CN105028366B - 一种自动定位捕杀蚊虫的手持装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动定位捕杀蚊虫的手持装置，包括捕杀机构、蚊虫实时定位机构和主控设备，所述捕杀机构用于捕杀蚊虫，所述蚊虫实时定位机构采用图像采集和图像处理的方式确定蚊虫距离所述捕杀机构的参考位置，所述主控设备与所述捕杀机构和所述蚊虫实时定位机构分别连接，基于所述参考位置控制所述捕杀机构的捕杀蚊虫操作。通过本发明，能够实现蚊虫的自动捕杀，节省了大量人力操作，缩短了灭蚊时间。

Description

一种自动定位捕杀蚊虫的手持装置

技术领域

本发明涉及蚊虫检测领域，尤其涉及一种基于通信方式来自动定位捕杀蚊虫的手持装置。

背景技术

蚊虫对人们的身体健康危害很大，不仅仅吸食人们的血液，带来人们体感上的不适，更关键的是，蚊虫能够通过血液传播各种疾病，尤其对于儿童而言，由于免疫力和抗体的不足，对儿童身体的影响更大，尤其是在夏天。因而，灭蚊是人们一直关注的重要课题。

现有技术中，灭蚊装置一般采用电网杀虫或喷雾剂杀虫，然而喷雾剂杀虫容易给环境带来危害，给人体带来不适，电网杀虫相对而言较为安全，应用也较为广泛。

电网杀虫的实现原理如下：通过两层以上的电网错开放置，造成一个一个蚊虫难以通过、必须接触的狭窄空间，相邻电网之间的电压是正负相反的，这样，当蚊虫碰触电网时，很容易导致电流通过蚊虫，形成瞬时高压，对蚊虫进行伤害甚至杀灭。电网杀虫装置从实现形式上分为立式固定杀虫装置和手动移动式杀虫装置。

但是，现有技术中的手动移动式杀虫装置对蚊虫的发现和捕杀完全凭借人们的肉眼对蚊虫定位，实际上，蚊虫很难被发现，尤其在较暗的背景环境下，而且即使发现，人们手臂的速度也很难跟上蚊虫的快速飞动速度，因而，现有技术的灭蚊消耗大量的人力和时间。

为此，本发明提出了一种自动定位捕杀蚊虫的手持装置，在机电平台上，能够自动发现蚊虫、跟踪蚊虫，并自动驱动装置赶赴蚊虫当前位置进行捕杀，从而将人们从繁琐的灭蚊操作中解放出来。

发明内容

为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种自动定位捕杀蚊虫的手持装置，通过声音检测设备检测蚊虫位置，采用自适应阈值的图像分割机制，根据所述目标蚊虫图像的尺寸与所述基准蚊虫尺寸的比较结果确定当前蚊虫距离所述捕杀机构的距离，并基于所述目标蚊虫图像在所述灰度化图像的相对位置确定当前蚊虫距离所述捕杀机构的相对位置，从而实现驱动电网赶赴蚊虫所在位置进行快速捕杀。

根据本发明的一方面，提供了一种自动定位捕杀蚊虫的手持装置，所述手持装置包括捕杀机构、蚊虫实时定位机构和主控设备，所述捕杀机构用于捕杀蚊虫，所述蚊虫实时定位机构采用图像采集和图像处理的方式确定蚊虫距离所述捕杀机构的参考位置，所述主控设备与所述捕杀机构和所述蚊虫实时定位机构分别连接，基于所述参考位置控制所述捕杀机构的捕杀蚊虫操作。

更具体地，在所述自动定位捕杀蚊虫的手持装置中，还包括：供电设备，为所述手持装置供电，包括三节可充电电池和可充电单元，所述可充电单元用于连接市电以对所述三节可充电电池进行充电；亮度传感器，用于检测手持装置周围环境亮度并作为实时亮度输出；辅助照明设备，用于为手持装置提供辅助照明；声音检测设备，用于检测手持装置周围的声音以输出检测音频信号；SDRAM存储器，用于预先存储蚊虫灰度阈值范围、基准蚊虫尺寸和基准蚊虫音频信号，所述基准蚊虫音频信号为对蚊虫预先录入的音频信号；所述捕杀机构包括高压电网、连接弹簧、驱动单元和棍式手柄，所述棍式手柄方便用户手持使用，所述连接弹簧与所述高压电网和所述棍式手柄分别连接，用于弹性支撑所述高压电网，所述驱动单元根据驱动信号驱动所述高压电网前往所述参考位置；所述蚊虫实时定位机构包括CMOS图像传感器、图像预处理设备和蚊虫信息提取设备；所述CMOS图像传感器用于对手持装置的前方进行图像采集以获得前方图像；所述图像预处理设备与所述CMOS图像传感器连接，用于对所述前方图像依次执行对比度增强、维纳滤波、中值滤波、均值滤波、图像膨胀、图像腐蚀和灰度化处理，以输出灰度化图像；所述蚊虫信息提取设备包括阈值选择子设备和目标分割子设备，所述阈值选择子设备与所述SDRAM存储器和所述图像预处理设备分别连接，用于依次从所述蚊虫灰度阈值范围中选择一个值作为预选灰度阈值，采用预选灰度阈值将灰度化图像划分为预选背景区域和预选目标区域，计算预选背景区域占据灰度化图像的面积比例作为背景面积比，计算预选背景区域的像素平均灰度值作为背景平均灰度值，计算预选目标区域占据灰度化图像的面积比例作为目标面积比，计算预选目标区域的像素平均灰度值作为目标平均灰度值，将背景平均灰度值减去目标平均灰度值，获得的差的平方乘以背景面积比和目标面积比，获得的乘积作为阈值乘积，选择阈值乘积最大的预选灰度阈值作为目标灰度阈值；所述目标分割子设备与所述阈值选择子设备连接，用于采用目标灰度阈值将灰度化图像划分为背景图像和目标蚊虫图像；所述主控设备与所述亮度传感器、所述辅助照明设备、所述声音检测设备、所述SDRAM存储器、所述捕杀机构和所述蚊虫实时定位机构分别连接，用于基于所述实时亮度控制所述辅助照明设备的照明亮度，并在接收到的检测音频信号与基准蚊虫音频信号匹配时，进入蚊虫捕杀模式；其中，所述主控设备在所述蚊虫捕杀模式中：所述主控设备根据所述目标蚊虫图像的尺寸与所述基准蚊虫尺寸的比较结果确定当前蚊虫距离所述捕杀机构的距离，并基于所述目标蚊虫图像在所述灰度化图像的相对位置确定当前蚊虫距离所述捕杀机构的相对位置，将当前蚊虫距离所述捕杀机构的距离和当前蚊虫距离所述捕杀机构的相对位置作为所述参考位置，根据所述参考位置确定所述驱动信号，并将所述驱动信号发送给所述捕杀机构的驱动单元，以控制所述驱动单元根据所述驱动信号驱动所述高压电网前往所述参考位置；所述主控设备基于所述实时亮度控制所述辅助照明设备的照明亮度包括：所述实时亮度越大，所述照明亮度越小；所述图像预处理设备包括对比度增强子设备、维纳滤波子设备、中值滤波子设备、均值滤波子设备、图像膨胀子设备、图像腐蚀子设备和灰度化处理子设备，以分别执行对比度增强、维纳滤波、中值滤波、均值滤波、图像膨胀、图像腐蚀和灰度化处理。

更具体地，在所述自动定位捕杀蚊虫的手持装置中，所述手持装置还包括：用户输入设备，用于在用户的操作下，输入所述蚊虫灰度阈值范围。

更具体地，在所述自动定位捕杀蚊虫的手持装置中，所述手持装置还包括：显示设备，与所述主控设备连接，用于接收并显示所述目标蚊虫图像。

更具体地，在所述自动定位捕杀蚊虫的手持装置中：所述显示设备为液晶显示屏。

更具体地，在所述自动定位捕杀蚊虫的手持装置中：所述主控设备基于所述实时亮度控制所述辅助照明设备的照明亮度还包括：当所述实时亮度大于预设亮度阈值时，关闭所述辅助照明设备，当所述实时亮度小于预设亮度阈值时，打开所述辅助照明设备。

更具体地，在所述自动定位捕杀蚊虫的手持装置中：所述预设亮度阈值被预先存储在SDRAM存储器中。

附图说明

以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：

图1为根据本发明实施方案示出的自动定位捕杀蚊虫的手持装置的结构方框图。

附图标记：1捕杀机构；2蚊虫实时定位机构；3主控设备

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的自动定位捕杀蚊虫的手持装置的实施方案进行详细说明。

现有技术中基于电网捕杀原理的手持灭蚊装置需要人工寻找蚊虫、定位蚊虫和捕杀蚊虫，由于蚊虫体积较小且飞动速度，人工寻找蚊虫、定位蚊虫和捕杀蚊虫的难度较大而且浪费时间。

为了克服上述不足，本发明搭建了一种自动定位捕杀蚊虫的手持装置，以视觉机器为蚊虫跟踪的主体，采用电子跟踪方式替代原有的人力跟踪方式，提高了灭蚊的效率和速度。

图1为根据本发明实施方案示出的自动定位捕杀蚊虫的手持装置的结构方框图，所述手持装置包括捕杀机构、蚊虫实时定位机构和主控设备，所述捕杀机构用于捕杀蚊虫，所述蚊虫实时定位机构采用图像采集和图像处理的方式确定蚊虫距离所述捕杀机构的参考位置，所述主控设备与所述捕杀机构和所述蚊虫实时定位机构分别连接，基于所述参考位置控制所述捕杀机构的捕杀蚊虫操作。

接着，继续对本发明的自动定位捕杀蚊虫的手持装置的具体结构进行进一步的说明。

所述手持装置还包括：供电设备，为所述手持装置供电，包括三节可充电电池和可充电单元，所述可充电单元用于连接市电以对所述三节可充电电池进行充电。

所述手持装置还包括：亮度传感器，用于检测手持装置周围环境亮度并作为实时亮度输出。

所述手持装置还包括：辅助照明设备，用于为手持装置提供辅助照明。

所述手持装置还包括：声音检测设备，用于检测手持装置周围的声音以输出检测音频信号。

所述手持装置还包括：SDRAM存储器，用于预先存储蚊虫灰度阈值范围、基准蚊虫尺寸和基准蚊虫音频信号，所述基准蚊虫音频信号为对蚊虫预先录入的音频信号。

所述捕杀机构包括高压电网、连接弹簧、驱动单元和棍式手柄，所述棍式手柄方便用户手持使用，所述连接弹簧与所述高压电网和所述棍式手柄分别连接，用于弹性支撑所述高压电网，所述驱动单元根据驱动信号驱动所述高压电网前往所述参考位置。

所述蚊虫实时定位机构包括CMOS图像传感器、图像预处理设备和蚊虫信息提取设备；所述CMOS图像传感器用于对手持装置的前方进行图像采集以获得前方图像。

所述图像预处理设备与所述CMOS图像传感器连接，用于对所述前方图像依次执行对比度增强、维纳滤波、中值滤波、均值滤波、图像膨胀、图像腐蚀和灰度化处理，以输出灰度化图像。

所述蚊虫信息提取设备包括阈值选择子设备和目标分割子设备，所述阈值选择子设备与所述SDRAM存储器和所述图像预处理设备分别连接，用于依次从所述蚊虫灰度阈值范围中选择一个值作为预选灰度阈值，采用预选灰度阈值将灰度化图像划分为预选背景区域和预选目标区域，计算预选背景区域占据灰度化图像的面积比例作为背景面积比，计算预选背景区域的像素平均灰度值作为背景平均灰度值，计算预选目标区域占据灰度化图像的面积比例作为目标面积比，计算预选目标区域的像素平均灰度值作为目标平均灰度值，将背景平均灰度值减去目标平均灰度值，获得的差的平方乘以背景面积比和目标面积比，获得的乘积作为阈值乘积，选择阈值乘积最大的预选灰度阈值作为目标灰度阈值；所述目标分割子设备与所述阈值选择子设备连接，用于采用目标灰度阈值将灰度化图像划分为背景图像和目标蚊虫图像。

所述主控设备与所述亮度传感器、所述辅助照明设备、所述声音检测设备、所述SDRAM存储器、所述捕杀机构和所述蚊虫实时定位机构分别连接，用于基于所述实时亮度控制所述辅助照明设备的照明亮度，并在接收到的检测音频信号与基准蚊虫音频信号匹配时，进入蚊虫捕杀模式。

其中，所述主控设备在所述蚊虫捕杀模式中：所述主控设备根据所述目标蚊虫图像的尺寸与所述基准蚊虫尺寸的比较结果确定当前蚊虫距离所述捕杀机构的距离，并基于所述目标蚊虫图像在所述灰度化图像的相对位置确定当前蚊虫距离所述捕杀机构的相对位置，将当前蚊虫距离所述捕杀机构的距离和当前蚊虫距离所述捕杀机构的相对位置作为所述参考位置，根据所述参考位置确定所述驱动信号，并将所述驱动信号发送给所述捕杀机构的驱动单元，以控制所述驱动单元根据所述驱动信号驱动所述高压电网前往所述参考位置。

所述主控设备基于所述实时亮度控制所述辅助照明设备的照明亮度包括：所述实时亮度越大，所述照明亮度越小。

所述图像预处理设备包括对比度增强子设备、维纳滤波子设备、中值滤波子设备、均值滤波子设备、图像膨胀子设备、图像腐蚀子设备和灰度化处理子设备，以分别执行对比度增强、维纳滤波、中值滤波、均值滤波、图像膨胀、图像腐蚀和灰度化处理。维纳滤波子设备、中值滤波子设备、均值滤波子设备、图像膨胀子设备、图像腐蚀子设备和灰度化处理子设备可以分别采用不同型号的FPGA芯片来实现。

可选地，在所述手持装置中：所述手持装置还包括：用户输入设备，用于在用户的操作下，输入所述蚊虫灰度阈值范围；所述手持装置还包括：显示设备，与所述主控设备连接，用于接收并显示所述目标蚊虫图像；所述显示设备为液晶显示屏；所述主控设备基于所述实时亮度控制所述辅助照明设备的照明亮度还包括：当所述实时亮度大于预设亮度阈值时，关闭所述辅助照明设备，当所述实时亮度小于预设亮度阈值时，打开所述辅助照明设备；以及，可以将所述预设亮度阈值被先存储在SDRAM存储器中。

另外，FPGA(Field－Programmable Gate Array)，即现场可编程门阵列，他是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。他是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

以硬件描述语言(Verilog或VHDL)所完成的电路设计，可以经过简单的综合与布局，快速的烧录至FPGA上进行测试，是现代IC设计验证的技术主流。这些可编辑元件可以被用来实现一些基本的逻辑门电路(比如AND、OR、XOR、NOT)或者更复杂一些的组合功能比如解码器或数学方程式。在大多数的FPGA里面，这些可编辑的元件里也包含记忆元件例如触发器(Flip－flop)或者其他更加完整的记忆块。系统设计师可以根据需要通过可编辑的连接把FPGA内部的逻辑块连接起来，就好像一个电路试验板被放在了一个芯片里。一个出厂后的成品FPGA的逻辑块和连接可以按照设计者而改变，所以FPGA可以完成所需要的逻辑功能。

FPGA一般来说比ASIC(专用集成电路)的速度要慢，实现同样的功能比ASIC电路面积要大。但是他们也有很多的优点比如可以快速成品，可以被修改来改正程序中的错误和更便宜的造价。厂商也可能会提供便宜的但是编辑能力差的FPGA。因为这些芯片有比较差的可编辑能力，所以这些设计的开发是在普通的FPGA上完成的，然后将设计转移到一个类似于ASIC的芯片上。另外一种方法是用CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)。FPGA的开发相对于传统PC、单片机的开发有很大不同。FPGA以并行运算为主，以硬件描述语言来实现；相比于PC或单片机(无论是冯诺依曼结构还是哈佛结构)的顺序操作有很大区别。

早在1980年代中期，FPGA已经在PLD设备中扎根。CPLD和FPGA包括了一些相对大数量的可编辑逻辑单元。CPLD逻辑门的密度在几千到几万个逻辑单元之间，而FPGA通常是在几万到几百万。CPLD和FPGA的主要区别是他们的系统结构。CPLD是一个有点限制性的结构。这个结构由一个或者多个可编辑的结果之和的逻辑组列和一些相对少量的锁定的寄存器组成。这样的结果是缺乏编辑灵活性，但是却有可以预计的延迟时间和逻辑单元对连接单元高比率的优点。而FPGA却是有很多的连接单元，这样虽然让他可以更加灵活的编辑，但是结构却复杂的多。

采用本发明的自动定位捕杀蚊虫的手持装置，针对现有技术中手持灭蚊装置灭蚊困难的技术问题，引入适合蚊虫结构和声学特征的多个传感器和图像处理设备实现对蚊虫的电子捕杀，从而替换人工搜索、定位和捕杀过程，节约了大量的人力和时间。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (1)

1.一种自动定位捕杀蚊虫的手持装置，所述手持装置包括捕杀机构、蚊虫实时定位机构和主控设备，所述捕杀机构用于捕杀蚊虫，所述蚊虫实时定位机构采用图像采集和图像处理的方式确定蚊虫距离所述捕杀机构的参考位置，所述主控设备与所述捕杀机构和所述蚊虫实时定位机构分别连接，基于所述参考位置控制所述捕杀机构的捕杀蚊虫操作；

其特征在于，所述手持装置还包括：

供电设备，为所述手持装置供电，包括三节可充电电池和可充电单元，所述可充电单元用于连接市电以对所述三节可充电电池进行充电；

亮度传感器，用于检测手持装置周围环境亮度并作为实时亮度输出；

辅助照明设备，用于为手持装置提供辅助照明；

声音检测设备，用于检测手持装置周围的声音以输出检测音频信号；

SDRAM存储器，用于预先存储蚊虫灰度阈值范围、基准蚊虫尺寸和基准蚊虫音频信号，所述基准蚊虫音频信号为对蚊虫预先录入的音频信号；

所述捕杀机构包括高压电网、连接弹簧、驱动单元和棍式手柄，所述棍式手柄方便用户手持使用，所述连接弹簧与所述高压电网和所述棍式手柄分别连接，用于弹性支撑所述高压电网，所述驱动单元根据驱动信号驱动所述高压电网前往所述参考位置；

所述蚊虫实时定位机构包括CMOS图像传感器、图像预处理设备和蚊虫信息提取设备；所述CMOS图像传感器用于对手持装置的前方进行图像采集以获得前方图像；所述图像预处理设备与所述CMOS图像传感器连接，用于对所述前方图像依次执行对比度增强、维纳滤波、中值滤波、均值滤波、图像膨胀、图像腐蚀和灰度化处理，以输出灰度化图像；所述蚊虫信息提取设备包括阈值选择子设备和目标分割子设备，所述阈值选择子设备与所述SDRAM存储器和所述图像预处理设备分别连接，用于依次从所述蚊虫灰度阈值范围中选择一个值作为预选灰度阈值，采用预选灰度阈值将灰度化图像划分为预选背景区域和预选目标区域，计算预选背景区域占据灰度化图像的面积比例作为背景面积比，计算预选背景区域的像素平均灰度值作为背景平均灰度值，计算预选目标区域占据灰度化图像的面积比例作为目标面积比，计算预选目标区域的像素平均灰度值作为目标平均灰度值，将背景平均灰度值减去目标平均灰度值，获得的差的平方乘以背景面积比和目标面积比，获得的乘积作为阈值乘积，选择阈值乘积最大的预选灰度阈值作为目标灰度阈值；所述目标分割子设备与所述阈值选择子设备连接，用于采用目标灰度阈值将灰度化图像划分为背景图像和目标蚊虫图像；

所述主控设备与所述亮度传感器、所述辅助照明设备、所述声音检测设备、所述SDRAM存储器、所述捕杀机构和所述蚊虫实时定位机构分别连接，用于基于所述实时亮度控制所述辅助照明设备的照明亮度，并在接收到的检测音频信号与基准蚊虫音频信号匹配时，进入蚊虫捕杀模式；

其中，所述主控设备在所述蚊虫捕杀模式中：所述主控设备根据所述目标蚊虫图像的尺寸与所述基准蚊虫尺寸的比较结果确定当前蚊虫距离所述捕杀机构的距离，并基于所述目标蚊虫图像在所述灰度化图像的相对位置确定当前蚊虫距离所述捕杀机构的相对位置，将当前蚊虫距离所述捕杀机构的距离和当前蚊虫距离所述捕杀机构的相对位置作为所述参考位置，根据所述参考位置确定所述驱动信号，并将所述驱动信号发送给所述捕杀机构的驱动单元，以控制所述驱动单元根据所述驱动信号驱动所述高压电网前往所述参考位置；

其中，所述主控设备基于所述实时亮度控制所述辅助照明设备的照明亮度包括：所述实时亮度越大，所述照明亮度越小；

其中，所述图像预处理设备包括对比度增强子设备、维纳滤波子设备、中值滤波子设备、均值滤波子设备、图像膨胀子设备、图像腐蚀子设备和灰度化处理子设备，以分别执行对比度增强、维纳滤波、中值滤波、均值滤波、图像膨胀、图像腐蚀和灰度化处理；

用户输入设备，用于在用户的操作下，输入所述蚊虫灰度阈值范围；

显示设备，与所述主控设备连接，用于接收并显示所述目标蚊虫图像；

所述显示设备为液晶显示屏；

所述主控设备基于所述实时亮度控制所述辅助照明设备的照明亮度还包括：当所述实时亮度大于预设亮度阈值时，关闭所述辅助照明设备，当所述实时亮度小于预设亮度阈值时，打开所述辅助照明设备；

所述预设亮度阈值被预先存储在SDRAM存储器中。