CN112702910B - 用于喷洒杀虫剂的设备 - Google Patents

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Abstract

一种跨越土地区域分配杀虫剂的设备，该设备包括：运载工具，该运载工具被配置为沿着跨越土地区域的行进路径行进，该运载工具限定行进方向，该运载工具包括杀虫剂分配装置，该杀虫剂分配装置被配置为在运载工具沿着行进路径行进时沿着行进路径分配杀虫剂；分配控制系统，该分配控制系统被配置为在运载工具沿着行进路径行进时控制要分配的杀虫剂的量；昆虫传感器，该昆虫传感器被配置为检测在检测体积中的昆虫；其中检测体积相对于行进方向位于运载工具的前面；其中分配控制系统被配置为：从昆虫传感器接收传感器数据，该传感器数据指示在检测体积中检测到的昆虫；并且响应于所接收到的传感器数据来控制分配的杀虫剂的量。

Description

用于喷洒杀虫剂的设备
技术领域
本公开涉及一种用于喷洒杀虫剂的设备、一种用于控制杀虫剂的喷洒的方法和设备，以及一种用于检测杀虫剂的昆虫传感器。
背景技术
在农业中通常期望优化对杀虫剂的使用。
特别地，当跨越农作物田地或要防治昆虫的其他区域分配杀虫剂时，通常期望施加适量的正确类型的杀虫剂，以便获得有效的昆虫防治，同时不施加不必要、无用或甚至对环境有害的量的杀虫剂。
就这点而言，昆虫的数量可以随时间而变，但也可以跨越给定的区域变化，这使得施加有效量的杀虫剂成为具有挑战性的任务。特别地，昆虫经常不均匀地跨越区域分配并且可能会出现昆虫局部高度集中的热点。此外，此类热点的位置可能随时间而变。
WO 2016/025848公开了一种移动平台，该移动平台经过构造并可操作以执行：田地内表型和/或基因型数据获取；图像数据获取；组织采样；对在样地中生长的植物进行的选择和/或计数；植物高度测量；对在样地中生长的植物的产品和处理施加(例如，规定的且局部的杀虫剂产品)；对此类植物在其中生长的土壤的采样；此类样地中的野草的去除；以及对所获取/收集的所有此类数据和/或样本的实时分析。特别地，该移动平台包括成像装置，该成像装置悬置在地面上方并且具有涵盖期望数量的成排植物中的一种或多种植物的向下指向视野。
US 9655356公开了一种草坪处理设备，该设备采用扫描器来检测要用除草剂、杀虫剂或杀真菌剂选择性地处理的区域的存在。该设备包括多隔间盒，该多隔间盒容纳不同的化学品并且选择性地施加化学品。特别地，该现有技术文献描述了一种剪草机，该剪草机具有前置扫描器，该前置扫描器光学扫描在剪草机前面的区域。前置扫描器发射光束以用于照明在剪草机前面的草/野草/昆虫土堆。
尽管以上现有技术系统提供了用于检测地上的滋生害虫的植物或昆虫土堆的系统，但仍存在许多农业机器在机器行进穿过田地时打扰昆虫的问题。此外，要处理的昆虫中有许多会飞或跳并且因此可能飞开或跳开，特别是在被农业机器打扰时，这使得它们的检测更困难。
因此，通常期望提供对特别是在移动的农业运载工具附近的昆虫的更可靠的检测和识别。
此外，通常期望提供一种用于跨越土地区域分配杀虫剂的容易使用且高效的设备。
还期望提供一种允许快速检测移动的昆虫的低复杂但可靠的昆虫传感器。
发明内容
根据一个方面，本文公开了一种用于跨越土地区域分配杀虫剂的设备，所述土地区域限定地面。所述设备包括：
-运载工具，所述运载工具被配置为沿着跨越地面的行进路径行进，所述运载工具限定行进方向，所述运载工具包括杀虫剂分配装置，所述杀虫剂分配装置被配置为在运载工具沿着行进路径行进时沿着行进路径分配杀虫剂；
-分配控制系统，所述分配控制系统被配置为在运载工具沿着行进路径行进时控制要分配的杀虫剂的量；
-昆虫传感器，所述昆虫传感器被配置为在检测体积相对于地面移动的同时检测在检测体积中的空中昆虫；其中检测体积相对于行进方向位于运载工具的前面并且在地面上方升高最小竖直偏移；
其中所述分配控制系统被配置为：从昆虫传感器接收传感器数据，所述传感器数据指示在检测体积中检测到的昆虫；并且响应于所接收到的传感器数据来控制杀虫剂的分配。
特别地，传感器数据可以指示在采样时段期间在移动的检测体积中检测到的昆虫的量。因此，分配控制系统可以被配置为响应于指示局部昆虫种群、特别地指示在分配位置附近的检测位置上方的检测体积中检测到的昆虫的传感器数据来控制杀虫剂向分配位置的分配。
因此，所述设备可以根据在所述位置处或附近的昆虫的实际存在来局部地调整杀虫剂的分配，即，响应于检测到的昆虫来改变沿着行进路径分配的杀虫剂的量，因此有利于杀虫剂的有效使用。此外，由于分配是基于在分配运载工具前面且在地面上方检测到的昆虫，因此所述控制与当前和局部信息相适应并且将空中昆虫、特别是飞虫或跳虫考虑在内。
分配的控制可以包括控制沿着行进路径在任何给定位置要分配的杀虫剂的量和/或要分配的杀虫剂的类型。为此，分配控制系统可以被配置为控制一个或多个阀、泵和/或其他流量控制装置，以便控制由一个或多个分配器分配的杀虫剂的量或所选择的杀虫剂类型。
可以例如通过致使仅在检测到的昆虫量(或检测到的某一类型的昆虫量)高于预定阈值时分配杀虫剂来控制分配。在一些实施方式中，运载工具被配置为从多个端口(诸如喷嘴)分配杀虫剂，例如，使得相应的端口将杀虫剂分配到相应的位置上。然后分配控制系统可以通过端口中的选定的端口来控制杀虫剂的分配，由此允许对分配的甚至更精细的控制。这种选择性分配可以例如响应于在检测体积的对应的部分体积中的昆虫的检测来完成。
运载工具可以是地面运载工具，即，在与地面接触的同时操作的运载工具。地面运载工具可以例如用车轮等行驶。例如，地面运载工具可以是拖拉机或其他农用车辆。运载工具的其他示例包括飞行器，诸如飞机、直升机等。运载工具可以是载人运载工具或无人运载工具。
检测体积可以具有各种形状和大小，诸如盒形、圆柱形、球形、圆锥形、金字塔形、截头圆锥形、截头金字塔形等。在一些实施方式中，所述检测体积具有至少0.2m3、诸如至少0.5m3、诸如至少1m3、诸如至少2m3、诸如至少3m3的大小。在一些实施方式中，所述检测体积具有不超过10：1、诸如不超过5：1、诸如不超过3：1、诸如不超过2：1的纵横比，例如，所述纵横比被限定为所述检测体积的最小边界框的最大边缘与最小边缘之比。例如，所述纵横比可以在1：1与10：1之间、诸如在1：1与5：1之间、诸如在1：1与3：1之间、诸如在2：1与3：1之间。最小边界框可以具有竖直边缘和两个水平边缘。竖直边缘可以是最小边界框的最小边缘。例如，水平边缘中的每一个与竖直边缘之比可以在2：1与10：1之间、诸如在2：1与5：1之间、诸如在2：1与3：1之间。
事实证明，至少0.2m3、诸如至少0.5m3、诸如至少1m3、诸如至少2m3、诸如至少3m3的检测体积足够以足够的准确度来检测昆虫种群以便允许对杀虫剂的分配的有效控制。事实还证明，检测体积的低纵横比允许在相对长的时段内跟踪移动的昆虫，而不论昆虫的行进方向如何，由此允许对昆虫的更准确检测和识别。
检测体积在地面上方升高最小竖直偏移。在一些实施方式中，所述检测体积从植被冠层的顶部向上延伸。因此，由此避免或至少减少植被(例如，通过阻挡光路径)对昆虫传感器的干扰。为此，最小竖直偏移可以预先确定，例如，可在使用之前配置，例如以便使最小竖直偏移适应于安装有昆虫传感器的运载工具的尺寸和/或适应于要处理的当前植被。例如，昆虫传感器可以安装到运载工具，使得昆虫传感器在地面上方的竖直偏移是可调整的和/或使得昆虫传感器相对于地面的取向是可调整的。竖直偏移的大小可以取决于在要处理的土地区域中生长的植被的高度。它可以大于植被的高度，例如大于组成要处理的植被的植物的种群的最大高度，或者大于要处理的植物的种群的中值高度。例如，最小竖直偏移可以被选择为在10cm与5m之间、诸如在20cm与3m之间、诸如在20cm与2m之间、诸如在50cm与2m之间。
本文所述的昆虫传感器的实施方式特别适合于检测空中昆虫，诸如飞虫或跳虫，特别地用于由移动的运载工具检测此类昆虫。本文所述的昆虫传感器的实施方式允许在足够长的观察时间期间检测在检测体积内移动的昆虫，以便使用例如对翅膀拍打频率的检测和/或轨迹的分类来可靠地识别和区分不同类型的昆虫。已经发现，当各个昆虫在检测体积中停留足够长时间时，此类技术提供可靠的昆虫检测和识别。
在一些实施方式中，昆虫传感器包括：照明模块，其被配置为照明检测体积、特别地整个检测体积；以及检测器模块，其包括被配置为检测来自检测体积、特别地整个检测体积的光的一个或多个检测器。特别地，照明模块被配置为用照明光照明检测体积，并且检测器模块被配置为检测照明光的反向散射部分，该反向散射部分被在检测体积周围移动的昆虫反向散射。发明人已经发现，可以通过检测和分析来自被照明昆虫的光、特别地反向散射光来执行对昆虫的可靠检测和/或识别。
检测体积是昆虫传感器从其获得适合于昆虫的检测的传感器输入的3D体积。因此，检测体积可以完全地或部分地由检测器模块的视野和景深限定。在检测体积被照明模块照明的实施方式中，检测体积可以被限定为被照明模块照明的体积与被检测器模块的视野和景深限定的体积的重叠。
检测体积可以具有相对于照明模块和相对于检测器模块(例如，相对于检测器模块的孔口和/或光轴)的预定形状、大小和位置。特别地，在整个检测过程期间，检测体积相对于检测器模块和照明模块可以是固定的。因此，检测器模块可以包括限定检测器模块的光轴和/或限定焦距的一个或多个透镜。在整个检测过程期间，焦距可以是固定的。此外，在整个检测过程期间，光轴例如相对于照明模块和/或相对于设备的壳体可以是固定的。然而，将了解，设备可以允许例如通过改变照明模块和检测器模块的相对位置和/或取向来预先配置检测体积的大小、形状和/或相对位置并且使其适应于具体测量环境。检测器模块还可以包括孔口。
在一些实施方式中，检测体积具有小于20m3、诸如小于10m3、诸如小于5m3的大小，由此促进以高亮度对整个检测体积的均匀照明，而同时允许对轨迹和/或翅膀拍打频率的可靠检测。
在一些实施方式中，照明模块包括被配置为发射不相干光的光源。适当的光源包括发光二极管(LED)和卤素灯，因为这些能够同时以足够的光强度照明大的检测体积。此外，不相干光源可用于提供对检测体积的均匀的无斑点照明、特别是对大检测体积的同时照明，而无需任何扫描操作。这降低了光学系统的复杂性并且允许对甚至是快速移动昆虫的翅膀拍打频率和/或轨迹的可靠检测。
然而，可以使用其他光源替代，包括相干光源，诸如激光器。在一些实施方式中，光源被配置为连续地输出光，而在其他实施方式中，光被间歇地打开和关闭，例如脉冲的。
在一些实施方式中，照明模块包括被配置为发射相干或不相干可见光和/或红外和/或近红外光和/或在一个或多个其他波长范围内的光的光源。红外和/或近红外光(诸如在700nm与1500nm之间、诸如在700nm与1000nm之间的波长范围内的光)不会被许多昆虫检测到，并且因此不影响昆虫的行为。
在一些实施方式中，照明模块被配置为用两个或更多个波长范围、特别地两个或更多个相互间隔开的波长范围的光选择性地照明检测体积。为此，照明模块可以包括被配置为选择性地发射第一波长范围的光的第一光源(例如包括一个或多个LED)。照明模块还可以包括被配置为选择性地发射第二波长范围的光的第二光源(例如包括一个或多个LED)，该第二波长范围与第一波长范围间隔开。检测器模块可以被配置为选择性地检测所选择的波长范围。在一个实施方式中，照明模块被配置为发射处于810nm+/-25nm的第一波长范围的光和处于980nm+/-25nm的第二波长范围的光。这种多光谱照明系统促进对移动的昆虫的颜色检测。
当照明模块被配置为发射发散光束、特别地具有在至少一个方向上的在2°与45°之间、诸如在10°与30°之间的发散角度的光束时，可以例如提供用紧凑型照明模块对相对大的检测体积的方便照明、特别地检测体积的同时照明，所述发散角度被测量为源于光源并与光束直径的相反端相交的光线之间的全角度。
照明模块可以例如包括将作为具有适当横截面形状的光束(诸如发散光束)的来自光源的光朝向检测体积引导的一个或多个光学元件，诸如一个或多个反射器和/或一个或多个透镜。例如，光束可以具有矩形或圆的(例如卵形或圆形)横截面。因此，检测体积可以具有截头圆锥形或截头金字塔形的形状。
当检测在植被田地中的移动的昆虫时，事实证明，具有细长(例如，椭圆形或矩形)基底/横截面的截头圆锥形或截头金字塔形检测体积是特别有利的。特别地，当细长的横截面/基底的(在水平方向上测量的)宽度大于(在竖直方向上测量的)高度时，例如，使得宽度与高度之比是至少3：2、诸如至少2：1，例如在3：2与5：1之间、诸如在3：2与3：1之间、诸如在2：1与3：1之间。具有细长横截面与其中检测体积在地面上方升高最小竖直偏移的水平纵向轴线的检测体积，允许检测体积被布置为水平地布置在植被的冠层上方的相对扁平的体积，例如，扁平的盒形体积或大体成形为扁平饼形的体积。这样的体积减少反射、杂散光或原本可能干扰检测过程的其他干扰影响。另外，发明人已经认识到，这样的检测体积有效利用可用的照明功率来照明发生最多昆虫活动的体积。
如在一些实施方式中，检测体积由照明体积与检测器模块的视野和景深之间的重叠限定，照明模块可以被配置为照明圆锥形或金字塔形或者截头圆锥形或截头金字塔形照明体积，所述体积特别地具有细长的基底/横截面，如上文参考检测体积所述。
在一些实施方式中，检测器模块包括摄像头、特别地具有足够大以记录整个检测体积的聚焦图像的视野和景深的摄像头。摄像头允许检测干扰事件，例如经过检测区域的较大动物或植物。摄像头还可以充当用于检测背景辐射的检测器。在一些实施方式中，捕获的图像可以被处理器使用来检测和/或识别昆虫，例如，通过检测昆虫的空中轨迹并且基于它们相应的轨迹图案来识别昆虫的类型。基于记录的昆虫轨迹的昆虫识别过程的示例在共同待决的国际专利申请号PCT/EP2019/073119中描述。
国际专利申请PCT/EP2019/073119中描述的识别技术可以由用于检测昆虫的本技术的处理器实现。已经发现，基于轨迹的检测在检测在杀虫剂分配运载工具前面的大检测体积中的昆虫时特别地有用。特别地，已经发现基于轨迹的检测在使用多种检测技术作为不同类型的昆虫的相应指标并且被配置为基于将多个指标用作输入的分类器来识别检测到的昆虫的系统中特别地有用。例如，基于轨迹的检测可以与下面描述的检测技术中的一种或多种相结合。
在一些实施方式中，一个或多个检测器包括一个或多个光电二极管。从整个检测体积或从检测体积的一部分接收光的各个光电二极管允许对反向散射光的强度的改变的快速时间分辨检测。此类信号可以用于确定飞虫的翅膀拍打频率，所述翅膀拍打频率继而可以用于检测昆虫的存在并且任选地用于基于翅膀拍打模式的性质(例如，在与检测到的昆虫事件相关联的频谱中的多个频率的相对振幅)来区分不同类型的昆虫。
在一些实施方式中，检测器模块包括光电二极管的阵列，例如，线性阵列或2D阵列。检测器模块可以被配置为将来自检测体积的不同子体积的光引导到阵列的相应光电二极管上，由此允许基于光电二极管对昆虫的空间分辨检测。
在一些实施方式中，光电二极管或光电二极管阵列被配置为选择性地检测处于预定波长或小波段的光。在一些实施方式中，检测器模块被配置为选择性地检测处于两个或更多个波长或小波段的光，其中两个或更多个波长或小波段彼此间隔开并且彼此不重叠。为此，检测器模块可以包括一个或多个光电二极管或光电二极管阵列，所述光电二极管或光电二极管阵列被配置为选择性地检测处于两个或更多个波长或小波段的光，其中两个或更多个波长或小波段彼此间隔开并且彼此不重叠。这可以例如通过单个光电二极管阵列来实现，其中相应的带通滤波器选择性地且交替地定位在光电二极管或光电二极管阵列的前面。替代地，检测器可以包括两个或更多个光电二极管或光电二极管阵列，每一者被配置为检测处于相应的波长或波段的光。特别地，已经发现，被配置为选择性地检测(例如，通过相应的光电二极管)分别处于808nm和970nm的光的检测器模块适合于例如基于处于相应波长的反向散射光之比来检测和区分不同类型的昆虫。通常，在一些实施方式中，一个或多个光电二极管至少包括：被配置为检测第一波段内的光的第一光电二极管；以及被配置为检测第二波段内的光的第二光电二极管，该第二波段与第一波段不重叠。
通常，检测器模块可以包括单个检测器或多个检测器。因此，昆虫传感器可以包括处理器，该处理器被配置为根据来自一个或多个检测器的检测器信号来确定在检测体积中检测到的昆虫的量，例如数量。在一些实施方式中，处理器被配置为根据来自一个或多个检测器的检测器信号来识别一种或多种类型的昆虫并且确定在检测体积中检测到的一种或多种类型的昆虫的相应量。因此，分配控制系统可以控制杀虫剂的分配，以便选择性瞄准某些类型的昆虫。此外，分配控制系统可以根据检测到的昆虫或某些类型的昆虫的量来控制所分配的杀虫剂的量。
为此，处理器可以处理检测器信号以便检测指示检测体积中的一只或多只昆虫的存在的一个或多个指标，并且对例如在预定时间段、滑动窗口等内的检测到的昆虫的数量进行计数，以便确定在检测体积中检测到的昆虫的量的估计值，例如，作为在检测体积中(例如每单位时间和/或每单位体积)检测到的昆虫的数量。处理器甚至可以被配置为检测指示所检测到的昆虫的类型的一个或多个指标，并且选择性地确定检测到的一种或多种类型(例如，一个或多个种类的昆虫、响应于具体类型的杀虫剂的昆虫等)的昆虫的量。为此，处理器可以例如基于神经网络和/或被配置为根据一组指标来确定检测到的昆虫的存在和/或检测到的昆虫的识别的其他分类技术，来实现适当的分类器模型。通常，处理器可以输出指示在采样时段期间在移动的检测体积中检测到的昆虫的数量的传感器数据，或者指示在检测体积中和/或在检测体积所经过的采样体积中的估计的局部昆虫种群的另一参数。
在一些实施方式中，处理器被配置为基于选自以下项的一个或多个指标来识别一种或多种类型的昆虫：
-在检测体积内部的昆虫的检测到的移动轨迹；
-在检测体积内部的昆虫的检测到的移动速度；
-一个或多个检测到的翅膀拍打频率；
-黑化比；
-昆虫光泽度。
基于翅膀拍打频率、黑化比和昆虫光泽度的昆虫的检测和/或识别在WO 2018/182440中且在2018年生物光子学期刊(J.Biophotonics.)中的格布鲁(Gebru)等人的“用于确定飞行中的蚊子的性别和种类的多波段调制光谱(Multiband modulationspectroscopy for the determination of sex and species of mosquitoes inflight)”中更详细地描述。尽管以上文献在使用沙依姆弗勒(Scheimflug)原理的激光雷达系统的环境下描述了这些指标，但本发明人已经认识到，这些技术也可以应用于基于照明扩大的体积而不是窄激光束的其他光源的检测器系统。
因此，设备处理传感器信号以计算指示在移动的检测体积中检测到的昆虫的量的传感器数据。检测到的昆虫的量可以用作在测量时段期间由检测体积所经过的采样体积中的局部昆虫种群的估计值。基于检测到的昆虫和/或得到的相应类型的昆虫的一个和/或多个估计的昆虫种群，分配控制系统可以选择一种或多种适当的杀虫剂、要施加到具体位置的对应量，并且控制系统的输出端口来分配所选择的量。为此，确定检测到的昆虫的量和/或估计昆虫种群的处理器可以将指示在检测体积中检测到的确定的昆虫的量和/或以其他方式指示估计的局部昆虫种群的传感器数据传送到分配控制系统。在一些实施方式中，分配控制系统和昆虫传感器的处理器可以集成到单个处理模块中，即，用于处理传感器信号以检测并任选地识别昆虫的过程可以包括在分配控制系统中。
在运载工具跨越土地区域移动时，检测体积与运载工具一起移动，并且昆虫传感器连续地或至少重复地更新在运载工具前面的估计的昆虫种群。因此，分配控制系统可以响应于当前估计的昆虫种群，例如响应于局部昆虫种群来控制所分配的杀虫剂(例如，量和/或类型)。
在一些实施方式中，昆虫传感器安装在与分配杀虫剂的运载工具分开的运载工具上。例如，昆虫传感器可以安装到在运载工具前面移动的无人机上。在其他实施方式中，昆虫传感器安装在分配杀虫剂的运载工具上，由此提供不太复杂的容易使用的系统。昆虫传感器可以安装在臂、框架、机架或者(安装在运载工具的面向前的端部处或附近的)其他安装结构上。在一些实施方式中，安装结构可调整地安装到运载工具，例如，使得可以例如根据植被的高度和/或要检测的昆虫的类型调适昆虫传感器在地面上方的竖直偏移。类似地，昆虫传感器相对于运载工具的向前方向的取向可以是可调整的，以便调整检测体积相对于运载工具的位置。例如，在一些情形下，传感器的低定位但具有面向前或面向上向前的视野可能是期望的，而其他情形可能偏向具有面向前或面向下向前的视野的高位置。可以手动地或自动地进行传感器的位置和/或取向的调整。
当传感器大体面向前，即，检测体积沿着行进路径在运载工具前面时，检测体积不太会被运载工具的行驶干扰，例如被灰尘、排烟等干扰。类似地，系统可以在运载工具到达第一位置所需的时间期间处理在沿着行进路径的第一位置处来自检测体积的传感器数据，即，使得对杀虫剂的分配的控制可以基于在所述第一位置获取的数据而适合于第一位置。
本公开涉及不同的方面，包括在上文和下文中描述的设备、对应的设备、系统、方法和/或产品，每一者产生结合其他方面中的一个或多个描述的益处和优点中的一个或多个，并且每一者具有与结合其他方面中的一个或多个描述和/或在所附权利要求书中公开的实施方式相对应的一个或多个实施方式。
特别地，根据一个方面，本公开涉及一种昆虫传感器。
该昆虫传感器可以安装到运载工具，运载工具被配置为沿着跨越土地区域的行进路径行进，运载工具限定行进方向，运载工具包括杀虫剂分配装置，该杀虫剂分配装置被配置为在运载工具沿着行进路径行进时沿着所述行进路径分配杀虫剂；该昆虫传感器被配置为在安装到运载工具时检测在检测体积中的昆虫；其中检测体积相对于行进方向位于运载工具的前面；该昆虫传感器被配置为将传感器数据提供到分配控制系统，其中分配控制系统被配置为：从昆虫传感器接收传感器数据，该传感器数据指示在检测体积中检测到的昆虫；并且响应于接收到的传感器数据来控制分配的杀虫剂的量。
特别地，根据一个方面，本文公开了一种用于检测在地面上方移动的空中昆虫的昆虫传感器，所述昆虫传感器包括：
-照明模块，所述照明模块被配置为照明检测体积，所述检测体积从地面升高最小竖直偏移，以及
-一个或多个检测器，所述一个或多个检测器被配置为检测来自检测体积的光；
其中所述照明模块被配置为发射发散光束，所述发散光束特别地具有在至少一个方向上的在2°与45°之间、诸如在10°与30°之间的发散角度。
本文所述的昆虫传感器的实施方式是稳健的并且具有低复杂性，因此使得它们成本有效、耐用且适合于部署在移动的运载工具上。此外，本文所述的昆虫传感器的实施方式允许对移动的空中昆虫的可靠检测和分类。
将了解，昆虫的大小和行为有很大差异。昆虫大小可以在小于1mm与几cm之间变化，并且昆虫的移动模式可以从在空中静止不动、盘旋的昆虫变化到具有弹跳轨迹的跳虫。已经发现，本文所述的设备和昆虫传感器的实施方式可用于各种类型的空中昆虫，包括具有翅膀的飞虫和跳虫，诸如跳跃的跳甲，例如油菜蓝跳甲(油菜金头跳甲)。
考虑跳跃的跳蚤跳至高度h，可以假设基本弹跳飞行路径来估计跳蚤离开地面以到达该高度的竖直速度。例如，考虑跳蚤跳至地面上方0.5m，跳蚤的初始竖直速度将为大约3.2m/s，这给出了弹跳昆虫在空间移动的数量级。为了捕获涉及大小下至小于5至10mm的昆虫的这种快速事件，检测体积和因此被照明体积必须具有覆盖轨迹的基本部分的程度和在时间上分辨运动的检测速度。此外，检测器模块需要在时间和空间上分辨此类事件。类似地，如本文所讨论，基于翅膀拍打模式对飞虫的检测，实施对检测体积以及昆虫传感器的时间和空间分辨率的类似要求。
在一些实施方式中，昆虫传感器和分配控制系统被设置为单个单元，该单个单元可安装在运载工具上并且被配置为与运载工具分配装置通信，以便控制从分配装置对杀虫剂的分配。
在这里和下文中，术语处理器意图包括适当地调适以执行本文所述的功能的任何电路和/或装置。特别地，术语处理器包括通用或专用可编程微处理器，诸如计算机或另一数据处理系统的中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑阵列(PLA)、现场可编程门阵列(FPGA)、专用电子电路等，或者它们的组合。将了解，处理器和/或分配控制系统可以被实现为客户端-服务器或类似的分配系统，其中获取和任选地一些信号处理在运载工具中本地执行，而数据处理和分类任务的其他部分可以由与客户端装置通信的远程主机系统执行。
根据另一个方面，本文公开了一种控制杀虫剂的喷洒的方法的实施方式，所述方法包括：
-检测在检测体积周围移动的空中昆虫，所述检测体积位于移动运载工具的前面并且所述检测体积在地面上方升高最小竖直偏移；
-响应于对空中昆虫的检测来控制从所述移动运载工具对杀虫剂的分配。
根据另一个方面，本文公开了一种用于控制杀虫剂的喷洒的设备的实施方式，所述设备包括：如在上文和下文所公开的昆虫传感器；以及控制系统，例如，计算机实施的控制系统，该控制系统被配置为输出控制信号以用于响应于来自昆虫传感器的检测信号而控制杀虫剂分配器。
另外的特征和优点将从参考附图进行的实施方式的以下详细描述中显而易见。
附图说明
将结合附图更详细地描述优选实施方式，在附图中：
图1示出了用于喷洒杀虫剂的设备的示意图。
图2示意性地示出了用于喷洒杀虫剂的设备的操作。
图3示意性地示出了昆虫传感器的实施方式。
图4示意性地示出了昆虫传感器的检测器模块的示例。
图5示意性地示出了昆虫传感器的检测器模块的另一示例。
图6示意性地示出了昆虫传感器的另一实施方式。
图7示意性地示出了来自如本文所述的昆虫传感器的实施方式的检测器模块的传感器信号的示例。
图8和图9示出了检测体积的示例。
具体实施方式
图1示出了用于喷洒杀虫剂的设备的示意顶视图。该设备包括农用车辆100，诸如拖拉机或其他地面运载工具。将了解，替代地，可以采用飞行器。
运载工具被配置为沿着跨越将执行昆虫防治的土地区域的田地或其他地面的行进路径行进。运载工具限定行进方向，如箭头101所示。行进方向也将被称为相对于运载工具的向前方向。
运载工具包括杀虫剂分配装置110，该杀虫剂分配装置110包括用于分配杀虫剂的一个或多个出口端口。例如，分配装置110可以包括沿着横向方向(即，跨越行进方向101)延伸的臂。多个喷洒器喷嘴置于该臂上，例如跨越臂的长度分布。分配装置可以被布置为处于或朝向运载工具的后部，但其他位置也是可能的。运载工具还包括分配控制单元140，例如适当的控制电路，诸如适当地编程的微处理器等。分配控制单元可操作地耦合到分配装置并且可操作以控制由分配装置110分配的杀虫剂量。为此，分配控制装置可以操作来控制阀或类似的流量控制装置，以便控制从杀虫剂贮存器(未明确地示出)到分配装置的输出端口的杀虫剂流量。在一些实施方式中，分配控制单元140可以控制多个阀以便控制流向相应的各个输出端口的杀虫剂流量。在一些实施方式中，运载工具可以包括多个杀虫剂贮存器，例如以用于储存不同类型的杀虫剂。在这样的实施方式中，分配控制单元可以操作来选择性地控制从相应的贮存器到分配装置的杀虫剂流量，例如以便控制分配哪种类型的杀虫剂或杀虫剂的哪种组合。分配控制单元可以实时地控制杀虫剂的分配，即，在运载工具沿着行进路径行进的同时改变要分配的杀虫剂的量和/或类型。因此，分配控制单元可以致使在沿着行进路径的不同位置分配不同量和/或类型的杀虫剂。
该设备还包括昆虫传感器120，该昆虫传感器用于在运载工具沿行进方向101行进的同时检测在运载工具100前面的昆虫。为此，昆虫传感器可以安装在运载工具的前端处或附近。
替代地，昆虫传感器可以安装在运载工具的不同位置或甚至设置在单独的运载工具上，例如在运载工具100前面、旁边或上方行进的无人机或无人地面运载工具。
图1的实施方式的昆虫传感器120包括安装到运载工具的前端的臂或框架133。昆虫传感器还包括照明模块131和检测器模块130，每个模块都安装到臂或框架133。将了解，其他实施方式可以包括多于一个照明模块和/或多于一个检测器模块。还将了解，照明模块和检测器模块可以被设置为单独的装置，即，每个模块可以具有自己的壳体。在其他实施方式中，照明模块和检测器模块可以容纳在单个壳体中或以其他方式形成单个单元。在其他实施方式中，昆虫传感器可以以不同的方式(例如，不包括臂或框架)安装在运载工具上。
照明模块131包括被配置为照明在运载工具前面的被照明体积的光源，诸如一个或多个卤素灯、一个或多个LED等。照明模块可以通信地耦合到分配控制单元140，以便允许分配控制单元控制照明模块的操作。检测器模块130包括一个或多个检测器和一个或多个光学元件，该一个或多个光学元件被配置为从被照明体积的至少一部分捕获反向散射光并且将捕获的光引导到一个或多个检测器上。检测器模块从其捕获光以用于检测昆虫的被照明体积被称为检测体积150。检测器模块130通信地耦合到分配控制单元140并且将检测器信号、任选地经处理的检测器信号传送到分配控制单元。分配控制单元处理接收到的检测器信号以便检测在检测体积中的昆虫。基于检测到的昆虫，分配控制单元140控制分配装置的操作以便致使分配装置分配与检测体积中检测到的昆虫相对应的杀虫剂。在一些实施方式中，当分配装置到达对其作出分配决定的检测体积的位置时，分配控制单元可以控制分配装置分配杀虫剂。替代地，昆虫传感器包括处理器，该处理器被配置为执行昆虫检测并且将关于检测到的昆虫种群的信息传送到分配控制系统。
因此，在运载工具沿着行进路径行进时，检测器模块捕获来自运载工具前面的检测体积的光，即，检测体积也在运载工具前面沿着行进路径行进。因此，分配控制单元可以连续地(或至少间歇地)控制分配装置调整杀虫剂向运载工具前面的当前(或最近)检测到的昆虫的分配。将了解，可以延迟调整，以便将分配装置相对于检测体积沿着行进路径的移动的相对延迟考虑在内，并且将检测器信号的分析的延时考虑在内。在其他实施方式中，对分配装置的控制可以在运载工具已经经过所述控制所依据的检测体积之后进行。然而，发明人已经认识到，这种延迟是可接受的并且仍得到对杀虫剂的分配的足够精细的调适。
图2示意性地示出了用于喷洒杀虫剂的设备的操作。特别地，图2示出了用于选择检测体积的大小和形状的考虑因素。
图2示出了昆虫传感器120和图1的运载工具的分配装置110。昆虫传感器和分配装置沿着行进方向101行进，使得昆虫传感器在分配装置的前面行进。昆虫传感器面向前并且监测检测体积150，该检测体积150也在昆虫传感器的前面沿着行进方向101行进。
在图2中，检测体积被示出为具有高度H、宽度W和深度D的盒形体积。然而将了解，检测体积可以具有除了盒形以外的不同形状。下面将参考图8和图9描述检测体积的优选实施方式。通常，检测体积的形状和大小以及检测体积相对于运载工具的位置由照明模块和昆虫传感器的检测器模块决定。通常，检测体积可以被限定为检测模块从其获得可用于检测昆虫的传感器信号的体积。检测体积典型地由被照明模块照明的体积与检测器模块的视野和景深的重叠限定。
可以基于在采样时段t记录的信号来执行昆虫检测。通常，当昆虫传感器可相对于地面移动时，例如，因为昆虫传感器安装在移动运载工具上，检测体积相对于地面移动。因此，当传感器数据指示在时间段t期间在检测体积中检测到的昆虫时，传感器数据指示在时间t期间在移动的检测体积所经过的空间内检测到的昆虫。在这里且在下文中，在采样时段t期间移动的检测体积所经过的体积也将被称为采样体积。因此，指示检测体积中检测到的昆虫的传感器数据可以提供对在地面上方的采样空间内的局部昆虫种群的估计，采样空间是在采样时段t期间在检测体积相对于地面的相对移动中由检测体积所经过的。例如，当运载工具以恒定速度v跨越地面移动时，在采样时段t期间采样的总采样体积因此为V采样＝V0+A*v*t，其中是V0是检测体积(在以上示例中，V0＝H*W*D)，并且A是在行进方向上的采样体积的横截面积(在以上示例中，A＝W*H)。
发明人已经认识到，为了作出关于是否喷洒杀虫剂的决定，优选对至少1m3的采样体积进行局部采样，以便得到表示昆虫种群的结果。
假设运载工具的行进速度为20km/h并且昆虫传感器与检测体积之间的距离为6m、盒形检测体积具有高度H＝1m、宽度W＝1m和深度D＝0.6m，则检测体积为V0＝0.6m3并且对V＝1m3的采样体积的采样要求t＝0.1s。然而，更大的检测体积可以是优选的，以便提供更准确的检测结果。因此，对于典型的农用车辆的车速，至少0.2m3、诸如至少0.5m3、诸如至少1m3、诸如至少2m3的检测体积被认为是适当的。
另一考虑因素与检测体积的形状有关。为了允许对昆虫的可靠检测和识别(例如，为了能够确定昆虫的翅膀拍打频率)，昆虫应优选地在检测体积中停留至少0.1s。为了允许昆虫在检测体积中停留尽可能长的时间，不论昆虫的行进方向如何(并且不论检测体积沿着行进方向的移动如何)，检测体积的线性尺寸沿着所有方向都应类似。然而，实践中，检测体积的最长长度与检测体积的最短长度之间的纵横比不超过10：1、优选地不超过5：1、优选地不超过3：1、更优选地不超过2：1，被认为是适当的。
又一个考虑因素与检测体积150相对于运载工具和相对于地面的位置有关。在一些实施方式中，可以将检测体积选择为在运载工具前面足够远的位置，以便允许分配控制单元(或其他处理器)执行必要的数据处理，以便在分配装置行进分配装置与检测体积之间的距离所花费的时间内获得检测结果。另一方面，检测体积应足够靠近运载工具，以便确保在分配装置到达某一位置时，检测到的昆虫种群准确地反映所述位置处的昆虫种群。如果检测体积太过远离分配装置，那么到分配装置已经行进了分配装置与检测体积之间的距离的时候，昆虫种群可能已经发生极大改变。
检测体积与地面的优选竖直偏移和/或检测体积的高度可以取决于农作物/植被的类型并且取决于要检测的昆虫的类型。对于空中昆虫和光学昆虫传感器，检测体积优选地位于参考平面上方、最优选地在参考平面的正上方。参考平面可以例如由区域或土地的植被冠层或者由位于地面上方的某一竖直偏移处的另一水平平面限定。
在下文中，将描述昆虫传感器的实施方式，其可以安装在农用车辆上，例如，如结合图1描述，或者可以以其他方式部署，例如，固定的或移动的。
图3示意性地示出了昆虫传感器的实施方式。昆虫传感器包括面向前的检测模块130和照明模块131。在此示例中，照明模块被形成为LED的两个细长阵列。每个阵列从检测器模块的任一侧横向地延伸。该阵列限定被两个阵列照明的照明体积151。检测器模块包括成像系统，该成像系统可操作以将被照明体积内部的物体平面152成像到检测器模块的至少一个图像平面上。成像系统的视野和成像系统的景深153被配置为使得成像系统将被照明体积的至少一部分成像到检测器模块的图像平面上。被照明体积的由成像系统成像而使得它可以被检测器模块的一个或多个检测器检测到并用于昆虫检测的部分，限定检测体积150。
例如，检测器模块可以包括图像传感器，例如，CCD或CMOS传感器，以便允许对被照明体积内的昆虫进行成像。已经发现，对检测体积中的昆虫的成像适合于基于昆虫在检测体积内(即，在成像系统的景深内)移动的轨迹来识别昆虫。这允许检测和甚至识别基于翅膀拍打频率难以或不可能检测和识别的昆虫。此类昆虫的示例是跳跃的油菜蓝跳甲。
例如，基于具有f＝24mm(f/2.8)的摄像头透镜和3/4”图像传感器的成像系统被配置为聚焦于在距透镜2m距离处的物体平面，视野为大约1.7m×1.7m并且景深为大约1.3m，因此得到大约3.7m3的检测体积。
将了解，可以使用其他成像系统。另外，可以使用附加和替代的检测器。
还将了解，照明模块可以相对于检测器模块以不同的方式布置和/或包括不同类型和/或数量的光源。
通常，为了最大化来自检测体积内部的昆虫的反向散射光的量，可以优选将照明模块放置成邻近或以其他方式接近检测器模块，使得照明方向和视角方向在它们之间仅限定相对小的角度，例如小于30°，诸如小于20°。在一些实施方式中，照明模块被配置为沿着照明方向发射光束，并且检测器模块限定视角方向(例如，作为检测器模块的光轴)，其中照明方向和视角方向限定彼此之间的角度，该角度在1°与30°之间，诸如在5°与20°之间。
图4示意性地示出了昆虫传感器的检测器模块的示例。检测器模块包括图像传感器411以及分别两个光电二极管阵列405和409。图像传感器411记录如上所述的检测体积150的图像。为此，检测器模块包括透镜401、403和410，以用于以适当的景深将检测体积中的物体平面成像到图像传感器上。特别地，透镜401将物体平面成像到虚拟图像平面420上。透镜403使来自虚拟图像平面的光准直，并且透镜410将准直光聚焦到图像传感器上。准直光的一部分由分束器404导向另一透镜，该另一透镜将光聚焦到光电二极管阵列405上。类似地，准直光的另一部分由分束器407引导到透镜408上，该透镜408将光聚焦到光电二极管阵列409上。分束器404被配置为将处于第一波长(例如970nm)的光选择性地引导到光电二极管阵列405上，而分束器407被配置为将处于不同的第二波长(例如808nm)的光选择性地引导到光电二极管阵列409上。
因此，每个阵列的光电二极管检测来自检测体积的相应部分的时间分辨的反向散射光。替代地，光电二极管阵列可以被个体的光电二极管或被图像传感器取代。
基于由此获得的信号，系统可以基于检测到的翅膀拍打频率、光泽度和/或黑化现象来检测在检测模块的相应部分中的昆虫，例如，如在WO 2018/182440中所述。
类似地，基于由图像传感器411记录的图像，系统可以确定附加或替代的指标，从该指标可以获得昆虫的存在和任选地识别。为此，该过程可以利用适当的计算机视觉技术，诸如物体识别和/或昆虫移动的轨迹的检测和识别，例如，如在共同待决的国际专利申请号PCT/EP2019/073119中所述。
已经发现，不同的检测器信号和因此不同类型的指标的组合允许对昆虫的特别可靠的检测，包括仅基于例如翅膀拍打频率难以检测到的昆虫。
然而，将了解，检测器模块的其他实施方式可以仅包括以上检测器中的一个或一些，例如，只有图像传感器、或只有图像传感器与单个光电二极管或光电二极管阵列的组合、或只有两个光电二极管或光电二极管阵列的组合。另外，在替代实施方式中，光电二极管或光电二极管阵列可以被配置为选择性地检测处于替代或附加的波长的光。
此外，尽管图4的实施方式使用组合的光学系统将光引导到多个传感器上，但替代的检测器模块可以包括单独的检测器，每个检测器具有其自己的光学系统，例如，如下面在图5中示出。
图5示意性地示出了昆虫传感器的检测器模块的另一示例。特别地，图5示出了包括分别三个检测器130A至130C的检测器模块，每个检测器接收来自被公共照明模块(未示出)照明的公共检测体积的光。在另外的替代实施方式中，检测器可以接收来自可以被公共或相应的照明模块照明的不同检测体积的光。检测器130A至130C中的每一个包括自己的光学系统，例如，自己的透镜等。
在当前示例中，检测器模块包括用于检测处于第一波长且任选地处于第一偏振状态的光的检测器130A。为此，检测器130A可以包括适当的带通滤波器，例如，选择性地允许808nm的光到达检测器的传感器(例如，光电二极管或光电二极管阵列)的滤波器。检测器130A还可以包括偏振滤波器。
检测器130B包括数字摄像头，例如，如结合图3或图4所述。
检测器130C被配置用于检测处于第二波长(与第一波长不同且间隔开)且任选地处于第二偏振状态的光。为此，检测器130C可以包括适当的带通滤波器，例如，选择性地允许970nm的光到达检测器的传感器(例如，光电二极管或光电二极管阵列)的滤波器。检测器130C还可以包括偏振滤波器。
将了解，替代的昆虫传感器可以包括附加或替代的检测器，例如，少于三个或多于三个检测器。
图6示意性地示出了昆虫传感器的另一实施方式。昆虫传感器(大体由附图标记120指示)包括处理单元140、检测器模块130和照明模块131，它们全部容纳在壳体110内。在此示例中，照明模块和检测器模块彼此竖直地对准，并且照明模块布置在检测器模块下方。然而，其他布置也是可能的。
照明模块包括发光二极管(LED)阵列161和对应的透镜阵列161，该透镜阵列用于将来自相应LED的光作为发散光束163沿着照明方向164引导。发光二极管阵列可以包括被配置为选择性地发射处于第一波长范围(例如，810nm+/-25nm)的光的第一组二极管。发光二极管阵列还可以包括被配置为选择性地发射处于第二波长范围(例如，980nm+/-25nm)的光的第二组二极管，该第二波长范围不同于第一波长范围、特别是与第一波长范围间隔开。在其他实施方式中，发光二极管阵列可以包括替代或附加类型的LED。例如，在一些实施方式中，LED可以被配置为发射宽带可见光、近红外光和/或红外光。
检测器模块130包括菲涅耳透镜的形式的光学系统132。可以使用替代的另一透镜系统。检测器模块130包括光学传感器133，例如一个或多个光电二极管(诸如光电二极管阵列)、CCD或CMOS传感器，并且光学系统将来自检测体积的光引导到光学传感器上。在一些实施方式中，光学系统将在被照明体积内部的物体平面152成像到光学传感器上。光学系统的视野和光学系统的景深被配置为使得光学系统将来自被照明模块照明的体积的一部分的光引导到光学传感器上。被照明体积的光学系统从其接收光而使得它可以被光学传感器检测到并用于昆虫的检测的部分，限定检测体积150。光学系统132限定光轴134，该光轴134以小角度(诸如10°)与照明方向164相交。
例如，当光学系统是基于具有f＝24mm(f/2.8)的摄像头透镜并且光学传感器包括3/4”图像传感器时，检测器模块可以被配置为聚焦于在距透镜2m距离处的物体平面上，这对应于大约1.7m×1.7m的视野和大约1.3m的景深，因此得到大约3.7m3的检测体积。
检测器模块130通信地耦合到处理单元140并且将由光学传感器捕获的辐射传送到处理单元。处理单元140可以包括适当地编程的计算机或者另一适当的处理装置或系统。处理单元接收传感器信号(例如，图像或图像流和/或来自相应的一个或多个光电二极管的传感器信号的一个或多个时间序列以及任选地来自检测器模块的其他检测器信号)，并且处理接收到的传感器信号以便检测和识别检测体积中的昆虫并且输出指示估计的昆虫种群的传感器数据。
图7示意性地示出了来自如本文所述的昆虫传感器的实施方式(例如，如结合先前附图中的任一个描述的昆虫传感器)的检测器模块的传感器信号的示例。在此示例中，来自检测器模块的传感器信号包括(例如，如由设有相应带通滤波器的相应光电二极管记录的)检测到的处于两个窄波段的光强度的相应时间序列。在一些实施方式中，信号可以从多个光电二极管、从图像传感器等集成或以其他方式组合。
在此示例中，时间序列701对应于检测到的808nm处的光，而时间序列702对应于检测到的975nm处的光。然而，其他实施方式可以使用其他波长和/或多于两个波长或波段。
昆虫传感器的处理单元可以处理时间序列以检测在检测体积中的昆虫的存在并且任选地确定检测到的昆虫的类型。替代地，信号和数据处理中的一些或全部可以由在图像传感器外部的数据处理系统执行。
在本示例中，由处理单元和/或外部数据处理系统实现的过程可以检测高于预定阈值的检测到的辐射的存在和/或确定检测到的频率的基本谐波，以便检测昆虫的存在。
替代地或另外地，该过程可以计算一个或多个指标，从该指标可以确定昆虫的类型。此类指标的示例包括基本翅膀拍打频率(WBF)、身体-翅膀比(BWR)和黑化现象(MEL)。
例如，该过程可以从响应于检测到的检测事件确定的频率的基本谐波计算基本翅膀拍打频率(WBF)。该过程可以将身体-翅膀比计算为翅膀与身体信号之间的平均比值。身体信号可以被确定为表示来自翅膀合上的昆虫的散射的检测事件的基线信号711，而翅膀信号可以被确定为在散射中的峰值处的信号水平712。
黑化比可以被确定为在检测事件期间两个记录的通道的信号强度之间的平均比值。
根据以上指标中的一个或多个，任选地结合其他参数，该过程可以确定昆虫的类型，例如昆虫的种类。这个确定可以基于适当的查找表、分类模型(诸如机器学习模型)等。
可由本文所述的昆虫传感器的实施方式检测的且适合于飞虫或跳虫的检测和/或分类的参数的其他示例包括：检测到的在检测体积内的昆虫的移动轨迹，例如，如在共同待决的国际申请号PCT/EP2019/073119中所述，该申请的全部内容在此以引用方式并入本文。
通常，本文所述的昆虫传感器的实施方式提供检测体积，该检测体积足够大，以便检测器模块观察表示区域(例如，要用杀虫剂处理的区域)中的种群密度的昆虫的数量。检测体积也足够小以便充分均匀地照明，以在图像传感器处提供高信号强度。
此外，本文所述的设备的实施方式提供快速观察时间，例如，以便将可执行输入提供到在要处理的区域周围移动的杀虫剂喷洒器的控制系统。
此外，本文所述的设备的实施方式提供足够长的观察时间以便能够可靠地对飞虫进行分类。
图8和图9示出了检测体积的示例。图8示意性地示出了由发射具有大体圆形横截面发散光束的照明模块得到的截头圆锥形检测体积的示例。图9示意性地示出了截头金字塔形检测体积的示例。
为了做出喷洒决定，优选的是记录的昆虫活动代表正在考虑的区域。为了实现这一点，需要足够高的计数统计。发明人已经发现，对至少10只、优选地至少50只、更优选地至少100只昆虫的观察允许足够有代表性的昆虫活动。
发明人还发现，在相关的土地区域中观察到的典型的昆虫活动的数量在0.2至2只昆虫/秒/m3的范围内。当安装在移动运载工具上时，检测体积V以移动运载工具的速度v向前移动。假设例如传感器的检测体积是大约3m3并且假设昆虫活动为1只昆虫/秒/m3，则需要33秒以便实现100只昆虫的计数。对于以20km/h移动的运载工具，这将意味着运载工具向前移动大约110m。考虑到喷洒杆的典型长度并且考虑到要处理的区域的典型大小可能超过数十公顷，这提供足够的检测分辨率以支持针对要处理的土地区域的相应部分做出局部喷洒决定。
如本文所述，本文所述的昆虫传感器的一些实施方式记录在光的一个或多个波长处从飞行中的一只或多只昆虫散射掉的光的一个或多个时间序列。根据记录的时间序列，可以分别计算翅膀拍打频率和/或来自身体和翅膀的散射比。然而，为了获得可靠且准确的检测结果，记录的时间序列应足够长以便发生多次翅膀拍打。飞行中的昆虫的翅膀拍打频率在约100Hz至约1000Hz之间。为了得到10次以上的翅膀拍打，在最坏情况下，昆虫在检测体积中的时间应优选地在100ms以上。类似地，通过足够长以记录足够长度的轨迹的观察时间而有利于基于记录的飞行轨迹的检测。
因此，本文所述的昆虫传感器的实施方式采用形状和大小被设定为允许足够长的观察时间(甚至在传感器跨越土地区域移动时也是如此)的检测体积。
典型的农用车辆可以以例如20km/h的速度或以类似的速度跨越土地区域移动。当以这样的速度移动时，在100ms期间，车辆和因此检测体积将向前移动0.55m。因此，沿着车辆的行进方向的检测体积的长度应优选地大于1m、诸如大于2m、诸如大于5m，以便确保昆虫可以在移动的检测体积内停留足够长的时间。例如，沿着行进方向的检测体积的长度可以小于100m、诸如小于50m、诸如小于20m。
此外，如上所讨论，优选的是检测体积为大约或大于1m3，诸如大于1m3。为了用小且成本有效的图像传感器实现这种检测体积，优选的是仔细地配置照明模块。
图8和图9两者所示的被照明检测体积都提供在图像传感器附近的大检测体积，即，允许有代表性且局部的测量。
图8和图9所示的检测体积表示被昆虫传感器的照明模块照明的被照明体积与昆虫传感器的检测器从其接收光的可检测体积之间的重叠，即，可检测体积可以由检测器的视野和景深限定。在一些实施方式中，照明模块包括发射光的一个或多个适当的光源，例如，一个或多个高功率LED，所述光从照明模块发散以便将光分布到大体积中。在一个特定实施方式中，照明模块被配置为在水平平面中以全角发散角度发射光，该角度大于5°、诸如大于10°、诸如大于20°，而竖直发散被限于小于2°、诸如小于5°的角度。此实施方式是优选的，因为得到的检测体积因此将被优化在刚好高于农作物的空间中。此外，在此实施方式中，限制了向上或在农作物中消失的光的量。
还优选的是，照明模块被配置为沿着辐射光的中心光轴(即，沿着照明方向)引导照明光，该辐射光以完全消除光打到农作物的角度向上指向，所述角度例如在1°与30°之间、诸如在2°与30°之间、诸如在5°与20°之间。
图9中示出了从这种发散的、饼形的、向前向上指向的照明光束得到的检测体积的示例。特别地，图9示出了检测体积150的3D视图以及检测体积的侧视图和顶视图。在图9的示例中，检测器模块的孔口与检测体积的开始位置之间的距离d0为约1m。检测器模块的孔口与检测体积的远端之间的距离d1为约10m。在竖直方向上的发散光束的发散角度θ竖直(全角)为约4°，而在水平方向上的发散角度θ水平(全角)为约20°。然而，将了解，其他实施方式可以使用不同的大小和/或形状。
通常，当检测体积靠近昆虫传感器定位时，有利于对检测体积的有效照明和对小昆虫的可靠检测。此外，有利于基于局部昆虫种群的检测的分配控制。例如，最靠近检测器模块的孔口的检测体积的边界可以距检测器模块的孔口10cm与10m之间、诸如10cm与5m之间、诸如10cm与2m之间。最远离检测器模块的孔口的检测体积的边界可以距检测器模块的孔口3m与100m之间、诸如5m与20m之间、诸如8m与12m之间。
尽管已经参考某些具体实施方式描述了本发明，但在不脱离如所附权利要求书中概述的本发明的精神和范围的情况下，本发明的各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的。

Claims (36)

1.一种用于跨越土地区域分配杀虫剂的设备，所述土地区域限定地面，所述设备包括：
-运载工具，所述运载工具被配置为沿着跨越所述地面的行进路径行进，所述运载工具限定行进方向，所述运载工具包括杀虫剂分配装置，所述杀虫剂分配装置被配置为在所述运载工具沿着所述行进路径行进时沿着所述行进路径分配杀虫剂；
-分配控制系统，所述分配控制系统被配置为在所述运载工具沿着所述行进路径行进时控制要分配的杀虫剂的量；
-昆虫传感器，所述昆虫传感器被配置为在检测体积相对于所述地面移动的同时检测在地面上方的所述检测体积中的正在飞行或跳跃的空中昆虫；其中所述检测体积相对于所述行进方向位于所述运载工具的前面并且在所述地面上方升高最小竖直偏移，其中所述检测体积是具有不超过10：1的纵横比的3D检测体积，所述纵横比被限定为所述检测体积的最小边界框的最大边缘与最小边缘之比；
其中所述昆虫传感器包括被配置为照明所述检测体积的照明模块以及被配置为检测来自所述检测体积的光的一个或多个检测器，所述检测体积完全地或部分地由检测器模块的视野和景深限定；
其中所述分配控制系统被配置为：从所述昆虫传感器接收传感器数据，所述传感器数据指示在所述检测体积中检测到的昆虫；并且响应于所接收到的传感器数据来控制所分配的杀虫剂的量。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述检测体积具有至少0.2m3的大小。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述检测体积具有小于20m3的大小。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述纵横比在1：1与10：1之间。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述最小边缘是所述最小边界框的竖直边缘。
6.根据权利要求5所述的设备，其中所述最小边界框限定竖直边缘和两个水平边缘，并且其中所述水平边缘中的每一个与所述竖直边缘之比在2：1与10：1之间。
7.根据权利要求1至2中任一项所述的设备，其中所述检测体积从植被冠层的顶部向上延伸。
8.根据权利要求1至2中任一项所述的设备，其中所述检测体积具有沿着所述行进方向测量的至少1m的长度。
9.根据权利要求1至2中任一项所述的设备，其中所述检测体积具有截头圆锥形或截头金字塔形的形状。
10.根据权利要求1所述的设备，其中所述照明模块包括被配置为发射不相干光的光源。
11.根据权利要求1所述的设备，其中所述照明模块被配置为发射发散光束，所述发散光束具有在至少一个方向上的在2°与45°之间的发散角度。
12.根据权利要求11所述的设备，其中所述发散光束具有在水平平面中测量的水平发散角度和在竖直平面中测量的竖直发散角度，其中所述竖直发散角度小于所述水平发散角度。
13.根据权利要求12所述的设备，其中所述竖直发散角度在2°与10°之间，并且其中所述水平发散角度在10°与45°之间。
14.根据权利要求1所述的设备，其中所述照明模块被配置为同时照明整个检测体积。
15.根据权利要求1所述的设备，其中所述照明模块包括被配置为选择性地发射处于第一波长范围的光的第一光源，并且其中所述照明模块还包括被配置为选择性地发射处于第二波长范围的光的第二光源，所述第二波长范围与所述第一波长范围间隔开。
16.根据权利要求1所述的设备，其中所述一个或多个检测器包括摄像头和/或一个或多个光电二极管。
17.根据权利要求1所述的设备，其中所述一个或多个检测器被配置为选择性地检测在第一波段和第二波段内的光，所述第二波段与所述第一波段不重叠。
18.根据权利要求16至17中任一项所述的设备，其中所述一个或多个检测器包括至少一个光电二极管阵列，所述阵列的每个光电二极管被配置为从所述检测体积的相应子体积接收光。
19.根据权利要求1所述的设备，其中所述昆虫传感器包括处理器，所述处理器被配置为根据来自所述一个或多个检测器的检测器信号来确定在所述检测体积中检测到的昆虫的量。
20.根据权利要求1所述的设备，其中所述昆虫传感器包括处理器，所述处理器被配置为根据来自所述一个或多个检测器的检测器信号来识别一种或多种类型的昆虫，并且基于选自以下项的一个或多个指标来确定在所述检测体积中检测到的所述一种或多种类型的昆虫的相应量：
-在所述检测体积内部的昆虫的检测到的移动轨迹；
-在所述检测体积内部的昆虫的检测到的移动速度；
-一个或多个检测到的翅膀拍打频率；
-黑化比；
-昆虫光泽度。
21.一种用于检测在地面上方移动的空中昆虫的昆虫传感器，所述昆虫传感器包括：
-照明模块，所述照明模块被配置为照明检测体积，所述检测体积从所述地面升高最小竖直偏移，以及
-一个或多个检测器，所述一个或多个检测器被配置为检测来自所述检测体积的光，所述检测体积完全地或部分地由检测器模块的视野和景深限定；
其中所述照明模块被配置为发射发散光束，所述发散光束具有在至少一个方向上的在2°与45°之间的发散角度。
22.根据权利要求21所述的昆虫传感器，其中所述照明模块包括被配置为发射不相干光的光源。
23.根据权利要求21或22所述的昆虫传感器，其中所述发散光束具有在水平平面中测量的水平发散角度和在竖直平面中测量的竖直发散角度，其中所述竖直发散角度小于所述水平发散角度。
24.根据权利要求23所述的昆虫传感器，其中所述竖直发散角度在2°与10°之间，并且其中所述水平发散角度在10°与45°之间。
25.根据权利要求21至22中任一项所述的昆虫传感器，其中所述照明模块被配置为同时照明整个检测体积。
26.根据权利要求21至22中任一项所述的昆虫传感器，其中所述照明模块包括被配置为选择性地发射处于第一波长范围的光的第一光源，并且其中所述照明模块还包括被配置为选择性地发射处于第二波长范围的光的第二光源，所述第二波长范围与所述第一波长范围间隔开。
27.根据权利要求21至22中任一项所述的昆虫传感器，其中所述一个或多个检测器包括摄像头和/或一个或多个光电二极管。
28.根据权利要求21至22中任一项所述的昆虫传感器，其中所述一个或多个检测器被配置为选择性地检测在第一波段和第二波段内的光，所述第二波段与所述第一波段不重叠。
29.根据权利要求27所述的昆虫传感器，其中所述一个或多个检测器包括至少一个光电二极管阵列，所述阵列的每个光电二极管被配置为从所述检测体积的相应子体积接收光。
30.根据权利要求21至22中任一项所述的昆虫传感器，其包括处理器，所述处理器被配置为根据来自所述一个或多个检测器的检测器信号来确定在所述检测体积中检测到的昆虫的量。
31.根据权利要求21至22中任一项所述的昆虫传感器，其包括处理器，所述处理器被配置为根据来自一个或多个检测器的检测器信号来识别一种或多种类型的昆虫，并且基于选自以下项的一个或多个指标来确定在所述检测体积中检测到的所述一种或多种类型的昆虫的相应量：
-在所述检测体积内部的昆虫的检测到的移动轨迹；
-在所述检测体积内部的昆虫的检测到的移动速度；
-一个或多个检测到的翅膀拍打频率；
-黑化比；
-昆虫光泽度。
32.根据权利要求21至22中任一项所述的昆虫传感器，其中所述竖直偏移被选择为在10cm与5m之间。
33.一种控制杀虫剂的喷洒的方法，所述方法包括：
-检测在地面上方的检测体积中正在飞行或跳跃的空中昆虫，其中所述检测体积是具有不超过10：1的纵横比的3D检测体积，所述纵横比被限定为所述检测体积的最小边界框的最大边缘与最小边缘之比，所述检测体积位于移动运载工具的前面并且所述检测体积在地面上方升高最小竖直偏移，所述检测体积完全地或部分地由被配置为检测来自所述检测体积的光的一个或多个检测器的视野和景深限定；
-响应于对空中昆虫的所述检测来控制从所述移动运载工具对杀虫剂的分配。
34.根据权利要求33所述的方法，其中检测包括检测在采样时段t期间在所述检测体积周围移动的昆虫。
35.根据权利要求34所述的方法，其中检测包括获得指示在所述地面上方的采样体积内的估计的昆虫种群的传感器数据；所述采样体积是在所述采样时段t期间在所述检测体积相对于所述地面的相对移动过程中由所述检测体积所经过的。
36.一种用于控制杀虫剂的喷洒的设备，所述设备包括：如权利要求21至32中任一项所限定的昆虫传感器；以及控制系统，所述控制系统被配置为输出控制信号以用于响应于来自所述昆虫传感器的检测信号而控制杀虫剂分配器。
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