基于機器視覺的微小農(nóng)業(yè)害蟲自動監(jiān)測裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)害蟲自動監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于機器視覺的微小農(nóng)業(yè)害 蟲自動監(jiān)測裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，對產(chǎn)量和經(jīng)濟效益影響較大的微小農(nóng)業(yè)害蟲主要是同翅目和 雙翅目的害蟲，包括但不限于：蚜蟲、飛虱、煙粉虱、斑潛蠅、果蠅等。目前對于這些微小農(nóng)業(yè) 害蟲的田間調(diào)查仍然采取人工目測調(diào)查法，該方法費時費力，調(diào)查結(jié)果受調(diào)查人員主觀影 響大，加之現(xiàn)在基層植保人員缺乏，田間調(diào)查任務重，這種效率低下的人工目測調(diào)查法已經(jīng) 不能滿足現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的要求。
[0003] 近年來，一些新的害蟲自動監(jiān)測技術(shù)不斷被提出，目前主要的監(jiān)測技術(shù)有紅外計 數(shù)技術(shù)、圖像計數(shù)技術(shù)等，這些技術(shù)的發(fā)展提高了害蟲自動識別與計數(shù)的效率，極大促進了 害蟲監(jiān)測自動化的發(fā)展。如專利201410128410. 4公開了一種害蟲誘捕計數(shù)裝置及計數(shù)系 統(tǒng)，該發(fā)明先通過昆蟲性引誘劑來誘捕害蟲，然后綜合使用紅外計數(shù)技術(shù)和圖像計數(shù)技術(shù) 對害蟲進行計數(shù)，但由于缺乏相應的昆蟲性引誘劑，該發(fā)明還不能誘捕蚜蟲、飛虱、煙粉虱、 斑潛蠅、果蠅等微小農(nóng)業(yè)害蟲，同時該發(fā)明還在誘捕器中設(shè)置了高壓電網(wǎng)，即使有微小農(nóng)業(yè) 害蟲誤飛到誘捕器內(nèi)也會被電焦，從而不能被準確計數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供了一種基于機器視覺的微小農(nóng) 業(yè)害蟲自動監(jiān)測裝置和方法，能夠在沒有昆蟲性引誘劑和高壓電網(wǎng)情況下自動誘捕微小農(nóng) 業(yè)害蟲，并利用機器視覺技術(shù)對誘捕到的害蟲進行自動計數(shù)和分類，記錄害蟲誘捕數(shù)量和 種類隨時間變化的信息。
[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案：一種基于機器視覺的微小農(nóng)業(yè)害蟲自動監(jiān)測裝置，包括 支架，所述的支架上固定有一主動滾軸、從動滾軸以及繞在主動滾軸和從動滾軸上的粘蟲 板；所述的粘蟲板上方設(shè)有粘蟲劑涂抹刷，下方設(shè)有粘蟲劑清除刷；所述的粘蟲板表面與 粘蟲劑涂抹刷和粘蟲劑清除刷接觸；所述的粘蟲劑涂抹刷連接有一粘蟲劑儲存箱；所述的 監(jiān)測裝置還設(shè)有用于監(jiān)控粘蟲板的攝像頭和計算機。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種基于機器視覺的微小農(nóng)業(yè)害蟲自動監(jiān)測方法， 包括如下步驟：
[0007] Sl :安裝微小農(nóng)業(yè)害蟲自動監(jiān)測裝置，將權(quán)利要求1所述的監(jiān)測裝置安裝在農(nóng)作 物田間，使粘蟲板的底端高于農(nóng)作物頂部10-20厘米；通過粘蟲劑加注口將粘蟲劑加入粘 蟲劑儲存箱；調(diào)節(jié)攝像頭的焦距，使監(jiān)控范圍覆蓋粘蟲板；
[0008] S2 :更新粘蟲板，由計算機向主動滾軸發(fā)送旋轉(zhuǎn)指令，主動滾軸旋轉(zhuǎn)，在從動滾軸 的協(xié)助下，粘蟲板面向攝像頭的一側(cè)向下移動，且移動距離超過粘蟲板的高度，在粘蟲板的 移動過程中，粘蟲劑涂抹刷將粘蟲劑均勻涂抹在粘蟲板上，同時粘蟲劑清除刷將粘蟲板上 的粘蟲劑以及附著在上面的害蟲和雜物一起清除掉；
[0009] S3 :粘蟲板更新完成后，攝像頭立即采集一幀粘蟲板的圖像；
[0010] S4:等待一段時間；
[0011] S5 :攝像頭采集一幀粘蟲板的圖像；
[0012] S6:對最近采集的兩幀粘蟲板圖像進行對比度拉伸和灰度化處理，然后對兩幀灰 度化圖像進行差分檢測和二值化處理；
[0013] S7:對差分檢測得到的二值化圖像進行數(shù)學形態(tài)學開運算，然后標記聯(lián)通區(qū)域，并 對聯(lián)通區(qū)域進行雙閾值篩選，最后對篩選得到的圖斑進行自動計數(shù)和綜合分類；
[0014] S8 :輸出結(jié)果，輸出單位時間內(nèi)增加的害蟲數(shù)量和種類；
[0015] S9 :判斷是否終止監(jiān)測，如果終止監(jiān)測，則退出，如果不終止監(jiān)測，繼續(xù)執(zhí)行下一 步；
[0016] SlO :判斷是否更新粘蟲板，如果當前捕獲害蟲的總面積超過粘蟲板面積的60%， 則執(zhí)行步驟S2,否則執(zhí)行步驟S4。
[0017] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明公布的基于機器視覺的微小農(nóng)業(yè)害蟲自動監(jiān)測裝置和 方法，為微小農(nóng)業(yè)害蟲的調(diào)查提供了一種新的自動監(jiān)測方法。本方法中沒有利用常規(guī)的昆 蟲性引誘劑技術(shù)，而是利用微小農(nóng)業(yè)害蟲對特定顏色的趨向性，設(shè)計一種自動誘捕器，實現(xiàn) 了在沒有性引誘劑的情況下也能誘捕微小農(nóng)業(yè)害蟲的功能。自動誘捕器中設(shè)置了粘蟲板自 動更新裝置，該裝置可以根據(jù)監(jiān)測需要，適時更新粘蟲板，解決人工更換粘蟲板時間間隔把 握不準、勞動強度大的問題。本發(fā)明將攝像頭的位置與粘蟲板的位置相對固定，使攝像頭的 監(jiān)測范圍剛好覆蓋整個粘蟲板，降低了害蟲自動計數(shù)和分類時差分檢測的難度，提高了差 分檢測的效率和穩(wěn)定性。本發(fā)明在基于機器視覺微小農(nóng)業(yè)害蟲自動檢測方法中運用了數(shù)學 形態(tài)學開運算，可以斷開圖斑之間細小的連接，使自動計數(shù)更準確；采用人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡 模型對害蟲圖像進行分類，分類精度高，穩(wěn)定性好。
【附圖說明】
[0018] 圖1是本發(fā)明微小農(nóng)業(yè)害蟲自動監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖2是本發(fā)明微小農(nóng)業(yè)害蟲自動監(jiān)測方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0020] 為了更好地表述本發(fā)明技術(shù)方案的細節(jié)及其優(yōu)點，現(xiàn)結(jié)合附圖作進一步說明。
[0021] 如圖1所示，一種基于機器視覺的微小農(nóng)業(yè)害蟲自動監(jiān)測裝置，包括支架，所述的 支架上固定有一主動滾軸7、從動滾軸4以及繞在主動滾軸7和從動滾軸4上的粘蟲板5 ; 所述的粘蟲板5上方設(shè)有粘蟲劑涂抹刷2,下方設(shè)有粘蟲劑清除刷8 ;所述的粘蟲板5表面 與粘蟲劑涂抹刷2和粘蟲劑清除刷8接觸；所述的粘蟲劑涂抹刷2連接有一粘蟲劑儲存箱 3 ;所述的監(jiān)測裝置還設(shè)有用于監(jiān)控粘蟲板5的攝像頭9和計算機15。
[0022] 其中，所述的粘蟲劑儲存箱3上設(shè)有粘蟲劑加注口 1，用于加注粘蟲劑，同時，粘蟲 劑儲存箱3內(nèi)的粘蟲劑與粘蟲劑涂抹刷2直接接觸，通過粘蟲劑涂抹刷將粘蟲劑均勻涂抹 到粘蟲板5上。
[0023] 所述的主動滾軸7中設(shè)有電動機；所述的電動機通過滾軸控制線6與計算機15相 連接，執(zhí)行計算機15下達的旋轉(zhuǎn)或停止指令，并由算機15提供電源；所述的攝像頭9通過 攝像頭數(shù)據(jù)線14與計算機15相連接，執(zhí)行計算機15下達的采集圖像指令，并由算機15提 供電源。實施例中所使用的數(shù)據(jù)線，均為USB接口數(shù)據(jù)線，能夠在傳輸信息的同時提供電 源。攝像頭9采集的粘蟲板5圖像，均保存在計算機15中，且包含采集時間和編號信息，當 需要時，可以隨時調(diào)閱，從而進一步保證了監(jiān)測結(jié)果的準確性。
[0024] 所述的支架包括位于底部的三角支架12和設(shè)置在三角支架12上的伸縮桿11，所 述的伸縮桿11上設(shè)有固定螺栓10 ;所述的攝像頭9通過攝像頭固定支架13固定在伸縮桿 11頂端；所述的粘蟲板5,其顏色可根據(jù)需要選擇黃色、藍色或白色，本實施例中粘蟲板5選 用黃色；所述的主動滾軸7,其周長略大于粘蟲板5高度的1/3,因此，更新粘蟲板5時，只需 控制主動滾軸7滾動3圈即可完成1次更新。
[0025] 如圖2所示，一種基于機器視覺的微小農(nóng)業(yè)害蟲自動監(jiān)測方法，具體步驟如下：
[0026] Sl :安裝自動監(jiān)測裝置，用三角支架12把監(jiān)測裝置固定在農(nóng)作物田間，調(diào)節(jié)伸縮 桿11，使粘蟲板5底端高于農(nóng)作物頂部10-20厘米，然后用固定螺栓10固定伸縮桿11 ;用 滾軸控制線6連接主動滾軸7和計算機15,用數(shù)據(jù)線14連接監(jiān)控攝像頭9和計算機15 ;通 過加注口 1將粘蟲劑加注到粘蟲劑儲存箱3 ;調(diào)節(jié)監(jiān)控攝像頭9的焦距，使監(jiān)控攝像頭9的 監(jiān)測范圍剛好覆蓋粘蟲板5;
[0027] S2 :更新粘蟲板5,通過計算機15向主動滾軸7發(fā)送旋轉(zhuǎn)指令，主動滾軸7均速旋 轉(zhuǎn)3周，在從動滾軸4的協(xié)助下，主動滾軸7帶動粘蟲板5面向攝像頭的一側(cè)向下移動，且 移動距離超過粘蟲板5的高度；粘蟲板5頂端經(jīng)過涂