CN102340988A - 光子栅栏 - Google Patents
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Abstract
一种用于跟踪空中的生物体的系统包括成像器，成像器的视场中的背光源(例如，后向反射器表面)，以及处理器，处理器配置成分析由处理器捕获的一个或多个图像，以识别一生物体的生物特性。
Description
相关申请的交叉引用
本申请涉及并要求自所列申请(“相关申请”)最早有效递交日的权益(例如，要求对于除临时专利申请之外的最早有效优先权日或根据35 USC$ 119(e)要求临时专利申请、相关申请的任何及所有母案申请、母案的母案申请、母案的母案的母案申请的权益)。所有相关申请及相关申请的任何及所有母案申请、母案的母案申请、母案的母案的母案申请的主题以这样的主题与这里附上的相关申请一致的程度，在此通过引用方式并入。
相关申请：
为了USPTO法规以外的要求，本申请要求2009年1月15日递交的、发明人是Roderick A.Hyde，Eric Johanson，Jordin T.Kare，Nathan P.Myhrvold，Thomas J.Nugent，Jr，Nels R.Peterson，LowellL.Wood Jr.、题为PHOTONIC FENCE的第61/205,430号美国临时申请的优先权的权益，该美国临时申请是在本申请的递交日前12个月内递交的，或者本申请是具有要求递交日的权益的资格的当前共同待决申请的申请。
美国专利局(USPTO)已经公布了一个通知，该通知关于USPTO的计算机程序要求专利申请人引用序列号并指出申请是继续申请还是部分继续申请。在2003年3月18日的USPTO官方公报上刊登的Stephen G.Kunin的Benefit of Prior-Filed Application，在http://www.uspto.gov/web/offices/com/sol/og/2003/week11/patbene.htm上可获得。本申请人实体(在下文中称“申请人”)已经提供了如法规所陈述的对优先权被要求的申请的具体引用。申请人理解的是，法规以其特定的参考语言是明确的，并且不需要用于要求U.S.专利申请的优先权的序列号或任何特征，诸如“继续申请”或“部分继续申请”。尽管前述的，申请人理解USPTO的计算机程序具有确定的数据项要求，并且因此如上面提出的申请人正指定本申请作为其母案申请的部分继续，但清楚地指出这样的指定不要以任何方式被解释为关于本申请是否包含除其母案申请的主题之外任何新的主题的任何类型的注解或承认。
概述
在一个方面，用于跟踪空中的生物体的系统包括成像器(例如，照相机或扫描器)，背光源(例如，后向反射器)，以及处理器。处理器配置成分析由成像器捕获的一个或多个图像，图像包括背光源的至少一部分，以使用特征频率、谐波振幅、形状、尺寸、飞行速度、地面速度或位置识别在成像器的视场中的一生物体(例如，昆虫，诸如蚊子、蜜蜂、蝗虫或蛾)的生物特性(例如，属、类、性别、交配状态、怀孕、喂食状态、年龄或健康状态)。该系统还可包括照明光源，其布置成照明成像器的视场。生物体可具有翅膀，在这种情况下处理器可配置成使用翅膀拍打频率识别生物特性。
系统还可包括检测器，其配置成检测指示在成像器的视场中的生物体的特性的信号。例如，检测器可包括光电二极管，其可配置成检测来自配置成射向生物体的可选目标定位光源的光，或来自背光源的光。目标定位光源可配置成从多个方向对准生物体(例如，可放置在围绕所期望的生物体位置处的一组聚光灯或LED)。检测器可配置成检测指示从成像器到生物体的距离的信号，例如通过检测由生物体在多个目标定位光源(例如其可是不同颜色的或配置成可选地打开和关闭)处投射的阴影、或通过使用多个光学位置感测设备以三角测量生物体。处理器(或第二处理器)可配置成使用该信号以确定从成像器到生物体的距离。可选地，处理器可使用由成像器捕获的一个或多个图像以确定到生物体的距离，例如在成像器包括多个成像设备的情况下，其可以与上述的目标定位光源相同的方式起作用。检测器可具有大于成像器的帧率的一半的带宽，或小于或等于成像器的帧率，并且可具有大于或小于成像器的图像分辨率或视场。检测器可以是声学的。
在另一方面，跟踪空中的生物体的方法包括从成像器获得第一图像，成像器具有在其视场中的背光源(例如，后向反射器)；确定该图像包括在一位置处的生物体；获得第二图像；以及使用第二图像(例如，通过确定特征频率、谐波振幅、形状、尺寸、飞行速度、地面速度、飞行方向、飞行路径或位置)确定生物体的生物特性(例如，属、类、性别、交配状态、怀孕、喂食状态、年龄或健康状态)。第一和第二图像具有不同的分辨率(例如，第一图像可比第二图像精细或粗糙)，或者它们以不同的帧率获得(例如，第二图像可在以第一图像快或慢的帧率来获得)。图像还可以在尺寸上不同。获得第一或第二图像可包括照明所获得的图像的区域，例如用激光器或LED。获得任一图像可包括获得一系列的图像。两个图像都可由成像器来获得，或第二图像可由不同的设备(例如，光电二极管)获得。
在另一方面，用于使空中的生物体失去能力的系统包括成像器(例如，照相机或扫描器)，背光源(例如，后向反射器)，处理器以及失能系统。处理器配置成分析由成像器捕获的一个或多个图像，图像包括背光源的至少一部分，并且使用特征频率、谐波振幅、形状、尺寸、飞行速度、地面速度或位置来识别在成像器的视场中的一生物体(例如，昆虫，诸如蚊子、蜜蜂、蝗虫或蛾)的生物特性(例如，属、类、性别、交配状态、怀孕、喂食状态、年龄或健康状态)。失能系统配置成响应于所识别的特性(例如，通过杀死、损坏翅膀或触角、或削弱生物功能)使生物体失去能力(例如，仅使确定属、类、性别或怀孕的生物体失去能力)。失能系统可包括激光器(例如，UV-C激光器或红外激光器)，并且可配置成接受来自处理器的位置数据用于目标定位生物体。
在另一方面，使空中的生物体失去能力的方法包括从成像器获得第一图像，成像器具有在其视场中的背光源(例如，后向反射器)；确定该图像包括在一位置处的生物体；获得第二图像；使用第二图像(例如，通过确定特征频率、谐波振幅、形状、尺寸、飞行速度、地面速度、飞行方向、飞行路径或位置)确定生物体的生物特性(例如，属、类、性别、交配状态、怀孕、喂食状态、年龄或健康状态)，以及响应于所确定的生物特性使生物体失去能力(例如杀死生物体或削弱身体功能，身体功能诸如交配、喂食、飞行、听力、声音感测、化学感测或视力)。第一和第二图像具有不同的分辨率(例如，第一图像可比第二图像精细或粗糙)，或者它们以不同的帧率获得(例如，第二图像可在比第一图像快或慢的帧率处获得)。例如通过将激光束射向生物体(可选地使用从一个或两个所获得的图像获得的目标定位信息)、通过将声脉冲射向生物体、通过释放化学制剂或通过将生物对策指向生物体可使生物体失去能力。
另一方面，用于识别在区域中飞行的昆虫的状态的系统包括成像器，配置成被放置在成像器的视场中的背光源(例如，后向反射器)，以及处理器，其配置成分析由包括背光源的至少一部分的、成像器捕获的一个或多个图像，该处理器配置成使用特征频率、形状、尺寸、飞行速度、地面速度或位置识别在成像器的视场中的一昆虫的可能的生物状态。昆虫可以是蚊子，在这种情况下处理器可配置成确定蚊子感染有疟疾的概率。处理器可配置成收集多个昆虫的可能的生物状态，例如收集一群昆虫的种群数据或收集根据环境参数(例如，一天的时间、季节、天气或温度)变化的可能的生物状态数据。
前述概要仅是说明性的，并且不用来以任何方式进行限制。除上述的说明性的方面、实施方式及特征之外，进一步的方面、实施方式及特征将通过参考附图和下面的详细描述变得明显。
附图简述
图1是检测系统的示意图。
图2示出围绕建筑物的系统的实施方式。
图3是跟踪和给药系统的实现的控制流程图。
图4是受损的蚊子翅膀的照片。
图5是一系列的蚊子IR激光照射的致死率图表。
图6是对雌性蚊子的UV激光照射的致死率图表。
图7是对雄性蚊子的UV激光照射的致死率图表。
详细描述
在下面的详细描述中，关于形成本文一部分的附图作出参考。在附图中，相同的符号通常标识相同的部件，除非上下文另有规定。在详细描述、附图及权利要求中所描述的说明性实施方式不意为是限制性的。可以利用其他实施方式，并可以作出其他改变，而没有脱离这里所提出的主题的精神或范围。
如图1所示，用于定位或识别附近信息、或可选地使昆虫或其他生物体失去能力的系统包括成像器10、照明源12、后向反射器表面14、配置成分析由成像器10捕获的图像的处理器16、目标定位激光器18以及光电二极管20。在所说明的实施方式中，成像器10是放置在支撑柱22的底部的CMOS照相机，而多种其他成像器可能是适合的。例如，基于CCD的检测器、扫描系统或其他类型的检测器可被实现。此外，在一些方法中两个或更多成像器可被放置在支撑柱22上或其他支撑物上。在一些实施方式中，后向反射器表面14可以用光发射表面(背光)来代替，例如带有对光的期望角度分布的大体上均匀的光发射表面，其可朝着成像器10来瞄准。
如所说明的，后向反射器表面14被放置在远离支撑柱22隔开的相邻的支撑柱24上以限定一中间区。在一些实施方式中，成像器或后向反射器表面可被放置在多个支撑柱上。例如，在一些实施方式中，支撑柱可被布置成围绕所关心的区域，如在图2中所示的，并且成像器或后向反射器表面可被布置在支撑柱上以便观察全部、大体上全部或至少一部分的到所关心的区域的入口。尽管为了说明清楚被放置在图1中的支撑柱22上的元件已经被分离地放置，但实际上它们可以更加紧密地放置。
在所说明的实施方式中，支撑柱22和24具有一高度，该高度被选择以超过所关心的昆虫的典型飞行高度。例如，大于99％的按蚊属蚊子(其可携带能够传染人的疟疾的菌株)在小于3-5米的高度处飞行，所以3-5米的支撑柱可以被用在能够观察通过所关心的区域的大体上全部的蚊子的系统中。支撑柱22和24的宽度被选择以提供对包括后向反射器表面14的部件的足够的支撑和表面积；在所说明的实施方式中，支撑柱是10-20cm宽，并且间隔100m放置。后向反射器表面14的宽度和成像器10的视场的宽度可根据所关心的目标的飞行速度和成像器10的帧率来选择，使得昆虫的轮廓将在至少一个完全的帧时间间隔内在视场内，并且可根据飞行速度和期望的翅膀拍打感测精度来选择，使得轮廓将在足够的一段时间内在视场内以进行期望的精度的测量。
照明源12(其可以是，例如，激光器、LED、白炽灯、反射日光的反射镜、或任何其他适当的光源)将光从支撑柱22射向支撑柱24以照明在支撑柱24上的后向反射器表面14。在所说明的实施方式中，照明源12是产生扇形光束的LED。后向反射器14将光返回到成像器10。当生物体26(诸如蚊子)在柱22和24之间行进时，生物体在后向反射器背景14上呈现为暗色阴影或为光束的断裂。当检测到这样的阴影时，在一些实施方式中，成像器10可转换成较高帧率或对该阴影局部的较高空间分辨率。可选择地，第二成像器(未示出)可用于收集较高帧率的图像或在阴影局部的小区域内的较高分辨率的图像。较高帧率图像可以例如由处理器16使用来识别蚊子(或其他飞行生物体)的翅膀拍打频率。翅膀拍打频率和谐波可被用于检测可能的种类、性别及其它生物特性，诸如蚊子的交配状态；关于特征频率的一些信息，见Robertson等人的“Heritability of wing-beatfrequency in Anopheles quadrimaculatus，”J.Amer.Mosquito Control Assoc，18(4)：316-320(2002)；Moore的“Artificial Neural Network Trained to IdentifyMosquitoes in Flight，”J.Insect Behavior，4(3)：391-396(2005)；“AnAutomated Flying-Insect Detection System，”NASA Technical Briefs，SSC-00192(2007)，可在http://www.techbriefs.com/content/view/2187/34/获得；等人的“Nanometre-range acoustic sensitivity in male and femalemosquitoes，”Proc.Biol.Sci.267(1442)：453-457(2000)；以及Gibson等人的“Flying in Tune：Sexual Recognition in Mosquitoes，”Curr.Biol.16：1311-1316(2006)，其全部通过引用被并入本文。
在一些实施方式中，谐波频率谱在识别蚊子或其他昆虫上可具有重大的效用。例如，某些蜜蜂种类的翅膀拍打的二次谐波频率大体上类似于某些种类的蚊子的翅膀拍打频率。从而，在一些实施方式中，谐波频率的光谱分析可用于防止将蜜蜂假性识别为蚊子。另外，在一些实施方式中通过减少识别当前频率所需的时间周期，集中于较高频率谐波可允许更快的昆虫检测和识别。
在一些实施方式中，处理器16可包括用于分析的图形处理单元(图形卡)。图形处理单元(GPU)可具有平行的“多核”结构，每个核能够同时运行许多线程(例如，数千个线程)。在这样的系统中，满帧的物体识别当与传统处理器相比时实质上可被加速(例如，像30倍一样快)。在一些实施方式中，现场可编程门阵列可直接连接到高速CMOS传感器用于快速识别。
除较高速照相机对生物体成像之外，系统还可以使用目标定位激光器18(或其它适当的非激光光源)和检测器(例如光电二极管20)来确认生物体26的特征。例如，如果处理器16识别出使联想到所关心的生物体(例如蚊子)的形态或频率，目标定位激光器18可使用来自处理器16的位置信息来对准生物体26。来自生物体26的目标定位激光器18的反射由光电二极管20来检测。在一些实施方式中，该反射可具有相对较低的图像分辨率，但具有非常快速的帧率、宽的频率响应、或对于生物体的横截面的变化的高灵敏度。来自光电二极管的信号可被用于例如非常精确地测量翅膀拍打的频率或谐波以识别生物体、或以其它方式将生物体分类到适合的种类中、或以其它方式辨别生物体。目标定位激光器18还可以或可选择地可以提供额外的光用于由成像器10获得的较高帧率或较高分辨率的图像。
第二成像器或目标定位激光器18可由检流计、MEMS设备或其它适当的光学指向系统来瞄准。在一些实施方式中，第二成像器或目标定位激光器18是在两个维度上可瞄准的，而在另一些实施方式中，单轴检流计系统可用于允许目标定位激光器在单发射平面内跟踪。在一维系统中，被成像器10捕获的一系列的二维图像可用于预测生物体26何时将跨过发射平面、在哪个点其可被目标定位激光器18照射。在一些实施方式中，目标定位激光器18可以以一间隔被连续地扫描，例如通过旋转的或振荡的反射镜，并且当其投影路径与生物体交叉时发射光。在一些这样的实施方式中，扫描路径可被动态调整，例如以提供在目标位置的停留时间。
当目标定位激光器18被描述为由检流计、MEMS设备或其它目标定位系统来瞄准时，这样的瞄准可经由激光器的直接物理定位、或通过光学系统的指引来实现，光学系统包括传统光学部件，诸如声光扫描器、扫描镜或类似部件。
在一些实施方式中，一旦生物体已经被识别或以其它方式被分类或辨别，那么采取行动以使生物体失去能力或消灭生物体可是可期望的。例如，在一些实施方式中，当蚊子在进入视场时已经被检测到时，对策诸如激光束可被用于使蚊子失去能力或消灭蚊子。在这样的实施方式中，生物体26的位置信息可以从成像器10、处理器16、目标定位激光器18或相关联的目标定位处理器(未被示出)被传递到给药激光器28。在一些实施方式中，代替给药激光器28或除给药激光器28之外的其他对策可包括由声换能器传输的声波对策、物理对策诸如固体或液体抛射物、或化学响应。在一些实施方式中，目标定位激光器18和给药激光器28可以是相同的部件，例如使用比用于目标定位高的用于给药的振幅。在其他实施方式中，目标定位激光器18和给药激光器28可以是分离的部件。在该情况下，它们可选地可以使用共同的瞄准机制，诸如允许给药激光器28沿与目标定位激光器18相同的路径发射光的分束器或光束组合器。图3是用于跟踪和给药系统的实现的控制流程图，示出成像器组件40、处理器42、目标定位激光器组件44以及给药激光器组件46的合作。
在一些实施方式中，不期望的生物体26可被给药激光器28杀死。在其他实施方式中，给药激光器28可以多种方式代替地使生物体26失去能力。例如，如果抑制疟疾的传播是所期望的，阻止雌性蚊子的血液传播的能力可以是足够的，从而中断疾病的循环。在一些实施方式中，这可以通过损坏或破坏触角来完成。损坏触角还可以抑制交配行为，如果可以给药到在区域中的足够的蚊子，则这可以减少总的蚊子种群。在一些实施方式中，还可以通过削弱雌性或雄性蚊子的繁殖力来减缓或防止繁殖。辐射处理还可以削弱蚊子或其他昆虫的新陈代谢性能，或可以损坏基本的身体结构，诸如翅膀或眼睛，而没有立即杀死昆虫。图4是蚊子翅膀已经被激光处理损坏的照片。
在一些实施方式中，替代为了破坏目标定位生物体或除为了破坏目标定位生物体之外，图1的系统可用作做种群普查的设备。如果期望，可留下系统，该系统在大体上的一段时间内无人看管，以确定根据一天的时间、天气、季节、或其它变化的环境参数的活动性，并且不同生物体的飞行特征可随时间被跟踪。通过分析形状、尺寸、翅膀拍打频率、翅膀拍打谐波、位置、飞行模式、飞行速度或地面速度，关于生物特性，诸如属、类、性别比率、年龄分布、交配状态等的信息可被确定用于生物体种群统计。在一些实施方式中，确定携带疾病的状态可是可能的，这是因为诸如带疟疾的蚊子的疾病携带者将具有由于与疾病相关联的体应力可由系统察觉的不同特征(例如飞行特征、形状、尺寸)，是被预期的。在一些实施方式中，携带疾病的生物体的这些特征经统计偏差可被识别(例如，尽管系统不能将个体识别为患病的，但该系统可能仍能够告知所观察的个体的某部分是患病的)。例如，这样的实施方式对于将疾病减轻策略目标定位到最高感染率的区域中可是有用的。在包括给药激光器或其它对策的实施方式中，在使全部蚊子(或其它虫害)失去能力是不可期望的或不切实际的情况下，辨别性别或其它生物状态在总体上可允许种群的更有效的根除(例如，通过优选地目标定位怀孕的雌性、准备交配的雌性或已经被感染有疟疾的蚊子)。
尽管在此描述的实施方式涉及了安装在固定垂直的支撑物上的基于地面的系统，多种其它设计结构可由本领域技术人员来实现。在一些实施方式中，部件的大体上一部分或甚至部件的全部可被安装在单个支撑单元之上。例如，在顶部具有激光器和照相机的单个柱可照明并观察后向反射器的环绕水平环，从而形成锥形或类帐篷形的检测区域。对于另一实施例，一个或多个激光器和照相机可以被旋转或平移以便扫过在大空间中的窄照相机视场，以便在一空间(诸如房间)内检测任何地方的昆虫；在这种情况下，大面积的后向反射器材料，诸如后向反射器涂料或带，可以被应用到房间的一个或多个墙壁。
在一种方法中，一个或多个部件可被放置在移动支撑物上，诸如基于地面的交通工具、基于空中的交通工具(例如UAV)或其它交通工具。如果成像器和目标定位或给药激光器被安装在空运的交通工具上，提供如上所描述的反向反射器表面可能是不切实际的。在一些这样的实施方式中，生物体可由地测雷达(ground-looking radar)来定位。对于以50m/s行进并扫描地面的100m的细长的列(swath)的交通工具，相对适度的发射器功率(以数十到数百毫瓦)可提供用于目标定位激光器定位生物体的足够的分辨率。
在一些实施方式中，成像器或检测器可接收响应于照明光产生的光。例如，如在Bélisle等人的“Sensitive Detection of Malaria Infection by ThirdHarmonic Generation Imaging，”Biophys.J.94(4)：L26-L28(2008)中所描述的，其通过引用被并入本文，组织的某些部分或诸如生物废产品的残余产物(例如由患疟疾的蚊子产出的疟原虫色素晶体)可通过多种效应的任何一种产生不同于照明光的光波长，多种效应包括三种光子效应。在一种这样的方法中，照明光可被选择相应于疟原虫色素的响应。检测器然后可以在相应于疟原虫色素的谐振的频率处检测光。
在一些应用中在目标定位或给药光束的周围提供看守区域(guardregion)可以是适合的。在这样的方法中，适合的检测系统可确定在围绕目标物体的区域内物体或生物体的存在。如果这样的物体或生物体被检测到，系统可确定激活目标定位或给药光源是不适合的，例如以防止损坏这样的物体或生物体。在一个实施例中，看守区域可被配置成检测在所选择的要照明的区域的附近人或家畜的存在。这样的系统可使用照明光源、或备选的光源来实现，备选光源如LED或布置成照明围绕目标定位或给药光束的预期路径的区域的类似的源。可选择地，成像系统可检测视场内的人或家畜并避免传输目标定位或给药光束。
在一些情况中，照明光源可具有足够的功率以引起伤害，例如如果人或动物直接看向光源里。系统可被配置成检测大的障碍物的存在并在形成伤害之前关掉或降低照明光源的功率。
将被理解的是，以翅膀拍打特征、形态、或其它测量为基础的生物体(诸如蚊子及其他昆虫)的“识别”本质上可以是概率性的。例如，可确定给出的生物体较有可能是怀孕的雌性按蚊属蚊子，并且依据该可能性可以采取行动，即使其它属、性别或状态不能被排除在外。
蚊子种群的供养和嗅觉测试
我们已经在昆虫饲养所供养并测试了斯氏按蚊(Anopheles stephensi)的种群。蚊子被维持在12h∶12h日光∶黑暗循环；空气温度80°F±10°F以及湿度80％±10％的供养环境中。成体蚊子被保存在多种容器中。繁殖种群被放置在带有塑料网孔侧和用于容易进入的前面的套子的12”×12”白色半透明塑料容器中。为了用糖喂养成体，我们使用装满葡萄干的皮氏培养皿(Petri dish)。我们放置装有9cm的滤纸的皮氏培养皿，并在笼子内部填满水。该培养皿用作水源以及产卵杯。笼子的底部被覆盖有吸水纸巾，以限制由于雌性的尿和血排泄物引起的真菌生长。
当成体蚊子大约是6到10天成熟时，我们以血喂养雌性，同时它们仍在其笼子内。我们使用Hemostat牌子的绵羊血。喂养装置是10cm的树脂玻璃皮氏培养皿，该培养皿具有胶合到底部并循环温水以保持血液在体温处的铜盘绕管。喂养装置的底部装满98°F的水。我们展开封口膜以松散地覆盖在皮氏培养皿中的水。然后，绵羊血被加到装置并且另一封口膜层被展开以覆盖血。在98和100°F之间的一桶水被放置在昆虫饲养所内。使用塑料管或配件将这桶水连接到喂养装置的铜管。在桶内有水泵和加热器，将温水循环到喂养装置。喂养装置通过套子被放置在笼子中。套子围绕塑料管被绑住并允许喂食蚊子直至吃饱。一旦雌性获得了血，她们被观察到找到安静场所来休息并消化。随后的3到5天以50-200为组将卵产在水的表面上。这些卵两天后被孵出。(见Benedict，M.Q.的Molecular Biologyof insect disease vectors.Ed.Crampton，Beard and Louis.Chapman and Hall，London，pp.3-12，1997，其在此通过引用被并入。)
实验的笼子，在下文中称作从生到死(C2G)盒子(cradle to grave box)，用12”×12”的互连透明的丙烯酸树脂制成。盒子的侧面和底部胶合在一起，并且它们由调整片来加固用于额外的保护。为了在操作蚊子期间容易清洗和进入，笼子的顶部没有被胶合在合适的位置处。在笼子的相对侧有两个6”直径的开口。在前面的一个覆盖有套子并且在后面的一个排列有细网孔，从而提供蚊子能够着陆在其上的纹理。在前面，距套子右侧2.5”且距下面2”有一个覆盖有网孔的0.5”直径的管配件。该配件用于在麻醉蚊子的期间连接CO2罐。当蚊子被麻醉的时候，移开盖子并且能够处理蚊子用于实验。
相比于其他类型的蚊子容纳笼子，使用从生到死盒子存在某些优点。从生到死盒子是透明的；它们允许实验者观察行为或记录数据而没有被阻碍的视野。该盒子优于传统的笼子的另一个优点是限制蚊子被处理的次数。50到100个蛹被放置在从生到死盒子中并被允许孵化。一旦成体蚊子是4到5天成熟，它们准备好用于实验操作。用0.5”管配件形成的端口可以被连接到CO2用于麻醉；这排除冷冻蚊子的需要，并且因此在多种冷应用的方法期间的冷凝不会发生。我们的处理经验表明，在蚊子取回期间使用吸出器可不利地影响它们的寿命。在从生到死盒子中，通常不需要吸出蚊子到其他容器中。
白色塑料矩形盘子(15”×7”×1.5”)被用来容纳幼虫。一旦产卵，卵被小心地冲到白色的盘子中用于孵化。为了给幼虫提供食物，50％w/w活性的(新鲜的)面包酵母或酒酵母及底栖热带鱼薄片被加到白色盘子。盘子部分地被填充蒸馏水。已知在盘子中达到幼虫的适当密度对于它们的生长和发育是重要的。与过度拥挤相关联的最普遍的问题是比较长的发育时间、减少的种群和孵化以及蛹体重的降低。研究已表明拥挤的幼虫表现几个负面的效果：在孵化时较低的体重、以血液为食的数量以及较低的总生育率(Benedict，1997)。如果盘子过度拥挤，稀释幼虫是优选的以供养健康的种群。在第四次蜕皮后，蛹发育。蛹每日被收集并放置在不透明的饲养器中，用于群体的延续，或转移到透明的实验笼中。
成体的蚊子使用由连接到电泵的两个透明的管子形成的吸出器被从它们的笼子取回到较小的容器中。这些取回盒子是3.5”×3.5”×2.5”并由透明的丙烯酸树脂形成。盒子的一侧具有2.44”直径的开口，该开口覆盖有精细的网孔并允许空气流动以及提供用于蚊子的有纹理的表面。取回盒子的一侧具有两个0.5”的管配件，用于连接管子。这些管配件能够在吸出器不使用时用丙烯酸树脂棒塞住。
在为了实验的目的用CO2麻醉蚊子之后，精细的驼毛刷还用来改变蚊子的位置。
为了识别并评定蚊子的嗅觉行为，我们设计一生物鉴定，这基于类似于在Geier等人的Entomol.Exp.Appl.92：9-19，1999(其在此通过引用被并入；还见Braks等人的Physiological Entomology 26：142-148，2001，其在此通过引用被并入)中所描述的嗅觉计，其满足下述的需求：
1.监控在寄主寻找过程中的所有动作序列，诸如感知、激活、朝着气味源定位、以及着陆。
2.在有限时间内简单并快速测试许多气味样品。
3.容易比较来自天然气味源的提取物或合成引诱剂(见例如Miller等人的In Chemical Ecology of Insects，W.J.Bell，& R.T.Carde(eds)，Chapman and Hall，New York，pp.127-157，1984；Sutcliffe的InsectScience and its Application 8：611-616，1987，两者都通过引用被并入本文)。
4.广泛的测量范围以区分引诱刺激的强度。
5.容易清理以避免由之前的刺激引起的污染(Schreck等人的J.Am.Mosquito Control Assoc.6：406-410，1990，其通过引用被并入本文)。
嗅觉计被构造成7mm以上厚的透明的丙烯酸树脂薄片。12个Y形层被放置在丙烯酸树脂基底上并一起被栓在金属台上。遮蔽的可移动室被放置在每一端：一个释放室在Y形的基底处，以及两个室在臂的末端。透明可移动盖子被栓到层以下并提供用于蚊子的容器。作为结果的构造允许在实验期间容易的观察。
一个12V的风扇被连接到释放室提供风洞效应，引诱蚊子远离刺激。蚊子行进89cm以到达刺激室。
在标准的实验中，使用人手作为饵，至少25只雌性蚊子被吸入到释放室。该过程确保所有用于测试的蚊子将找到寄主。释放室由透明的丙烯酸树脂制成，其尺寸为3.22”×3.22”×3.24”。释放室的两侧具有丙烯酸树脂的筛子，其中之一可移动用于清洗或其它操作目的。释放室还具有两个0.5”的管配件以在需要时连接吸出器或CO2源。
在释放室被连接到嗅觉计之后的5分钟，测试刺激存在于一个臂，而控制室保持是空的。在同一时刻，释放室打开并且蚊子进入设备。风扇然后打开以引诱蚊子回到释放室。在实验中的5分钟，蚊子被计数(那些分别留在释放室、刺激室和控制室中的蚊子)。在实验末尾时，CO2气体被泵浦通过刺激室并麻醉转移回到昆虫饲养所的蚊子。
诸如在此描述的那些的嗅觉实验可被用于测试用于吸引在目标定位系统范围内的种类的引诱剂。它们还可用来确定蚊子的寻找人类牺牲品的能力是否受在此描述的用光子给药的影响。
蚊子的易损性
通常，在夜里活动的血液喂养的蚊子，诸如非洲疟疾蚊子冈比亚按蚊主要根据气味定位并识别它们的有脊椎寄主。成体雌性蚊子的嗅觉器官与触角和上颌骨触须相关联。这些被毛一般的感觉器覆盖。感觉器受嗅觉接受器神经元以及机械、热学或湿气接受器细胞的神经支配。呼吸散发的嗅觉提示(例如，二氧化碳)或从皮肤排出的嗅觉提示(例如，汗的成分)由感觉器检测，允许雌性蚊子追踪可能的人类寄主。(见例如Ghaninia等人的Eur J Neurosci.26：1611-1623，2007)。对用于感测邻近人类寄主的触角和上颌骨触须的依赖表明，破坏这些重要的感觉器官可以是防止蚊子找到并咬伤它们的人类受害者的方法。
用在嗅觉计中的化学添味剂，诸如乳酸或氨，例如可从商业来源得到并由标准方法制备。在一些实例中，从0.001到100mg/ml的添味剂的浓度梯度，例如，用来评定蚊子的响应。用于嗅觉实验的人出的汗可以从前额收集或从在温暖、潮湿的环境下经历身体锻炼的人类志愿者的其它身体部位收集。汗或者马上被冰冻到-20°或者允许在37℃培养几天。Braks等人的工作(上面已引用)提出当新鲜的人出的汗可以是温和的引诱剂的时候，已经“有些年龄”的汗是显著有效的引诱剂。用于提取皮肤有气味的物质的其它方法包括用棉签持续往人的皮肤上擦水大约5分钟或简单地将人的末端(例如手指)插入到诱捕端口中(见Dekker等人的Medical VeterinaryEntomology 16：91-98，2002，其在此通过引用被并入)。
除以血为食之外，雌性以及雄性蚊子以植物花蜜为食，作为能量源，其中它们主要靠视觉和化学提示定位。花蜜源不看作像血源一样的引诱剂，但以糖喂食通常是必要的且比以血喂食更频繁(见例如Foster &Hancock.J Am Mosquito Control Assn.10：288-296，1994，其在此通过引用被并入)。同样地，涉及定位花蜜源的能力的激光处理的效果也可以被评定。
激光处理后的触角的结构完整性可以使用光显微镜或扫描电子显微镜来评定(见例如Pitts & Zwiebel，Malaria J.5：26，2006，其在此通过引用被并入)。对于光学显微镜，来自冷麻醉、激光处理或未处理的蚊子，其触角被手工解剖，并被放置于25％的蔗糖和0.1％的氚核X-100的水中。触角被放置在该溶液中的显微镜的载玻片上，并由玻璃的盖玻片覆盖，并用例如搪瓷指甲油密封。以400x放大率的标准光学显微镜被用于评定触角的完整性。
对于扫描电子显微镜，来自激光处理或未处理的蚊子的触角被手工解剖并固定在4％的多聚甲醛和0.1％的氚核X-100的磷酸盐缓冲盐水中。然后触角通过一系列的酒精溶液，例如50％到100％(以10％的增量)的乙醇，被脱水。头部进一步通过一系列比率在75∶25、50∶50、25∶75以及0∶100的乙醇∶六甲基二硅氮烷(HMDS)溶液中提取。HMDS被移除且样本被允许在通风柜中干燥。干燥后的样本用胶状银涂料胶合在插针底座上，并且用金钯溅射喷涂大约30秒钟。使用标准扫描电子显微镜观察样本。可选地，触角在液氮中被快速冷冻并接着凝固干燥以去除任何水蒸汽以准备好用于在-190℃的低温扫描电子显微镜。在一些例子中，头部或整个蚊子被用于分析。
触角电位测定法(EAG)是用于记录昆虫触角响应于刺激的电势的方法，并且可以被用于评定用激光处理后的触角的功能完整性。EAG记录电势的“缓慢”变化，电势由响应于刺激的很多受体细胞的膜的同时去极化的叠加引起。这个方法可以提供关于昆虫的嗅觉感知的信息。触角电图可以通过去除激光处理或未处理的蚊子的触角以及通过将电线插入触角的任一端并放大之间的电压来执行。触角被暴露在有气味的物质中，并且记录由于感官响应在触角电图波形中的任何偏转。可选地，激光处理或未处理的蚊子被完整无缺的保留，并且接地电线或玻璃电极被放置到身体的某部分如眼睛中，例如，并且第二电极被连接到触角的末端。可选地，所有或部分激光处理或未处理的蚊子被固定在带有导电电极胶的支架的尖端。触角的尖端被压入一小滴与记录电极(银电线；见例如Puri等人的J.Med.Entomol.43：207-213，2006，其在此通过引用被并入)相关联的相同的胶中。触角被暴露在有气味的物质中，且记录触角电图波形的变化。使用这个方法，未处理的蚊子对于有气味的物质的正常响应可以与记录在激光处理的蚊子中的响应比较。
为了评定触角或上颌骨触须上特有的感觉器是否已经被激光处理所损坏，在嗅觉感官水平上的气味反应可以使用感觉器记录来完成。感觉器包括嗅觉接受器神经元，并且单个神经元的动作电势可以被记录在原位置处，并且嗅觉接受器神经元根据它们对不同的有气味的物质刺激的响应进行分类。在该技术中，微型电极被插入感觉器的底部并和显微镜操作设备一起被移动到电生理活动可被记录的位置。该信号被数字化且作为活动的测试信号被观察。触角被暴露在一股有气味的物质且神经元的放电频率被记录。如上，未处理的蚊子对于有气味的物质的正常响应可以与激光处理的蚊子中记录的响应相比较。
蚊子的触角对感测潜在的配偶的接近也是重要的(见Hoy的PNAS103：16619-16620，2006；Cator等人的Science，2009年1月8日在线公布，二者在此通过引用被并入)。更特别地，雄性蚊子通过使用在每个触角的底部的被称作Johnston器官的特定器官听见雌性蚊子的飞行音调检测附近雌性蚊子的存在。蚊子检测在其紧邻的音域的粒子速度成分。触角，带有细毛、鞭毛，当空气颗粒通过进来的声波在附近被移动时，感知空气颗粒的移动。雄性蚊子能够听到附近的雌性的翅膀拍打频率(大约300-600Hz，取决于种类)，且飞过去追求。在Aedes aegypti的例子中，雄性和雌性蚊子都能够调整它们胸腔的谐波共振以产生雌性翅膀拍打(400Hz)的三倍且是雄性翅膀拍打(600Hz)的两倍的谐波频率，从而会聚在交配时的频率1200Hz处(Cator等人)。在这个事例中，交配吸引是听力驱动的且涉及由两种性别积极改变频率。
在交配的过程中，听到附近雌性的适合的飞行音调的能力依赖于触角和相关联的Johnston器官。同样地，产生能够吸引交配的翅膀拍打频率的能力依赖于起作用的翅膀。因而，使触角或翅膀失去能力将可能防止可能产生的交配。
一般地，雌性从蛹壳中孵化后就可以交配，但很多种类的其雄性配对物可能需要几天来达到性成熟期。然而，在许多种类中，在孵化和交配之间存在24-48小时的延迟。对于卵的发育和成熟不需要交配，但在大多数种类中，仅在授精发生时才能产卵。虽然在一些按蚊(anophelines)中，大量的未交配雌虫可能在交配之前进食血液，但雌性蚊子通常在吃它们的第一次血液餐之前交配。在Addes aegypti，交配伴随着“配偶素”的转移，其是使雌性难控制以连续交配并且引起血液寄主寻找的行为的雄性荷尔蒙。An.Gambiae中没有一致地记录这类行为的变化。雄性交配的成功是由健康决定的，并且可以与雄性可以交配的次数有因果关系。关于交配行为的许多问题还没有被完全地研究或理解，其包括控制雄性成群地飞行、雄性进食行为和健康、雌性的交配定位行为、交配前和交配后行为、多种类成群地飞行的频率、防止紧密相关的种类之间的杂交的基因、以及控制多重交配的基因的信号(如Takken等人所描述的，在“Mosquito matingbehaviour”中，in Bridging laboratory and field research for genetic control ofdisease vectors.pp.183-188，Ed.G.J.Knols & C.Louis，Springer，Netherlands，2006，其在此通过引用被并入)。
雄性健康和相关的生殖的成功可能是个体发现并使用花蜜源的能力的功能(见例如，Yuval等人的Ecological Entomology.19：74-78，2008，其在此通过引用被并入)。雄性倾向于在傍晚时成群地飞行，相对于休息行为，该行为消耗相当大数量的能量。雌性为了交配的目的进入雄性群(见例如，Charlwood等人的J.Vector Ecology 27：178-183，2003，其在此通过引用被并入)。例如在An.Freeborni中进食糖，例如在晚上每次成群地飞行已经结束之后发生，并且由于这些花蜜糖不能立刻用于飞行而是必须以某种形式存储。同样地，将飞行的能力或发现或存储能量源的能力中断将对于交配成功具有有害的影响。
响应于激光处理的翅膀拍打频率的改变可以使用由Cator等人(Science，在2009年1月8日在线公布的)描述的粒子速度麦克风来评定。激光处理或未处理的蚊子中的任一个被束缚在昆虫插针的一端。当在半空中悬浮时，蚊子开始来回翅膀拍打飞行。来自正常的和激光处理的蚊子的声音片段被数字化并比较以评定对翅膀拍打频率的激光处理的效果。可选地，高速摄影可以被用于评定翅膀功能的变化。
热应力可以被用来改变蚊子卵的正常的胚胎发育。Huang等人论证了使蚊子卵受到温度从40增加到48℃降低了卵的生命力(见例如，Huang等人的Malaria J.5：87，2006，其在此通过引用被并入)。暴露在44-45℃的温度以及更高的温度，显著地降低孵出的卵的数量。同样地，使雌性蚊子受到激光引导的热应力也可改变她的卵的生命力。
在一组实验中，雌性蚊子被允许进食血液并且接着接受这里所描述的激光处理。恢复时期之后且在排卵之前，雌性蚊子被冷麻醉且卵被解剖出来并计数。卵可进一步接受扫描电子显微镜或其他形式的显微镜以确定用激光的处理是否扰乱了卵的结构的完整性。例如，蚊子中的不同阶段的卵子可使用扫描电子显微镜被评定(Soumare & Ndiaye的Tissue & Cell.37：117-124，2005，其在此通过引用被并入)。可选地，雌性被允许在激光处理后排出她们的卵。在这个事例中，排出卵的数量、孵出卵的数量以及能活下去的后代的数量在激光处理的和未处理的个体之间被比较。
在第二组实验中，使雌性蚊子在进食血液之前接受这里所描述的激光处理。在进食血液之后，雌性被允许排出她们的卵，且如上，排出卵的数量和卵的生命力被确定。在这些实验中，吃了提供的血液餐的雌性的数量还可以研究繁殖力的效果的方式被确定。
进食血液对于排出并孵出可活下去的后代的过程是必须的。期望中断雌性获得血液餐的能力以降低可活下去的后代的数量。如上面提到的，雌性使用嗅觉以发现血液寄主。同样地，在一组实验中，血液餐被放置在蚊子必须通过以获得食物的陷阱入口的另一侧。陷阱入口散发引诱性的人类有气味的物质，如人类的汗水或呼出的二氧化碳。激光处理的雌性得到血液餐的能力被记录为排出卵的数量、孵出卵的数量以及可活下去的后代的数量。
一般来说，激光处理对于雄性和雌性繁殖力的影响可以通过用激光能量处理雄性的种群或雌性的种群并允许处理的一种性别的个体与未处理的另一种性别的个体交配来评定。如上，该评定的结果度量是排出卵的数量、孵出卵的数量以及可活下去的后代的数量。为了该实验的目的，雄性和雌性个体在交配之前用激光能量处理。雄性和雌性个体可以在幼体阶段被鉴别性别，从而允许单个性别种群的隔离(见例如，Emami等人的J.Vector Borne Dis.44：245-24，2007，其在此通过引用被并入)。例如，雄性斯氏按蚊通过在第九腹部片段的管状器官和在该片段的前面部分的两个煎蛋状的结构被认出。在雌性斯氏按蚊中，管状器官比较小并且没有煎蛋状的结构。使用光学显微镜，将幼体区分为单独的雄性和雌性种群是可能的。可选地，性别区分可以在从蛹阶段孵化后完成。成体雄性蚊子可以与成体雌性蚊子区分开是由于雄性具有更多的轻柔的触角且具有不适合刺穿皮肤的口器。在单个性别种群中孵出的成虫接受激光处理并在恢复后被允许与未处理的相反性别的个体进行交配。在特定的时间帧内，观察并记录交合的数量。另外，排出卵的数量、孵出卵的数量以及可活下去的后代的数量被记录，并且可以相对于观察到的交合的数量被评定。类似的实验可以使用已经接受了激光处理的雄性和雌性蚊子的种群进行。
热呼吸法(Calorespirometry)可以被用于测量昆虫的呼吸特征和能量的新陈代谢(见例如，Acar等人的Environ.Entomol.30：811-816，2001；Acar等人的Environ.Entomol.33：832-838，2004，二者在此通过引用被并入)。呼吸的新陈代谢比率一般被报告为氧气(O2)消耗或二氧化碳(CO2)产生的比率，并且可以和热量的产生结合起来以评定新陈代谢效率。比较激光处理和未处理的蚊子的反应完成分析。该分析可以在一个特定的温度如，例如，27℃的环境温度下完成。可选地，温度对于处理的和未处理的蚊子的新陈代谢效率的影响可以通过执行在从大约0℃到大约42℃的不同温度范围下的分析被评定。在这个例子中，温度充当应激物。
不同的扫描热传导的热量计被用于热呼吸法(例如，Hart Scientificmodel 7707 or Calorimetry Sciences model 4100，Pleasant Grove，UT)。用于分析的一个或多个蚊子被称重并放置在样本安瓿(ampoule)中的小的纸笼子里。笼子被用于在分析期间限制蚊子的移动性。安瓿供应有充足的氧气以支持需氧的呼吸至少一个小时。热量的产生通过热量计被测量，并且表示身体重量的函数。CO2的产生通过测量随着时间产生的额外的热量被评定，这是当安瓿中包含0.4M的NaOH时。通过呼吸组织产生的NaOH和CO2相互作用生成Na2CO3和热量。同样地，带有和不带有NaOH的蚊子样本产生的热量比率的差代表由CO2诱捕所引起的热量比率以及由此的CO2形成的速率。热量和CO2的产生的分析在不同的温度下被执行以评定对相对于未处理控制的已经由激光能量处理的蚊子的热应力的影响。
光子给药实验
已针对斯氏按蚊的辐射执行一系列检查易损性的实验。给药实验通过将食物、水及任何其他材料从C2G盒子(的底板)移走开始。然后盒子被移至光学室。网孔被松散地盖上，并且来自CO2罐的管子被连接到C2G盒子上的孔上。接通CO2，将调节闸尽可能的宽地打开，产生大概50scfh大约一分钟，直到所有的蚊子被麻醉。然后将CO2流关小到很低的水平，通常7-10scfh。
图5是说明根据能量密度变化的不同剂量的近IR辐射的致死率图表。能够输出高达808nm、30W的光的二极管激光器是由Coherent，Inc.公司生产的。使用光学器件将光束在蚊子上聚焦到大约5mm的直径。脉冲持续时间从～3ms直到～25ms变化，并且激光输出功率从～15W直到～30W变化。虽然在一些实验中可能已经存在一些雄性，但在这些实验中存在的蚊子主要是雌性。在实验期间，目标被暴露在CO2中8-15分钟。在给药后24小时测量致死率。
图6和图7是说明分别用于雌性和雄性斯氏按蚊的不同功率密度和总能量的不同剂量的紫外辐射的致死率的图表。用于这些实验的给药激光器是来自Photonix的高功率水冷深度UV激光器，在266nm波长上运行。支撑这些图表的数据被总结在表1中。
表1
将看到每个图表包括两种状态：在较低的功率密度下存活的部分主要是留在昆虫体内的总能量起作用。在较高的功率密度下，杀死昆虫所需的能量减少，并且存活的部分主要是功率密度起作用。认为这是由于在昆虫骨骼和其他表面层内的吸收分子的光学饱和(有时也描述为光致漂白)，并且光随之穿透进入内部组织，内部组织将受到光化学伤害，特别是对活性DNA。
在图5、图6和图7中报告的实验使用蚊子种群的24小时存活部分作为优良指数。在一些实施方式中，使蚊子或其他目标失去能力而不是被杀死是足够的，如本文其他地方讨论的。另外，疟疾的生命周期需要从蚊子感染到传染人类寄主的大约11-14天的一段时间。因此，有可能通过获得适当低的10天存活部分在本质上影响疟疾比率，其可能需要与在报告数据中所示的不同的能量或功率密度。最后，麻醉到什么程度是不知道的，并且处理可能对影响蚊子所需的能量或功率密度造成影响。这里所描述的类似于那些在图5、图6和图7中报告的但使用跟踪和目标定位系统的实验可能提供进一步的关于用于使蚊子或其他害虫失去能力的适当的系统的信息。
在一般的理解中，本领域技术人员将认识到这里所描述的不同方面可以被认为由不同类型的“电子电路”组成，其中不同方面可以个别地或共同地通过宽范围的硬件、软件、固件或其任何组合来实现。因此，如这里使用的，“电子电路”包括但不限于具有至少一个离散电子电路的电子电路、具有至少一个集成电路的电子电路、具有至少一个专用集成电路的电子电路、形成由计算机程序配置的通用目的计算设备的电子电路(例如，由计算机程序配置的通用目的计算机，其至少部分的执行这里所描述的过程或设备，或由计算机程序配置的微处理器，其至少部分地执行这里所描述的过程或设备)、形成内存设备的电子电路(例如，内存的形式(例如，随机读取、快闪，只读等))或形成通信设备的电子电路(例如，调制解调器、通信开关、光电设备等)。本领域技术人员将认识到这里所描述的主题可以以模拟或数字方式或一些它们的组合的方式被实施。
本领域技术人员将认识到至少这里描述的设备或过程的一部分可以被整合到一个图像处理系统。本领域技术人员将认识到典型的图像处理系统通常包括一个或多个系统单元壳、视频显示设备、内存如易失性存储器或非易失性存储器、处理器如微处理器或数字信号处理器、计算实体如操作系统、驱动器、应用程序、一个或多个交互设备(例如，触摸板、触摸屏、天线等)、包括反馈回路和控制电机(例如，用于感测透镜位置或速度的反馈、用于移动/歪斜透镜以给出期望的焦点的控制电机)的控制系统。图像处理系统可利用适当的商业上可获得的部件来实现，例如通常在数字静态系统或数字运动系统中发现的那些。
本领域技术人员将认识到至少这里描述的设备或过程的一部分可以被整合到一个数据处理系统。本领域技术人员将认识到数据处理系统通常包括一个或多个系统单元壳、视频显示设备、内存如易失性存储器或非易失性存储器、处理器如微处理器或数字信号处理器、计算实体如操作系统、驱动器、图形用户接口、以及应用程序、一个或多个交互设备(例如，触摸板、触摸屏、天线等)、或包括反馈回路和控制电机(例如，用于感测位置或速度的反馈、用于移动或调节部件或数量的控制电机)的控制系统。数据处理系统可利用适当的商业上可获得的部件来实现，例如通常在数据计算/通信或网络计算/通信系统中发现的那些。
在这里所描述的一些实现中，逻辑的和类似的实现可包括软件或其他控制结构。电子电路，例如，可具有一个或多个被构造并布置成实现这里所描述的不同的功能的电流路径。在一些实现中，一个或多个媒介可被配置成当这样的媒介保存或传输可操作来执行的可检测设备的指令时承载可检测设备的实现，如这里所述。在一些变化中，例如，实现可包括现有软件或固件的升级或修改，或门阵列或可编程硬件的升级或修改，例如通过执行与这里所描述的一个或多个操作有关的一个或多个指令的接收或传输。可选地或另外地，在一些变化中，实现可包括专用目的的硬件、软件、固件部件或执行或另外调用专用目的的部件的通用目的的部件。说明书或其他实现可由如这里所描述的实际的传输介质的一个或多个实例传输，可选地通过分组传输或另外的在不同时间通过分布式媒介。
可选地或另外地，实现可包括执行专用目的指令序列或调用用于使能、触发、协调、请求、或另外引起这里所描述的实质上任何功能性操作的一个或多个事件的电路。在一些变化中，这里可操作的或其他逻辑的描述可被表示为源代码并且作为可执行指令序列被汇编或另外调用。在一些环境中，例如，实现可通过源代码如C++或其他代码序列全部地或部分地来提供。在其他实现中，使用商业上可获得的或现有技术中的技术的源代码或其他代码实现可被汇编/实现/翻译/转换成高级描述语言(例如，以C或C++编程语言最初实现的所描述的技术以及其后将编程语言实现转换成可逻辑合成的语言实现、硬件描述语言实现、硬件设计模拟实现或其他这些类似的表达方式)。例如，一些或所有的逻辑表达(例如，计算机编程语言实现)可被表示为Verilog型硬件描述(例如，通过硬件描述语言(HDL)或超高速集成电路硬件描述语言(VHDL)或然后可被用于建立具有硬件的物理实现的其他电路模型(例如，专用集成电路))。本领域技术人员将认识到如何获得、配置以及优化适当的传输或计算元件、物质供应、执行机构或根据这些教导的其他结构。
在一个实施方式中，这里所描述的主题的几个部分可通过专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)或其它集成形式来实现。然而，本领域技术人员将认识到这里公开的实施方式的一些方面可以整体或部分地在集成电路中同等地被实现，如同在一个或多个计算机上运行的一个或多个计算机程序(例如，如同一个或多个计算机系统上运行的一个或多个程序)，如同在一个或多个处理器上运行的一个或多个程序(例如，如同在一个或多个微处理器上运行的一个或多个程序)，如同固件或如同实质上的它们的任意组合，以及设计电路或编写用于软件和/或固件的代码将根据本公开完全地在本领域技术人员的技术范围中。另外，本领域技术人员将理解这里所述的主题的机制能够作为不同的形式的程序产品被分布，以及这里所描述的主题的说明性实施方式应用，而不管用于实质上执行分布的信号承载媒介的特定类型。信号承载媒介的例子包括但不限于以下：可记录类型的媒介例如软盘、硬盘驱动器、光盘(CD)、数字视频光盘(DVD)、数字磁带、计算机存储器等；以及传输类型媒介例如数字或模拟通信媒介(例如，光纤电缆、波导、有线通信链路、无线通信链路(例如，发射器、接收器、传输逻辑、接收逻辑等)等)。
将被理解通常这里以及尤其在附加的权利要求中使用的术语通常用作“开放式”术语(例如，术语“包括(including)”应解释为“包括但不限于”，术语“具有”应解释为“至少具有”，术语“包括(includes)”应解释为“包括但不限于”，等)。还将理解如果表达了引入权利要求叙述的具体数量的意图，这样的意图将在权利要求中明确的被叙述，并且如果不存在这样的意图叙述，则不存在这样的意图。例如，作为理解的帮助，以下附加的权利要求可包括使用介绍性短语如“至少一个”或“一个或多个”以引入权利要求的叙述。然而，这些短语的使用不应被解释为暗指通过不定冠词“一个(a)”或“一个(an)”的权利要求叙述的引入将包括这样引入的权利要求的叙述的任何特定的权利要求限制为仅包含一个这样的叙述的发明，即使当相同的权利要求包括介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”并且不定冠词例如“一个(a)”或“一个(an)”(例如，“一个(an)成像器”通常应解释为意指“至少一个成像器”)时；同样地对于用于引入权利要求的叙述的定冠词的使用也是如此。另外，即使具体数目的引入的权利要求的叙述被明确的列举，将认识到这样的叙述通常应被解释为意指至少被叙述的数目(例如，仅有的叙述“两个图像”或“多个图像”没有其他的修饰语通常意指至少两个图像)。此外，在使用短语例如“至少A、B和C中的一个”、“至少A、B或C中的一个”或“从A、B和C组成的组中选择的一个项目”的那些实例中，通常这样的句法结构意指选言的(例如，任何这些短语将包括但不限于具有仅A、仅B、仅C、A和B一起、A和C一起、B和C一起或A、B和C一起，并且还进一步包括多于一个A、B或C，例如A1、A2和C一起，A、B1、B2、C1、和C2一起，或B1和B2一起的系统)。将进一步理解实质上代表两个或多个可选的术语的任何选言的词语或短语，而不管在描述、权利要求或附图中，应理解为考虑包括术语之一、两者之一或两者都有的可能性。例如，短语“A或B”将被理解为包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。
虽然这里公开了不同的方面和实施方式，其他的方面和实施方式对于本领域技术人员将是显而易见的。这里公开的不同的方面和实施方式是用于说明的目的并且不是用来限制的，以下权利要求表明实际的范围和精神。
Claims (78)
1.一种用于跟踪空中的生物体的系统，包括：
成像器，其具有图像分辨率和视场；
背光源，其配置成被放置在所述成像器的视场中；以及
处理器，其配置成分析由所述成像器捕获的一个或多个图像，所述一个或多个图像包括所述背光源的至少一部分，所述处理器配置成使用从由特征频率、谐波振幅、形状、尺寸、飞行速度、地面速度以及位置组成的组中选择的至少一个数据识别在所述成像器的视场中的生物体的生物特性。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述背光源包括后向反射器。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述成像器是照相机。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述成像器是扫描器。
5.如权利要求1所述的系统，还包括照明光源，该照明光源布置成照明所述成像器的视场。
6.如权利要求1所述的系统，还包括检测器，该检测器配置成检测指示在所述成像器的视场中的生物体的特性的信号。
7.如权利要求6所述的系统，其中所述检测器包括光电二极管。
8.如权利要求7所述的系统，还包括目标定位光源，该目标定位光源配置成对准所述生物体，其中所述光电二极管配置成检测来自由所述生物体反射的光源的光或来自所述背光源的光。
9.如权利要求8所述的系统，其中所述目标定位光源配置成从多个方向对准所述生物体。
10.如权利要求6所述的系统，其中所述检测器配置成检测指示从所述成像器到所述生物体的距离的信号。
11.如权利要求10所述的系统，其中所述处理器配置成使用由所述检测器检测的所述信号确定从所述成像器到所述生物体的距离。
12.如权利要求10所述的系统，还包括第二处理器，该第二处理器配置成使用由所述检测器检测的所述信号确定从所述成像器到所述生物体的距离。
13.如权利要求10所述的系统，还包括位置不同的多个目标定位光源，其中所述检测器配置成检测由所述生物体在每个光源处投射的阴影。
14.如权利要求13所述的系统，其中所述多个目标定位光源颜色不同。
15.如权利要求13所述的系统，其中所述多个目标定位光源配置成可选择地打开和关闭。
16.如权利要求10所述的系统，其中所述检测器包括多个光学位置感测设备，该多个光学位置感测设备配置成通过所述生物体的三角测量来提供范围信息。
17.如权利要求6所述的系统，其中所述检测器具有大于所述成像器的帧率的一半的带宽。
18.如权利要求6所述的系统，其中所述检测器具有小于或等于所述成像器的帧率的带宽。
19.如权利要求6所述的系统，其中所述检测器具有小于所述成像器的图像分辨率的图像分辨率。
20.如权利要求6所述的系统，其中所述检测器具有大于所述成像器的图像分辨率的图像分辨率。
21.如权利要求6所述的系统，其中所述检测器是声学的。
22.如权利要求1所述的系统，其中所述处理器配置成使用由所述成像器捕获的一个或多个图像以确定从所述成像器到所述生物体的距离。
23.如权利要求1所述的系统，其中所述成像器包括多个成像设备。
24.如权利要求23所述的系统，其中所述多个成像设备配置成立体成像所述生物体。
25.如权利要求23所述的系统，其中所述多个成像设备配置成成像不同颜色的光。
26.如权利要求23所述的系统，其中所述多个成像设备配置成可选地打开和关闭。
27.如权利要求1所述的系统，其中所述生物体是昆虫。
28.如权利要求27所述的系统，其中所述生物体从由蚊子、蜜蜂、蝗虫和蛾组成的组中选择。
29.如权利要求1所述的系统，其中所述生物体有翅膀。
30.如权利要求29所述的系统，其中所述处理器配置成使用翅膀拍打频率识别所述生物体的生物特性。
31.如权利要求1所述的系统，其中所述处理器配置成识别所述生物体的生物特性，所述生物特性从由属、类、性别、交配状态、怀孕、喂食状态、年龄以及健康状态组成的组中选择。
32.一种跟踪空中的生物体的方法，包括：
从成像器获得具有第一图像分辨率的第一图像，所述成像器具有在其视场中的背光源；
确定所述图像包括在一位置处的生物体；
获得具有第二图像分辨率的第二图像；以及
使用所述第二图像确定所述生物体的生物特性，
其中：
所述第一图像分辨率不同于所述第二图像分辨率；或者
所述第一图像以第一帧率获得，所述第二图像以第二帧率获得，且所述第一帧率和所述第二帧率彼此不相同。
33.如权利要求32所述的方法，其中所述背光源包括后向反射器。
34.如权利要求32所述的方法，其中获得所述第一图像包括照明所述第一图像的区域。
35.如权利要求34所述的方法，其中照明所述第一图像的区域包括用LED照明所述第一图像的区域。
36.如权利要求32所述的方法，其中获得所述第二图像包括照明所述第二图像的区域。
37.如权利要求36所述的方法，其中照明所述第二图像的区域包括用激光束照明所述第二图像的区域。
38.如权利要求32所述的方法，其中所述第二图像具有比所述第一图像精细的图像分辨率。
39.如权利要求32所述的方法，其中所述第二图像具有比所述第一图像粗糙的图像分辨率。
40.如权利要求32所述的方法，其中所述第二图像具有比所述第一图像小的尺寸。
41.如权利要求32所述的方法，其中所述第二图像以比所述第一图像高的帧率来获得。
42.如权利要求32所述的方法，其中获得所述第二图像包括获得一系列的图像。
43.如权利要求42所述的方法，其中获得所述一系列的图像包括以比所述第一图像高的帧率获得所述一系列的图像。
44.如权利要求32所述的方法，其中获得所述第二图像包括使用光电二极管以感测来自所述第二区域的光。
45.如权利要求32所述的方法，其中获得所述第二图像包括用所述成像器获得所述第二图像。
46.如权利要求32所述的方法，其中所述生物特性从由属、类、性别、交配状态、怀孕、喂食状态、年龄以及健康状态组成的组中选择。
47.如权利要求32所述的方法，其中确定所述生物特性包括确定从由特征频率、谐波振幅、形状、尺寸、飞行速度、地面速度、飞行方向、飞行路径以及位置组成的组中选择的数据。
48.一种用于使空中的生物体失去能力的系统，包括：
成像器，其具有图像分辨率和视场；
背光源，其配置成被放置在所述成像器的视场中；
处理器，其配置成分析由所述成像器捕获的一个或多个图像，所述一个或多个图像包括所述背光源的至少一部分，所述处理器配置成使用从由特征频率、谐波振幅、形状、尺寸、飞行速度、地面速度以及位置组成的组中选择的至少一个数据识别在所述成像器的视场中的一生物体的生物特性；以及
失能系统，其响应于所识别的特性并配置成使所述生物体失去能力。
49.如权利要求48所述的系统，其中所述背光源包括后向反射器。
50.如权利要求48所述的系统，其中所述失能系统包括激光器。
51.如权利要求50所述的系统，其中所述激光器是UV-C激光器。
52.如权利要求50所述的系统，其中所述激光器是红外激光器。
53.如权利要求48所述的系统，其中所述失能系统配置成接受来自所述处理器的位置数据，用于目标定位所述生物体。
54.如权利要求48所述的系统，其中所述处理器配置成确定所述生物体的属，以及所述失能系统配置成仅使所选择的属的生物体失去能力。
55.如权利要求48所述的系统，其中所述处理器配置成确定所述生物体的类，以及所述失能系统配置成仅使所选择的类的生物体失去能力。
56.如权利要求48所述的系统，其中所述处理器配置成确定所述生物体的性别，以及所述失能系统配置成仅使所选择的性别的生物体失去能力。
57.如权利要求48所述的系统，其中所述处理器配置成确定所述生物体的怀孕，以及所述失能系统配置成仅使怀孕的生物体失去能力。
58.如权利要求48所述的系统，其中所述失能系统配置成杀死所述生物体。
59.如权利要求48所述的系统，其中所述生物体具有至少一个翅膀，以及其中所述失能系统配置成损坏所述至少一个翅膀。
60.如权利要求48所述的系统，其中所述生物体具有至少一个触角，以及其中所述失能系统配置成损坏所述至少一个触角。
61.如权利要求48所述的系统，其中所述失能系统配置成削弱所述生物体的生物功能。
62.一种使空中的生物体失去能力的方法，包括：
从成像器获得具有第一图像分辨率的第一图像，所述成像器具有在其视场中的背光源；
确定所述图像包括在一位置处的生物体；
获得具有第二图像分辨率的第二图像；
使用所述第二图像确定所述生物体的生物特性；以及
响应于所确定的生物特性，使所述生物体失去能力，
其中：
所述第一图像分辨率不同于所述第二图像分辨率；或者
所述第一图像以第一帧率获得，所述第二图像以第二帧率获得，且所述第一帧率和所述第二帧率彼此不相同。
63.如权利要求62所述的方法，其中所述背光源包括后向反射器。
64.如权利要求62所述的方法，其中使所述生物体失去能力包括将激光束射向所述生物体。
65.如权利要求64所述的方法，其中将激光束射向所述生物体包括使用从所述第一图像或所述第二图像获得的所述生物体的目标定位信息。
66.如权利要求62所述的方法，其中使所述生物体失去能力包括将声脉冲射向所述生物体。
67.如权利要求62所述的方法，其中使所述生物体失去能力包括将化学制剂释放到所述生物体的附近。
68.如权利要求62所述的方法，其中使所述生物体失去能力包括将物理对策指向所述生物体。
69.如权利要求62所述的方法，其中使所述生物体失去能力包括杀死所述生物体。
70.如权利要求62所述的方法，其中使所述生物体失去能力包括削弱所述生物体的身体功能。
71.如权利要求70所述的方法，其中所述身体功能从由交配、喂食、飞行、听力、声音感测、化学感测以及视力组成的组中选择。
72.一种用于识别在一区域中飞行的昆虫的状态的系统，包括：
成像器，其具有图像分辨率和视场；
背光源，其配置成被放置在所述成像器的视场中；以及
处理器，其配置成分析由所述成像器捕获的一个或多个图像，所述一个或多个图像包括所述背光源的至少一部分，所述处理器配置成使用从由特征频率、形状、尺寸、飞行速度、地面速度以及位置组成的组中选择的至少一个数据识别在所述成像器的视场中的一昆虫的可能的生物状态。
73.如权利要求72所述的系统，其中所述背光源包括后向反射器。
74.如权利要求72所述的系统，其中所述昆虫是蚊子，并且其中所述处理器配置成确定所述蚊子感染有疟疾的概率。
75.如权利要求72所述的系统，其中所述处理器配置成收集多个昆虫的可能的生物状态。
76.如权利要求75所述的系统，其中所述处理器配置成收集一群昆虫的种群数据。
77.如权利要求75所述的系统，其中所述处理器配置成收集根据环境参数变化的可能的生物状态数据。
78.如权利要求77所述的系统，其中所述环境参数从由一天的时间、季节、天气以及温度组成的组中选择。
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