязанных конструктивных узлов полезной модели обеспечивается персональным компьютером 6, по поступающим сигналам от датчика 8 объекта-рыбы на конвейере 11 и датчика скорости 9 конвейера 11.
Полученное фиксированное видеоизображение рыбы передается в электронном виде в персональный компьютер (ПК) 6 с источником бесперебойного питания 7 по стандартному интерфейсу. Далее видеоизображение обрабатывается в ПК 6 с использованием блока памяти ПК 6 с заранее сформированной в электронном виде базой данных видеоизображений (шаблонов) различных видов рыб по комбинации определенных опознавательных признаков для верификации или идентификации каждого конкретного вида рыбы.
Типовой состав опознавательных признаков и видеоизображений - электронных шаблонов каждого вида рыбы хранится в электронном виде, например на магнитном носителе, в базе данных ПК 6. Одновременно видеоизображение используется для определения линейных размеров рыбы.
Обработка видеоизображения, идентификация вида, определение линейных размеров и регистрация полученной информации о рыбе в базе данных ПК 6 осуществляется с использованием специализированного прикладного программного обеспечения (ППО) в реальном масштабе времени. Быстродействие матрицы видеокамеры, интерфейса и самого ПК 6 рассчитано таким образом, чтобы обеспечивались выполнение указанных операций при любых возможных скоростях движения конвейера.
Далее при движении конвейера 11 рыба попадает под луч лазера 5 и в зону действия видеокамеры 4 лазерного сканера, которая по сигналам от датчика скорости 9 производит фотосъемку (экспозицию) профиля лазерного следа на теле рыбы.
Частота следования сигналов от датчика скорости 9 может быть установлена оператором предварительно с клавиатуры ПК 6 до начала измерений и зависит от требуемой точности профилирования рыбы, т.е. требуемой точности объемной модели рыбы. Например, при скорости конвейера 1 м/с и заданной точности получения профилей рыбы через 1 мм частота следования импульсов от датчика скорости 9 должна быть равной 1000 Гц (или 1000 импульсов в секунду).
Далее полученное видеокамерой 4 изображение лазерного профиля на теле рыбы передают в ПК 6 для последующей регистрации и обработки. Например, при длине рыбы 250 мм видеокамера 4 зафиксирует и передаст в ПК 6 250 лазерных профилей рыбы. ПК 6 на основании полученных таким образом лазерных профилей рыбы формирует с помощью специального программного обеспечения трехмерное (объемное) изображение рыбы в формате 3D, вычисляет объем рыбы и, используя данные об удельном весе рыбы, вычисляет вес каждой рыбы. При этом, результаты вычислений регистрируют в базе данных ПК 6 для дальнейшей обработки по определению суммарного веса всего улова (или его части) на судне.
Основным отличительным достоинством предлагаемой установки для автоматизированного определения вида и параметров рыбы является автоматизация процесса обработки видеоизображений в реальном масштабе времени, повышение точности распознавания рыбы, измерения ее линейных и объемно-весовых параметров, а также повышение достоверности определения видов рыбы за счет возможности дополнительного использования трехмерной модели рыбы в качестве возможных отличительных признаков каждого вида рыбы.
Кроме того, существенными эксплуатационными преимуществами предлагаемой полезной модели являются возможности:
- автоматизированного на конвейере определения вида рыбы и основных ее параметров, имеющих важнейшее технологическое и коммерческое значение для технологов и промысловиков: размеров и веса выловленной рыбы;
- расширение функциональных возможностей и видового состава распознаваемых видов рыбы из улова;
- выдачи команд управления внешними исполнительными устройствами;
- изготовления нескольких модификаций для установки над любым виде судового или берегового конвейера (транспортера);
- модернизации установки путем замены видеокамер на более современные.