一种基于二维码识别的蝗虫若虫追踪系统及方法

技术领域

本发明涉及二维码动态识别技术领域，更具体的说是涉及一种基于二维码识别的蝗虫若虫追踪系统及方法。

背景技术

目前，个体追踪的方法主要包括在鸟类群体和大黄蜂研究中的射频识别技术(RFID)，在蚂蚁社会互作研究中结合神经网络算法和彩色标记相结合的方法(anTraX)，以及在德国小蠊和熊蜂研究中使用二维码识别技术。其中，RFID，标签体积大，质量重，对于蝗虫这一类的昆虫来说较为笨重；准确性低，在小范围内识别大量对象容易出现错误识别的情况，不能做到准确的个体追踪。anTrax，应用的观察区域较小，更适应于蚂蚁和果蝇这种小体型小活动范围的生物；在虫子相遇和交叠时容易出现误读的情况，统计数量与染料相关，不适宜应用到更大量的个体追踪上。BEEtag，二维码识别，matlab代码，识别率较低，且不适宜蝗虫行军实验中对实验场地的要求。

因此，如何提供一种识别准确率高，并且适用于成群蝗虫中个体轨迹追踪的方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于二维码识别的蝗虫若虫追踪系统及方法，以解决背景技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一方面，提供一种基于二维码识别的蝗虫若虫追踪系统，包括以下模块：

二维码生成模块，生成二维码；

二维码打印模块，打印二维码并裁剪二维码尺寸，将裁剪后的二维码固定在蝗虫若虫上；

实验平台搭建模块，搭建蝗虫若虫实验平台，将带有二维码的蝗虫若虫放入实验平台，采集二维码图像；

二维码识别模块，先对采集到的二维码图像进行正方形校正，对校正后的二维码图像进行识别，得到识别结果。

可选的，所述蝗虫若虫实验平台包括相机支架、图像采集系统、自动加热恒温平台和不透光圆桶状亚克力板；所述相机支架固定环形灯和相机；所述图像采集系统采集蝗虫若虫的二维码图像；所述自动加热恒温平台为蝗虫若虫实验平台提供稳定的热源；所述不透光圆桶状亚克力板使实验环境为黑色背景，并且图像采集范围内的反射面均做了漫反射处理。

可选的，所述相机支架整体采用实心合金装置，底座为60cm×60cm正方形，在一侧边缘中间立有一根金属杆。

可选的，所述图像采集系统包括相机、镜头、图像采集软件、硬盘和计算机，所述相机与镜头连接，所述相机与计算机连接，所述计算机中设置有图像采集软件，并连接固态硬盘。

可选的，所述二维码识别模块包括：

预处理模块，随机选取三张采集的二维码图像进行识别，得到识别结果准确率；

阈值设置模块，根据预处理模块得到的识别结果准确率设置图片处理的阈值；

图像处理模块，将采集的二维码图像进行图像处理，找到清楚的黑色正方形边框，并将对应区域分割和标记；

二维码识别子模块，根据分割出的图像，结合算法进行二维码识别；

控制模块，控制预处理模块、阈值设置模块、图像处理模块、二维码识别子模块进行二维码识别。

可选的，还包括视频合成模块，将识别结果按照5帧的速率合成为带有编号和位置信息的视频。

另一方面，提供一种基于二维码识别的蝗虫若虫追踪方法，包括：

生成二维码；

打印二维码并裁剪二维码尺寸，将裁剪后的二维码固定在蝗虫若虫上；

搭建蝗虫若虫实验平台，将带有二维码的蝗虫若虫放入实验平台，采集二维码图像；

先对采集到的二维码图像进行正方形校正，对校正后的二维码图像进行识别，得到识别结果。

可选的，所述蝗虫若虫实验平台包括相机支架、图像采集系统、自动加热恒温平台和不透光圆桶状亚克力板；所述相机支架固定环形灯和相机；所述图像采集系统采集蝗虫若虫的二维码图像；所述自动加热恒温平台为蝗虫若虫实验平台提供稳定的热源；所述不透光圆桶状亚克力板使实验环境为黑色背景，并且图像采集范围内的反射面均做了漫反射处理。

可选的，所述相机支架整体采用实心合金装置，底座为60cm×60cm正方形，在一侧边缘中间立有一根金属杆。

可选的，二维码识别具体包括：

先随机选取三张采集的二维码图像进行识别，得到识别结果准确率；

根据得到的识别结果准确率设置图片处理的阈值；

将采集的二维码图像进行图像处理，找到清楚的黑色正方形边框，并将对应区域分割和标记；

根据分割出的图像，结合算法进行二维码识别，得到识别结果；

将识别结果按照5帧的速率合成为带有编号和位置信息的视频；

重复识别过程，直至将所有采集的二维码图像识别完成。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于二维码识别的蝗虫若虫追踪系统及方法，通过生成二维码；打印二维码并裁剪二维码尺寸，将裁剪后的二维码固定在蝗虫若虫上；搭建蝗虫若虫实验平台，将带有二维码的蝗虫若虫放入实验平台，采集二维码图像；先对采集到的二维码图像进行正方形校正，对校正后的二维码图像进行识别，得到识别结果。本发明可以做到追踪40头群居五龄蝗虫若虫在外直径为50cm内直径为20cm的环形场内单体运动轨迹，由于增加了图像的校准部分，能将倾斜的二维码先进行正方形矫正，纠正过后在进行识别，极大提高了识别正确率，识别正确率高达92.5％。照片识别的结果再按照5帧的速率合成为带有编号和位置信息的视频。

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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的系统结构图；

图2为本发明提供的像素块二维码示意图；

图3为本发明提供的蝗虫若虫粘贴二维码示意图；

图4为本发明提供的蝗虫若虫实验平台的结构示意图；

图5为本发明提供的二维码识别的流程图；

图6为本发明提供的方法流程图；

其中，1-相机；2-环形灯；3-自动加热恒温平台；4-不透光圆桶状亚克力板；5-相机支架；6-固定装置。

具体实施方式

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。

本发明实施例一方面公开了一种基于二维码识别的蝗虫若虫追踪系统，如图1所示，包括以下模块：

二维码生成模块，生成4×4个像素块的二维码；

二维码打印模块，打印二维码并裁剪二维码尺寸，将裁剪后的二维码固定在蝗虫若虫上；

实验平台搭建模块，搭建蝗虫若虫实验平台，将带有二维码的蝗虫若虫放入实验平台，采集二维码图像；

二维码识别模块，先对采集到的二维码图像进行正方形校正，对校正后的二维码图像进行识别，得到识别结果。

其中，校正应用仿射变换方法，仿射变换(Affine Map)又称仿射映射，是指在几何中，一个向量空间进行一次线性变换并接上一个平移，变换为另一个向量空间的过程。保持二维图形之间的相对位置保持不变，平行线依然是平行线，且直线上的点的位置顺序不变。一个任意的仿射变换都可以表示为乘以一个矩阵接着再加上一个向量的形式。

在一个具体的实施例中，如图4所示，蝗虫若虫实验平台包括相机支架5、图像采集系统、自动加热恒温平台3和不透光圆桶状亚克力板4；相机支架固定环形灯2和相机1；图像采集系统采集蝗虫若虫的二维码图像；自动加热恒温平台3为蝗虫若虫实验平台提供稳定的热源，保证蝗虫若虫的活力，促进行军带的形成；不透光圆桶状亚克力4板使实验环境为黑色背景，突出显示二维码，并且图像采集范围内的反射面均做了漫反射处理。

在一个具体实施例中，还包括不透光圆桶状亚克力板4的固定装置6，用于固定不透光圆桶状亚克力板4，自动加热恒温平台3的位置在不透光圆桶状亚克力板4的底部。

其中，自动加热恒温平台3调温范围：0℃-350℃

加热板尺寸：Φ400mm×20mm

控制器尺寸：180mm×130mm×110mm

电压功率：220V，3000W。

在一个具体的实施例中，相机支架5整体支架采用实心合金装置，底座为60cm×60cm正方形，在一侧边缘中间立有一根长1m的圆柱形金属杆，用以固定环形灯和相机。

在一个具体的实施例中，图像采集系统包括相机、镜头、图像采集软件、硬盘和计算机。相机与镜头连接，相机与计算机连接，计算机中设置有图像采集软件，并连接固态硬盘。具体可以选择海康机器人的工业相机、镜头和图像采集软件，三星大容量固态硬盘，以及一台联想thinkbook14笔记本电脑。

其中，a.相机

型号：MV-CH250-90TM

像素：5120×5120

靶面：1.1“2.5μm

帧数：14fps

接口：USB3.0

数据线

b.镜头

型号：MVL-KF1224M-25MP

焦距：12mm

靶面：1.2“

光圈：F2.4-F16

接口：C–Mount

c.图像采集软件

软件信息：MVS_STD_3.3.1_201207.exe。

在一个具体的实施例中，二维码识别模块包括：

预处理模块，随机选取三张采集的二维码图像进行识别，得到识别结果准确率；

阈值设置模块，根据预处理模块得到的识别结果准确率设置图片处理的阈值；

图像处理模块，将采集的二维码图像进行图像处理，找到清楚的黑色正方形边框，并将对应区域分割和标记；

二维码识别子模块，根据分割出的图像，结合算法进行二维码识别；

控制模块，控制预处理模块、阈值设置模块、图像处理模块、二维码识别子模块进行二维码识别。

在一个具体的实施例中，还包括视频合成模块，将识别结果按照5帧的速率合成为带有编号和位置信息的视频。

另一方面，提供一种基于二维码识别的蝗虫若虫追踪方法，如图6所示，包括：

生成4×4个像素块的二维码；

打印二维码并裁剪二维码尺寸，将裁剪后的二维码固定在蝗虫若虫上；

搭建蝗虫若虫实验平台，将带有二维码的蝗虫若虫放入实验平台，采集二维码图像；

先对采集到的二维码图像进行正方形校正，对校正后的二维码图像进行识别，得到识别结果。

在一个具体的实施例中，蝗虫若虫实验平台包括相机支架5、图像采集系统、自动加热恒温平台3和不透光圆桶状亚克力板4；相机支架固定环形灯2和相机1；图像采集系统采集蝗虫若虫的二维码图像；自动加热恒温平台3为蝗虫若虫实验平台提供稳定的热源，保证蝗虫若虫的活力，促进行军带的形成；不透光圆桶状亚克力板4使实验环境为黑色背景，突出显示二维码，并且图像采集范围内的反射面均做了漫反射处理。

在一个具体实施例中，还包括不透光圆桶状亚克力板4的固定装置6，用于固定不透光圆桶状亚克力板4，自动加热恒温平台3的位置在不透光圆桶状亚克力板4的底部。

在一个具体的实施例中，相机支架5整体采用实心合金装置，底座为60cm×60cm正方形，在一侧边缘中间立有一根金属杆。

在一个具体的实施例中，如图5所示，二维码识别具体包括：

先随机选取三张采集的二维码图像进行识别，得到识别结果准确率；

根据得到的识别结果准确率设置图片处理的阈值；

将采集的二维码图像进行图像处理，找到清楚的黑色正方形边框，并将对应区域分割和标记；

根据分割出的图像，结合算法进行二维码识别，得到识别结果；

将识别结果按照5帧的速率合成为带有编号和位置信息的视频；

重复识别过程，直至将所有采集的二维码图像识别完成。

在一个具体的实施例中，提供一种基于二维码识别的蝗虫若虫追踪的具体方法：

S1、用150g铜版纸打印二维码，将其裁剪为边长5mm大小，用502胶水贴至蝗虫若虫前胸背板位置进行固定，如图2、图3所示。

S2、取40头五龄2天群居蝗虫若虫，检查二维码的完整性，若有脱落或啃食边缘不完整的，粘贴新的二维码，然后实验备用。

S3、打开加热恒温板开关，温度调节至35℃，预热5min。

S4、连接相机与电脑，打开相机，打开图像采集，连接固态硬盘，测试是否能够正常采集图像；

S5、在环形实验平台内放入5头虫子，调整相机焦距和灯光，达到最好的成像效果。

S6、软件设置存储路径为外接的固态硬盘，图片格式为.BMP格式，采集控制每秒钟5张，根据拍摄时间设置总采集张数，并注意是否有丢帧的情况。

S7、移出测试的蝗虫若虫，酒精消毒后重新放入40头实验虫子，开始实验，一般实验拍摄4小时即可。

S8、随机选取3张采集的图像进行参数测试，并存储运行结果，根据识别正确率的情况确定图片识别阈值THRESH。

S9、打开控制模块，修改存储地址，修改参数THRESH，运行；程序运行结果以视频形式保存在第一文件夹中，临时文件保存在第二文件中。

S10、统计识别正确率，评估实验。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。