СПОСОБ ПРОСВЕЧИВАНИЯ ПТИЧЬИХ ЯИЦ С ПОМОЩЬЮ ТЕПЛОВЫХ КАМЕР (ВАРИАНТЫ) И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ (ВАРИАНТЫ)
METHOD FOR SHOWING THROUGH BIRD EGGS USING THERMAL IMAGE CAMERA (VERSIONS) AND DEVICE FOR REALISING SAID METHOD

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к яйцам в целом и, более конкретно, к способам и устройству для просвечивания яиц.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Определение различий между яйцами домашней птицы на основе некоторого наблюдаемого свойства хорошо известно и давно используется в птицеводстве. "Просвечивание" является общепринятым названием одного такого способа. Корни этого термина восходят к первоначальному способу проверки яиц с помощью света от свечи. Как известно тем, кто знаком с яйцами, несмотря на то, что яичная скорлупа кажется непрозрачной в большинстве условий освещения, в действительности она частично прозрачна, и когда яйцо помещается перед источником прямого света, можно наблюдать его содержимое.
Яйца, предназначенные для высиживания цыплят, обычно просвечиваются во время эмбрионального развития для выявления прозрачных, гнилых и мертвых яиц (которые называются "неживые яйца"). Неживые яйца обычно удаляются из инкубатора для увеличения доступного места в инкубаторе. Кроме того, удаление неживых яиц может увеличить выведение цыплят на 2% для старой птицы (возраст птица 58-62 недели). Это увеличение выхода цыплят дает прямое увеличение выхода на 0,2-0,4% в расчете на одного цыпленка в Соединенных Штатах.
Во многих случаях желательно ввести некоторое вещество в живое яйцо перед высиживанием. Инъекции в яйцо различных веществ обычно используются в птицеводстве для уменьшения уровня смертности после выведения цыплят или увеличения скорости роста выведенных птиц. Примеры веществ, которые используются или предложены для использования при инъекциях в яйцо, включают вакцины, антибиотики и витамины. Лекарственные препараты и способы инъекции в яйцо описаны, например, в патентах США №4458630 (Шарма и др.) и №5028421 (Фредериксен и др.).
При инъекциях веществ в яйцо обычно делается прокол скорлупы яйца, чтобы создать сквозное отверстие (например, с помощью пробойника, сверла и т.д.), игла шприца пропускается через отверстие внутрь яйца (и в некоторых случаях в эмбрион цыпленка, содержащийся внутри яйца), и вводится одно или более лекарственных веществ через иглу. Пример устройства для инъекции в яйцо описан в патенте США №4681063 (Хебранк). Это устройство располагает яйцо и иглу для инъекции в фиксированном положении по отношению друг к другу и предназначено для высокоскоростной автоматизированной инъекции нескольких яиц. Выбор как места, так и времени инъекции может повлиять на эффективность введенного вещества, а также на уровень смертности инъектированных яиц или эмбрионов, как описано, например, в патенте США №4458630 (Шарма и др.), №4681063 (Хебранк) и №5158038 (Шикс и др.).
В птицеводстве высиживаются только от 60% до 90% яиц бройлеров. Яйца, которые не высиживаются, включают яйца, которые не оплодотворены, а также оплодотворенные яйца, которые умерли. Бесплодные яйца могут составлять от 5% до 25% от всех яиц. Из-за количества неживых яиц, с которыми сталкиваются в птицеводстве, а также возрастающего использования автоматизированных способов инъекций в яйцо и стоимости лекарственных препаратов, желателен автоматизированный способ точной идентификации живых яиц и избирательного шприцевания только живых яиц.
Существуют другие области деятельности, в которых необходимо идентифицировать живые и неживые яйца. Одной из таких областей является культивирование и сбор вакцин в живых яйцах ("яйца для производства вакцин"). Например, производство вакцины от гриппа для людей выполняется путем инъекции вируса в куриное яйцо на одиннадцатый день эмбрионального развития (11-дневное яйцо), обеспечения развития вируса в течение двух дней, умерщвления эмбриона посредством охлаждения яйца и затем сбора амниотической жидкости из яйца. Обычно яйца просвечиваются перед инъекцией вируса для облегчения удаления неживых яиц. Яйца для производства вакцины могут просвечиваться за один или более дней до инъекции вируса внутрь яиц. Идентификация живых яиц при производстве вакцины важна для предотвращения расхода вируса на неживые яйца и уменьшения расходов, связанных с транспортировкой и размещением неживых яиц.
В патентах США №4955728 и №4914672, выданных Хебранку, описано устройство для просвечивания яиц, в котором используются инфракрасные детекторы и инфракрасное излучение от яйца для различения живых и неживых яиц. В патенте США №5745228, выданном Хебранку и др., описано устройство для просвечивания яиц, которое включает фотодетектор и фотоэмиттер, размещаемые на противоположных сторонах яйца. Свет излучается короткими импульсами от каждого фотоэмиттера, и соответствующий фотодетектор принимает его при работе соответствующего фотоэмиттера. Контейнер с яйцами непрерывно "сканируется" при перемещении через просвечивающее устройство, причем каждая пара детектор-источник активна, а по меньшей мере смежные и предпочтительно все остальные пары не работают.
Тепловые просвечивающие системы обеспечивают обнаружение гнилых яиц в потоке яиц примерно от 50000 до 100000 яиц в час. К сожалению, из-за изменений температуры от яйца к яйцу тепловые системы могут неправильно идентифицировать живые и неживые яйца. Кроме того, тепловые просвечивающие системы могут быть менее точны при работе с эмбрионами, которые создают меньше тепла, чем 17-дневные яйца.
Известны способы определения сердцебиения (пульса) эмбриона, которые могут определять живые яйца с высокой степенью точности. Например, в патенте США №6860225, выданном Хербанку, описаны способ и устройство для просвечивания яиц, в которых циклическое изменение интенсивности света обозначает наличие пульса эмбриона. В патенте США №5173737, выданном Митчеллу, описан способ определения наличия в яйце живого эмбриона путем направления света в яйцо для стимулирования движения эмбриона и последующего измерения результирующего движения эмбриона. К сожалению, способ Митчелла может требовать много времени и неточно определять живые эмбрионы, которые не двигаются в результате стимулирования светом.
Обычно желательно, чтобы яйца помещались в носителе для инкубации и начальной обработки узким концом вниз, так чтобы воздушный пузырь был обращен вверх. К сожалению, из-за того, что яйца почти сферические по форме, определение узкого конца яйца может быть затруднено. Вероятность выведения цыплят из перевернутых яиц (то есть яиц, расположенных в носителе так, что воздушные пузыри находятся на дне или сбоку) на 30% меньше вероятности выведения из яиц, ориентированных воздушным пузырем вверх. Кроме того, инъекция в яйцо для перевернутых яиц может проколоть эмбрион и желток, а не только амниотический мешок, и может повредить одну или более мембран. При использовании перевернутых яиц в производстве вакцины вакцина может быть помещена в неправильное отделение яйца, и материал может вылиться оттуда во время операции сбора, что нежелательно. Подобным же образом, яйца с расположенным сбоку воздушным пузырем считаются нежелательными для производства вакцины, так как из них также может вылиться содержимое при сборе.
К сожалению, существующие способы не гарантируют обнаружение перевернутых яиц. Поэтому существует необходимость в способе просвечивания, который обеспечивал бы быстрое определение живых и неживых яиц, а также обнаружение перевернутых яиц в носителе.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно приведенному выше описанию предложены способы и устройство для просвечивания яиц, в которых могут быть быстро идентифицированы неживые яйца, перевернутые яйца и яйца с расположенным сбоку воздушным пузырем. Согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения, способ просвечивания яиц включает размещение инкубируемых яиц в среде, температура которой отличается от температуры, при которой яйца были инкубированы, получение теплового изображения яиц и анализ теплового изображения для получения информации о температуре поверхности каждого яйца. Согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения получение теплового изображения яиц включает получение теплового изображения обращенных вниз поверхностей яиц в носителе и определение яйца как неживого, если температура поверхности центральной области его обращенной вниз поверхности ниже температур поверхности центральных областей обращенных вниз поверхностей смежных яиц на заданную величину.
Согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения получение теплового изображения яиц включает получение теплового изображения поверхностей яиц в носителе, обращенных вниз или вверх, и определение яйца как перевернутого, если температура его поверхности ниже или выше температур поверхности соответствующих обращенных вниз или вверх поверхностей смежных яиц на заданную величину.
Согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения получение теплового изображения яиц включает получение теплового изображения обращенных вниз поверхностей яиц в носителе и определение яйца как перевернутого, если обращенная вниз поверхность имеет две области с соответствующими различными температурами и если разность температур превышает заданную величину.
Согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения рассчитывают разность между температурой обращенной вверх поверхности каждого яйца в носителе и средней температурой поверхности смежных яиц. Яйцо считается перевернутым, если температура поверхности яйца превышает эту среднюю температуру поверхности соседних яиц на заданную величину.
Согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения получение теплового изображения яиц включает получение тепловых изображений верха и низа обращенных вверх и обращенных вниз поверхностей яиц, соответственно. Соответствующие тепловые изображения верха и низа для каждого яйца затем сравнивают для определения поверхности яйца с более высокой температурой. Яйцо определяется как перевернутое, если температура обращенной вверх поверхности выше, чем температура соответствующей обращенной вниз поверхности.
Согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения получение теплового изображения яиц включает получение теплового изображения обращенных вверх поверхностей яиц в носителе и определение яйца как перевернутого, если температура обращенной вверх поверхности этого яйца равномерна по всей поверхности.
Согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения получение теплового изображения яиц включает получение теплового изображения обращенных вниз или вверх поверхностей яиц в носителе и дальнейшее определение яйца как имеющего воздушный пузырь, расположенный на его боковой стороне, если температура кромочной части поверхности яйца ниже, чем температура остальной части поверхности яйца.
Согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения яйца удаляют из контейнера и поворачивают при получении теплового изображения.
Согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения устройство для просвечивания яиц включает тепловизионную камеру, предназначенную для получения теплового изображения яиц, содержащихся в носителе, и процессор, соединенный с тепловизионной камерой и предназначенный для анализа теплового изображения яиц, получения информации о температуре поверхности для каждого яйца и определения каждого яйца как живого/неживого, перевернутого или имеющего расположенный сбоку воздушный пузырь.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 изображает блок-схему операций обнаружения живых/неживых яиц, перевернутых яиц и яиц с расположенным сбоку воздушным пузырем согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения.
Фиг.2 изображает тепловое изображение контейнера с яйцами, полученное сверху при помощи тепловой камеры, согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения.
Фиг.3А-3С изображают блок-схемы операций алгоритма идентификации, предназначенного для классификации яиц как живых/неживых или перевернутых, согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения.
Фиг.4А-4С изображают блок-схемы операции идентификации перевернутых яиц согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения.
Фиг.4D-4Е изображают блок-схемы операции идентификации яиц с расположенным сбоку воздушным пузырем согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения.
Фиг.5 показывает тепловое изображение конца яйца с воздушным пузырем, расположенным в конце.
Фиг.6 показывает тепловое изображение конца яйца с воздушным пузырем, расположенным в боковой части яйца.
Фиг.7 изображает яйцо, которое вращается парой расположенных на расстоянии роликов при получении теплового изображения яйца с помощью тепловой камеры, согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения.
Фиг.8 изображает структурную схему системы обработки яиц согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ
Настоящее изобретение описано ниже более подробно со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых показаны предпочтительные варианты выполнения изобретения. Это изобретение, однако, может иметь различные варианты выполнения, и его не следует представлять ограниченным представленными здесь вариантами; напротив, эти варианты выполнения приведены для того, чтобы описание было подробным и завершенным и полностью определяло границы изобретения для специалистов в данной области техники.
Одинаковые ссылочные номера позиций относятся к одинаковым элементам. Толщина некоторых линий, слоев, компонентов или элементов на чертежах может быть увеличена для ясности. Штриховые линии обозначают элементы или операции, если не указано иначе. Все публикации, заявки на патенты, патенты и другие материалы, упомянутые здесь, полностью включены в настоящее описание посредством ссылки.
Используемая терминология относится только к описанию конкретных вариантов выполнения и не ограничивает изобретение. Упоминание элементов в единственном числе предполагает также формы в множественном числе, если контекст однозначно не указывает иначе. Понятно также, что термины "содержит" и/или "содержащий", когда они используются в этом описании, указывают на присутствие заявленных деталей, целых частей, этапов, операций, элементов и/или компонентов, но не препятствуют присутствию или добавлению одной или более детали, целых частей, этапов, операций, элементов, компонентов и/или их групп. Термин "и/или" включает любую и все комбинации одного или более из перечисленных предметов. Фразы, такие как "между Х и Y" и "примерно между Х и Y", следует понимать как включение Х и Y. Фразы, такие как "между примерно Х и Y" означают "между примерно Х и примерно Y". Фразы, такие как "от примерно Х до Y" означают "от примерно Х до примерно Y".
Если не указано иначе, все использованные термины (включая технические и научные термины) имеют такое же значение, как обычно понимается обычным специалистом в области техники, к которой относится это изобретение. Понятно также, что термины, определения которых имеются в обычных словарях, следует понимать как имеющие значение, которое согласуется с их значением в контексте описания и соответствующей области техники, и не следует понимать их в идеализированном смысле или в слишком формальном смысле, если это специально не указано. Хорошо известные функции или конструкции могут не быть описаны подробно, ради краткости и ясности.
Понятно, что когда об элементе говорят, что он находится "на", "прикреплен" к, "присоединен" к, "находится в контакте" с другим элементом, он может находиться непосредственно на, прикреплен к, соединен с, связан с или находится в контакте с другим элементом, или могут также присутствовать промежуточные элементы. Напротив, когда об элементе говорится, что он находится, например, "непосредственно на", "непосредственно прикреплен к", "непосредственно присоединен к", "непосредственно связан с " или "находится непосредственно в контакте" с другим элементом, то промежуточные элементы отсутствуют. Специалистам будет понятно, что конструкция или деталь, которая расположена "смежно" с другой деталью, может иметь части, которые перекрываются или находятся под смежной деталью.
Термины пространственного расположения, такие как "под", "ниже", "нижний", "над", "верхний" и т.п., могут использоваться здесь для простоты описания, чтобы описать отношение одного элемента или детали к другому элементу (элементам) или детали (деталям), как показано на чертежах. Понятно, что термины пространственного расположения охватывают различные ориентации устройства при использовании или эксплуатации, в дополнение к ориентации, показанной на чертежах. Например, если устройство на фигурах перевернуто, элементы, описанные как "под" или "ниже" других элементов или деталей, будут расположены "над" другими элементами или деталями. Таким образом, термин "под" может охватывать как расположение "над", так и "под". Устройство может в другом случае быть ориентировано иначе (повернуто на 90° или ориентировано как-нибудь иначе), и использованные термины пространственного расположения необходимо толковать соответственно. Подобным же образом, термины "вверх", "вниз", "вертикальный", "горизонтальный" и т.п. используются здесь только для объяснения, если специально не указано иначе.
Понятно, что, хотя термины "первый", "второй" и т.д. могут быть использованы для описания различных элементов, компонентов, областей, слоев и/или частей, эти элементы, компоненты, области, слои и/или части не следует ограничивать этими терминами. Эти термины использованы только для того, чтобы отличить один элемент, компонент, область, слой или часть от другого элемента, компонента, области, слоя или части. Таким образом, "первый" элемент, компонент, область, слой или часть, описанный ниже, может также быть определен как "второй" элемент, компонент, область, слой или часть, без отклонения от сути настоящего изобретения. Последовательность операций (или этапов) не ограничена порядком, представленным в пунктах формулы изобретения или чертежах, если специально не указано иначе.
Термин "перевернутое яйцо", использованный здесь, обозначает яйцо, помещенное в контейнере так, что воздушный пузырь в нем располагается на дне яйца, а не на обращенном вверх конце яйца.
Термин "яйцо с расположенным сбоку воздушным пузырем", использованный здесь, обозначает яйцо, помещенное в носитель так, что воздушный пузырь в нем располагается в боковой части яйца, а не полностью на конце яйца, обращенном вверх или вниз.
Согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения неживые яйца могут быть обнаружены с помощью анализа тепловых изображений яиц. Кроме того, с помощью анализа тепловых изображений яиц может быть определено расположение воздушных пузырей внутри яиц. Как известно специалистам в области техники, относящейся к настоящему изобретению, в любой данной окружающей среде, температура скорлупы на большей части яйца стремится к температуре содержимого яйца. Например, содержимое яйца 17-18 дня примерно на один градус Цельсия выше, чем температура среды, окружающей яйцо во время инкубации. После извлечения яиц из инкубатора яйцо и его содержимое медленно охлаждаются до комнатной температуры за время от одного до двух часов. Температура воздушного пузыря примерно находится посредине между комнатной температурой и температурой содержимого яйца. Температура скорлупы на воздушном пузыре падает до температуры, близкой к температуре окружающей среды меньше, чем за минуту после извлечения яйца из инкубатора.
Тепловая камера (то есть инфракрасная камера) согласно некоторым вариантам настоящего изобретения может обнаружить воздушный пузырь в яйце благодаря относительно высокой разности температур между воздушным пузырем и окружающими частями яйца. Воздушный пузырь, обращенный вверх, проявляется на тепловом изображении как холодная, в целом круглая область, имеющая диаметр, например, равный примерно двум третям от диаметра яйца. Перевернутые яйца, в которых воздушный пузырь расположен на дне яйца, проявляются на тепловом изображении с небольшой обращенной вверх холодной областью или без нее. Яйца с воздушным пузырем, расположенным на боковой стороне яйца, на тепловом изображении проявляются с небольшой холодной областью вдоль боковой части яйца.
На фиг.1 показаны способы обнаружения живых яиц, перевернутых яиц и яиц с расположенным сбоку воздушным пузырем согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения. Несколько предположительно живых яиц извлечены из инкубатора и помещены в окружающую среду с температурой, отличной от температуры, при которой яйца находились в инкубаторе (блок 100). Эта окружающая среда может иметь температуру, которая выше, чем температура инкубации, или температуру, которая ниже, чем температура инкубации.
Как понятно специалисту в данной области техники, яйца инкубируются и обрабатываются в носителе, таком как контейнер для яиц. Контейнеры могут содержать любое количество рядов, например, семь рядов яиц, причем наиболее распространены контейнеры с шестью или семью рядами. Кроме того, яйца в смежных рядах могут быть параллельны друг другу, как в прямоугольном контейнере, или могут быть расположены в шахматном порядке, как в смещенном контейнере. Примеры подходящих промышленных контейнеров включают, но не ограничиваются, контейнер "CHICKMASTER 54", контейнер "JAMESWAY 42" и "JAMESWAY 84" (в каждом случае число обозначает количество яиц, помещаемых в контейнер). Контейнеры для яиц хорошо известны специалистам в данной области техники и не нуждаются в дальнейшем описании. Термины "контейнер" и "носитель" употребляются здесь взаимозаменяемо.
После извлечения яиц из инкубатора с помощью тепловой камеры (то есть камеры, предназначенной для получения изображений в инфракрасном диапазоне волн) получают тепловое изображение яиц в контейнере (блок 110). Пример теплового изображения нескольких яиц в контейнере показан на фиг.2.
К примерам тепловых камер, которые могут быть использованы согласно вариантам выполнения настоящего изобретения, относятся, но этим не ограничиваются, камеры FLIR ThermoVisionA20 и FLIR ThermoVision320 компании FLIR Systems, Inc., город Вилсонвил, штат Орегон. Получение теплового изображения может включать получение изображения обращенных вверх поверхностей яиц, получение изображения обращенных вниз поверхностей яиц или получение изображения как обращенных вверх, так и обращенных вниз поверхностей яиц. Согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения контейнер для яиц может быть помещен в корпус, защищающий яйца и тепловую камеру от инфракрасных излучений внешних источников.
Тепловое изображение яиц оцифровывается и затем анализируется для получения информации о температуре поверхности для каждого яйца (блок 120). По информации о температуре поверхности каждое яйцо затем определяется как живое/неживое, перевернутое, или как имеющее воздушный пузырь, расположенный в боковой части яйца (то есть как яйцо с расположенным сбоку воздушным пузырем) с помощью алгоритма идентификации (блок 130).
Получению тепловых изображений яиц могут помешать перья и осколки, включая осколки от разбитых гнилых яиц (называемых "кнопками"). Коммерческие программы анализа изображений, такие как пакет Matlab Image Toolbox компании Mathworks, например, предлагают различные средства и алгоритмы цифровой обработки изображений, такие как выравнивание гистограмм и растяжение, морфологическое открытие или закрытие изображений, расширение и размывание изображений, определение границ изображений, преобразования максимума/минимума, которые могут быть использованы, чтобы свести к минимуму влияния перьев и осколков. Например, расширение изображения и размывание в месте с преобразованиями максимума и минимума может быть использовано для выделения областей с высокой интенсивностью путем изоляции изображений теплых областей отдельных яиц. Так как высокие интенсивности соответствуют непосредственно более высоким температурам, авторы обнаружили, что температура яиц может быть измерена без влияния со стороны посторонних материалов и осколков. Расширение изображения добавляет пиксели к границам объекта на изображении определенным образом, увеличивая эффективную площадь объекта, а размывание объекта удаляет пиксели из границ объекта, так что все объекты, меньшие, чем определенная заранее область, изымаются из изображения. Количество добавленных или удаленных пикселей регулируется заданными элементами.
Выравнивание гистограмм и растяжение гистограмм могут быть использованы компенсации помех, вызванных непостоянством тепловой среды, в котором получаются тепловые изображения. Например, может быть использован способ, называемый "контрастно-ограниченное адаптивное выравнивание гистограмм", который применятся на малых участках изображения, называемых "плитками". Плитки представляют собой прямоугольные области теплового изображения и могут быть описаны как заданные зоны, представляющие интерес. Размер плитки соответствует размеру гнезда в контейнере, в котором находится каждое отдельное яйцо. Процедура выравнивания может усилить контраст в каждой плитке так, чтобы гистограмма каждой выходной области аппроксимировала заданную гистограмму. Эти плитки могут затем быть рекомбинированы с помощью, например, билинейной интерполяции для удаления искусственно созданных границ.
После использования различных способов обработки изображений для обработки теплового изображения яиц для уменьшения влияние перьев и обломков и компенсации влияние непостоянства тепловой среды тепловое изображение может быть проанализировано, как описано ниже, с целью определения живых/неживых, перевернутых яиц или яиц с расположенным сбоку воздушным пузырем.
Алгоритм идентификации
На фиг.3А-3С показана последовательность операций для определения каждого яйца как живого/неживого или перевернутого, согласно некоторым вариантам настоящего изобретения. Вначале собирают данные о тепловом изображении и светопроницаемости для яиц в контейнере (блок 200), и каждое яйцо в носителе определяют как прозрачное, непрозрачное или отсутствующее на основе данных о проницаемости (блок 202). Все остальные яйца в носителе определяют как живые, но это определение может быть изменено при получении информации при дальнейшей обработке. Создается матрица, которая содержит сведения о положении каждого яйца в носителе и соответствующем определении каждого яйца (то есть живое, прозрачное, отсутствующее, прохладное, холодное) (блок 204).
Далее анализируют тепловое изображение обращенных вверх поверхностей яиц в носителе ("изображение верха"), полученное тепловой камерой, для определения температуры центра каждого яйца (блок 206). Затем температуры изображения верха корректируют путем расчета средней разности между температурой поверхности прозрачных яиц и температурой смежных непрозрачных яиц, и это значение добавляют к температуре поверхности прозрачного яйца (блок 208). Рассчитывают разность между температурой каждого яйца и средней температурой смежных яиц (блок 210). Если разность превышает 1,0°С (то есть яйцо теплее, чем соседние яйца), яйцо определяют в матрице состояния яиц как перевернутое, то есть яйцо идентифицируют в матрице состояния яиц как перевернутое яйцо (блок 212).
С помощью изображения обращенных вниз поверхностей яиц в носителе ("изображение низа"), полученного тепловой камерой, и его обработки определяют температуру нижней поверхности для каждого яйца (блок 214). Яйца, имеющие очень низкую температуру нижней поверхности (например, яйца с температурой по меньшей мере на 2°С ниже, чем средняя температура яиц в контейнере), определяют как холодные (блок 216). Рассчитывают разность между температурой нижней поверхности прозрачных яиц и температурой нижней поверхности каждого из живых соседних яиц прозрачного яйца (то есть яиц, смежных с конкретным прозрачным яйцом, определенных в матрице состояния яиц как живые) (блок 218), и для всех прозрачных яиц в носителе рассчитывают среднюю разность (блок 220). Расчет среднего значения позволяет исключить яйца, определенные как холодные, перевернутые или отсутствующие. Среднее значение разности для живых/неживых яиц добавляют к температуре нижней поверхности всех прозрачных яиц (блок 222). Температуру нижней поверхности перевернутых, отсутствующих и холодных яиц заменяют этим. средним значением температуры нижней поверхности их соответствующих соседних яиц, которые не являются прозрачными, отсутствующими, холодными или перевернутыми (блок 224).
Затем выполняют коррекцию для разности температур яиц по носителю путем сравнения медианы температуры нижней поверхности в каждом ряду (блок 226). Эту коррекцию выполняют путем усреднения медианы температуры нижней поверхности яиц для всех рядов и дальнейшего сравнения медианы температуры нижней поверхности для каждого ряда с общим средним значением. Температуры нижних поверхностей для всех яиц в каждом ряду затем увеличивают на величину, на которую медиана температуры нижней поверхности яйца в ряду ниже общего среднего значения. Эту операцию выполняют для всех рядов. Затем выполняют коррекцию для столбцов яиц в каждом носителе (блок 228). Коррекцию столбца выполняют путем первого усреднения медианы температуры нижней поверхности яиц для каждого столбца и последующего сравнения медианы температуры нижней поверхности для каждого столбца с общим средним значением. Температуры нижней поверхности для всех яиц в каждом столбце затем увеличивают на величину, на которую медиана температуры нижней поверхности яйца в столбце ниже общего среднего значения. Эту операцию выполняют для всех столбцов. Рассчитывают разность между температурой нижней поверхности каждого яйца и средним значением температуры нижней поверхности соседних яиц (блок 230). Если разность меньше -0,7°С, яйца определяются в матрице состояний яиц как прохладные, и их температуру нижней поверхности заменяют средней температурой живых яиц (блок 232). Этапы блоков 230-232 повторяют до обнаружения всех холодных яиц.
Определение неживых яиц
Согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения яйцо определяется как неживое, если температура поверхности центральной области обращенной вниз поверхности яйца ниже с температур центральных областей обращенных вниз поверхностей смежных яиц на заданную величину. Термин "смежные яйца" обозначает яйца, непосредственно граничащие с конкретным яйцом в носителе. Авторы установили, что яйцо, у которого температура центральной области обращенной вниз поверхности на 0,5-2,5°С ниже, чем температура соседних яиц, является неживым яйцом. В частности, авторы установили, что яйцо, температура которого более чем на 2°С ниже, чем температура смежных с ним яиц, является либо неживым, либо перевернутым яйцом. Кроме того, авторы обнаружили, что после коррекции разности температур по всему контейнеру яйцо, температура которого более чем на 1°С ниже, чем средняя температура живых яиц, окружающих это яйцо, также является неживым.
Так как температура яиц в контейнере может быть неоднородной (например, внешние ряды и столбцы могут остывать с большей скоростью, а яйца внутри контейнера менее подвержены воздействию более холодного внешнего воздуха и могут поддерживать тепло друг друга), алгоритмы идентификации согласно вариантам выполнения настоящего изобретения учитывают расположение яйца в носителе при анализе информации о температуре. Кроме того, так как одновременно обычно инкубируется несколько носителей, обычно расположенных в стеллаже, положение носителя в стеллаже также учитывается алгоритмами идентификации. Согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения алгоритм идентификации использует усреднение, при котором сравнивают медианы температур яиц в рядах и столбцах, и корректируют температуры всех яиц в ряду или столбце с учетом медианы температуры яйца в каждом ряду или столбце. Медианы температур используют, потому что они более надежны при статистической оценке, чем средние температуры, так как позволяют избежать отклонений при усреднении очень высоких или очень низких температур.
Определение перевернутых яиц
Согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения яйцо может быть определено как перевернутое, если температура обращенной вниз поверхности яйца ниже температур обращенных вниз поверхностей смежных яиц на заданную величину. Так как воздушный пузырь яйца действует как тепловая изоляция, температура конца яйца, содержащего воздушный пузырь, будет ниже, чем температура других частей яйца. Поэтому, если температура обращенной вниз поверхности яйца ниже, чем температура обращенной вниз поверхности смежных яиц в носителе, вероятно, что яйцо перевернуто в носителе. Например, как показано на фиг.4А, тепловое изображение контейнера с яйцами получают снизу (блок 300). Изображение анализируют для определения температуры нижней центральной области каждого яйца (блок 302). Рассчитывают среднюю температуру яиц, смежных с каждым яйцом (блок 304), и яйца, температура которых более чем на 2,0 градуса ниже, чем температура соседних яиц, определяют как перевернутые (блок 306).
Кроме того, яйцо может быть определено перевернутым, если обращенная вниз поверхность яйца имеет две области с соответствующими различными температурами, и если разность температур превышает заданную величину. Как показано на фиг.5, тепловое изображение конца яйца 10, имеющего воздушный пузырь, представляет собой изображение с двумя областями: центральной областью 12 и периферийной областью 14, которая окружает центральную область 12. Температура поверхности центральной области 12 будет ниже, чем температура поверхности периферийной области 14. Кроме того, две области (12, 14 на фиг.5) будут составлять каждая по меньшей мере 10% от общей площади поверхности яйца на тепловом изображении. Например, на фиг.4В тепловое изображение контейнера с яйцами получено снизу (блок 310). Изображение анализируют для определения наличия двух температурных областей для каждого яйца (блок 312). Яйца с двумя температурными областями, в которых температура одной области на 1,0 градус выше, определяются как перевернутые (блок 314).
Кроме того, яйцо может быть определено как перевернутое, если температура обращенной вверх поверхности яйца выше, чем температуры обращенных вверх поверхностей смежных яиц. Как указано для фиг.5, воздушный пузырь в яйце действует как изоляция, и температура конца яйца, в котором расположен воздушный пузырь, будет ниже, чем температура других частей яйца. Таким образом, если яйцо перевернуто, воздушный пузырь не будет присутствовать у обращенного вверх конца, и температура поверхности обращенного вверх конца будет выше, чем температура смежных яиц, имеющих воздушные пузыри у своих обращенных вверх концов. Например, на фиг.4С тепловое изображение контейнера с яйцами получено сверху (блок 320). Изображение анализируют для определения температуры верхней центральной области каждого яйца (блок 322). Рассчитывают среднюю температуру яиц, смежных с каждым яйцом (блок 324), и яйца, температура которых более чем на 2,0 градуса выше, чем температура смежных яиц, определяются как перевернутые (блок 326).
Согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения, яйцо может быть определено как перевернутое, если температура обращенной вверх поверхности яйца превышает среднюю температуру поверхности смежных яиц на заданную величину.
Согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения, яйцо может быть определено как перевернутое, если получено тепловое изображение как обращенной вверх, так и обращенной вниз поверхностей яйца, и если температура обращенной вверх поверхности выше, чем температура обращенной вниз поверхности.
Согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения, яйцо может быть определено как перевернутое, если температура обращенной вверх поверхности яйца является однородной. Как описано выше, тепловое изображение конца яйца, содержащего воздушный пузырь, будет выглядеть, как показано на фиг.5, и не будет иметь однородной температуры по поверхности из-за присутствия воздушного пузыря. Таким образом, напротив, температура поверхности конца яйца, не имеющего воздушного пузыря, будет по существу равномерной по поверхности.
Определение яйца с расположенным сбоку воздушным пузырем
Согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения, яйцо может быть определено как яйцо с расположенным сбоку воздушным пузырем, если температура краевой области поверхности яйца ниже, чем температура остальной части поверхности яйца. Как показано на фиг.6, тепловое изображение конца яйца 10, имеющего воздушный пузырь, расположенный не в конце, а в боковой части яйца, представляет собой изображение с двумя областями: более холодной областью 16 в боковой части/области и остальной областью 18, которая имеет более высокую температуру. Это относится как к тепловому изображению обращенной вверх поверхности яйца, так и к изображению обращенной вниз поверхности яйца. Термин "боковая часть" предполагает включение любой кромки и/или боковой части, видимой на тепловом изображении верха или низа яйца. Например, на фиг.4D тепловое изображение контейнера с яйцами получено сверху (блок 330). Изображение анализируют для определения наличия двух температурных областей для каждого яйца (блок 332). Яйца с двумя температурными областями, в которых температура одной области на 1,0 градус выше, и в которых более холодная область проходит к боковой стороне яйца, определяются как яйца с расположенным сбоку воздушным пузырем (блок 334).
На фиг.4Е тепловое изображение контейнера с яйцами получено снизу (блок 340). Изображение анализируют для определения наличия двух температурных областей для каждого яйца (блок 342). Яйца с двумя температурными областями, в которых температура одной области на 1,0 градус ниже и в которых более холодная область проходит до боковой стороны яйца, определяются как яйца с расположенным сбоку воздушным пузырем (блок 344).
Как показано на фиг.7, яйца могут быть удалены из носителя и помещены в устройство, которое поворачивает яйца при получении теплового изображения, согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения. Например, в показанном варианте выполнения яйцо 10 помещено между двумя роликами 20, 22, которые вращаются в одном направлении. Вращающиеся ролики 20, 22 заставляют яйцо 10 поворачиваться вокруг своей оси. Тепловая камера 30 расположена над вращающимся яйцом 10 и получает тепловое изображение всей поверхности яйца 10, когда оно вращается вокруг своей оси.
Система обработки яиц
На фиг.8 показана блок-схема системы 400 обработки яиц согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения. Показанная система 400 включает конвейерную систему 410, которая перемещает контейнеры (или другие носители) 5 яиц 10, и тепловую просвечивающую станцию 420, связанную с конвейерной системой 410 и контроллером 460, который идентифицирует живые/неживые яйца, перевернутые яйца и яйца с расположенным сбоку воздушным пузырем, как описано выше. Показанная система 400 также включает станцию 430 удаления яиц, предназначенную для выборочного удаления яиц (например, живых или неживых яиц, перевернутых яиц, яиц с расположенным сбоку воздушным пузырем) из контейнера 5 для яиц, и станцию 440 обработки яиц.
При работе контейнер 5 с яйцами 10 транспортируется от инкубатора к тепловой просвечивающей станции 420 с помощью конвейерной системы 410. Различные типы конвейерных систем могут быть использованы с вариантами выполнения настоящего изобретения. Системы транспортировки яиц хорошо известны специалистам в данной области техники и не нуждаются в дальнейшем описании. Тепловая просвечивающая станция 420 включает одну или более тепловую камеру (например, камеру FLIR ThermoVisionA20, FLIR ThermoVision320 и т.д.), предназначенную для получения теплового изображения некоторых или всех яиц 10 в контейнере 5. Согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения одна тепловая камера может быть предназначена для получения теплового изображения обращенных вверх поверхностей яиц 10, а другая тепловая камера может быть предназначена для получения теплового изображения обращенных вниз поверхностей яиц 10. Эти тепловые камеры могут быть расположены, например, смежно с соответствующими концами яиц 10. Согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения может быть использована одна тепловая камера с одним или более зеркалами, обеспечивающими просмотр камерой обоих концов яйца либо одновременно, либо последовательно.
Работой тепловой просвечивающей станции 420, конвейерной системы 410, станции 430 удаления яиц и станции 440 обработки яиц управляет контроллер 460. Контроллер 460 предназначен для точного и быстрого позиционирования тепловой камеры тепловой просвечивающей станции 420 относительно контейнера с яйцами 10. Контроллер предназначен для хранения и анализа тепловых изображений яиц, полученных тепловой просвечивающей станцией 420, как описано выше со ссылкой на фиг.3А-3С и фиг.4А-4Е. В другом варианте выполнения контроллер 460 может передавать полученные тепловые изображения внешнему процессору для их анализа. Для обеспечения взаимодействия оператора с контроллером 460 может быть предусмотрен интерфейс 470 оператора (например, дисплей).
Яйца, определенные как неживые, перевернутые или яйца с расположенным сбоку воздушным пузырем, могут быть удалены из контейнера 5 с помощью станции 430 удаления яиц. В другом варианте выполнения перевернутые яйца могут быть перевернуты в контейнере, так чтобы конец с воздушным пузырем был обращен вверх. Станция 430 удаления яиц может представлять собой станцию с ручным управлением, в которой определенные как неживые яйца удаляются вручную. В другом варианте выполнения станция 430 удаления яиц может работать автоматически и с помощью робота. Например, станция 430 удаления яиц может использовать подъемные устройства всасывающего типа, описанные в патенте США №4681063 или в патенте США №5017003. С вариантами выполнения настоящего изобретения без ограничения могут использоваться различные устройства и способы для автоматического и роботизированного удаления яиц из контейнера и транспортировки их в другое место. Примеры аппаратов для удаления яиц, которые могут выполнять функции станции 430 удаления яиц, описаны в патентах США №№6145668; 6149375; 6213709 и 6224316.
Контейнер 5 в этой точке на конвейере 410 содержит только неперевернутые живые яйца и может быт перемещен дальше к обрабатывающей станции 440 (например, для выполнения прививки, производства вакцины, отбора материала и т.д.). Примером обрабатывающей станции 440 является автоматизированная система для инъекции INOVOJECT (компания Embrex, Inc., Research Triangle Park, штат Северная Каролина). Однако различные другие обрабатывающие станции, способные осуществлять введение и/или удаление материала из яйца, могут использоваться в соответствии с некоторыми вариантами выполнения настоящего изобретения.
Экспериментальные результаты
Результаты 18-го дня
В три разных дня было обработано и проанализировано всего 28000 яиц 18-го дня, как от молодых, так и от старых птиц (33 недели и 51 неделя). Фаза II закончилась после достижения 99,93% правильно идентифицированных живых яиц, 99,91% правильно идентифицированных неживых и 99,95% правильно идентифицированных перевернутых яиц, причем, оказалось, что возраст птицы влияет на точность определения живых/мертвых яиц. (Полная таблица наших данных тестирования приведена в Приложении).
Результаты 16-го Дня
Дополнительно были получены изображения и проанализированы 9600 яиц 16-го дня от молодых птиц (33 недели). Яйца от более старых птиц были исключены из этого исследования, так как анализ яиц 18-го дня показал отсутствие разницы в точности анализа яиц от молодых и старых птиц. Было установлено, что были идентифицированы правильно 99,98% живых яиц, и обнаружены правильно 99,32% неживых яиц, а также 100% перевернутых яиц.
Было обнаружено, что фактор, дающий наибольший вклад в ошибку обнаружения неживых яиц, исходит от яиц, идентифицируемых при вскрытии, как "умершие позже". Термин "умершие позже", используемый в нашей классификации, обозначает эмбрионы, которые умерли между 15-ым и 18-ым днем. Так как разумно предположить, что эти "умершие во вторую половину срока" эмбрионы были еще живы в день 15,5, скорректированная статистика выглядит так: правильно идентифицировано 99,98% живых яиц, 99,90% неживых яиц и 100% перевернутых яиц.
Правильно идентифицированы
День 18
День 15,5
День 15,5 без умерших позже*
Живые
99,93%
99,98%
99,98%
Неживые
99,91%
99,32%
99,90%
Перевернутые
99,95%
100,00%
100,00%
*"Умершие позже" - смерть произошла между 15-ым днем и 18-ым днем инкубации.
Точность определяется следующим образом:
Точность = (1 - количество неправильно идентифицированных яиц/общее количество яиц) × 100.
Выше описан пример настоящего изобретения, и он не должен рассматриваться как ограничение изобретения. Несмотря на то что выше описано несколько вариантов выполнения изобретения, специалисты в данной области техники легко поймут, что в примерных вариантах возможны множество изменений без отклонения от новых признаков и преимуществ этого изобретения. Соответственно, все такие изменения предполагаются включенными в объем этого изобретения, определенный в формуле изобретения. Изобретение определяется следующими пунктами формулы изобретения с включенными эквивалентами пунктов формулы изобретения.