一种害虫实时检测计数系统

技术领域

本发明涉及农业信息技术领域，尤其涉及一种害虫实时检测计数系统。

背景技术

害虫的发生情况监测对农林业生产具有重大意义，目前我国农林业病虫害监测主要是依靠人工定期巡查，大面积的农田林地人工巡查周期长，巡查过程随机性较大，不能长期的对虫害发生位置进行监测，增加了巡查结果的不确定性。在山林等人力难以到达的地方，害虫的发生情况更加难以巡查，致使不能及时的了解虫害的发生情况。

目前害虫监测大多采用光电式或图像式等单一方式进行监测，监测结果数据单一，且在数据出现错误时，无法对数据进行校正。

光电式传感器监测易受外界自然光影响，而且采集到的数据用于直接判断害虫数量时，容易受到外界信号的干扰，偶尔一次的触发信号并不能保证一定有害虫进入

图像式害虫监测只能单一的拍摄害虫图像，没有对图像中的数据进行有效利用，图像中的靶标害虫与非靶标害虫混在一起，没有进行有效区分。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供一种害虫实时检测计数系统，能够帮助工作人员及时有效的观察害虫的发生情况，对研究害虫的生存情况以及害虫可能造成的危害提供重要的数据支撑。

本发明提供一种害虫实时检测计数系统，包括：数据采集部分、害虫监测部分和图像识别部分；害虫监测部分至少包括光电计数装置、害虫收集器和图像采集装置；数据采集部分按预设工作频率驱动光电计数装置采集检测信号；在根据检测信号确定有害虫进入害虫收集器的情况下，数据采集部分驱动位于害虫收集器内的图像采集装置进行拍照，以获取目标图像；所述图像识别部分对目标图像进行识别，以根据识别结果确定目标害虫的检测计数结果。

根据本发明提供的一种害虫实时检测计数系统，所述光电计数装置包括线性光源和以所述线性光源为圆心、呈弧形排布的硅光电池阵列；线性光源和所述硅光电池阵列设置于害虫落入通道的两侧；每次采集的检测信号包括多路硅光电池信号；数据采集部分按预设工作频率驱动所述光电计数装置采集检测信号之后，还包括：基于每个采样周期所采集的所述多路硅光电池信号，构建二维数组；对二维数组进行灰度图像处理，获取二维数组灰度图；采用边缘检测算子，对二维数组灰度图进行边缘检测，以判断在采样周期内，是否有害虫通过所述害虫落入通道进入害虫收集器。

根据本发明提供的一种害虫实时检测计数系统，所述数据采集部分还包括：卫星导航模块；在数据采集部分按预设工作频率驱动所述光电计数装置采集检测信号，或数据采集部分驱动位于害虫收集器内的图像采集装置进行拍照的情况下，数据采集部分还通过卫星导航模块获取时间信息和地理位置信息。

根据本发明提供的一种害虫实时检测计数系统，所述害虫实时检测计数系统还包括：环境监测部分；所述环境监测部分包括空气温湿度传感器、风向传感器、光照传感器和降雨传感器。

根据本发明提供的一种害虫实时检测计数系统，所述害虫监测部分还包括害虫诱捕单元；所述害虫诱捕单元通过害虫落入通道与害虫收集器相连通，用于诱捕害虫。

根据本发明提供的一种害虫实时检测计数系统，害虫监测部分还包括翻转电机；害虫收集器的下底板为可活动翻板；害虫收集器的下底板与翻转电机的转动轴相连接；数据采集部分驱动位于害虫收集器内的图像采集装置进行拍照，以获取目标图像之后，还包括：驱动翻转电机以带动所述害虫收集器的下底板翻转。

根据本发明提供的一种害虫实时检测计数系统，所述害虫监测部分还包括补光灯；数据采集部分驱动图像采集装置进行拍照的同时，驱动补光灯。

根据本发明提供的一种害虫实时检测计数系统，害虫实时检测计数系统还包括电源管理部分；所述电源管理部分由蓄电池、太阳能控制器以及太阳能板构成，用于为害虫实时检测计数系统供电。

根据本发明提供的一种害虫实时检测计数系统，数据采集部分还包括数据存储模块，用于存储每个采样周期内所采集的气象信息、害虫数量信息、图像信息，气象信息、时间信息和地理位置信息，并保存至txt文本中。

根据本发明提供的一种害虫实时检测计数系统，数据采集部分还包括网络传输模块，所述网络传输模块连接远程服务器。

本发明提供的远程服务器端可以设置有所述图像识别部分，所述图像识别部分具有图像识别功能，能够对数据采集部分传输的图像进行识别，判断出目标害虫数量。

本发明提供的害虫实时检测计数系统，通过光电传感器和害虫图像同时进行害虫实时检测计数，避免以往只能凭借单一计数方式计数产生偏差时无法进行校对的问题，保障了计数的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，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是本发明提供的害虫实时检测计数系统的结构示意图之一；

图2是本发明提供的害虫监测部分的结构示意图；

图3是本发明提供的光电计数装置的结构示意图

图4是本发明提供的害虫实时检测计数系统的结构示意图之二；

图5是本发明提供的上位机软件系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。

需要说明的是，在本发明实施例的描述中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合图1-图5描述本发明实施例所提供的害虫实时检测计数方法和系统。

图1是本发明提供的害虫实时检测计数系统的结构示意图，如图1所示，包括但不限于：数据采集部分2、害虫监测部分1和图像识别部分3；所述害虫监测部分1至少包括光电计数装置11、害虫收集器12和图像采集装置13；数据采集部分2按预设工作频率驱动光电计数装置11采集检测信号；在根据检测信号确定有害虫进入害虫收集器12的情况下，数据采集部分2驱动位于害虫收集器12内的图像采集装置13进行拍照，以获取目标图像；图像识别部分3主要用于对目标图像进行识别，以根据识别结果确定目标害虫的检测计数结果。

本发明提供的害虫实时检测计数系统，一方面通过光电计数装置对进入害虫收集器12中的害虫数量进行统计；另一方面，通过对光电计数装置的检测信号分析，在确定有害虫进入至害虫收集器12后，由数据采集部分2驱动图像采集装置13启动拍照功能，以获取一帧害虫位于害虫收集器12内的目标图像。

其中，选择图像采集装置13的摄像头分辨率不低于1920*1080。在连续时长内若数据采集部分2未检测到害虫进入至害虫收集器12，则自动驱动图像采集装置13启动拍照功能，获取一帧图像，以根据该图像判断是否发生了设备故障。

例如，当数据采集部分2连续4小时以上未检测到害虫落入害虫收集器12时，获取一帧图像，并对该图像进行识别。若识别结果表明害虫收集器的内存在害虫，则证明光电计数装置发生了故障，未能准确检测害虫的进入情况。

其中，光电计数装置可以采用以单片机STM32F407RET6为核心的自动计数器。采用直射式光电传感器，将红外发光管与光电接收管相对安放，每当害虫通过一次，红外光就被害虫遮挡，光电接收管的输出电压就发生一次变化，这个变化的检测信号(电压信号)通过放大及处理后，形成计数脉冲，由STM32F407RET6单片机的IO口进行采集，通过软件控制和键盘设定计数值并用数码管显示，就可以实现对害虫数量的统计.

其中，害虫收集器可以是密闭透光材质的容器，也可以采用密闭不透光的材质制成。在采用密闭不透光的材质制成的情况下，害虫收集器12的内部空间与外部环境隔绝，自然光无法进入，通过在害虫收集器内增设稳定的光源，可以有效避免外部环境中的光线对成像效果的干扰，以提高图像识别的精度。

图2是本发明提供的一种害虫监测部分的结构示意图，如图2所示，在害虫收集器12的顶壁开设有害虫落入通道14；光电计数装置11设置于害虫落入通道14的侧壁内部；图像采集装置13的摄像头设置于害虫收集器12内部，具体固设与顶壁上，并朝向害虫收集器12的下底板。

进一步地，上述对目标图像进行识别以确定目标害虫的检测计数结果的方法，可以采用人工智能模型的方式来实现，例如：

预先构建一个用于实现害虫识别的深度网络模型，并采用待识别害虫相关的样本集对其进行预训练。在训练完成后，仅需将采集的目标图像输入至训练后的深度网络模型，则可以获取由该模型输出的检测计数结果。

本发明提供的害虫实时检测计数系统，通过光电传感器和害虫图像同时进行害虫实时检测计数，避免以往只能凭借单一计数方式计数产生偏差时无法进行校对的问题，保障了计数的准确性。

图3是本发明提供的一种光电计数装置的结构示意图，作为一种可选实施例，如图3所示，光电计数装置11主要包括线性光源110和以线性光源110为圆心、呈弧形排布的硅光电池阵列111；线性光源110和硅光电池阵列111设置于害虫落入通道14的两侧；每次采集的检测信号包括多路硅光电池信号；数据采集部分2按预设工作频率驱动光电计数装置11采集检测信号之后，还包括：基于每个采样周期所采集的多路硅光电池信号，构建二维数组；对二维数组进行灰度图像处理，获取二维数组灰度图；采用边缘检测算子，对二维数组灰度图进行边缘检测，以判断在采样周期内，是否有害虫通过害虫落入通道14进入害虫收集器12。

具体地，光电计数装置11安装在害虫落入通道14上，当有害虫经过时，出发检测信号。害虫收集器12主要负责收集捕捉到的害虫，图像采集装置3位于其内部，用于获取目标图像。

光电计数装置11采用850nm的红外波段，发光角度为120°的线性光源110，发光时扇面角度将整个害虫落入通道14覆盖，红外接收管为硅光电池阵列111，以线性光源110为圆心，成弧形排开，以接收红外光。

当有害虫落入时，硅光电池阵列111中的部分单元会产生信号波动，以此作为害虫落入的检测信号。数据采集部分2能够同时采集x路硅光电池信号V

V

V

....................

V

然后，使用Sobel算子的边缘检测模板，对二维数组data数据进行边缘检测计算，以依据边缘检测结果，判断该采样周期内有无害虫经过。

本发明提供的害虫实时检测计数系统，基于AD转换的方式，采用硅光电池阵列以同时接入多路光电信号，数据采集部分能高速自动获取数据，以提供大量可用数据，保证害虫落入时的检测信号能够被及时检测到，不会产生漏计数、多计数的现象产生。并且，采用了一种连续的多组数据统一分析方法，将获取到的信号数据放置于二维数组中，以将该数组做灰度图像处理，采用边缘检测算子进行检测，通过监测光电传感器的信号变化情况，通过多次试验检测，选取出有效的判断方法，采用此方法能够准确判断是否有害虫落入，避免单一检测时传感器因干扰产生信号跳变的情况放生。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，所述数据采集部分2还可以包括：卫星导航模块(Global Navigation Satellite System，GNSS)；在数据采集部分2按预设工作频率驱动光电计数装置11采集检测信号，或数据采集部分2驱动位于所述害虫收集器12内的图像采集装置13进行拍照的情况下，数据采集部分2还通过卫星导航模块获取时间信息和地理位置信息。

具体地，GNSS模块为整个系统提供标准时间(可以精确到秒)，主要包含：害虫落入的时间、目标图像获取的时间；同时还能够实时获取到害虫实时检测计数系统所在的地理位置信息。

可选地，可以将GNSS模块获取到的时间信息和地理位置信息结合图像采集装置13所采集的目标图像，展示给用户，以供用户手动对每张目标图像进行单独标识，以判断获取到的目标图像中是否有靶标害虫落入，并在该目标图像中标记识别，最后统计出检测计数结果。

图4是本发明提供的害虫实时检测计数系统的结构示意图之二，作为一种可选实施例，如图4所示，所述害虫实时检测计数系统还可以包括：环境监测部分6；所述环境监测部分6主要包括空气温湿度传感器、风向传感器、光照传感器和降雨传感器中的一种或多种。

本发明提供的害虫实时检测计数系统，在获取光电计数装置11所采集检测信号以及驱动图像采集装置13获取目标图像的同时，采集害虫实时检测计数系统所在环境的气象参数，如：空气温度、湿度、风速、风向、光照、降雨、地理位置、寄主等环境信息，再结合检测计数结果，通过同时获取光电计数信息与目标图像，结合上述气象参数、寄主、地理位置判断落入害虫收集器中的害虫是否为靶标害虫，保证计数的准确性。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，如图2所示，害虫监测部分1还包括害虫诱捕单元15；

所述害虫诱捕单元15通过害虫落入通道14与害虫收集器12相连通，用于诱捕害虫。

在本发明中，害虫监测部分1的作为害虫的诱集、捕捉及信息获取部分，其中害虫诱捕单元15负责则将害虫诱集，通过其内置的信息素吸引害虫，以保障害虫进入之后不能逃出，害虫落入通道14负责连接害虫诱捕单元15与害虫收集器12，害虫通过此害虫落入通道14落入害虫收集器12中。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，如图2所示，害虫监测部分1还可以包括翻转电机17；害虫收集器12的下底板为可活动翻板16；害虫收集器的下底板与翻转电机17的转动轴相连接；数据采集部分2驱动位于害虫收集器12内的图像采集装置3进行拍照，以获取目标图像之后，还包括：驱动翻转电机17以带动害虫收集器的下底板翻转。

具体地，活动翻板16为获取害虫相关的目标图像的背景板，与翻转电机17相连，害虫收集器12通过活动翻板16分割为上下两部分。害虫由害虫落入通道14落入之后，置于活动翻板16上，由图像采集装置3采集目标图像；采集完成之后，数据采集部分2驱动翻转电机17带动活动翻板16翻转，将害虫倾倒入下半部分，下半部分为封闭结构，待人工巡查时，将害虫尸体清除。

其中，翻转电机17可以使用减速电机，在带动活动翻板16缓慢转动的过程中，能保障整体结构的稳定。

进一步地，在害虫收集器12与活动翻板16刚好吻合的位置设置有限位开关，以保证在活动翻板16的每一次翻转周期内，在实现180度旋转后触发该限位开关，以向数据采集部分2发送翻转完成信号。数据采集部分2在接收到该翻转完成信号后，停止对减速电机的驱动。

本发明提供的害虫实时检测计数系统，活动翻板将害虫收集器分为上下两部分，上半部分作为害虫拍照区间，活动翻板作为害虫图像获取背景，下半部分作为害虫收集器的害虫尸体存放区间，已经拍照过的害虫隔离在害虫收集器下半部分，防止已经获取过目标图像的害虫再次混入，影响监测的结果。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，如图2所示，所述害虫监测部分1还包括补光灯18；在数据采集部分2驱动图像采集装置3进行拍照的同时，驱动所述补光灯18。

具体地，图像采集装置13的摄像头与补光灯18内置于害虫收集器12中，害虫收集器12为封闭环境，与外部环境隔绝，自然光无法进入。在获取目标图像时，补光灯光18的强度保持一致，从而能够保证获取的目标图像的背景环境一致，以提高害虫识别的准确率，降低害虫识别难度。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，如图4所示，所述害虫实时检测计数系统还包括电源管理部分4。

可选地，电源管理部分4由蓄电池、太阳能控制器以及太阳能板构成，用于为害虫实时检测计数系统供电。

电源管理部分4主要内容包括12V20Ah蓄电池、10A太阳能控制器、50W太阳能板，负责给整个终端设备供电，保障野外的用电情况。

由于本发明所提供的害虫实时检测计数系统，往往是置于户外环境中，采用外接电源的方式，往往较难实现。故本发明通过在系统中增设通过太阳能供电的电源管理部分4，能够有效的提高系统面对复杂工作环境的适用性。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，数据采集部分2还包括数据存储模块，用于存储每个所述采样周期内所采集的气象信息、害虫数量信息、图像信息，气象信息、时间信息和地理位置信息，并保存至txt文本中。

具体地，数据采集部分2负责协调整个系统的工作情况。其中，通过光电计数装置所采集的害虫诱捕数据、通过环境监测部分所采集的气象数据、通过GNSS模块所采集的时间信息和地理位置信息、寄主、存储数据等均由其操作。

数据存储模块可以使用大容量的micro sd卡作为数据存储单元，以保存气象信息、害虫数量信息、图像信息，气象信息、害虫数量信息与时间信息等，具体保存在txt文本中，图像以“获取图像时的时间+序号”命名，以保障图像信息无重复现象。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，如4所示，数据采集部分2还可以包括网络传输模块，所述网络传输模块连接远程服务器。

网络传输模块负责连接远程服务器，以将获取到的气象信息、害虫数量信息、图像信息等数据传输到服务器端，供用户查看。

数据采集部分2具有低功耗模式，如当采集到的气温过低时，进入低功耗模式，降低系统功耗，减少电量损失。

图5是本发明提供的一种上位机软件系统的结构示意图，如图5所示，主要该上位机软件系统主要用于查看、自动标识与手动标识与下载系统所采集的数据。

用户借助能够连接互联网的客户端例如电脑、移动端等设备可进入该软件系统，在通过登录51界面实现登录后，即可进入实时监控52功能界面，整个害虫实时检测计数系统中的所有设备均在该界面呈现。通过功能框选取可分别进入其他功能界面，包含害虫数据统计53界面、害虫图像标识54界面以及历史数据查看55界面等。

上位机软件系统可以装载于所述图像识别部分3中，在接收到图片后，能够自行检测图片中的靶标害虫，并进行标识。在害虫图像标识54界面能够查看到自动标识结果，用户可对结果进行手动修改，校正标识结果。

例如：用户通过害虫图像标识54界面，可以查看图像采集装置13所拍摄到的目标图像，并可以对每张图像进行可单独标识，以判断获取到的目标图像中是否有靶标害虫落入，并在图中标记识别，以此来校正由光电计数装置所检测到的害虫数量。

本发明提供的害虫实时检测计数系统，通过将整个系统检测的数据以及图像，通过上位机软件系统进行展示，以供用户人工标识工作的开展，用以纠正光电计数装置中产生的误触发情况，同时可以剔除非靶标害虫落入诱捕器中引起的计数现象，使得计数值更加准确。且上位机软件系统的数据查看与图像标识功能，给工作人员提供了直观的监测结果，图像与数据结合，避免单一数据造成的特定偏差。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：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；而这些修改或者替换，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。