FLIR在線熱像儀應(yīng)用于奶牛炎癥在線監(jiān)測

隨著產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，現(xiàn)代化農(nóng)場的構(gòu)成與工廠越來越相似。如今的農(nóng)場主們花在體力勞動(dòng)上的時(shí)間越來越少，大部分時(shí)間都是通過計(jì)算機(jī)操作。在這種環(huán)境下，良好的自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)對(duì)于確保生產(chǎn)質(zhì)量和持續(xù)性而言*。位于瑞典林雪平的Agrican公司意識(shí)到這一點(diǎn)，并使用FLIR紅外熱像儀開發(fā)了一套自動(dòng)化奶牛監(jiān)測系統(tǒng)。

Agrican的創(chuàng)始人Ellinor Eineren解釋道：“現(xiàn)代奶牛業(yè)面臨的一大難題是奶牛的乳腺炎，乳腺炎是指奶牛乳房中持續(xù)出現(xiàn)炎癥。這種乳腺傳染病存在致命風(fēng)險(xiǎn)，是奶牛常患的一種疾病，但如果能夠早期確診，則非常容易治療。”

Eineren認(rèn)為，傳統(tǒng)手工擠奶很容易發(fā)現(xiàn)正在惡化的乳腺炎。“乳腺炎的血液加速流動(dòng)會(huì)導(dǎo)致奶牛乳房非正常升溫，憑此可判斷奶牛乳房的健康狀況。農(nóng)場主們?cè)谧R(shí)別這些癥狀方面本應(yīng)有大量的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，但由于現(xiàn)代社會(huì)擠奶機(jī)取代人工進(jìn)行擠奶，所以靠經(jīng)驗(yàn)診斷并非易事。”

上千萬的損失

“傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)無法判斷奶牛患病，這對(duì)乳業(yè)來說是個(gè)棘手的問題。乳腺炎給動(dòng)物帶來疼痛和不適，必須用抗生素加以治療。這樣不僅會(huì)增加獸藥成本，而且根據(jù)嚴(yán)格的歐洲規(guī)定，在所有抗生素殘留物從動(dòng)物體內(nèi)排出前，所有擠出的牛奶都不能使用。”     

盡管估計(jì)值有一定出入，但是能肯定，歐洲奶牛場的農(nóng)場主們每年會(huì)因奶牛患上乳腺炎而損失上千萬。“因此我們開始為這個(gè)難題尋找解決方案：一套基于熱成像技術(shù)的自動(dòng)早期檢測系統(tǒng)。”

炎癥檢測工具

世界各地都有獸醫(yī)使用便攜式紅外熱像儀為家畜檢測炎癥的案例。作為診斷馬、牛、狗、貓等動(dòng)物的炎癥和其他健康問題的工具，紅外熱像儀受到越來越多動(dòng)物健康專業(yè)人士的歡迎。“但在這些情況下，必須有操作人員在場手動(dòng)記錄這些圖像并分析熱圖像數(shù)據(jù)。就我所知，沒有哪套系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。”

因此Eineren及其公司Agrican開發(fā)出一套自己的系統(tǒng)，名為CaDDi（Cattle Disease Diagnostics“奶牛疾病診斷”的縮寫）。“我們與位于林雪平的FLIR產(chǎn)品經(jīng)銷商Termisk Systemteknik合作測試了這種產(chǎn)品的可行性。合作步即是測試紅外熱像儀能否檢測出乳腺炎，為此我們使用FLIR P660紅外熱像儀手動(dòng)記錄奶牛乳房的熱圖像，并與來自瑞典國家獸醫(yī)局的獸醫(yī)共同分析獲得的熱圖像。”

利用先進(jìn)算法自動(dòng)分析

Elineren補(bǔ)充道：“下一步就是開發(fā)一套能自動(dòng)完成上述工作的系統(tǒng)。但是說起來容易做起來難。在熱圖像中，并非每一塊熱區(qū)都代表出現(xiàn)炎癥。動(dòng)物的體溫波動(dòng)是正常現(xiàn)象，而且不同動(dòng)物的熱圖像也存在許多細(xì)微差異。所以，我們需要更先進(jìn)的分析方法來防止誤報(bào)警。”

Termisk Systemteknik的執(zhí)行官Stefan Sjokvist說道：“Termisk Systemteknik分析各類圖像（包括熱圖像）的經(jīng)驗(yàn)已超過30年。但是這個(gè)特殊應(yīng)用領(lǐng)域依舊是一個(gè)艱難的挑戰(zhàn)，因?yàn)槲覀冃枰紤]每只動(dòng)物特有的熱性能，這樣才能得到結(jié)果。”  

FLIR A310紅外熱像儀

在林雪平附近的一個(gè)奶牛場里，Sjokvist 和他的同事將兩臺(tái)FLIR A310紅外熱像儀安裝在擠奶機(jī)兩側(cè)的牢固防水外殼內(nèi)。Sjokvist 解釋道：“FLIR A310紅外熱像儀的熱靈敏度為50mk，分辨率為320*240像素，足以提供我們用于此應(yīng)用所需的細(xì)節(jié)圖像和熱數(shù)據(jù)。”

為保護(hù)FLIR A310紅外熱像儀不受奶牛場中不利條件的影響，將其安裝在配備自動(dòng)窗戶清潔系統(tǒng)的防水外殼內(nèi)。

這兩臺(tái)FLIR A310紅外熱像儀連續(xù)6個(gè)月都在記錄奶牛乳房熱圖像。通過自動(dòng)擠奶機(jī)上配備的無線射頻識(shí)別(RIFD)項(xiàng)圈的識(shí)別系統(tǒng)，我們建立了每一頭奶牛的熱圖像數(shù)據(jù)庫。“借助該數(shù)據(jù)庫，軟件就能確定每只動(dòng)物的正常熱圖像。系統(tǒng)能夠?qū)⒚看蔚男伦x數(shù)與早先記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，從而準(zhǔn)確地檢測出表示患有乳腺炎的熱異常類型。隨著數(shù)據(jù)庫的擴(kuò)展，這種自學(xué)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性也會(huì)相應(yīng)提升。” 

臺(tái)FLIR A310紅外熱像儀從奶牛兩側(cè)記錄其乳房圖像。

檢測其他健康問題

據(jù)Sjokvist所說，他們還計(jì)劃擴(kuò)展該系統(tǒng)，使其能夠檢測其他健康問題。“這種技術(shù)可以在動(dòng)物表現(xiàn)出臨床癥狀之前，檢測出各種健康問題，例如，其他類型的炎癥、神經(jīng)損傷、骨骼問題或創(chuàng)傷等。”Eieren對(duì)此表示同意：“我們現(xiàn)在銷售的產(chǎn)品是針對(duì)乳腺炎的CaDDi，但將來會(huì)開發(fā)面向其他疾病和其他動(dòng)物的模塊。我們與瑞典國家獸醫(yī)局的獸醫(yī)緊密合作，共同驗(yàn)證我們現(xiàn)有和將要開發(fā)的所有模塊的準(zhǔn)確性。”