一种基于宠物脸识别的自动喂食装置的制作方法

本发明涉及智能家居技术领域，特别涉及一种基于宠物脸识别的自动喂食装置。

背景技术：

随着社会经济的发展和智能化产品的应用，人们追求精神满足，喜爱与猫狗等宠物为伴，宠物需求数量日益增多，宠物产品市场规模较大。同时，人们的科学养宠意识也逐渐提高，寻求健康合理的养宠生活，避免因时间精力不够引起的宠物喂食不规律等问题。这种养育意识的变化传达到生产端，就会给科学智能的喂食产品带来行业新机遇。

在大的技术背景上来讲，宠物的自动喂养问题在国内外早有研究，目前的相关研究在智能化和自动化方面已经取得了很大的进展，但是存在设备体积大、结构复杂、价格昂贵，普通的宠物饲养者无法承担等问题。

在小的技术背景上来讲，目前现有的宠物自动喂食装置在向着智能化方面一点点靠近，如项志、赵娟等人在2019年提出的一种基于t89s52单片机控制的智能宠物喂食器，其系统由单片机主控系统、扬声器、步进电机模拟投食模块、闹钟模块、万年历、光控开关几部分组成。其可实现的功能为：提前放置食物在投食器的储物箱中，当设置好的投食时间到达时，自动发出报警信号引起宠物注意，然后自动投放食物给宠物。还有一种智能宠物喂食器是通过wi-fi模块将手机和喂食器通过网络进行数据交换，通过手机发送指令，以控制单片机发送指令，控制电机旋转，实现投喂。然而，目前大多数宠物喂食器都比较简单，结构单一，只能按照设定的时间定时投喂或者通过手机等智能设备远程操控实现投喂，难以满足宠物主人对宠物身体健康、精神健康等方面的需求。

技术实现要素：

本发明提供了一种基于宠物脸识别的自动喂食装置，以解决目前现有的宠物喂食器只能按照设定的时间定时投喂或者通过手机等智能设备远程操控实现投喂，难以满足宠物主人对宠物身体健康、精神健康等方面的需求的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一种基于宠物脸识别的自动喂食装置，所述基于宠物脸识别的自动喂食装置包括：喂食器、服务器和用户端；其中，

所述喂食器包括底座，所述底座上设置有壳体，所述壳体上设置有储食箱，所述储食箱上设置有盖体；所述储食箱内设置有多个储食桶；所述壳体的一侧底端开设有开口，所述壳体的一侧对应所述开口的位置设置有食槽；每一储食桶的底端分别设置有一管道，且每一管道上分别设置有一阀门机构；所述管道的入口端与对应的储食桶连通，出口端从所述开口伸出，并延伸至所述食槽；

所述喂食器上设置有传感器和摄像头，所述喂食器内设置有投喂控制器，所述传感器、摄像头以及阀门机构均与所述投喂控制器电连接，所述投喂控制器与所述服务器和用户端分别通信连接，所述服务器与所述用户端通信连接；

所述用户端用于设定宠物脸图像数据库和宠物进食模式；所述传感器用于检测是否有宠物接近所述食槽，当所述传感器检测到有宠物接近所述食槽时，所述投喂控制器控制所述摄像头对当前接近所述食槽的宠物的脸部进行拍摄，并将拍摄到的宠物脸图像上传至所述服务器；所述服务器用于基于预设的图像识别算法，根据所述用户端设定的宠物脸图像数据库，对所述投喂控制器上传的宠物脸图像进行识别，并根据识别结果，结合所述用户端设定的宠物进食模式，判断当前宠物的投喂方式，并根据判断结果向所述投喂控制器发送投喂指令，由所述投喂控制器根据所述投喂指令，控制相应阀门机构的开合状态。

其中，所述传感器设置在所述壳体外侧壁上，所述摄像头设置在所述储食箱外侧壁上，并与所述传感器位于所述喂食器的同一侧；所述投喂控制器设置在所述壳体内。

其中，所述传感器为红外传感器；所述壳体上还设有与所述投喂控制器电连接的显示屏。

其中，所述投喂控制器控制所述摄像头对当前接近所述食槽的宠物的脸部进行拍摄，包括：

所述投喂控制器控制所述摄像头对当前接近所述食槽的宠物的脸部进行连续拍摄，以采集当前宠物的十张脸部图像；其中，拍摄间隔为0.8秒。

其中，所述服务器基于预设的图像识别算法，根据所述用户端设定的宠物脸图像数据库，对所述投喂控制器上传的宠物脸图像进行识别，包括：

对所述投喂控制器上传的宠物脸图像进行图像预处理，将预处理后的宠物脸图像送至基于卷积神经网络的识别算法中进行宠物脸识别，若有三张或三张以上的宠物脸图像可对应所述宠物脸图像数据库中的同一只宠物，则识别完成。

其中，图像预处理包括：图像去噪、模糊复原和宠物脸部的检测及校正。

其中，所述图像去噪采用高斯滤波实现，所述模糊复原采用维纳滤波实现，所述宠物脸的检测及校正为借助dlib库进行宠物脸检测以及裁剪校正。

其中，储食桶的数量为三个；进食模式包括进食间隔时长和单次进食量。

其中，所述服务器根据识别结果，结合所述用户端设定的宠物进食模式，判断当前宠物的投喂方式，并根据判断结果向所述投喂控制器发送投喂指令，由所述投喂控制器根据所述投喂指令，控制相应阀门机构的开合状态，包括：

若所述服务器确定当前宠物在所述进食间隔时长内已经进过食，则通过所述投喂控制器控制相应阀门机构保持关闭；

若所述服务器确定当前宠物在所述进食间隔时长内未进过食，则根据当前宠物对应的单次进食量，计算对应的阀门机构的打开时间，通过所述投喂控制器控制相应阀门机构打开，完成定量喂食，并将本次喂食记录到所述服务器中。

其中，阀门机构包括阀门和步进电机，所述步进电机与投喂控制器电连接，所述阀门与所述步进电机传动连接，以通过所述步进电机控制所述阀门的开合。

本发明提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

1、实现了自动投放特定进食量，本发明通过传感器及摄像头的捕捉，以及与上次投喂时间距离的计算，可智能化的准确判断宠物此时是否为“饿了”。以及根据主人对宠物的了解，只需在用户端设置好每次投放食物的量，系统即可自动投放出该宠物一次进食特定的量，有效减少了无人看管时宠物们粮食不够吃或者因粮食储备太多而暴饮暴食现象的发生。

2、实现了宠物均衡化饮食，通过对市场上现有的宠物自动投食装置的研究发现，几乎都是只有一个储食桶，若顾客还有对宠物自动喂水的需求，还要另外购买自动饮水机，性价比不高。而本发明的喂食器内有多个储食桶和对应的多个阀门机构，可以分别存放不同种类的食物，即实现一个装置给家里或宠物店内不同类别的宠物投喂不同的食物。同时，多个储食桶也可以方便地为宠物特制“食谱”，每次投喂时，不同类别的食物投放不同的比例，有效避免了食物单一的现象，为宠物们的均衡化饮食提供保障。

3、实现了特制投喂，本发明将宠物的自动喂食装置与脸部识别算法相结合，通过红外摄像头拍摄的宠物脸图片，经卷积神经网络脸部识别算法与数据库中的已有的宠物脸进行对比。即实现了当检测到某一只宠物靠近该装置后，系统可立刻识别出是具体哪一只宠物，再根据后台管理系统提前设置好的投放食物的种类及份量，实现“特制投喂”，完成不同宠物的不同喂食功能。

4、喂食时间记录，本发明的自动喂食装置会将每次喂食的时间记录到后台，保证相邻两次喂食的时间差是大于设定时长的，这样不仅有效避免了宠物因频繁被检测到脸部造成投喂过多、食物浪费，也降低了宠物们因不能控制自己暴饮暴食现象的发生，同时也方便了主人或管理者及时查询宠物们的进食情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的基于宠物脸识别的自动喂食装置的外部结构示意图；

图2为本发明提供的基于宠物脸识别的自动喂食装置的内部结构示意图。

附图标记说明：

1、底座；2、壳体；3、储食箱；4、盖体；5、储食桶；6、食槽；7、管道；

8、阀门机构；9、传感器；10、摄像头；11、显示屏。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

请参阅图1和图2，本实施例提供了一种基于宠物脸识别的自动喂食装置，该基于宠物脸识别的自动喂食装置包括：喂食器、服务器和用户端；其中，

所述喂食器包括底座1，所述底座1上设置有壳体2，所述壳体2上设置有储食箱3，所述储食箱3上设置有可开合的盖体4；所述壳体2可以起到支撑安装的作用，以将所述储食箱3安装在所述底座1上；所述储食箱3内设置有多个储食桶5；所述壳体2的一侧底端开设有开口，所述壳体2的一侧对应所述开口的位置设置有食槽6；每一储食桶5的底端分别设置有一管道7，且每一管道7上分别设置有一阀门机构8；所述管道7的入口端与对应的储食桶5连通，出口端从所述开口伸出，并延伸至所述食槽6；当阀门机构8打开时，对应的储食桶5内储存的食物或水可以通过对应的管道7流入所述食槽6内，供宠物进食。

所述喂食器上设置有传感器9和摄像头10，所述喂食器内设置有投喂控制器(图中未示出)，所述传感器9、摄像头10以及阀门机构8均与所述投喂控制器电连接，所述投喂控制器可以外接电源或采用内置电源供电；所述投喂控制器与所述服务器和用户端分别通信连接，所述服务器与所述用户端通信连接；

用户端用于设定宠物脸图像数据库和宠物进食模式，包括进食间隔时长和单次进食量；传感器9用于检测是否有宠物接近食槽6，当传感器9检测到有宠物接近食槽6时，所述投喂控制器控制所述摄像头10对当前接近所述食槽6的宠物的脸部进行拍摄，并将拍摄到的宠物脸图像上传至所述服务器；所述服务器用于基于预设的图像识别算法，根据所述用户端设定的宠物脸图像数据库，对所述投喂控制器上传的宠物脸图像进行识别，并根据识别结果，结合所述用户端设定的宠物进食模式，判断当前宠物的投喂方式，并根据判断结果向所述投喂控制器发送投喂指令，由所述投喂控制器根据所述投喂指令，控制相应阀门机构8的开合状态，以实现针对不同的宠物投喂不同的种类及份量的食物。

具体地，在本实施例中，考虑到宠物体温和人类接近，因此，本装置的传感器9采用的是人体热释红外传感器hc-sr501实现全自动感应，一旦检测到有宠物进入其感应范围则输出高电平。该传感器9可以设置在所述壳体2的外侧壁上；同时，所述摄像头10设置在所述储食箱3的外侧壁上，并与所述传感器9位于所述喂食器的同一侧；所述投喂控制器设置在所述壳体2的内部。

进一步地，所述壳体2上还设有与所述投喂控制器电连接的显示屏11和控制按键，可以通过显示屏11和控制按键对本实施例的自动喂食装置进行设置。

投喂控制器与服务器和用户端之间的通信实现方式为：通过单片机驱动网络模块，如w5100，实现最基本的socket连接和数据收发。在经传感器9激活后，上传实时宠物脸图像至服务器进行脸部对比，并根据服务器返回的识别结果向对应的阀门机构8发送指令，以控制阀门开关以及对应开放时间。

投喂控制器以stm32微控制器为核心，主要由电源和电机驱动模块构成。其中，阀门机构8包括阀门和步进电机，所述步进电机与投喂控制器电连接，所述阀门与步进电机传动连接，以通过所述步进电机控制阀门的开合。步进电机正转为开启阀门，反转为关闭阀门，从而完成食物的定量投放功能。当然，可以理解的是，阀门机构8也可以采用电磁阀实现，本实施例对此不作限定。

主人和管理者可以通过用户端上设置的后台管理系统对宠物脸图像数据库进行增删更改等操作，并对宠物的进食数据进行监测及管理。

上述储食桶5的数量为三个(可以分别放置不同的食物)；当然，可以理解的是，储食桶5的数量可根据实际需求设置，本实施例对此不作具体限定。

其中，所述投喂控制器控制所述摄像头10对当前接近所述食槽6的宠物的脸部进行拍摄的方式为：所述投喂控制器控制所述摄像头10对当前接近所述食槽6的宠物的脸部进行连续拍摄，以采集当前宠物的十张脸部图像；其中，拍摄间隔为0.8秒。所述服务器基于预设的图像识别算法，根据所述用户端设定的宠物脸图像数据库，对所述投喂控制器上传的宠物脸图像进行识别，包括：

对所述投喂控制器上传的宠物脸图像进行图像预处理，将预处理后的宠物脸图像送至基于卷积神经网络的识别算法中进行宠物脸识别，若有三张或三张以上的宠物脸图像可对应所述宠物脸图像数据库中的同一只宠物，则识别完成。

其中，图像预处理包括：图像去噪、模糊复原和宠物脸部的检测及校正；其中，所述图像去噪采用高斯滤波实现，在图像的高斯平滑中，对图像进行平均时，邻域中的不同像素被赋予了不同的权重。本实施例中采用调用opencv中的gaussianblur函数直接实现该操作。所述模糊复原采用维纳滤波实现，在摄像头10不动的情况下，宠物们可能会迅速移动很快，导致拍摄出的照片模糊看不清清晰的面部，影响后面的脸部识别，因此，本装置采用维纳滤波的方式去除运动模糊，有效增强脸部识别的精确度。所述宠物脸的检测及校正的方式为：借助深度学习人脸识别领域已经成熟的dlib库进行脸部检测以及裁剪校正。

经过以上处理后的宠物脸图像输入到基于fasterr-cnn的神经网络识别模型中。通过调节不同阶段的step与learning_rate值寻找最优参数，确定神经网络的结构及参数。该神经网络的作用为将输入的宠物脸部图像转化为一个1024维的向量，与数据库中同样维度的已知各类向量对比。通过计算复杂度不变距离，与数据库中最相似的宠物脸部进行匹配，从而完成识别。

其中，所述服务器根据识别结果，结合所述用户端设定的宠物进食模式，判断当前宠物的投喂方式，并根据判断结果向所述投喂控制器发送投喂指令，由所述投喂控制器根据所述投喂指令，控制相应阀门机构的开合状态，包括：

根据返回得到的识别结果向投喂控制器发送指令，根据识别结果的不同，将发送打开阀门、保持阀门关闭及异常重试三种指令给投喂控制器以执行。

若所述服务器确定当前宠物在所述进食间隔时长(例如6个小时)内已经进过食，则通过所述投喂控制器控制相应阀门机构保持关闭(避免主人不在家时频繁投喂某一只宠物造成食物的浪费)；

若所述服务器确定当前宠物在所述进食间隔时长(例如6个小时)内未进过食，则根据当前宠物对应的单次进食量，自动计算对应的阀门机构的打开时间，通过所述投喂控制器控制相应阀门机构打开，完成定量喂食，并将本次喂食记录到所述服务器中，以便下次的计算时间判断是否投喂。

综上，本实施例将宠物自动喂食装置与计算机视觉领域的图像识别结合起来。通过引进结合神经网络图像识别算法，通过红外传感器检测、摄像头摄取宠物脸图像，并上传至云服务器上进行脸部识别，这样不仅可以改进传统装置定时投喂的不便捷，同时也通过脸部识别，完成宠物的确定，可实现对不同的宠物投喂不同种类、分量的食物，从而使得宠物自动投喂装置更加智能化。

此外，需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

还需要说明的是，以上所述仅是本发明优选实施方式，应当指出，尽管已描述了本发明优选实施例，但对于本技术领域的技术人员来说，一旦得知了本发明的基本创造性概念，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

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