УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВИДА И РАЗМЕРОВ РЫБЫ

Полезная модель относится к области рыбодобывающей и рыбоперерабатывающей промышленности, а более конкретно к конструкциям устройств с оптическими средствами измерения параметров объектов, представляет собой устройство, обеспечивающее идентификацию и определение линейных размеров выловленной рыбы, поступающей на движущийся судовой конвейер (транспортер) или транспортер берегового рыбообрабатывающего предприятия, и может быть использовано при эксплуатации научно-исследовательских (НИС) и рыбодобывающих судов, а также на береговых рыбоперерабатывающих предприятиях отрасли.
Известен ряд устройств определения размеров штучных объектов наподобие рыбы, например, «Электронная лесная мерная линейка» (см. описание к патенту РФ №2363149 на изобретение, приор, 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 таких устройств является невозможность их использования в рыбной отрасли, в том числе для идентификации и определения размеров рыб, ввиду весьма низкой эффективности измерительных устройств и неудобства их эксплуатации, так как они относятся к ручным электронным измерительным инструментам.
Наиболее близким техническим решением по своему назначению к заявляемому устройству, принятым в качестве ближайшего аналога (прототипа) полезной модели, является «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.
Основным недостатком ближайшего 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).
Предлагаемая полезная модель направлена на устранение ручного труда и повышение степени автоматизации определения вида и размеров рыбы в процессе ее движения (например, перемещения на судовом конвейере) с одновременным повышением быстродействия и точности определения параметров рыбы.
При этом решена задача создания полностью автоматизированного (без участия человека) удобного и простого в эксплуатации устройства для оперативного определения вида, размеров и других основных параметров движущейся рыбы, отличающегося повышенной эффективностью в работе, в том числе в судовых условиях.
Это достигается тем, что в предлагаемом устройстве автоматизированного определения вида и размеров рыбы, включающем измерительный модуль и взаимосвязанный с ним компьютер с программным обеспечением, в отличие от ближайшего аналога - прототипа, 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.
Одним из наиболее оптимальных вариантов практического выполнения устройства для достижения основных целей создания предлагаемой полезной модели является конструкция, в которой 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.
Возможен вариант выполнения устройства, при котором цветная видеокамера в составе измерительного модуля содержит собственное компьютерное устройство с программным обеспечением, т.е. выполнена со встроенным программным обеспечением (интеллектуальная видеокамера). В этом случае предварительная обработка видеоизображения может производиться в самой видеокамере с последующей передачей данных в персональный компьютер для формирования базы расчетных и статистических данных по рыбе в ПК.
На практике наиболее востребованным и распространенным вариантом выполнения и использования устройства является конструктивное решение, при котором измерительный модуль размещен над конвейером для транспортировки рыбы, а выход компьютера соединен с внешними исполнительными устройствами сортировки рыбы, отбраковки поврежденной рыбы и др., при этом в качестве датчика скорости движения рыбы использован датчик скорости движения ленты конвейера.
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 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 полезной модели поясняется чертежом, на котором на фиг.1 изображена структурная схема устройства с функционально обозначенными основными узлами и элементами устройства.
Примером конкретного выполнения является устройство содержащее цветную видеокамеру - 1 высокого разрешения с объективом - 2 и светодиодным устройством подсветки - 3; персональный компьютер - 4 с источником бесперебойного питания - 5; датчик - 6 объекта - рыбы (на чертеже не обозначена); датчик скорости - 7 (энкодер) конвейера; устройство - 8 позиционирования рыбы на конвейере (транспортере) - 9.
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 чертежах не показано).
Устройство работает следующим образом.
Движущаяся на транспортере 9 рыба (на чертеже не обозначена) автоматически позиционируется устройством 8 и обнаруживается датчиком 6 наличия объекта-рыбы на конвейере 9. Сигнал этого датчика поступает в персональный компьютер 4, который выдает команду на цветную видеокамеру 1 с объективом 2 и светодиодным устройством подсветки 3, расположенную над конвейером 9.
Синхронизация работы всех взаимосвязанных конструктивных узлов полезной модели обеспечивается персональным компьютером 4, по поступающим сигналам от датчика 6 объекта-рыбы на конвейере 9 и датчика скорости 7 (энкодера) конвейера.
Полученное фиксированное видеоизображение рыбы передается в электронном виде в персональный компьютер (ПК) 4 с источником бесперебойного питания 5 по стандартному интерфейсу. Далее видеоизображение обрабатывается в ПК 4 с использованием блока памяти ПК 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. 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 осуществляется с использованием специализированного прикладного программного обеспечения (ППО) в реальном масштабе времени. Быстродействие матрицы видеокамеры, интерфейса и самого ПК рассчитано таким образом, чтобы обеспечивались выполнение указанных операций при любых возможных скоростях движения транспортера (конвейера).
Основным отличительным достоинством предлагаемого устройства является автоматизация процесса обработки видеоизображений в реальном масштабе времени, распознавания рыбы и измерения ее линейных параметров, а также быстродействие устройства, достаточное для выполнения функций полезной модели при любых фактических скоростях движения судовых транспортеров рыбы.
Кроме того, существенными эксплуатационными преимуществами предлагаемой полезной модели являются возможности:
- расширения функциональных возможностей и видового состава распознаваемых видов рыбы из улова;
- выдачи команд управления внешними исполнительными устройствами;
- изготовления нескольких модификаций для установки над любым видом судового или берегового транспортера;
- модернизации устройства путем замены видеокамер на более современные.