CN103914733B - 一种害虫诱捕计数装置及计数系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种害虫诱捕计数装置及计数系统，包括：箱体以及设置在箱体上的诱捕室（1）、高压电网（2）、集虫漏斗（3）、红外传感器单元（4）、图像采集单元（5）、害虫载物台（6）、主控制器单元（8）。本发明提供的害虫诱捕计数装置及计数系统中，同时结合红外计数技术和图像计数技术对害虫进行计数，能够避免单一计数造成的准确率较低的问题，同时由于图像采集单元是在红外传感器单元的触发下采集图像信息，能够实现基于红外计数和图像计数两种计数结果的相互校验，进一步提高害虫计数的准确性。并且，本发明中，当两种计数方式的计数结果不一致时，还可以根据计数装置的输出结果进行追溯。
Description
技术领域
本发明涉及农业技术领域，尤其涉及到一种害虫诱捕计数装置及计数系统。
背景技术
田间害虫种类多、数量大，且发生代数多，对农业生产造成了很大的影响。害虫种类和数量的获取是害虫精准防治的前提，目前害虫种类识别与计数主要靠人工到田间进行抽样调查、清点诱集器里的害虫等方法，这些方法耗时、费力，监测人员的工作量大，主观因素影响大，数据应用的时效性差，无法实现害虫的实时预测预报，离生产实际需求还有一定差距。为了解决害虫种类识别、数量数据获取上费时、费力的问题，一些新的害虫自动监测识别与计数的新技术不断被探索，目前主要的监测技术有红外传感器、机器视觉技术等，这些技术的发展提高了害虫自动识别与计数的效率，极大促进了害虫监测自动化的发展。
基于红外传感器的害虫监测计数的优点是计数速度快，对环境条件要求较低，抗干扰性强，适合在野外环境中进行害虫的监测应用，适合于性诱剂引诱的害虫诱捕器中使用，但该技术也存在着其它杂物落入而造成的多计数的问题。如专利：US2009/0252284A1应用红外传感器进行害虫实时监测计数；韩国专家Kim等基于红外传感器进行苹果园梨小食心虫的远程实时监测，监测数据由CDMA发送到相关网站，实现害虫的远程监测(Kim YG,Jung SC,Kim Y,LeeYT,2011.Real-time monitoring of oriental fruit moth,Grapholitamolesta,populations using a remote sensing pheromone trap in appleorchards.J.Asia P.Ent.,14:259-262.)。上述专利于田间应用中容易受到非靶标害虫杂物的干扰，对计数结果的准确性造成了一定的影响。因此，基于红外计数结果的准确性还需要人工去核对，而且无法知道那个时间段的计数结果有问题。
基于机器视觉图像的昆虫自动识别与计数技术具有省时省力、智能化等优点，目前该方法已成为田间害虫自动识别、计数的一种主要方法。为了监测田间飞行性害虫，应用高压电网电击将害虫击死是一种常用的方法，高压电网电击后会造成害虫肢体残缺。图像处理过程中所提取的特征会与肢体较完整的害虫产生较大的差异，导致靶标害虫的误识别，降低靶标害虫识别的准确率。
专利201310230631发明了一种害虫诱捕装置和害虫远程识别监控系统，基于红外传感器获取害虫数量信息，通过采集图像信息进行害虫分类。但该系统未基于红外传感器进行照相触发以及未对红外传感器、图像的计数进行校验。
红外传感器与机器视觉是田间害虫计数的重要方法，由于基于红外传感器的害虫计数与基于机器视觉的害虫计数都存在着不同的缺陷，因此有必要建立一种基于红外传感器、机器视觉优势互补可回溯校验的害虫计数系统及计数方法，以提高害虫计数准确率。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提供了一种害虫诱捕计数装置及计数系统，以解决现有技术中的害虫诱捕计数装置准确率较差、不可回溯的问题。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种害虫诱捕计数装置及其计数系统，包括：
箱体以及设置在箱体上的诱捕室(1)、高压电网(2)、集虫漏斗(3)、红外传感器单元(4)、图像采集单元(5)、害虫载物台(6)、主控制器单元(8)；
其中所述高压电网(2)位于所述诱捕室(1)内，所述集虫漏斗(3)位于所述高压电网(2)的下方，所述红外传感器单元(4)位于集虫漏斗(3)的下部通道上；所述害虫载物台(6)位于集虫漏斗(3)的下方，所述图像采集单元(5)的位置与所述害虫载物台(6)相对应；所述红外传感器单元(4)与所述图像采集单元(5)相连，并在感应到红外信号后触发图像采集单元(5)采集图像；
所述主控制器单元(8)包括红外计数模块、图像计数模块、比较模块、输出模块，其中所述红外计数模块与所述红外传感器单元(4)相连；所述图像计数模块与所述图像采集单元(5)相连；
所述比较模块，用于使用异常搜索算法基于时间序列对红外传感器的计数结果与机器视觉图像计数的计数结果进行比较；
所述输出模块，用于在所述红外计数模块与所述图像计数模块的计数结果一致时，将计数结果输出，在计数结果不一致时，将两个计数结果以及在计数结果不一致的时间序列的图像输出。
优选的，所述计数装置还包括：
害虫回收单元(7)，位于所述害虫载物台(6)的下方；
所述害虫载物台(6)还包括电动条刷，用于将害虫推入害虫回收单元(7)中。
优选的，害虫回收单元(7)采用抽屉式设计。
优选的，所述计数装置还包括：计数显示与设置模块(9)，所述计数显示与设置模块(9)位于箱体外部，且与所述主控制器单元(8)相连。
优选的，所述诱捕室(1)为三角屋，三角屋的入口为孔洞型，且大小可根据靶标害虫的大小进行调节。
优选的，所述诱捕室(1)中设置有M型防逃逸装置。
优选的，所述高压电网(2)呈垂直排列，且所述高压电网(2)外设置有电动绝缘刷，用于定时清理粘于高压电网上的害虫。
优选的，红外传感器单元(4)包括若干个红外传感器，所述若干个红外传感器分上下两层布置；且在依次接收到上层红外传感器和下层红外传感器发送的触发信号后，所述红外计数模块的计数加1，在依次接收到下层红外传感器和上层红外传感器发送的触发信号后，所述红外计数模块的计数减1。
优选的，每一层部署2对以上红外传感器，同一层红外传感器之间的间距可根据害虫的大小进行调整。
优选的，所述图像采集单元(5)包括CCD摄像机、环形灯。
优选的，所述计数装置还包括蓄电池(10)，以及与所述蓄电池(10)相连的太阳能板(11)，所述太阳能板(11)置于所述箱体的上方，为蓄电池提供电源。
优选的，所述主控制器(8)包括通信模块，所述主控器单元(8)还用于通过通信模块将相同的计数结果或者不同的计数结果以及在计数结果不一致的时间序列的图像上报给数据处理中心。
优选的，所述主控制器(8)还包括GPS模块。
优选的，所述图像计数模块具体用于对所述图像采集单元(5)采集到的图像进行预处理，并与预先存储的害虫图像模型进行匹配，若匹配成功，则将计数加1。
本发明还提供了一种害虫诱捕计数系统，包括至少一个上述任一项所述的害虫诱捕计数装置以及数据处理中心，
所述数据处理中心，与所述害虫诱捕计数装置相连，并采集所述害虫诱捕计数装置的输出结果。
优选的，所述数据处理中心还用于在所述红外计数模块的计数结果与所述图像计数模块的计数结果不一致时，根据计数结果不一致的时间序列的图像确定计数结果不一致原因，确定最终的计数结果。
(三)有益效果
本发明提供的害虫诱捕计数装置及计数系统中，同时结合红外计数技术和图象计数技术对害虫进行计数，能够避免单一计数造成的准确率较低的问题，同时由于图像采集单元是在红外传感器单元的触发下采集图像信息，实现基于红外传感器计数和图像计数两种计数结果的相互校验进一步提高害虫计数的准确性。并且通过这种方式，当红外计数模块得到的计数结果和图像计数模块得到的计数结果不一致时，可以提供对不一致的时间段进行回溯，查找不一致的原因，进而对结果进行修正，能够使计数结果更为准确。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明实施例提供的害虫诱捕计数装置及计数系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的害虫诱捕计数装置及计数系统中一种优选的图像计数模块的工作原理图；
图3为本发明实施例提供的害虫诱捕计数装置及计数系统中数字信号处理器的工作原理图；
图4为本发明提供的计数系统的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的计数系统的工作原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明提供了一种害虫诱捕计数装置，如图1所示，包括箱体以及设置在箱体上的诱捕室1、高压电网2、集虫漏斗3、红外传感器单元4、图像采集单元5、害虫载物台6、主控制器单元8；
其中所述高压电网2位于所述诱捕室1内，所述集虫漏斗3位于所述高压电网2的下方，所述红外传感器单元4位于集虫漏斗3的下部通道上；所述害虫载物台6位于集虫漏斗3的下方，所述图像采集单元5的位置与所述害虫载物台6相对应；
所述主控制器单元8包括红外计数模块、图像计数模块、比较模块、输出模块，其中所述红外计数模块与所述红外传感器单元4相连；所述图像计数模块与所述图像采集单元5相连；
所述比较模块，用于使用异常搜索算法基于时间序列对红外传感器的计数结果与机器视觉图像计数的计数结果进行比较；
所述输出模块，用于在所述红外计数模块与所述图像计数模块的计数结果一致时，将计数结果输出，在计数结果不一致时，将两个计数结果以及在计数结果不一致的时间序列的图像输出。
这里的红外传感器单元与红外计数模块结合实现对害虫计数的过程可以包括：红外传感器单元在感应到红外信号后，产生一个跳变信号，触发红外计数模块对害虫进行计数(将害虫的数目加1)，图像采集单元与图像计数模块结合实现对害虫计数的过程可以包括：图像采集单元在红外传感器的触发闪光、拍照采集图像，并发送到图像计数模块，图像计数模块对图像信息进行分析，实现害虫的计数。
本发明提供的害虫诱捕计数装置中，同时结合红外计数技术和图像计数技术对害虫进行计数，能够避免单一计数造成的准确率较低的问题，同时由于图像采集单元是在红外传感器单元的触发下采集图像信息，以利于红外计数传感器和图像计数进行相互验证比较，进一步提高害虫计数的准确性。并且通过这种方式，当红外计数模块得到的计数结果和图像计数模块得到的计数结果不一致时，可以提供对不一致的时间段进行回溯，查找不一致的原因，进而对结果进行修正，能够使计数结果更为准确。
优选的，如图1所示，上述的计数装置还包括：害虫回收装置7，位于所述害虫载物台6的下方，所述害虫载物台6还包括电动条刷，电动条刷由主芯片上的IO口进行步进电机驱动器的控制，步进电机需要的供电电压是12V，用主芯片的是六个IO口分别控制步进电机的CP+，CP-，EN+，EN-，DIR+，DIR-。步进电机驱动器上的A+，A-，B+，B-与电机直接连接，进行电机的控制，用于将害虫推入害虫回收装置7中。
优选的，所述害虫回收单元7位于计数装置的中下部，采用抽屉式设计，用于收集电击后的虫体，并方便将虫体倒出。
优选的，如图1所示，上述的计数装置还包括：计数显示与设置模块9，所述计数显示与设置模块9位于箱体外部，且与所述主控制器单元8相连，用于计数装置的初始设置、计数查询、监测害虫对象的选择、电压调节或开关控制。
优选的，所述显示与设置模块9外还可以外加一层门进行防护。
优选的，所述诱捕室1位于害虫诱捕计数装置的上部，为三角屋。害虫从三角屋两侧进入，两侧为透明材料，入口为孔洞型，孔洞大小可根据靶标害虫的大小进行调节，洞口内部具有M型防逃逸装置。三角屋中间挂有性诱剂，性诱剂的味道通过孔洞向外散发进行靶标害虫的引诱。
优选的，所述诱捕室1中设置有M型防逃逸装置，以防止害虫逃逸。
优选的，所述高压电网(2)呈垂直排列，且所述高压电网(2)外设置有电动绝缘刷，电动条刷由主芯片上的IO口进行步进电机驱动器的控制，步进电机需要的供电电压是12V，用主芯片的是六个IO口分别控制步进电机的CP+，CP-，EN+，EN-，DIR+，DIR-。步进电机驱动器上的A+，A-，B+，B-与电机直接连接，进行电机的控制，用于定时清理粘于高压电网上的害虫。
优选的，所述集虫漏斗3的下部的通道末端为弯形，以避免光线影响红外传感器工作。所述集虫漏斗3的圆锥形部分用于收集高压电网电击后落入的害虫，害虫落入通道的大小、形状可根据具体害虫的种类进行调节。
优选的，红外传感器单元4包括若干个红外传感器，所述若干个红外传感器分上下两层布置；且在依次接收到上层红外传感器和下层红外传感器发送的触发信号后，所述红外计数模块的计数加1，在依次接收到下层红外传感器和上层红外传感器发送的触发信号后，所述红外计数模块的计数减1。
实际应用中，一种可能的实现方式是将上层的红外传感器的输出与核心主控制器的一个IO口相连接，下层的红外传感器的输出与核心主控制器的另一个IO口相连接。当先检测到第一个IO口有信号的跳变，再检测到第二个IO口有信号的跳变时，则进行的是加1的操作。当先检测到第二个IO口有跳变，然后是第一个IO口有跳变时，则是减1的操作。
优选的，每一层部署2对以上红外传感器，同一层红外传感器之间的间距可根据害虫的大小进行调整。
优选的，所述图像采集单元5包括CCD摄像机、环形灯51，其中环形灯51用于提供均匀的照明，图像采集单元5受红外传感器触发进行闪光、拍照，并发送到主控制器单元的图像计数模块进行处理计数。
优选的，如图1所示，该计数装置还包括蓄电池10，以及与所述蓄电池10相连的太阳能板11，所述太阳能板11置于所述箱体的上方，为蓄电池提供电源，所述蓄电池10为主控制器单元、高压电网提供电源。
优选的，所述主控制器单元8包括通信模块，所述主控器单元8还用于通过通信模块将相同的计数结果或者不同的计数结果以及在计数结果不一致的时间序列的图像上报给数据处理中心。这里的通信模块可以包括3G网卡、发送天线12和路由器，在害虫自动监测装置上监测到的害虫数据通过3G网卡以及发送天线12将获取的信息发送到路由器，路由器通过有线或无线的方式与数据处理中心进行数据交互。
这样可以实现对计数结果的远程采集和分析。
优选的，所述主控制器单元8还包括GPS模块，用于获取害虫诱捕计数装置所处的地理位置信息，从而使所述主控制器单元8能够将所述害虫诱捕计数装置的地理位置信息上报。
具体的，如图2所示，所述图像计数模块包括图像数据库、害虫识别模块、图像计数结果数据库。其中图像数据库用于存储机器视觉所获取的图像信息，害虫识别模块用于提取害虫特征并进行匹配识别，先是提取靶标害虫样本的形态学特征(面积、偏心率、横轴长、纵轴长、7个HU不变矩)、颜色特征，并存入靶标害虫特征数据库；当害虫识别模块用于在接收到图像采集单元5发送的图像后，对图像进行特征提取，将所提取的特征输入二叉树分类器中进行匹配分类，若为靶标害虫，则计数值增加1，计数结果以及对应的时间信息存入机器视觉图像计数数据库中，若为其它物质则剔除不计数。
本发明中，可采用异常搜索算法基于时间戳对红外传感器与机器视觉图像计数时间序列进行搜索，若红外传感器与机器视觉图像计数结果一样，则将计数结果都输出(后上传到数据处理中心)；若两种计数结果不一样，则将两种计数结果以及对应时间点的图片都输出(后上传到数据处理中心)。其具体工作流程可如图3所示，当红外传感器产生红外感应后，将红外感应输入到红外计数模块进行计数，计数结果导入时间点序列数据库；同时触发图像采集单元的图像采集过程，图像采集单元完成采集后发送到图像计数模块，进行图像处理后得到计数结果，计数结果也进入时间点序列数据库；之后异常搜索算法对时间点序列数据库进行搜索，若红外传感器与机器视觉图像计数结果一样，则将两种计数都上传数据处理中心；若两种计数结果不一样，则将两种计数都上传数据处理中心，并将对应时间点的图片上传到数据处理中心。
优选的，所述图像计数模块具体用于对所述图像采集单元5采集到的图像进行预处理，并与预先存储的害虫图像模型进行匹配，若匹配成功，则将计数加1。
本发明提供的优选的害虫诱捕计数装置的工作流程可以具体如下：太阳能板11、太阳能转换装置、蓄电池10组成供电系统，为装置提供电源，蓄电池10存储的一部分电能提供给高压电网2，另外一部分电能提供给主控制器8；挂于诱捕室1中央的诱芯，即高压电网2的中央，通过空气散发吸引目标害虫，靶标害虫穿过诱捕室1的孔洞，飞至高压电网2，受高压电网电击，落入集虫漏斗3，经过红外传感器4，落到载物台6，红外传感器产生信号的跳变，数字信号主控制器单元根据信号的跳变来实现对害虫的计数。上层红外传感器与下层红外传感器配合进行害虫进出方向的控制。将上层的红外传感器的输出与核心主控制器的一个IO口相连接，下层的红外传感器的输出与核心主控制器的另一个IO口相连接。当先检测到第一个IO口有信号的跳变，再检测到第二个IO口有信号的跳变时，则进行的是加1的操作。当先检测到第二个IO口有跳变，然后是第一个IO口有跳变时，则是减1的操作。红外触发照相模块感应到第二个IO口有信号跳变时向图像采集单元5输入采集触发信号，图像采集单元5进行闪光、拍照，拍照后电动条型刷将害虫推入接虫装置，主控制器单元对所获取的图像进行数据的分析，实现害虫的计数。主控制器单元基于时间戳对红外传感器与机器视觉图像计数结果进行比较，若红外传感器与机器视觉图像计数结果一样，则将两种计数都上传数据处理中心；若两种计数结果不一样，则将两种计数都上传数据处理中心，并将对应时间点的图片上传到数据处理中心。
本发明还提供了一种害虫诱捕计数系统，如图4所示，包括上述任一项所述的害虫诱捕计数装置401以及数据处理中心402，
所述数据处理中心402，与所述害虫诱捕计数装置401相连，并采集所述害虫诱捕计数装置的输出结果。
优选的采集方式是，由各个害虫诱捕计数装置401通过无线通信模块将相应的计数结果上报。
优选的，所述数据处理中心还用于在所述红外计数模块的计数结果与所述图像计数模块的计数结果不一致时，根据计数结果不一致的时间序列的图像确定计数结果不一致原因，确定最终的计数结果。
优选的，所述数据处理中心402的处理流程可以如图5所示，包括信息获取、数据处理、信息发布、指令发送四个部分，数据处理中心接收害虫诱捕计数装置传回的计数、图像信息，并获取害虫诱捕计数装置所在的地理位置信息。数据处理中心402通过基于人工神经网络的图像处理识别技术把图像的对像分为残缺的靶标害虫以及其它害虫、树叶、树枝等两大类，若是残缺的靶标害虫则图像计数结果加1，若是其它害虫、树叶、树枝等则红外传感器计数结果减1，以提高害虫计数准确率；同时可以免去人工去现场核对的麻烦，是一种省时、省力的方法。数据处理中心可以对害虫计数结果进行处理分析，可获得害虫的发生动态状况；结合害虫计数诱捕装置的地理位置信息，可获得害虫的时空发生动态结果。对于超过阈值的信息发出警报，并通过网络向外发布预警信息。此外，数据处理中心向自动监测计数平台发送控制指令，实现监测平台的重置、信息回传等任务。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，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。
Claims (16)
1.一种害虫诱捕计数装置，其特征在于，包括：箱体以及设置在箱体上的诱捕室(1)、高压电网(2)、集虫漏斗(3)、红外传感器单元(4)、图像采集单元(5)、害虫载物台(6)、主控制器单元(8)；
其中所述高压电网(2)位于所述诱捕室(1)内，所述集虫漏斗(3)位于所述高压电网(2)的下方，所述红外传感器单元(4)位于集虫漏斗(3)的下部通道上；所述害虫载物台(6)位于集虫漏斗(3)的下方，所述图像采集单元(5)的位置与所述害虫载物台(6)相对应；所述红外传感器单元(4)与所述图像采集单元(5)相连，并在感应到红外信号后触发图像采集单元(5)采集图像；
所述主控制器单元(8)包括红外计数模块、图像计数模块、比较模块、输出模块，其中所述红外计数模块与所述红外传感器单元(4)相连；所述图像计数模块与所述图像采集单元(5)相连；
所述比较模块，用于使用异常搜索算法基于时间序列对红外传感器的计数结果与机器视觉图像计数的计数结果进行比较；
所述输出模块，用于在所述红外计数模块与所述图像计数模块的计数结果一致时，将计数结果输出，在计数结果不一致时，将两个计数结果以及在计数结果不一致的时间序列的图像输出。
2.如权利要求1所述的计数装置，其特征在于，还包括：
害虫回收单元(7)，位于所述害虫载物台(6)的下方；
所述害虫载物台(6)还包括电动条刷，用于将害虫推入害虫回收单元(7)中。
3.如权利要求2所述的计数装置，其特征在于，害虫回收单元(7)采用抽屉式设计。
4.如权利要求1所述的计数装置，其特征在于，还包括：计数显示与设置模块(9)，所述计数显示与设置模块(9)位于箱体外部， 且与所述主控制器单元(8)相连。
5.如权利要求1所述的计数装置，其特征在于，所述诱捕室(1)为三角屋，三角屋的入口为孔洞型，且大小可根据靶标害虫的大小进行调节。
6.如权利要求5所述的计数装置，其特征在于，所述诱捕室(1)中设置有M型防逃逸装置。
7.如权利要求1所述的计数装置，其特征在于，所述高压电网(2)呈垂直排列，且所述高压电网(2)外设置有电动绝缘刷，用于定时清理粘于高压电网上的害虫。
8.如权利要求1所述的计数装置，其特征在于，红外传感器单元(4)包括若干个红外传感器，所述若干个红外传感器分上下两层布置；且在依次接收到上层红外传感器和下层红外传感器发送的触发信号后，所述红外计数模块的计数加1，在依次接收到下层红外传感器和上层红外传感器发送的触发信号后，所述红外计数模块的计数减1。
9.如权利要求8所述的计数装置，其特征在于，每一层部署2对以上红外传感器，同一层红外传感器之间的间距可根据害虫的大小进行调整。
10.如权利要求1所述的计数装置，其特征在于，所述图像采集单元(5)包括CCD摄像机、环形灯。
11.如权利要求1所述的计数装置，其特征在于，还包括蓄电池(10)，以及与所述蓄电池(10)相连的太阳能板(11)，所述太阳能板(11)置于所述箱体的上方，为蓄电池提供电源。
12.如权利要求1所述的计数装置，其特征在于，所述主控制器(8)包括通信模块，所述主控器单元(8)还用于通过通信模块将相同的计数结果或者不同的计数结果以及在计数结果不一致的时间序列的图像上报给数据处理中心。
13.如权利要求12所述的计数装置，其特征在于，所述主控制器(8)还包括GPS模块。
14.如权利要求1所述的计数装置，其特征在于，所述图像计数模块具体用于对所述图像采集单元(5)采集到的图像进行预处理，并与预先存储的害虫图像模型进行匹配，若匹配成功，则将计数加1。
15.一种害虫诱捕计数系统，其特征在于，包括至少一个如权利要求1-14任一项所述的害虫诱捕计数装置以及数据处理中心，
所述数据处理中心，与所述害虫诱捕计数装置相连，并采集所述害虫诱捕计数装置的输出结果。
16.如权利要求15所述的计数系统，其特征在于，所述数据处理中心还用于在所述红外计数模块的计数结果与所述图像计数模块的计数结果不一致时，根据计数结果不一致的时间序列的图像确定计数结果不一致原因，确定最终的计数结果。
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