CN106603993B - 基于立体视觉的灯诱昆虫图像采集装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于立体视觉的灯诱昆虫图像采集装置及方法，基于立体视觉的灯诱昆虫图像采集装置包括：昆虫诱捕单元、昆虫扎取单元和基于立体视觉的图像采集单元；昆虫诱捕单元与所述昆虫扎取单元连接，基于立体视觉的图像采集单元用于对所述昆虫扎取单元扎取的昆虫进行360°图像采集；昆虫诱捕单元，用于对昆虫进行诱捕；昆虫扎取单元，用于对昆虫诱捕单元诱捕的昆虫进行扎取、旋转和脱落操作；基于立体视觉的图像采集单元，用于对昆虫扎取单元扎取的昆虫进行360°图像采集。本发明提供的基于立体视觉的灯诱昆虫图像采集装置，能够实现昆虫的自动扎取、旋转与脱落，获取昆虫360°图像，保留图像信息的完整性，有利于提高田间昆虫的识别准确率。

Description

基于立体视觉的灯诱昆虫图像采集装置及方法
技术领域
本发明涉及农业技术领域，具体涉及一种基于立体视觉的灯诱昆虫图像采集装置及方法。
背景技术
目前进行昆虫图像获取时，一般将昆虫置于平面式的载物台上，基于单一机器视觉或正反两个机器视觉进行昆虫图像信息获取。基于单一机器视觉获取的是昆虫单面的特征信息，当昆虫的腹面朝上时，所获取的特征难以进行昆虫种类的识别；基于正反两个机器视觉进行昆虫特征信息获取时，是将昆虫置于透明材质上，如玻璃，当从玻璃反面获取图像时，昆虫的特征信息会因玻璃的阻隔作用而发生变化，尤其是颜色特征。
基于平面式载物台所获取的昆虫图像信息是单面的，或者是有透明物阻隔的图像，昆虫图像信息的完整性受到影响，影响昆虫的识别效果。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于立体视觉的灯诱昆虫图像采集装置及方法，以获取昆虫360°图像。
为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种基于立体视觉的灯诱昆虫图像采集装置，包括：昆虫诱捕单元、昆虫扎取单元和基于立体视觉的图像采集单元；
所述昆虫诱捕单元与所述昆虫扎取单元连接，所述基于立体视觉的图像采集单元用于对所述昆虫扎取单元扎取的昆虫进行360°图像采集；
所述昆虫诱捕单元，用于对昆虫进行诱捕；
所述昆虫扎取单元，用于对所述昆虫诱捕单元诱捕的昆虫进行扎取、旋转和脱落操作；
所述基于立体视觉的图像采集单元，用于对所述昆虫扎取单元扎取的昆虫进行360°图像采集。
进一步地，所述装置还包括：昆虫初分类单元；所述昆虫初分类单元的第一端与所述昆虫诱捕单元连接，所述昆虫初分类单元的第二端与所述昆虫扎取单元连接；
所述昆虫初分类单元，用于对所述昆虫诱捕单元诱捕的昆虫进行大、中、小三类昆虫的初步筛选。
进一步地，所述装置还包括：昆虫回收单元；
所述昆虫回收单元，位于所述昆虫扎取单元的下方，用于接收所述昆虫扎取单元脱落的昆虫。
进一步地，所述昆虫诱捕单元包括：防雨盖、撞击板、诱虫灯、集虫漏斗、集虫盒、加热灯和推拉门装置；
所述防雨盖位于所述昆虫诱捕单元的最上方，所述诱虫灯位于所述昆虫诱捕单元的中央，所述撞击板以所述诱虫灯为中心呈放射状摆放，所述集虫漏斗位于所述诱虫灯下方，所述集虫盒位于所述集虫漏斗下方，所述加热灯位于所述集虫盒一侧，用于杀死所述集虫盒内的昆虫，所述推拉门装置用于打开或关闭所述集虫盒的底部盖板。
进一步地，所述推拉门装置包括第一电机、齿轮、轨道和收集盒门；所述收集盒门为所述集虫盒的底部盖板；
其中，第一电机与齿轮连接，齿轮与轨道连接，轨道与收集盒门连接；所述第一电机用于控制所述齿轮工作，所述轨道用于驱动所述收集盒门的开闭。
进一步地，所述昆虫扎取单元包括：底座、摆臂运动模块、水平运动模块、旋转运动模块和扎虫模块；
所述摆臂运动模块，固定在所述底座上，包括：第三电机、行星齿轮减速机、旋转轴和支架，所述支架包括丝杆和螺母套；所述行星齿轮减速机与所述旋转轴连接，所述第三电机用于驱动所述行星齿轮减速机转动，由旋转轴带动所述扎虫模块做摆臂运动；
所述水平运动模块，包括：依次连接的第二电机、传动轴、第一滚珠丝杆组件和伸缩臂；所述传动轴通过螺母套固定于所述支架上，所述第二电机用于带动所述传动轴，所述传动轴用于驱动所述第一滚珠丝杆组件，所述第一滚珠丝杆组件用于带动所述伸缩臂进行运动以实现所述扎虫模块的水平运动；
所述旋转运动模块，包括：第四电机、同步带、同步轮和法兰盘；所述第四电机通过所述同步带带动所述同步轮转动，所述法兰盘与所述同步轮连接，所述法兰盘与所述扎虫模块连接，用于带动所述扎虫模块进行转动；
所述扎虫模块，包括：针筒、第五电机、第二滚珠丝杆组件、推杆、弹簧、针杆、针固定槽和扎虫针；所述第五电机与所述第二滚珠丝杆组件连接，所述第二滚珠丝杆组件与所述推杆连接，所述弹簧位于所述推杆与所述针杆之间，所述针固定槽位于所述针杆末端，用于固定所述扎虫针，所述第五电机用于驱动扎虫针进行上下运动以实现不用高度昆虫的扎取和脱落。
进一步地，所述基于立体视觉的图像采集单元包括：云台、光源、半圆形支架以及位于所述半圆形支架上的第一CCD、第二CCD、第三CCD；其中，第一CCD位于所述半圆形支架的斜上方位置、第二CCD位于所述半圆形支架的水平方向位置、所述第三CCD位于所述半圆形支架的斜下方位置；所述云台与所述半圆形支架连接，用于固定所述第一CCD、第二CCD和第三CCD。
进一步地，所述昆虫初分类单元包括：振动装置、振动滤网、昆虫排列通道和载虫盘；其中，所述振动滤网与所述昆虫诱捕单元连接，用于接收所述昆虫诱捕单元诱捕的昆虫；所述振动装置带动所述振动滤网振动；所述振动滤网由三种以上的不同大小的滤网组成，通过所述振动装置实现昆虫大小的初分类，同时驱动昆虫逐步进入所述昆虫排列通道，所述载虫盘位于所述排列通道的末端，所述载虫盘为网孔式盘。
第二方面，本发明还提供了一种应用如上面所述的基于立体视觉的灯诱昆虫图像采集装置的昆虫360°图像采集方法，包括：
利用所述昆虫诱捕单元对昆虫进行诱捕；
利用所述昆虫扎取单元对诱捕后的昆虫进行扎取操作；
利用所述基于立体视觉的图像采集单元对扎取的昆虫进行360°图像采集；
其中，在所述基于立体视觉的图像采集单元对扎取的昆虫进行360°图像采集完毕后，利用所述昆虫扎取单元对诱捕后的昆虫进行脱落操作。
进一步地，所述基于立体视觉的灯诱昆虫图像采集装置还包括：昆虫初分类单元；所述昆虫初分类单元的第一端与所述昆虫诱捕单元连接，所述昆虫初分类单元的第二端与所述昆虫扎取单元连接；
所述昆虫初分类单元包括：振动装置、振动滤网、昆虫排列通道和载虫盘；其中，所述振动滤网与所述昆虫诱捕单元连接，用于接收所述昆虫诱捕单元诱捕的昆虫；所述振动装置带动所述振动滤网振动；所述振动滤网由三种以上的不同大小的滤网组成，通过所述振动装置实现昆虫大小的初分类，同时驱动昆虫逐步进入所述昆虫排列通道，所述载虫盘位于所述排列通道的末端，所述载虫盘为网孔式盘；
其中，所述昆虫诱捕单元包括：防雨盖、撞击板、诱虫灯、集虫漏斗、集虫盒、加热灯和推拉门装置；
所述防雨盖位于所述昆虫诱捕单元的最上方，所述诱虫灯位于所述昆虫诱捕单元的中央，所述撞击板以所述诱虫灯为中心呈放射状摆放，所述集虫漏斗位于所述诱虫灯下方，所述集虫盒位于所述集虫漏斗下方，所述加热灯位于所述集虫盒一侧，用于杀死所述集虫盒内的昆虫，所述推拉门装置用于打开或关闭所述集虫盒的底部盖板；
其中，所述昆虫扎取单元包括：底座、摆臂运动模块、水平运动模块、旋转运动模块和扎虫模块；
所述摆臂运动模块，固定在所述底座上，包括：第三电机、行星齿轮减速机、旋转轴和支架，所述支架包括丝杆和螺母套；所述行星齿轮减速机与所述旋转轴连接，所述第三电机用于驱动所述行星齿轮减速机转动，由旋转轴带动所述扎虫模块做摆臂运动；
所述水平运动模块，包括：依次连接的第二电机、传动轴、第一滚珠丝杆组件和伸缩臂；所述传动轴通过螺母套固定于所述支架上，所述第二电机用于带动所述传动轴，所述传动轴用于驱动所述第一滚珠丝杆组件，所述第一滚珠丝杆组件用于带动所述伸缩臂进行运动以实现所述扎虫模块的水平运动；
所述旋转运动模块，包括：第四电机、同步带、同步轮和法兰盘；所述第四电机通过所述同步带带动所述同步轮转动，所述法兰盘与所述同步轮连接，所述法兰盘与所述扎虫模块连接，用于带动所述扎虫模块进行转动；
所述扎虫模块，包括：针筒、第五电机、第二滚珠丝杆组件、推杆、弹簧、针杆、针固定槽和扎虫针；所述第五电机与所述第二滚珠丝杆组件连接，所述第二滚珠丝杆组件与所述推杆连接，所述弹簧位于所述推杆与所述针杆之间，所述针固定槽位于所述针杆末端，用于固定所述扎虫针，所述第五电机用于驱动扎虫针进行上下运动以实现不用高度昆虫的扎取和脱落；
其中，所述昆虫扎取单元还包括：双目视觉模块，所述双目视觉模块用于获取昆虫图像，通过相机标定、立体匹配获得昆虫所处的三维空间位置，为所述扎虫模块的旋转、水平、扎取运动提供基础，实现昆虫的准确扎取；
其中，所述基于立体视觉的图像采集单元包括：云台、光源、半圆形支架以及位于所述半圆形支架上的第一CCD、第二CCD、第三CCD；其中，第一CCD位于所述半圆形支架的斜上方位置、第二CCD位于所述半圆形支架的水平方向位置、所述第三CCD位于所述半圆形支架的斜下方位置；所述云台与所述半圆形支架连接，用于固定所述第一CCD、第二CCD和第三CCD；
相应地，所述昆虫360°图像采集方法包括：
对双目视觉、基于立体视觉的图像采集单元的CCD进行标定；根据昆虫的活动规律，在预设时刻开启所述诱虫灯，昆虫撞到所述撞击板后落入所述集虫盒；打开加热灯将昆虫加热杀死；昆虫诱捕结束，且昆虫被杀死后，集虫盒打开，昆虫落入振动滤网，振动装置开始振动所述振动滤网，昆虫逐步进入排列通道，到达所述载虫盘；双目视觉模块开始工作，基于双目视觉模块获取载虫盘上的昆虫图像，通过图像预处理获取昆虫二值化图；应用图像细化方法提取昆虫骨架；经链码表示，结合虫体部位特征，判断虫体头位置，离头部三分之一进行虫体扎取，通过立体匹配计算扎取位置所处的三维空间位置；扎虫模块停留于所述基于立体视觉的图像采集单元进行图像采集的位置为起始位置，计算扎虫模块在三维空间中摆臂角度、伸缩臂运动距离、扎虫模块垂直运动距离，以实现昆虫的准确扎取；昆虫扎取后，扎虫模块回到所述起始位置；基于立体视觉的图像采集单元同时对昆虫进行图像获取，所述旋转运动模块根据图像获取的需要进行转动，每次转动后，基于立体视觉的图像采集单元都进行图像获取；图像采集结束后，第五电机控制扎虫针缩回，昆虫脱落，后续进入下一只昆虫的扎取、360°图像采集相关操作。
由上述技术方案可知，本发明提供的基于立体视觉的灯诱昆虫图像采集装置，首先利用昆虫诱捕单元对昆虫进行诱捕，然后利用昆虫扎取单元对诱捕的昆虫进行自动扎取操作，根据机器视觉拍照的需要，将所扎取的昆虫旋转到相应的拍照位置，利用基于立体视觉的图像采集单元对所述昆虫扎取单元扎取的昆虫进行360°图像采集。可见，本发明提供的基于立体视觉的灯诱昆虫图像采集装置，可以实现昆虫360°图像的采集，从而可以保留昆虫的完整信息，故有利于后期对昆虫的识别，例如后期可以利用本发明提供的图像采集装置获取昆虫图像进行处理以获得昆虫全景图像，还可以利用获取的昆虫图像提取昆虫的三维姿态以及进行昆虫的三维重建等处理，进而方便进行昆虫的识别。
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是本发明一个实施例提供的基于立体视觉的灯诱昆虫图像采集装置的一种结构示意图；
图2是本发明一个实施例提供的基于立体视觉的灯诱昆虫图像采集装置的另一种结构示意图；
图3是本发明一个实施例提供的基于立体视觉的灯诱昆虫图像采集装置的又一种结构示意图；
图4是昆虫诱捕单元100的结构示意图；
图5是昆虫扎取单元200的结构示意图；
图6是基于立体视觉的图像采集单元300的结构示意图；
图7是昆虫初分类单元400的结构示意图；
图8是本发明一个实施例提供的基于立体视觉的灯诱昆虫图像采集装置的工作原理示意图；
图9是本发明另一个实施例提供的灯诱昆虫360°图像采集方法的一种流程图；
图10是本发明另一个实施例提供的灯诱昆虫360°图像采集方法的另一种流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
从背景技术部分描述可知，现有的基于平面式载物台所获取的昆虫图像信息是单面的，或者是有透明物阻隔的图像，昆虫图像信息的完整性受到影响，影响昆虫的识别效果。因此，极有必要构建一种昆虫自动扎取、360°信息获取平台，准确获取昆虫360°图像。下面将通过第一至第二实施例对本发明提供的基于立体视觉的灯诱昆虫图像采集装置及方法进行解释说明。
本发明第一个实施例提供了一种基于立体视觉的灯诱昆虫图像采集装置，参见图1，该装置包括：昆虫诱捕单元100、昆虫扎取单元200和基于立体视觉的图像采集单元300，其中：
所述昆虫诱捕单元100与所述昆虫扎取单元200连接，所述基于立体视觉的图像采集单元300用于对所述昆虫扎取单元200扎取的昆虫进行360°图像采集；
所述昆虫诱捕单元100，用于对昆虫进行诱捕；
所述昆虫扎取单元200，用于对所述昆虫诱捕单元100诱捕的昆虫进行扎取、旋转和脱落操作；
可以理解的是，由于所述昆虫扎取单元200对昆虫进行了扎取操作，使其脱离载虫盘或玻璃板，进一步利用昆虫扎取单元200对扎取的昆虫进行相应的旋转操作，以便于获取昆虫的360°图像信息。可以理解的是，在获取完昆虫的360°图像信息后，可以利用昆虫扎取单元200将扎取的昆虫进行脱离处理，以便于昆虫扎取单元200扎取下一个昆虫。这里，获取昆虫的360°图像信息并不是指获取一张能够包含昆虫360°信息的图像，而是指获取多张分别从各个角度拍摄的昆虫图像。
所述基于立体视觉的图像采集单元300用于对所述昆虫扎取单元200扎取的昆虫进行360°图像采集。这里，采集昆虫的360°图像信息并不是指采集一张能够包含昆虫360°信息的图像，而是指采集多张分别从各个角度拍摄的昆虫图像。
本实施例所述的基于立体视觉的图像采集单元300可以为由多个图像采集设备构成的基于立体视觉的图像采集单元，也可为单个图像采集设备。
由上述技术方案可知，本发明提供的基于立体视觉的灯诱昆虫图像采集装置，首先利用昆虫诱捕单元对昆虫进行诱捕，然后利用昆虫扎取单元对诱捕的昆虫进行扎取、旋转操作，最后利用基于立体视觉的图像采集单元对所述昆虫扎取单元扎取的昆虫进行360°图像采集。可见，本发明提供的基于立体视觉的灯诱昆虫图像采集装置，可以实现昆虫360°图像的采集，从而可以保留昆虫的完整信息，故有利于后期对昆虫的识别。例如后期可以利用本发明提供的图像采集装置获取昆虫360°图像进行处理以获得昆虫全景图像，还可以利用获取的昆虫图像提取昆虫的三维姿态以及进行昆虫三维重建等处理，进而方便进行昆虫的识别。
在一种可选实施方式中，参见图2，所述装置还包括：昆虫初分类单元400；所述昆虫初分类单元400的第一端与所述昆虫诱捕单元100连接，所述昆虫初分类单元400的第二端与所述昆虫扎取单元200连接；
其中，所述昆虫初分类单元400，用于对所述昆虫诱捕单元100诱捕的昆虫进行大、中、小三类昆虫的初步筛选。
在一种可选实施方式中，参见图3，所述装置还包括：昆虫回收单元500；
所述昆虫回收单元500，位于所述昆虫扎取单元200的下方，用于接收所述昆虫扎取单元200脱落的昆虫。
在一种可选实施方式中，参见图4，所述昆虫诱捕单元100包括：防雨盖1、撞击板2、诱虫灯3、集虫漏斗4、集虫盒5、加热灯6和推拉门装置7；
所述防雨盖1位于所述昆虫诱捕单元100的最上方，所述诱虫灯3位于所述昆虫诱捕单元100的中央，所述撞击板2以所述诱虫灯3为中心呈放射状摆放，所述集虫漏斗4位于所述诱虫灯3下方，所述集虫盒5位于所述集虫漏斗4下方，所述加热灯6位于所述集虫盒5一侧，用于杀死所述集虫盒5内的昆虫，所述推拉门装置7用于打开或关闭所述集虫盒5的底部盖板。
优选地，所述推拉门装置7包括第一电机、齿轮、轨道和收集盒门；所述收集盒门为所述集虫盒5的底部盖板；
其中，第一电机与齿轮连接，齿轮与轨道连接，轨道与收集盒门连接；所述第一电机用于控制所述齿轮工作，所述轨道用于驱动所述收集盒门的开闭。
在一种可选实施方式中，参见图5，所述昆虫扎取单元200包括：底座、摆臂运动模块、水平运动模块、旋转运动模块和扎虫模块；
所述摆臂运动模块，固定在所述底座z1上，包括：第三电机z2、行星齿轮减速机z3、旋转轴z4和支架，所述支架包括丝杆z5和螺母套z6；所述行星齿轮减速机z3与所述旋转轴z4连接，所述第三电机z2用于驱动所述行星齿轮减速机z3转动，由旋转轴z4带动所述扎虫模块做摆臂运动；
所述水平运动模块，包括：依次连接的第二电机z7、传动轴z8、第一滚珠丝杆组件(z9和z10)和伸缩臂z11；所述传动轴z8通过螺母套z6固定于所述支架上，所述第二电机z7用于带动所述传动轴z8，所述传动轴z8用于驱动所述第一滚珠丝杆组件(z9和z10)，所述第一滚珠丝杆组件(z9和z10)用于带动所述伸缩臂z11进行运动以实现所述扎虫模块的水平运动；
所述旋转运动模块，包括：第四电机z12、同步带z13、同步轮z14和法兰盘z15；所述第四电机z12通过所述同步带z13带动所述同步轮z14转动，所述法兰盘z15与所述同步轮z14连接，所述法兰盘z15与所述扎虫模块连接，用于带动所述扎虫模块进行转动；
所述扎虫模块，包括：针筒、第五电机z16、第二滚珠丝杆组件z17、推杆z18、弹簧z19、针杆z20、针固定槽和扎虫针z21；所述第五电机z16与所述第二滚珠丝杆组件z17连接，所述第二滚珠丝杆组件z17与所述推杆z18连接，所述弹簧z19位于所述推杆z18与所述针杆z20之间，所述针固定槽位于所述针杆z20末端，用于固定所述扎虫针z21，所述第五电机z16用于驱动扎虫针z21进行上下运动以实现不用高度昆虫的扎取和脱落。
可见，本实施方式构建了一种多维度动作的昆虫扎取单元，实现摆臂运动、水平运动以及扎虫部分旋转运动以及昆虫扎取、脱落运动，实现了不同位置昆虫的自动扎取。此外，通过摆臂运动模块、水平运动模块、旋转运动模块和扎虫模块的协作配合，并在此基础上结合基于立体视觉的图像采集单元300可以获取昆虫的360°图像。
优选地，所述昆虫扎取单元200还包括：双目视觉模块z22，所述双目视觉模块z22用于获取昆虫图像，通过相机标定、立体匹配获得昆虫所处的三维空间位置，为所述扎虫模块的旋转、水平、扎取运动提供基础，实现昆虫的准确扎取。
在一种可选实施方式中，参见图6，所述基于立体视觉的图像采集单元300包括：云台(图中未标出)、光源17、半圆形支架13以及位于所述半圆形支架13上的第一CCD 14、第二CCD 15、第三CCD 16；其中，第一CCD 14位于所述半圆形支架13的斜上方位置、第二CCD15位于所述半圆形支架13的水平方向位置、所述第三CCD 16位于所述半圆形支架13的斜下方位置；所述云台与所述半圆形支架13连接，用于固定所述第一CCD 14、第二CCD 15和第三CCD16。
由于昆虫形体小，多个机器视觉存在对焦难的特点。为了解决该问题，本实施例应用半圆形的支架部署机器视觉(第一CCD位于斜上方、第二CCD位于水平方向、第三CCD位于斜下方，固定CCD的云台与半圆形支架连接)，应用半圆形的支架有利于快速实现多个多机器视觉快速对焦。配合昆虫扎取单元，可实现昆虫360°图像信息的获取，提高图像的获取效率。
在一种可选实施方式中，参见图7，所述昆虫初分类单元400包括：振动装置8、振动滤网9、昆虫排列通道10和载虫盘11；其中，所述振动滤网9与所述昆虫诱捕单元连接，用于接收所述昆虫诱捕单元诱捕的昆虫；所述振动装置带动所述振动滤网振动；所述振动滤网由三种以上的不同大小的滤网组成，通过所述振动装置实现昆虫大小的初分类(振动时间为虫体从集虫盒里落入振动滤网后)，同时驱动昆虫逐步进入所述昆虫排列通道，所述载虫盘位于所述排列通道的末端，所述载虫盘为网孔式盘，便于进行昆虫的扎取。
优选地，所述振动装置包括振动电机、凸轮机构(凸轮、从动件、机架)，振动电机控制凸轮机构运动，带动所述振动滤网进行振动。
在一种可选实施方式中，所述装置还包括：电源单元；
所述电源单元，用于为所述昆虫诱捕单元、昆虫扎取单元和基于立体视觉的图像采集单元供电。本实施例提供的电源单元可以为有源电源，可以为无源电源。当所述装置中包含控制器时，所述电源单元还用于为所述控制器供电。
在一种可选实施方式中，所述装置还包括：传输单元；
所述传输单元，用于将所述基于立体视觉的图像采集单元采集的昆虫图像传输至目标终端设备。所述目标终端设备可以为近距离的终端设备也可以为远程终端设备。所述目标终端设备可以为服务器、手机或其他智能设备，用于接收所述基于立体视觉的图像采集单元采集的昆虫图像。
优选地，所述传输单元包括4G模块、路由器，所述装置所获取的昆虫图像可通过4G模块中的SIM卡将信息发送到路由器，路由器通过有线或者无线的方式与目标终端设备进行数据交互。
可以理解的是，对于本实施例提供的基于立体视觉的灯诱昆虫图像采集装置可以由人工进行操作，也可以采用由主控制器(如计算机或工控机)进行控制。
当由人工进行控制时，可以在适当时间使所述昆虫诱捕单元开始工作，以诱捕昆虫。当所述昆虫诱捕单元中成功诱捕昆虫后，可以通过操作所述昆虫诱捕单元中的推拉门装置的方式打开所述集虫盒的底部盖板，使得昆虫落入载虫盘上，然后通过手动操作所述昆虫扎取单元以实现对落入载虫盘上的昆虫进行准确扎取，然后操作基于立体视觉的图像采集单元对扎取的昆虫进行360°图像采集。
当然，上述过程也可以由主控制器实现，该主控制器可以为计算机或工控机，例如参见图8所示的控制原理图，由主控制器对各个单元、模块进行协作控制，以完成昆虫360°图像的采集。
例如，可以由主控制器控制实现整个图像采集过程，主控制器为计算机或工控机，主控制器上设有相机标定模块、昆虫双目视觉定位模块、图像拍照控制模块、电机控制模块、诱虫灯控制模块、加热灯控制模块、显示与设置模块和GPS模块等。
其中，所述相机标定模块，优选采用张正友平板标定法进行双目视觉、基于立体视觉的图像采集单元的CCD摄相机标定。
所述昆虫双目视觉定位模块，具体用于执行如下步骤：
①接收所述昆虫扎取单元上的双目视觉模块获取的昆虫图像；
②通过图像预处理，将昆虫图像二值化；
③应用图像细化方法提取昆虫骨架；
④经链码表示，结合虫体部位特征，判断虫体头位置，离头部三分之一进行虫体扎取。
⑤通过立体匹配计算扎取位置所处的三维空间位置。根据扎虫模块停留于基于立体视觉的图像采集单元照相的位置为起始位置，计算扎虫模块在三维空间中所需移动的距离。
所述图像拍照控制模块，用于在扎虫模块扎取昆虫后，回到拍照位置时，触发基于立体视觉的图像采集单元进行拍照。根据拍照要求，控制昆虫扎取单元进行旋转，并根据旋转次数控制所述基于立体视觉的图像采集单元的拍照次数。
所述电机控制模块包括集虫盒开闭部分、振动滤网控制部分、昆虫扎取单元控制部分等。
例如，集虫盒开闭部分，根据昆虫来到灯下的规律，控制集虫盒的电机可设置成定时控制集虫盒的开闭。当集虫盒内的昆虫杀死后，打开集虫盒；当昆虫落完后，关闭集虫盒。
又如，振动滤网的控制部分是根据集虫盒的打开时间进行定时振动控制。当集虫盒里的昆虫落入振动滤网，振动滤网开始工作，当昆虫扎取工作结束时，停止振动。
又如，昆虫扎取单元控制部分，主要是控制昆虫扎取单元的摆臂运动、水平移动、扎取运动、旋转运动。根据昆虫双目视觉定位模块所获取的昆虫三维位置，摆臂运动主要是控制昆虫扎取单元的伸缩臂转到昆虫所处的方向上，通过电机转动的圈数控制扎虫模块转动的角度。水平移动是将扎虫模块移动到昆虫的正上方，通过电机转动的圈数控制伸缩臂移动的距离。扎取运动主要是控制扎针部分进行昆虫扎取，拍照后进行昆虫脱落，通过电机转动的圈数控制扎虫针的垂直运动距离。旋转运动主要是控制昆虫扎取单元根据拍照需要进行旋转，通过电机转动的圈数控制昆虫转动的角度。
又如，加热灯控制模块，根据昆虫来到灯下的规律，加热灯模块可设置成定时控制加热灯的开与关，进行昆虫的杀死。诱虫灯控制模块，根据昆虫对灯的感应特点，在晚上时间将灯打开，白天将灯关闭。
最后，显示与设置模块用于选择靶标昆虫种类、监测作物种类，设置诱虫灯开关、加热灯开关、集虫盒开闭、振动滤网开始工作时间，设置昆虫旋转角度、每次采集图像数量、GPS模块等。GPS模块用于获取装置所处的地理位置信息。其中，电机控制器用于控制装置中集虫盒开闭、振动滤网振动、昆虫扎取单元中的电机的相应工作。
由上面描述可知，本发明实施例针对平面式载物台获取昆虫图像存在的不足，构建了一种基于立体视觉的灯诱昆虫图像采集装置，该装置基于昆虫诱捕单元进行昆虫诱捕，基于昆虫初分类单元进行大、中、小三类昆虫的初筛选，并构建昆虫自动扎取单元，实现昆虫的自动扎取与脱落，昆虫扎取单元还可根据拍照需求进行旋转，以获得不同角度的昆虫图像；此外，本发明实施例还构建半圆形结构的机器视觉支架，部署三个CCD，配合所述昆虫扎取单元，实现昆虫360°图像信息的获取，为提高昆虫识别准确率提供重要保障。
本发明第二个实施例提供了一种用于上述实施例所述的基于立体视觉的灯诱昆虫图像采集装置的灯诱昆虫360°图像采集方法，参见图9，该方法包括如下步骤：
步骤101：利用所述昆虫诱捕单元对昆虫进行诱捕。
步骤102：利用所述昆虫扎取单元对诱捕后的昆虫进行扎取操作。
步骤103：利用所述基于立体视觉的图像采集单元对扎取的昆虫进行360°图像采集。
这里，采集昆虫的360°图像信息并不是指采集一张能够包含昆虫360°信息的图像，而是指采集多张分别从各个角度拍摄的昆虫图像。
其中，在所述基于立体视觉的图像采集单元对扎取的昆虫进行360°图像采集完毕后，利用所述昆虫扎取单元对诱捕后的昆虫进行脱落操作。
在一种可选实施方式中，参见图2和图7，所述基于立体视觉的灯诱昆虫图像采集装置还包括：昆虫初分类单元400；所述昆虫初分类单元400的第一端与所述昆虫诱捕单元100连接，所述昆虫初分类单元400的第二端与所述昆虫扎取单元200连接；
所述昆虫初分类单元400包括：振动装置8、振动滤网9、昆虫排列通道10和载虫盘11；其中，所述振动滤网9与所述昆虫诱捕单元连接，用于接收所述昆虫诱捕单元诱捕的昆虫；所述振动装置带动所述振动滤网振动；所述振动滤网由三种以上的不同大小的滤网组成，通过所述振动装置实现昆虫大小的初分类，同时驱动昆虫逐步进入所述昆虫排列通道，所述载虫盘位于所述排列通道的末端，所述载虫盘为网孔式盘，便于进行昆虫的扎取。
参见图4，所述昆虫诱捕单元100包括：防雨盖1、撞击板2、诱虫灯3、集虫漏斗4、集虫盒5、加热灯6和推拉门装置7；
所述防雨盖1位于所述昆虫诱捕单元100的最上方，所述诱虫灯3位于所述昆虫诱捕单元100的中央，所述撞击板2以所述诱虫灯3为中心呈放射状摆放，所述集虫漏斗4位于所述诱虫灯3下方，所述集虫盒5位于所述集虫漏斗4下方，所述加热灯6位于所述集虫盒5一侧，用于杀死所述集虫盒5内的昆虫，所述推拉门装置7用于打开或关闭所述集虫盒5的底部盖板。
参见图5，所述昆虫扎取单元200包括：底座、摆臂运动模块、水平运动模块、旋转运动模块和扎虫模块；
所述摆臂运动模块，固定在所述底座z1上，包括：第三电机z2、行星齿轮减速机z3、旋转轴z4和支架，所述支架包括丝杆z5和螺母套z6；所述行星齿轮减速机z3与所述旋转轴z4连接，所述第三电机z2用于驱动所述行星齿轮减速机z3转动，由旋转轴z4带动所述扎虫模块做摆臂运动；
所述水平运动模块，包括：依次连接的第二电机z7、传动轴z8、第一滚珠丝杆组件(z9和z10)和伸缩臂z11；所述传动轴z8通过螺母套z6固定于所述支架上，所述第二电机z7用于带动所述传动轴z8，所述传动轴z8用于驱动所述第一滚珠丝杆组件(z9和z10)，所述第一滚珠丝杆组件(z9和z10)用于带动所述伸缩臂z11进行运动以实现所述扎虫模块的水平运动；
所述旋转运动模块，包括：第四电机z12、同步带z13、同步轮z14和法兰盘z15；所述第四电机z12通过所述同步带z13带动所述同步轮z14转动，所述法兰盘z15与所述同步轮z14连接，所述法兰盘z15与所述扎虫模块连接，用于带动所述扎虫模块进行转动；
所述扎虫模块，包括：针筒、第五电机z16、第二滚珠丝杆组件z17、推杆z18、弹簧z19、针杆z20、针固定槽和扎虫针z21；所述第五电机z16与所述第二滚珠丝杆组件z17连接，所述第二滚珠丝杆组件z17与所述推杆z18连接，所述弹簧z19位于所述推杆z18与所述针杆z20之间，所述针固定槽位于所述针杆z20末端，用于固定所述扎虫针z21，所述第五电机z16用于驱动扎虫针z21进行上下运动以实现不用高度昆虫的扎取和脱落。
可见，本实施方式构建了一种多维度动作的昆虫扎取单元，实现摆臂运动、水平运动以及扎虫部分旋转运动以及昆虫扎取、脱落运动，实现了不同位置昆虫的自动扎取。
优选地，所述昆虫扎取单元200还包括：双目视觉模块z22，所述双目视觉模块z22用于获取昆虫图像，通过相机标定、立体匹配获得昆虫所处的三维空间位置，为所述扎虫模块的旋转、水平、扎取运动提供基础，实现昆虫的准确扎取。
参见图6，所述基于立体视觉的图像采集单元300包括：云台(图中未标出)、光源17、半圆形支架13以及位于所述半圆形支架13上的第一CCD 14、第二CCD 15、第三CCD 16；其中，第一CCD 14位于所述半圆形支架13的斜上方位置、第二CCD 15位于所述半圆形支架13的水平方向位置、所述第三CCD 16位于所述半圆形支架13的斜下方位置；所述云台与所述半圆形支架13连接，用于固定所述第一CCD14、第二CCD 15和第三CCD 16。
相应地，参见图10，本实施例提供的灯诱昆虫360°图像采集方法具体包括：
对双目视觉、基于立体视觉的图像采集单元的CCD进行标定；根据昆虫的活动规律，在预设时刻开启所述诱虫灯，昆虫撞到所述撞击板后落入所述集虫盒；打开加热灯将昆虫加热杀死；昆虫诱捕结束，且昆虫被杀死后，集虫盒打开，昆虫落入振动滤网，振动装置开始振动所述振动滤网，昆虫逐步进入排列通道，到达所述载虫盘；双目视觉模块开始工作，基于双目视觉获取载虫盘上的昆虫图像，通过图像预处理获取昆虫二值化图；应用图像细化方法提取昆虫骨架；经链码表示，结合虫体部位特征，判断虫体头位置，离头部三分之一进行虫体扎取，通过立体匹配计算扎取位置所处的三维空间位置；扎虫模块停留于所述基于立体视觉的图像采集单元进行图像采集的位置为起始位置，计算扎虫模块在三维空间中摆臂角度、伸缩臂运动距离、扎虫模块垂直运动距离，以实现昆虫的准确扎取；昆虫扎取后，扎虫模块回到所述起始位置；基于立体视觉的图像采集单元同时对昆虫进行图像获取，所述旋转运动模块根据图像获取的需要进行转动，每次转动后，基于立体视觉的图像采集单元都进行图像获取；图像采集结束后，第五电机控制扎虫针缩回，昆虫脱落，后续进入下一只昆虫的扎取、360°图像采集相关操作。
本发明实施例提供的灯诱昆虫360°图像采集方法可以采用上述实施例所述的基于立体视觉的灯诱昆虫图像采集装置实现，其原理和技术效果类似，此处不再详述。
由上面描述可知，本实施例构建了一种多维度动作的昆虫扎取单元，实现摆臂运动、水平运动以及扎虫部分旋转运动以及昆虫扎取、脱落运动，实现了不同位置昆虫的自动扎取。进一步，根据机器视觉拍照的需要，将所扎取的昆虫旋转到相应的拍照位置进行不同角度昆虫图像的获取。另外，本实施例根据虫体的结构特点，构建了一种半圆形的图像采集装置，有利于三个CCD快速实现对焦，获取清晰的昆虫360°图像。本实施例将昆虫扎取单元、基于立体视觉的图像采集单元放置于昆虫诱捕单元内，通过获取田间昆虫图像，为昆虫的三维姿态信息的获取、三维重建等三维分析奠定基础，有利于提高田间昆虫的识别准确率。
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (2)

1.一种应用基于立体视觉的灯诱昆虫图像采集装置的昆虫360°图像采集方法，其特征在于，所述基于立体视觉的灯诱昆虫图像采集装置包括：昆虫诱捕单元、昆虫扎取单元和基于立体视觉的图像采集单元；
所述昆虫诱捕单元与所述昆虫扎取单元连接，所述基于立体视觉的图像采集单元用于对所述昆虫扎取单元扎取的昆虫进行360°图像采集；
所述昆虫诱捕单元，用于对昆虫进行诱捕；
所述昆虫扎取单元，用于对所述昆虫诱捕单元诱捕的昆虫进行扎取、旋转和脱落操作；
所述基于立体视觉的图像采集单元，用于对所述昆虫扎取单元扎取的昆虫进行360°图像采集；
所述昆虫360°图像采集方法包括：
利用所述昆虫诱捕单元对昆虫进行诱捕；
利用所述昆虫扎取单元对诱捕后的昆虫进行扎取操作；
利用所述基于立体视觉的图像采集单元对扎取的昆虫进行360°图像采集；
其中，在所述基于立体视觉的图像采集单元对扎取的昆虫进行360°图像采集完毕后，利用所述昆虫扎取单元对诱捕后的昆虫进行脱落操作；
其中，所述昆虫扎取单元包括：底座、摆臂运动模块、水平运动模块、旋转运动模块和扎虫模块；
所述摆臂运动模块，固定在所述底座上，包括：第三电机、行星齿轮减速机、旋转轴和支架，所述支架包括丝杆和螺母套；所述行星齿轮减速机与所述旋转轴连接，所述第三电机用于驱动所述行星齿轮减速机转动，由旋转轴带动所述扎虫模块做摆臂运动；
所述水平运动模块，包括：依次连接的第二电机、传动轴、第一滚珠丝杆组件和伸缩臂；所述传动轴通过螺母套固定于所述支架上，所述第二电机用于带动所述传动轴，所述传动轴用于驱动所述第一滚珠丝杆组件，所述第一滚珠丝杆组件用于带动所述伸缩臂进行运动以实现所述扎虫模块的水平运动；
所述旋转运动模块，包括：第四电机、同步带、同步轮和法兰盘；所述第四电机通过所述同步带带动所述同步轮转动，所述法兰盘与所述同步轮连接，所述法兰盘与所述扎虫模块连接，用于带动所述扎虫模块进行转动；
所述扎虫模块，包括：针筒、第五电机、第二滚珠丝杆组件、推杆、弹簧、针杆、针固定槽和扎虫针；所述第五电机与所述第二滚珠丝杆组件连接，所述第二滚珠丝杆组件与所述推杆连接，所述弹簧位于所述推杆与所述针杆之间，所述针固定槽位于所述针杆末端，用于固定所述扎虫针，所述第五电机用于驱动扎虫针进行上下运动以实现不用高度昆虫的扎取和脱落。
2.根据权利要求1所述的昆虫360°图像采集方法，其特征在于，所述基于立体视觉的灯诱昆虫图像采集装置还包括：昆虫初分类单元；所述昆虫初分类单元的第一端与所述昆虫诱捕单元连接，所述昆虫初分类单元的第二端与所述昆虫扎取单元连接；
所述昆虫初分类单元包括：振动装置、振动滤网、昆虫排列通道和载虫盘；其中，所述振动滤网与所述昆虫诱捕单元连接，用于接收所述昆虫诱捕单元诱捕的昆虫；所述振动装置带动所述振动滤网振动；所述振动滤网由三种以上的不同大小的滤网组成，通过所述振动装置实现昆虫大小的初分类，同时驱动昆虫逐步进入所述昆虫排列通道，所述载虫盘位于所述昆虫排列通道的末端，所述载虫盘为网孔式盘；
其中，所述昆虫诱捕单元包括：防雨盖、撞击板、诱虫灯、集虫漏斗、集虫盒、加热灯和推拉门装置；
所述防雨盖位于所述昆虫诱捕单元的最上方，所述诱虫灯位于所述昆虫诱捕单元的中央，所述撞击板以所述诱虫灯为中心呈放射状摆放，所述集虫漏斗位于所述诱虫灯下方，所述集虫盒位于所述集虫漏斗下方，所述加热灯位于所述集虫盒一侧，用于杀死所述集虫盒内的昆虫，所述推拉门装置用于打开或关闭所述集虫盒的底部盖板；
其中，所述昆虫扎取单元还包括：双目视觉模块，所述双目视觉模块用于获取昆虫图像，通过相机标定、立体匹配获得昆虫所处的三维空间位置，为所述扎虫模块的旋转、水平、扎取运动提供基础，实现昆虫的准确扎取；
其中，所述基于立体视觉的图像采集单元包括：云台、光源、半圆形支架以及位于所述半圆形支架上的第一CCD、第二CCD、第三CCD；其中，第一CCD位于所述半圆形支架的斜上方位置、第二CCD位于所述半圆形支架的水平方向位置、所述第三CCD位于所述半圆形支架的斜下方位置；所述云台与所述半圆形支架连接，用于固定所述第一CCD、第二CCD和第三CCD；
相应地，所述昆虫360°图像采集方法包括：
对双目视觉模块和基于立体视觉的图像采集单元的CCD进行标定；根据昆虫的活动规律，在预设时刻开启所述诱虫灯，昆虫撞到所述撞击板后落入所述集虫盒；打开加热灯将昆虫加热杀死；昆虫诱捕结束，且昆虫被杀死后，集虫盒打开，昆虫落入振动滤网，振动装置开始振动所述振动滤网，昆虫逐步进入昆虫排列通道，到达所述载虫盘；双目视觉模块开始工作，基于双目视觉模块获取载虫盘上的昆虫图像，通过图像预处理获取昆虫二值化图；应用图像细化方法提取昆虫骨架；经链码表示，结合虫体部位特征，判断虫体头位置，离头部三分之一进行虫体扎取，通过立体匹配计算扎取位置所处的三维空间位置；扎虫模块停留于所述基于立体视觉的图像采集单元进行图像采集的位置为起始位置，计算扎虫模块在三维空间中摆臂角度、伸缩臂运动距离、扎虫模块垂直运动距离，以实现昆虫的准确扎取；昆虫扎取后，扎虫模块回到所述起始位置；基于立体视觉的图像采集单元同时对昆虫进行图像获取，所述旋转运动模块根据图像获取的需要进行转动，每次转动后，基于立体视觉的图像采集单元都进行图像获取；图像采集结束后，第五电机控制扎虫针缩回，昆虫脱落，后续进入下一只昆虫的扎取、360°图像采集相关操作。
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