CN108650496B - 一种粮仓害虫双视角视频采集装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种粮仓害虫双视角视频采集装置及方法，它包括水平放置在粮仓内的壳体，以及设置在壳体内的中空通道，中空通道两端对称设置有喇叭形开口通道，中空通道与喇叭形开口通道密封连通；该视频采集装置还包括控制器，以及分别与控制器连接的LED光源、水平视角图像采集器、垂直视角图像采集器、第一位置检测传感器、第二位置检测传感器和用于提供电源电压的供电电源模块；LED光源，设置在所述喇叭形开口通道内；水平视角图像采集器和垂直视角图像采集器，对应设置在所述中空通道的外围；第一位置检测传感器和第二位置检测传感器，分别设置在中空通道的端口。本发明具有设计科学、实用性强、精确度高、使用方便和使用寿命长的优点。

Description

一种粮仓害虫双视角视频采集装置及方法

技术领域

本发明涉及粮仓害虫图像采集技术领域，具体的说，涉及了一种粮仓害虫双视角视频采集装置及方法。

背景技术

在粮食储藏过程中，粮食损失受多种因素影响，其中储粮虫害现象是重要的因素之一，而高危害储粮昆虫引起的粮食损失占比突出。国家粮食局2016年公布的数据显示，我们国家粮食损失率高达约8%，这其中，虫害损失最为严重，占比为40%~45%。以玉米象为例，作为世界性分布的储粮大害虫，虫蛀率高达70%，危害及其严重。因此，对于储粮害虫的发现、识别、防治始终是国家粮食仓储领域的重要任务，是减少粮食储藏过程中数量、质量损失重要保障。

粮仓内储粮害虫发现、识别是进行防治的基础。与农业昆虫相比，储粮害虫其形态尺寸要小数十倍，其表面图像采集较难实现。储粮害虫体态微小，以玉米象为例，体长最大不超过5mm，表面形态结构复杂，相似度高，研究人员往往需要借助于高倍显微镜才能完成体态特征的观察，而对于玉米象雄虫和雌虫的区分，甚至需要解剖其外生殖器才能完成。

目前在粮仓中进行储粮害虫发现识别的主要技术，是通过各种诱捕器将害虫诱捕到图像采集区域，然后以正视角方向进行图像采集或视频采集。在诱捕器中，为了引诱害虫和提升图像采集质量，常采用增加辅助照明的方法，这样提高了害虫诱捕的几率，往往会出现多种储粮害虫和多头储粮害虫在诱捕器内混杂的现象，同时，储粮害虫在诱捕器中不完全按照水平方向爬行移动。因此，会造成视频或图像采集结果的混杂，往往不能清晰的识别储粮害虫的种类，无论是计算机识别还是人工图像鉴别均会导致误读率较高。

为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种设计科学、实用性强、精确度高、使用方便和使用寿命长的粮仓害虫双视角视频采集装置及方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种粮仓害虫双视角视频采集装置，该视频采集装置包括水平放置在粮仓内的壳体，以及设置在所述壳体内的中空通道，所述中空通道两端对称设置有喇叭形开口通道，所述中空通道与所述喇叭形开口通道密封连通；

该视频采集装置还包括控制器，以及分别与所述控制器连接的LED光源、水平视角图像采集器、垂直视角图像采集器、第一位置检测传感器、第二位置检测传感器和用于提供电源电压的供电电源模块；

所述LED光源，设置在所述喇叭形开口通道内，用于引诱粮仓内的储粮害虫；

所述水平视角图像采集器和所述垂直视角图像采集器，对应设置在所述中空通道的外围，用于采集储粮害虫图像视频信息；

所述第一位置检测传感器和所述第二位置检测传感器，分别设置在所述中空通道的端口，用于检测是否有储粮害虫爬进或爬出所述中空通道。

基于上述，所述中空通道直径为1cm-3cm。

基于上述，所述中空通道直径为2cm。

基于上述，所述水平视角图像采集器和所述垂直视角图像采集器均通过图像采集控制开关连接到所述控制器。

基于上述，所述第一位置检测传感器和所述第二位置检测传感器采用光电传感器。

基于上述，所述壳体为圆柱形或者矩形。

基于上述，所述中空通道的中部开设有用于安装所述水平视角图像采集器和所述垂直视角图像采集器的凹槽，所述凹槽设置有接线孔。

基于上述，该视频采集装置还包括用于对外通信的无线通信模块，所述无线通信模块采用WiFi无线通信模块。

一种基于上述粮仓害虫双视角视频采集装置的方法，具体包括以下步骤：

步骤1，上位机发送视频信息采集任务至各个视频采集装置；

步骤2，开启所述LED光源、所述第一位置检测传感器和所述第二位置检测传感器；

步骤3，所述视频采集装置的控制器接收到所述视频信息采集任务后，循环读取所述第一位置检测传感器和所述第二位置检测传感器返回的光电信号；

步骤4，当根据所述第一位置检测传感器或者所述第二位置检测传感器返回的光电信号，判定有储粮害虫从一侧喇叭形开口通道爬进所述中空通道时，则向一侧喇叭形开口通道内的LED光源发送关闭指令，同时向所述水平视角图像采集器和所述垂直视角图像采集器发送开启指令；

步骤5，所述水平视角图像采集器和所述垂直视角图像采集器将采集到的储粮害虫双视角图像视频信息发送至所述控制器进行存储，所述控制器通过无线通信模块传输至上位机；

步骤6，当根据所述第二位置检测传感器或者所述第一位置检测传感器返回的光电信号，判定有储粮害虫从另一侧喇叭形开口通道爬出所述中空通道时，则向一侧喇叭形开口通道内的LED光源发送开启指令，同时向所述水平视角图像采集器和所述垂直视角图像采集器发送关闭指令；

步骤7，上位机将接收到的储粮害虫双视角图像视频信息与所述视频采集装置的编号和物理位置信息进行关联存储。

本发明相对现有技术具有实质性特点和进步，具体的说：

1)本发明提供了一种粮仓害虫双视角视频采集装置，不同于传统诱捕器的采集结构，所述中空通道与所述喇叭形开口通道密封连通构成巧妙设计的通过式采集通道，不进行储粮害虫的诱捕和收集，只进行害虫的图像视频采集，储粮害虫可从该通过式采集通道内爬行通过，确保了采集结果的精准度；

2)所述中空通道直径较小，避免多头储粮害虫在通道内聚集，可清晰的采集独立储粮害虫个体，大大提高了粮仓内储粮害虫图像视频采集的质量；

3)所述中空通道两端对称设置的喇叭形开口通道，便于储粮害虫进入；内部收窄且狭长的所述中空通道，保障了储粮害虫的水平爬行姿态，能够保证本装置更有效地采集到储粮害虫的俯视图像视频和侧视图像视频；

4) 用于诱集粮仓内储粮害虫的LED光源设置在所述喇叭形开口通道内，既可以利用储粮害虫的趋光性引诱储粮害虫进入，同时也避免了对采集过程的干扰；

5)所述中空通道中部设置所述水平视角图像采集器和所述垂直视角图像采集器，以此保证储粮害虫图像视频采集的双方向精准同步，避免了单视角下储粮害虫姿态的异位误读，增加了不同视角的害虫图像视频特征判定，为实现更精准的储粮害虫识别和及早发现储粮害虫活动提供参考依据，降低了计算机识别或者人工图像鉴别的误读率，节省人力物力，有良好的经济效益和社会效益；

综上所述，本发明具有设计科学、实用性强、精确度高、使用方便和使用寿命长的优点。

附图说明

图1是本发明的双视角视频采集装置结构示意图。

图2是本发明的控制原理图。

图3是本发明的主要流程图。

图中：1.壳体；2.中空通道；3.第一喇叭形开口通道；4.第二喇叭形开口通道；5.第一LED光源；6.第二LED光源；7.第一位置检测传感器；8.第二位置检测传感器；9. 水平视角图像采集器；10.垂直视角图像采集器；11.装置电源开关；12.控制器；13.无线通信模块。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

如附图1和附图2所示，一种粮仓害虫双视角视频采集装置，该视频采集装置包括水平放置在粮仓内的壳体1，以及设置在所述壳体1内的中空通道2，所述中空通道2两端对称设置有第一喇叭形开口通道3和第二喇叭形开口通道4，所述中空通道2与所述第一喇叭形开口通道3和所述第二喇叭形开口通道4密封连通构成通过式采集通道；

该视频采集装置还包括控制器12，以及分别与所述控制器12连接的第一LED光源5、第二LED光源6、水平视角图像采集器9、垂直视角图像采集器10、第一位置检测传感器7、第二位置检测传感器8和用于提供电源电压的供电电源模块；

所述第一LED光源5设置在所述第一喇叭形开口通道3内，所述第二LED光源6设置在所述第二喇叭形开口通道4内，用于引诱粮仓内的储粮害虫；

所述水平视角图像采集器9和所述垂直视角图像采集器10，对应设置在所述中空通道2的外围，用于采集储粮害虫图像视频信息；

所述第一位置检测传感器7和所述第二位置检测传感器8，分别设置在所述中空通道2的端口，用于检测是否有储粮害虫爬进或爬出所述中空通道。

为了保证储粮害虫双视角图像视频采集的精准同步，所述水平视角图像采集器9和所述垂直视角图像采集器10采用医用内窥摄像头，例如：深圳微智科技有限公司提供的2毫米带灯的微型摄像机，2毫米的微型摄像机芯片采用美国OMNIVISION公司研发的芯片，最初用于小型外径医用内窥镜和导管，可被设计成广泛的应用，包括牙科、兽医、物联网（IOT）、工业、可穿戴设备和法医检测设备，可观测3-30mm的物体，适用于本实施例所述储粮害虫。

在安装时，所述水平视角图像采集器9和所述垂直视角图像采集器10呈90度夹角，且所述水平视角图像采集器9的焦距中心线与所述垂直视角图像采集器10的焦距中心线互相垂直，保证了粮仓内储粮害虫图像视频采集的双方向精准同步。

本实施例采用双视角图像视频采集，既避免了单视角下储粮害虫姿态的异位误读，又增加了不同视角的储粮害虫图像视频特征判定，从而为实现更精准的害虫识别提供参考依据。

为了节约能耗，所述水平视角图像采集器9和所述垂直视角图像采集器10均通过图像采集控制开关连接到所述控制器12，用于控制所述水平视角图像采集器9和所述垂直视角图像采集器10是否通电，所述水平视角图像采集器9和所述垂直视角图像采集器10同时开启关闭；所述图像采集控制开关可以采用继电器开关，在储粮害虫双视角图像视频采集时，所述2毫米带灯的微型摄像机可以进行光源补充，以确保采集到高质量的储粮害虫图像视频；本实施一方面避免对储粮害虫的过度吸引，另一方面大大降低本了装置的能耗，延长了本装置的使用寿命。

具体的，所述第一位置检测传感器7和所述第二位置检测传感器8采用光电传感器。所述光电传感器设置在所述中空通道2端口处，用于检测是否有储粮害虫爬进或爬出所述中空通道2，并将检测结果传输至所述控制器12。所述第一LED光源5或者所述第二LED光源6能够引诱储粮害虫爬入，第一喇叭形开口通道3和第二喇叭形开口通道4设置为喇叭形开口，增加了储粮害虫进入的几率；储粮害虫从第一喇叭形开口通道3爬进，在第二喇叭形开口通道4内的所述第二LED光源6引诱下，从第二喇叭形开口通道4爬出；所述控制器12通过控制所述第一LED光源5和所述第二LED光源6的开启和关闭，有效地保障了储粮害虫按要求爬过所述通过式采集通道，本实施例不进行储粮害虫的诱捕采集，只进行害虫的图像视频采集，从而确保了采集结果的精准度。

具体的，所述控制器12采用STM32F103开发板，STM32F103开发板采用战舰的STM32F103开发板或者野火的STM32F103开发板，或者其他公司生产的类似开发板。STM32F103开发板提供的接口分别连接SD内存卡槽、所述第一LED光源5、所述第二LED光源6、所述水平视角图像采集器9、所述垂直视角图像采集器10、所述第一位置检测传感器7、所述第二位置检测传感器8和用于提供电源电压的所述供电电源模块。

具体的，所述供电电源模块可以采用内置电池或者通过电源线与粮仓内220V市电相连，所述壳体1外设置有装置电源开关11。

所述供电电源模块采用内置电池时：该内置电池用于提供直流电，所述内置电池通过电源转换模块转换为所述第一LED光源5、所述第二LED光源6、所述水平视角图像采集器9、所述垂直视角图像采集器10、所述控制器12、所述第一位置检测传感器7和所述第二位置检测传感器8所需要的电源并传输给它们；所述电源转换模块采用sdr 120-12、LM317或者DC/DC；用户定时对内置电池的充电，便于布线，使用方便。

所述供电电源模块通过电源线与粮仓内220V市电相连时：粮仓内220V市电通过所述装置电源开关11与电源转换模块连接，经所述电源转换模块转换为12v直流电后，为所述第一LED光源5、所述第二LED光源6、所述水平视角图像采集器9和所述垂直视角图像采集器10提供电源；所述电源转换模块型号为sdr 120-12。12v直流电经LM317或者DC/DC转换为5V直流电后，为所述控制器12、所述第一位置检测传感器7和所述第二位置检测传感器8提供电源。

使用时，根据粮仓的仓型和规模，结合用户需求，制定数据采集工作方案，确定布设本装置的数量和物理位置信息，根据储粮害虫活动特性，本装置必须水平放置布设在粮堆表面或上层，以保证储粮害虫在所述中空通道2中完全按照水平方向爬行移动；布设点位一般为粮仓东、南、西、北、中五个点位。

本实施例的工作过程为：（1）打开所述装置电源开关11，开启所述第一LED光源5、所述第二LED光源6、所述第一位置检测传感器7和所述第二位置检测传感器8；（2）当所述中空通道2的所述第一位置检测传感器7检测到有储粮害虫爬进时，所述控制器12控制所述水平视角图像采集器9和所述垂直视角图像采集器10开启，以确保高质量的图像采集；并控制所述第一LED光源5关闭，节约能耗，防止对储粮害虫的过度吸引；（3）所述控制器12接收并存储所述水平视角图像采集器9和所述垂直视角图像采集器10采集的储粮害虫双视角图像视频信息；（4）一段时间后，当所述中空通道2的所述第二位置检测传感器8检测到有储粮害虫爬出时，所述控制器12控制所述水平视角图像采集器9和所述垂直视角图像采集器10关闭，并控制所述第一LED光源5开启；（5）关闭装置电源，回收装置，取出SD内存卡，读取采集到的储粮害虫双视角图像视频信息，结束本次采集工作。

为了保证本装置能够耐磷化氢熏蒸腐蚀，所述壳体1采用ABS工程塑料材质，装置内嵌模块封闭安装，各个光电部件接口做封闭处理，电源线接口封胶处理，以满足装置在粮仓内高浓度磷化氢熏蒸条件下的正常使用。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：该视频采集装置还包括用于对外通信的无线通信模块13，所述无线通信模块13采用WiFi无线通信模块，所述水平视角图像采集器9和所述垂直视角图像采集器10采集的储粮害虫图像视频信息，并传输至所述控制器12的存储器进行存储，经所述WiFi无线通信模块传输至粮仓外的上位机，便于远程监控，同时减少了仓内布线，使用方便。

如附图3所示，一种基于上述粮仓害虫双视角视频采集装置的方法，具体包括以下步骤：

步骤1，上位机发送视频信息采集任务至各个视频采集装置；

步骤2，开启所述第一LED光源5、所述第二LED光源6、所述第一位置检测传感器7和所述第二位置检测传感器8；

步骤3，所述视频采集装置的控制器12接收到所述视频信息采集任务后，循环读取所述第一位置检测传感器7和所述第二位置检测传感器8返回的光电信号；

步骤4，当根据所述第一位置检测传感器7返回的光电信号，判定有储粮害虫从一侧喇叭形开口通道爬进所述中空通道2时，则所述第一LED光源5发送关闭指令，同时向所述水平视角图像采集器9和所述垂直视角图像采集器10发送开启指令；

步骤5，所述水平视角图像采集器9和所述垂直视角图像采集器10将采集到的储粮害虫双视角图像视频信息发送至所述控制器12进行存储，所述控制器12通过无线通信模块13传输至上位机；

步骤6，当根据所述第二位置检测传感器8返回的光电信号，判定有储粮害虫从另一侧喇叭形开口通道爬出所述中空通道时，则向所述第一LED光源5发送开启指令，同时向所述水平视角图像采集器和所述垂直视角图像采集器发送关闭指令；

步骤7，上位机将接收到的储粮害虫双视角图像视频信息与所述视频采集装置的编号和物理位置信息进行关联存储，为储粮害虫的计算机识别或者人工图像鉴别提高参考数据；

步骤8，关闭装置电源，回收装置，结束本次采集工作。

实施例3

本实施例与实施例1的区别在于：为了避免多头害虫在通道内聚集，所述中空通道2直径为1cm-3cm，具体为1cm、2cm或者3cm，使得所述中空通道2尽可能地狭窄，避免出现多种储粮害虫和多头储粮害虫在所述中空通道2内混杂的现象。

具体的，所述壳体1为圆柱形或者矩形。

所述中空通道2中部开设有用于安装所述水平视角图像采集器9和所述垂直视角图像采集器10的凹槽，所述凹槽设置有接线孔。所述水平视角图像采集器9和所述垂直视角图像采集器10的电源线从该接线孔穿出，与所述图像采集控制开关和控制器12依次相连。

为了便于维护，所述第一喇叭形开口通道3、所述第二喇叭形开口通道4与所述中空通道2之间为可拆卸安装。

实施例4

本实施例与实施例1的区别在于：所述壳体1内还设置有用于实时采集粮仓内储粮环境信息的温湿度传感器和磷化氢传感器，所述温湿度传感器和所述磷化氢传感器与所述控制器12相连。

所述温湿度传感器采用DHT21数字温湿度传感器，DHT21数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。

本实施例不仅可以实现储粮害虫的双视角图像视频采集，还能够同时检测储粮害虫周围的温湿度信息和磷化氢气体浓度信息，为进一步预防和分析储粮害虫提供参考数据。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (9)

1.一种粮仓害虫双视角视频采集装置，其特征在于：该视频采集装置包括水平放置在粮仓内的壳体，以及设置在所述壳体内的中空通道，所述中空通道两端对称设置有喇叭形开口通道，所述中空通道与所述喇叭形开口通道密封连通；

该视频采集装置还包括控制器，以及分别与所述控制器连接的LED光源、水平视角图像采集器、垂直视角图像采集器、第一位置检测传感器、第二位置检测传感器和用于提供电源电压的供电电源模块；

所述LED光源，设置在所述喇叭形开口通道内，用于引诱粮仓内的储粮害虫；

所述水平视角图像采集器和所述垂直视角图像采集器，对应设置在所述中空通道的外围，用于采集储粮害虫图像视频信息；

所述第一位置检测传感器和所述第二位置检测传感器，分别设置在所述中空通道的端口，用于检测是否有储粮害虫爬进或爬出所述中空通道；

当根据所述第一位置检测传感器或者所述第二位置检测传感器返回的光电信号，判定有储粮害虫从一侧喇叭形开口通道爬进所述中空通道时，则向一侧喇叭形开口通道内的LED光源发送关闭指令，储粮害虫在另一侧喇叭形开口通道内的LED光源引诱下，从另一侧开口通道爬出。

2.根据权利要求1所述的粮仓害虫双视角视频采集装置，其特征在于：所述中空通道直径为1cm-3cm。

3.根据权利要求2所述的粮仓害虫双视角视频采集装置，其特征在于：所述中空通道直径为2cm。

4.根据权利要求1所述的粮仓害虫双视角视频采集装置，其特征在于：所述水平视角图像采集器和所述垂直视角图像采集器均通过图像采集控制开关连接到所述控制器。

5.根据权利要求1所述的粮仓害虫双视角视频采集装置，其特征在于：所述第一位置检测传感器和所述第二位置检测传感器采用光电传感器。

6.根据权利要求1所述的粮仓害虫双视角视频采集装置，其特征在于：所述壳体为圆柱形或者矩形。

7.根据权利要求1所述的粮仓害虫双视角视频采集装置，其特征在于：所述中空通道的中部开设有用于安装所述水平视角图像采集器和所述垂直视角图像采集器的凹槽，所述凹槽设置有接线孔。

8.根据权利要求1所述的粮仓害虫双视角视频采集装置，其特征在于：该视频采集装置还包括用于对外通信的无线通信模块，所述无线通信模块采用WiFi无线通信模块。

9.一种基于权利要求1所述粮仓害虫双视角视频采集装置的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1，上位机发送视频信息采集任务至各个视频采集装置；

步骤2，开启所述LED光源、所述第一位置检测传感器和所述第二位置检测传感器；

步骤3，所述视频采集装置的控制器接收到所述视频信息采集任务后，循环读取所述第一位置检测传感器和所述第二位置检测传感器返回的光电信号；

步骤4，当根据所述第一位置检测传感器或者所述第二位置检测传感器返回的光电信号，判定有储粮害虫从一侧喇叭形开口通道爬进所述中空通道时，则向一侧喇叭形开口通道内的LED光源发送关闭指令，同时向所述水平视角图像采集器和所述垂直视角图像采集器发送开启指令；

步骤5，所述水平视角图像采集器和所述垂直视角图像采集器将采集到的储粮害虫双视角图像视频信息发送至所述控制器进行存储，所述控制器通过无线通信模块传输至上位机；

步骤6，当根据所述第二位置检测传感器或者所述第一位置检测传感器返回的光电信号，判定有储粮害虫从另一侧喇叭形开口通道爬出所述中空通道时，则向一侧喇叭形开口通道内的LED光源发送开启指令，同时向所述水平视角图像采集器和所述垂直视角图像采集器发送关闭指令；

步骤7，上位机将接收到的储粮害虫双视角图像视频信息与所述视频采集装置的编号和物理位置信息进行关联存储。

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