基于視覺傳感器的果蠅遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)及其監(jiān)控方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于視覺傳感器的果蠅遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，包括太陽能供電裝置、果蠅誘捕裝置和控制監(jiān)測(cè)裝置；太陽能供電裝置是由太陽能板、支撐架和太陽能蓄電池組成；果蠅誘捕裝置包括頂蓋、透明的連通件和誘捕瓶，所述頂蓋通過連通件與誘捕瓶連接，還包括保護(hù)外殼和攝像機(jī)，所述連通件安裝于保護(hù)外殼內(nèi)，所述攝像機(jī)安裝于保護(hù)外殼的內(nèi)壁，所述攝像機(jī)的攝像頭朝向連通件；控制監(jiān)測(cè)裝置包括Fit‐pc微型計(jì)算機(jī)、3G通信模塊和通過3G通信模塊與Fit‐pc連接的遠(yuǎn)程服務(wù)器，所述Fit‐pc內(nèi)安裝運(yùn)行一個(gè)自主研發(fā)的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)計(jì)數(shù)的果蠅監(jiān)測(cè)計(jì)數(shù)軟件。本發(fā)明還公開了上述監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控方法以及其中的果蠅監(jiān)測(cè)計(jì)數(shù)方法。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，實(shí)時(shí)、遠(yuǎn)程分析處理數(shù)據(jù)，提高了果蠅監(jiān)控的智能化程度。
【專利說明】基于視覺傳感器的果蠅遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)及其監(jiān)控方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及害蟲監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種基于視覺傳感器的果蠅遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)及其監(jiān)控方法。
【背景技術(shù)】
[0002]果蠅監(jiān)測(cè)是植物保護(hù)乃至農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)性工作。目前，關(guān)于果蠅野外監(jiān)測(cè)，主要通過設(shè)立成蟲觀測(cè)點(diǎn)、田間誘集和采集腐爛脫落的蟲果人工檢測(cè)果蠅數(shù)量，并對(duì)其生長(zhǎng)規(guī)律和分布情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。該方法容易出現(xiàn)誤差，同時(shí)受到人力使用強(qiáng)度限制，無法對(duì)果園的蟲害發(fā)生情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)、實(shí)時(shí)、大尺度快速監(jiān)測(cè)，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果無法反映大尺度果園蟲害的實(shí)時(shí)和動(dòng)態(tài)變化情況。
[0003]在監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中，利用視頻傳感器獲取動(dòng)態(tài)圖像，并且對(duì)圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)目標(biāo)檢測(cè)和目標(biāo)計(jì)數(shù)，在醫(yī)學(xué)研究、交通監(jiān)視、客流量統(tǒng)計(jì)、天文觀測(cè)等領(lǐng)域有著非常重要的實(shí)用價(jià)值和廣闊的發(fā)展前景。雖然計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)日趨成熟，但是在農(nóng)業(yè)信息化中還沒有得到廣泛的應(yīng)用，原因有以下兩個(gè)方面:一方面原因是在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，很難能夠獲取高質(zhì)量的圖像和視頻，很多拍攝的圖像都是基于實(shí)驗(yàn)的理想環(huán)境下取得，無法與現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境相提并論；另一方面是因?yàn)樾枰幚淼霓r(nóng)業(yè)圖像目標(biāo)特征不明顯，通常只能對(duì)特定的目標(biāo)使用一系列復(fù)雜圖像處理算法來進(jìn)行分析，因此很難做到實(shí)時(shí)處理以及實(shí)時(shí)反饋信息。
[0004]而現(xiàn)有技術(shù)中，在監(jiān)控計(jì)數(shù)方法上，還存在重復(fù)計(jì)數(shù)和漏計(jì)數(shù)的問題。如中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?01310052396.X的發(fā)明專利申請(qǐng)公開了“一種新型的害蟲遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)智能監(jiān)控系統(tǒng)及其系統(tǒng)監(jiān)控方法”，其監(jiān)控計(jì)數(shù)方法是引誘害蟲觸碰滅蟲裝置中電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，電網(wǎng)產(chǎn)生高壓滅殺引起電路中電壓變化，發(fā)生電流變化，電流變化一次計(jì)數(shù)一次，但是如果一個(gè)以上的害蟲同時(shí)觸碰滅蟲裝置`中電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，仍然只計(jì)數(shù)一次，由此產(chǎn)生漏計(jì)數(shù)；中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?00920190971.1的發(fā)明專利公開了“一種誘芯誘捕自動(dòng)記數(shù)系統(tǒng)”，其采用紅外檢測(cè)器進(jìn)行害蟲計(jì)數(shù)，由于昆蟲具有來回爬動(dòng)的行為特點(diǎn)，可造成紅外檢測(cè)的重復(fù)計(jì)數(shù)，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)精度低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，可實(shí)時(shí)、計(jì)數(shù)精確、大尺度快速監(jiān)測(cè)的基于視覺傳感器的果蠅遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種基于視覺傳感器的果蠅遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，包括太陽能供電裝置、果蠅誘捕裝置和控制監(jiān)測(cè)裝置；太陽能供電裝置是由太陽能板、支撐架和太陽能蓄電池組成，由其將太陽能轉(zhuǎn)化為電能提供給其它裝置使用；果蠅誘捕裝置包括頂蓋、透明的連通件和誘捕瓶，所述頂蓋通過連通件與誘捕瓶連接，還包括保護(hù)外殼和攝像機(jī)，所述連通件安裝于保護(hù)外殼內(nèi)，所述攝像機(jī)安裝于保護(hù)外殼的內(nèi)壁，所述攝像機(jī)的攝像頭朝向連通件；控制監(jiān)測(cè)裝置包括Fit - pc微型計(jì)算機(jī)、3G通信模塊和通過3G通信模塊與Fit -PC連接的遠(yuǎn)程服務(wù)器，所述Fit -PC內(nèi)安裝運(yùn)行一個(gè)自主研發(fā)的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)計(jì)數(shù)的果蠅監(jiān)測(cè)計(jì)數(shù)軟件。
[0007]更具體的，所述太陽能板使用單晶硅材料制作，安放在所述支撐架上端；所述支撐架的中心采用空心的鐵管，里面放置連接各裝置的線路，所述鐵管對(duì)連接各裝置的線路起到防水、防曬的作用，支撐架接地端采用三角形可伸縮的鐵支架固定在地面上，支撐架的下端連接著放置太陽能蓄電池以及控制監(jiān)測(cè)裝置的鐵箱，所述果蠅誘捕裝置固定于支撐架中心鐵管的中部。
[0008]更具體的，所述連通件為玻璃材料制造的漏斗，所述漏斗的大口端安裝于保護(hù)外殼的上面，且與頂蓋連接，所述漏斗的小口端連接誘捕瓶。所述連通件使用漏斗，由于漏斗的上端開口大，而下端的開口??；則果蠅自上端的開口進(jìn)入，再?gòu)南露碎_口進(jìn)入誘捕瓶后，不能輕易從漏斗的開口逃出誘捕瓶。
[0009]更具體的，所述頂蓋包括上端的圓錐部和下端的圓柱部，所述圓柱部設(shè)有內(nèi)腔，所述內(nèi)腔內(nèi)設(shè)有3張隔板，所述3張隔板的一端固定一起，另一端與圓柱部的壁面固定連接，所述圓柱部的壁面設(shè)有3個(gè)開口，每個(gè)開口位于相鄰的隔板之間；所述內(nèi)腔的底部設(shè)有與連通件連接的通孔，所述通孔位于相鄰的隔板之間。
[0010]更具體的，所述隔板的一端均位于內(nèi)腔的中心軸線上；相鄰之間的2張隔板之間的角度均為120°。
[0011]更具體的，所述果蠅誘捕裝置還包括發(fā)光二極管，所述發(fā)光二極管安裝于保護(hù)外殼的內(nèi)壁，所述發(fā)光二極管與攝像機(jī)相對(duì)設(shè)置。發(fā)光二極管可以減少攝像機(jī)受光線的影響，提聞了可罪性。
[0012]更具體的，所述保護(hù)外殼呈長(zhǎng)方體或圓柱形。保護(hù)外殼的形狀可有多種選擇，不局限于長(zhǎng)方體或圓柱形。如還可以是球體等，本發(fā)明優(yōu)選長(zhǎng)方體。
[0013]更具體的，所述Fit - pc的處理器是Intel Atom Z530,主頻達(dá)到1.6GHz,內(nèi)存容量達(dá)到1GB，硬盤容量有320GB，處理性能達(dá)到一般家用臺(tái)式計(jì)算機(jī)的水平。Fit -pc的一個(gè)特點(diǎn)是體積小重量輕，機(jī)箱長(zhǎng)寬高分別是101、115和27mm，機(jī)器重量?jī)H有0.687kg，適合運(yùn)輸和安放在監(jiān)測(cè)果蠅的野外現(xiàn)場(chǎng)。Fit - pc含有四個(gè)USB接口，可以用來連接攝像頭和3G通信模塊。
[0014]本發(fā)明的目的還在于提供一種基于視覺傳感器的果蠅遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控方法，包括:
[0015]S1、啟動(dòng)系統(tǒng)，開啟Fit -pc，運(yùn)行果蠅監(jiān)測(cè)計(jì)數(shù)軟件，遠(yuǎn)程服務(wù)器通過3G通信模塊連接 Fit - pc ；
[0016]S2、等待控制指令輸入，控制指令分為本地輸入和遠(yuǎn)程輸入兩種方式；
[0017]S3、在等待時(shí)間內(nèi)獲取到控制指令時(shí)，系統(tǒng)執(zhí)行對(duì)應(yīng)的指令操作，完成操作后回到S2 ;這些指令包括:
[0018]S31、設(shè)置跟蹤區(qū)域指令，在攝像頭可見范圍內(nèi)設(shè)置一個(gè)矩形區(qū)域，當(dāng)系統(tǒng)執(zhí)行開始跟蹤指令時(shí)，只對(duì)此矩形區(qū)域的果蠅使用果蠅監(jiān)測(cè)計(jì)數(shù)方法進(jìn)行跟蹤計(jì)數(shù)；
[0019]S32、開始跟蹤指令，誘捕瓶放置的誘捕劑散發(fā)氣味吸引果蠅爬入果蠅誘捕裝置的開口，進(jìn)入跟蹤區(qū)域，攝像頭以每秒24幀的速率實(shí)時(shí)獲取圖像，對(duì)于獲取到的圖像使用果蠅監(jiān)測(cè)計(jì)數(shù)方法對(duì)跟蹤區(qū)域內(nèi)的果蠅進(jìn)行跟蹤計(jì)數(shù)，且將計(jì)數(shù)結(jié)果實(shí)時(shí)本地保存或者傳輸?shù)竭h(yuǎn)程服務(wù)器上，直至獲取到停止跟蹤指令；[0020]S33、拍攝指令，截取攝像頭拍攝到的當(dāng)前幀的圖像，且將圖像數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)本地保存或者傳輸?shù)竭h(yuǎn)程服務(wù)器上；
[0021]S34、停止跟蹤指令，停止對(duì)跟蹤區(qū)域內(nèi)的果蠅進(jìn)行跟蹤計(jì)數(shù)；
[0022]S4、在等待時(shí)間內(nèi)沒有獲取到控制指令時(shí)，默認(rèn)執(zhí)行開始跟蹤指令S31 ；
[0023]S5、關(guān)閉系統(tǒng)。
[0024]更具體的，所述基于視覺傳感器的果蠅遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控方法中，果蠅監(jiān)測(cè)計(jì)數(shù)方法包括以下步驟:
[0025](1)果蠅目標(biāo)的獲取
[0026]①將獲取到的原始RGB圖像映射到HSV色彩空間中，根據(jù)果蠅在HSV色彩空間中所表現(xiàn)出來的顏色特性，在色相通道(H)、飽和度通道(S)和亮度通道(V)上對(duì)圖像通過設(shè)定一些閾值進(jìn)行第一次過濾，經(jīng)過此操作后，果蠅目標(biāo)能夠初步從背景圖像中分離出來；映射公式為:
[0027]V = R
[0028]S = (V-B) *255/V
[0029]H = (G-B) *60/S
[0030]其中H、S、V分別表示HSV色彩空間的色相、飽和度、亮度，R、G、B分別表示RGB色彩空間的紅色、綠色、藍(lán)色分量值；
[0031]②由于玻璃的反光作用，在玻璃管壁和光源處附近常常會(huì)出現(xiàn)有面積較小的噪聲區(qū)域，因此需要對(duì)基于HSV過濾后的圖像進(jìn)行中值濾波和形態(tài)學(xué)濾波處理，以降低圖像的白噪聲干擾；在經(jīng)過圖像濾波處理后，此時(shí)圖像中目標(biāo)輪廓相對(duì)平滑，更加有利于后續(xù)對(duì)果蠅的幾何特征進(jìn)行匹配；
[0032]③在經(jīng)過圖像濾波平滑后，果蠅的搜索范圍被限制在已過濾的圖像像素之中；對(duì)已過濾的圖像采用基于幾何形狀的特征匹配方法來識(shí)別果蠅，即把已過濾的圖像與經(jīng)實(shí)驗(yàn)提取總結(jié)得到的期望模型進(jìn)行匹配，得到存在果蠅的區(qū)域；
[0033]④在對(duì)果蠅進(jìn)行幾何特征匹配時(shí)，并沒有把兩只或者多只果蠅出現(xiàn)部分重疊的情況考慮在內(nèi)，因此經(jīng)過步驟③后，只是確定圖像中是否存在果蠅，為實(shí)現(xiàn)對(duì)果蠅的精確計(jì)數(shù)，需要對(duì)每一個(gè)經(jīng)過上述步驟處理后所剩下的區(qū)域使用基于權(quán)值的分水嶺算法進(jìn)行目標(biāo)分割，以分割出每一只果蠅目標(biāo)；
[0034]( 2 )基于代價(jià)模型的跟蹤
[0035]在實(shí)現(xiàn)對(duì)果蠅目標(biāo)的獲取后，還需要對(duì)獲取到的目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，以根據(jù)果蠅的運(yùn)動(dòng)情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)果蠅數(shù)量的準(zhǔn)確計(jì)量；
[0036]①根據(jù)當(dāng)前幀第i個(gè)果蠅目標(biāo)的特征值作為卡爾曼濾波的輸入?yún)?shù)，得到它的預(yù)測(cè)值，算出下一幀的查找區(qū)域；卡爾曼濾波預(yù)測(cè)的作用是要根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)推測(cè)以后的狀態(tài)和目標(biāo)運(yùn)動(dòng)范圍，縮小目標(biāo)匹配、查找的區(qū)域；
[0037]②根據(jù)步驟①推測(cè)得到的查找區(qū)域，然后在下一幀指定區(qū)域中搜索，依次計(jì)算果蠅目標(biāo)i與下一幀中各個(gè)目標(biāo)的代價(jià)模型值V(i，j)，找出最小值對(duì)應(yīng)的目標(biāo)j，則說明目標(biāo)j是i的后續(xù)，更新該目標(biāo)的特征值作為下次卡爾曼濾波器的輸入；代價(jià)模型值V (i，j)表示前一幀上第i個(gè)目標(biāo)與當(dāng)前幀上第j個(gè)目標(biāo)的接近程度；當(dāng)V(i，j)數(shù)值越小時(shí)，表示兩個(gè)目標(biāo)對(duì)應(yīng)關(guān)系的可能性越大；[0038]③更新當(dāng)前幀的有效跟蹤目標(biāo)，保證果蠅數(shù)量計(jì)量的準(zhǔn)確性；
[0039](3)針對(duì)果蠅的準(zhǔn)確計(jì)量
[0040]本果蠅監(jiān)測(cè)計(jì)數(shù)軟件定義跟蹤區(qū)域?yàn)閿z像頭可見范圍內(nèi)與漏斗等高等寬的矩形區(qū)域或者執(zhí)行設(shè)置跟蹤區(qū)域指令時(shí)選定的一個(gè)矩形區(qū)域，跟蹤區(qū)域中有進(jìn)入線和離開線將區(qū)域分成上、中、下三個(gè)部分，上部是果蠅的進(jìn)入?yún)^(qū)域，只有在此區(qū)域內(nèi)發(fā)現(xiàn)新的目標(biāo)時(shí)，才將此目標(biāo)設(shè)定為有效的跟蹤目標(biāo)，當(dāng)有效跟蹤目標(biāo)在離開區(qū)域消失時(shí)，才在統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)上加一；下部是果蠅的離開區(qū)域，在該區(qū)域消失的有效目標(biāo)將在統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)上加一，當(dāng)在此區(qū)域內(nèi)發(fā)現(xiàn)新的目標(biāo)時(shí)，將新目標(biāo)設(shè)定為無效目標(biāo)，無效目標(biāo)將不影響統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)；中部是跟蹤區(qū)，當(dāng)果蠅在該區(qū)域運(yùn)動(dòng)時(shí)，說明它已經(jīng)被系統(tǒng)進(jìn)行目標(biāo)跟蹤；對(duì)每幀圖像，本果蠅監(jiān)測(cè)計(jì)數(shù)軟件對(duì)消失在離開區(qū)域的有效目標(biāo)計(jì)數(shù)，更新捕獲到的果蠅的總數(shù)量。
[0041]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果是:
[0042](I)本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，組裝方便，自帶太陽能供電裝置，適合運(yùn)輸和安放在監(jiān)測(cè)果蠅的野外現(xiàn)場(chǎng)，便于長(zhǎng)期工作；
[0043]( 2 )本發(fā)明通過設(shè)置攝像機(jī)對(duì)果蠅進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，且可大尺度快速監(jiān)測(cè)，減小了誤差，同時(shí)也大大降低了人力使用強(qiáng)度；
[0044](3)本發(fā)明使用自主研發(fā)的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)計(jì)數(shù)的果蠅監(jiān)測(cè)計(jì)數(shù)軟件和計(jì)數(shù)方法，按照此方法，跟蹤區(qū)域中有進(jìn)入線和離開線將區(qū)域分成上、中、下三個(gè)部分，上部是果蠅的進(jìn)入?yún)^(qū)域，只有在此區(qū)域內(nèi)發(fā)現(xiàn)新的目標(biāo)時(shí)，才將此目標(biāo)設(shè)定為有效的跟蹤目標(biāo)，當(dāng)有效跟蹤目標(biāo)在下部(離開區(qū)域)消失時(shí)，才在統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)上加一，而在離開區(qū)域內(nèi)發(fā)現(xiàn)新的目標(biāo)時(shí)，將新目標(biāo)設(shè)定為無效目標(biāo)，無效目標(biāo)不統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)，解決了果蠅來回爬動(dòng)重復(fù)計(jì)數(shù)的問題，提高了果蠅計(jì)數(shù)的精確度；
[0045](4)本發(fā)明通過計(jì)算機(jī)技術(shù)和3G通信技術(shù)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)、遠(yuǎn)程分析處理，提高了果蠅監(jiān)控的智能化程度。`
【專利附圖】

【附圖說明】
[0046]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0047]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的果蠅誘捕裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0048]圖3為本發(fā)明的控制監(jiān)測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0049]圖4為本發(fā)明的系統(tǒng)監(jiān)控方法流程圖。
[0050]圖5為本發(fā)明的果蠅監(jiān)測(cè)計(jì)數(shù)方法流程圖
【具體實(shí)施方式】
[0051]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明，但本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不限于實(shí)施例表述的范圍。對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本發(fā)明的精神及保護(hù)范圍的情況下做出的其它的變化和修改，仍包括在權(quán)利要求書保護(hù)的范圍內(nèi)。
[0052]實(shí)施例
[0053]本實(shí)施例，一種基于視覺傳感器的果蠅遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，如圖1所示，包括太陽能供電裝置、果蠅誘捕裝置和控制監(jiān)測(cè)裝置；太陽能供電裝置是由太陽能板(I)、支撐架(2)和太陽能蓄電池組成，由其將太陽能轉(zhuǎn)化為電能提供給其它裝置使用；如圖2所示，果蠅誘捕裝置(3)包括頂蓋(5)、透明的連通件(6)和誘捕瓶(7)，所述頂蓋通過連通件與誘捕瓶連接，還包括保護(hù)外殼(8)和攝像機(jī)(9)，所述連通件安裝于保護(hù)外殼內(nèi)，所述攝像機(jī)安裝于保護(hù)外殼的內(nèi)壁，所述攝像機(jī)的攝像頭朝向連通件；如圖3所示，控制監(jiān)測(cè)裝置包括Fit -pc微型計(jì)算機(jī)、3G通信模塊和通過3G通信模塊與Fit-pc連接的遠(yuǎn)程服務(wù)器，所述Fit - pc內(nèi)安裝運(yùn)行一個(gè)自主研發(fā)的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)計(jì)數(shù)的果蠅監(jiān)測(cè)計(jì)數(shù)軟件。
[0054]更具體的，所述太陽能板使用單晶硅材料制作，安放在所述支撐架上端；所述支撐架的中心采用空心的鐵管，里面放置連接各裝置的線路，所述鐵管對(duì)連接各裝置的線路起到防水、防曬的作用，支撐架接地端采用三角形可伸縮的鐵支架固定在地面上，支撐架的下端連接著放置太陽能蓄電池以及控制監(jiān)測(cè)裝置的鐵箱(4)，所述果蠅誘捕裝置固定于支撐架中心鐵管的中部。
[0055]更具體的，所述連通件為玻璃材料制造的漏斗，所述漏斗的大口端安裝于保護(hù)外殼的上面，且與頂蓋連接，所述漏斗的小口端連接誘捕瓶。所述連通件使用漏斗，由于漏斗的上端開口大，而下端的開口?。粍t果蠅自上端的開口進(jìn)入，再?gòu)南露碎_口進(jìn)入誘捕瓶后，不能輕易從漏斗的開口逃出誘捕瓶。
[0056]更具體的，所述頂蓋包括上端的圓錐部(11)和下端的圓柱部(12)，所述圓柱部設(shè)有內(nèi)腔，所述內(nèi)腔內(nèi)設(shè)有3張隔板，所述3張隔板的一端固定一起，另一端與圓柱部的壁面固定連接，所述圓柱部的壁面設(shè)有3個(gè)開口，每個(gè)開口位于相鄰的隔板之間；所述內(nèi)腔的底部設(shè)有與連通件連接的通孔，所述通孔位于相鄰的隔板之間。
[0057]更具體的，所述隔板的一端均位于內(nèi)腔的中心軸線上；相鄰之間的2張隔板之間的角度均為120°。
[0058]更具體的，所述果蠅誘捕裝置還包括發(fā)光二極管(10)，所述發(fā)光二極管安裝于保護(hù)外殼的內(nèi)壁，所述發(fā)光二極管與攝像機(jī)相對(duì)設(shè)置。發(fā)光二極管可以減少攝像機(jī)受光線的影響，提高了可靠性。
[0059]更具體的，所述保護(hù)外殼(8)呈長(zhǎng)方體。
[0060]更具體的，所述Fit - pc的處理器是Intel Atom Z530,主頻達(dá)到L 6GHz,內(nèi)存容量達(dá)到1GB，硬盤容量有320GB，處理性能達(dá)到一般家用臺(tái)式計(jì)算機(jī)的水平。Fit -pc的一個(gè)特點(diǎn)是體積小重量輕，機(jī)箱長(zhǎng)寬高分別是101、115和27mm，機(jī)器重量?jī)H有0.687kg，適合運(yùn)輸和安放在監(jiān)測(cè)果蠅的野外現(xiàn)場(chǎng)。Fit - pc含有四個(gè)USB接口，可以用來連接攝像頭和3G通信模塊。
[0061]如圖4所示，本發(fā)明實(shí)施例基于視覺傳感器的果蠅遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控方法，包括:
[0062]S1、啟動(dòng)系統(tǒng)，開啟Fit -pc，運(yùn)行果蠅監(jiān)測(cè)計(jì)數(shù)軟件，遠(yuǎn)程服務(wù)器通過3G通信模塊連接 Fit - pc ；
[0063]S2、等待控制指令輸入，控制指令分為本地Fit -pc鍵盤輸入和遠(yuǎn)程服務(wù)器輸入兩種方式；
[0064]S3、在等待時(shí)間300ms內(nèi)獲取到控制指令時(shí)，系統(tǒng)執(zhí)行對(duì)應(yīng)的指令操作，完成操作后回到S2 ;這些指令包括:
[0065]S31、設(shè)置跟蹤區(qū)域指令，在攝像頭可見范圍內(nèi)設(shè)置一個(gè)矩形區(qū)域，當(dāng)系統(tǒng)執(zhí)行開始跟蹤指令時(shí)，只對(duì)此矩形區(qū)域的果蠅使用果蠅監(jiān)測(cè)計(jì)數(shù)方法進(jìn)行跟蹤計(jì)數(shù)；[0066]S32、開始跟蹤指令，誘捕瓶放置的誘捕劑散發(fā)氣味吸引果蠅爬入果蠅誘捕裝置的開口，進(jìn)入跟蹤區(qū)域，攝像頭以每秒24幀的速率實(shí)時(shí)獲取圖像，對(duì)于獲取到的圖像使用果蠅監(jiān)測(cè)計(jì)數(shù)方法對(duì)跟蹤區(qū)域內(nèi)的果蠅進(jìn)行跟蹤計(jì)數(shù)，且將計(jì)數(shù)結(jié)果實(shí)時(shí)本地Fit - pc硬盤保存或者傳輸?shù)竭h(yuǎn)程服務(wù)器上，直至獲取到停止跟蹤指令；
[0067]S33、拍攝指令，截取攝像頭拍攝到的當(dāng)前幀的圖像，且將圖像數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)本地Fit - pc硬盤保存或者傳輸?shù)竭h(yuǎn)程服務(wù)器上；
[0068]S34、停止跟蹤指令，停止對(duì)跟蹤區(qū)域內(nèi)的果蠅進(jìn)行跟蹤計(jì)數(shù)；
[0069]S4、在等待時(shí)間300ms內(nèi)沒有獲取到控制指令時(shí)，默認(rèn)執(zhí)行開始跟蹤指令S31 ；
[0070]S5、關(guān)閉系統(tǒng)。
[0071]如圖5所示，本發(fā)明實(shí)施例基于視覺傳感器的果蠅遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控方法中，果蠅監(jiān)測(cè)計(jì)數(shù)方法包括以下步驟:
[0072](I)果蠅目標(biāo)的獲取
[0073]①將獲取到的原始RGB圖像映射到HSV色彩空間中，根據(jù)果蠅在HSV色彩空間中所表現(xiàn)出來的顏色特性，在色相通道(H)、飽和度通道(S)和亮度通道(V)上對(duì)圖像通過設(shè)定一些閾值進(jìn)行第一 次過濾，經(jīng)過此操作后，果蠅目標(biāo)能夠初步從背景圖像中分離出來；映射公式為:
[0074]V = R
[0075]S = (V-B) *255/V
[0076]H = (G-B) *60/S
[0077]其中H、S、V分別表示HSV色彩空間的色相、飽和度、亮度，R、G、B分別表示RGB色彩空間的紅色、綠色、藍(lán)色分量值；
[0078]②由于玻璃的反光作用，在玻璃管壁和光源處附近常常會(huì)出現(xiàn)有面積較小的噪聲區(qū)域，因此需要對(duì)基于HSV過濾后的圖像進(jìn)行中值濾波和形態(tài)學(xué)濾波處理，以降低圖像的白噪聲干擾；在經(jīng)過圖像濾波處理后，此時(shí)圖像中目標(biāo)輪廓相對(duì)平滑，更加有利于后續(xù)對(duì)果蠅的幾何特征進(jìn)行匹配；
[0079]③在經(jīng)過圖像濾波平滑后，果蠅的搜索范圍被限制在已過濾的圖像像素之中；對(duì)已過濾的圖像采用基于幾何形狀的特征匹配方法來識(shí)別果蠅，即把已過濾的圖像與經(jīng)實(shí)驗(yàn)提取總結(jié)得到的期望模型進(jìn)行匹配，得到存在果蠅的區(qū)域；
[0080]④在對(duì)果蠅進(jìn)行幾何特征匹配時(shí)，并沒有把兩只或者多只果蠅出現(xiàn)部分重疊的情況考慮在內(nèi)，因此經(jīng)過步驟③后，只是確定圖像中是否存在果蠅，為實(shí)現(xiàn)對(duì)果蠅的精確計(jì)數(shù)，需要對(duì)每一個(gè)經(jīng)過上述步驟處理后所剩下的區(qū)域使用基于權(quán)值的分水嶺算法進(jìn)行目標(biāo)分割，以分割出每一只果蠅目標(biāo)；
[0081 ] (2)基于代價(jià)模型的跟蹤
[0082]在實(shí)現(xiàn)對(duì)果蠅目標(biāo)的獲取后，還需要對(duì)獲取到的目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，以根據(jù)果蠅的運(yùn)動(dòng)情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)果蠅數(shù)量的準(zhǔn)確計(jì)量；
[0083]①根據(jù)當(dāng)前幀第i個(gè)果蠅目標(biāo)的特征值作為卡爾曼濾波的輸入?yún)?shù)，得到它的預(yù)測(cè)值，算出下一幀的查找區(qū)域；卡爾曼濾波預(yù)測(cè)的作用是要根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)推測(cè)以后的狀態(tài)和目標(biāo)運(yùn)動(dòng)范圍，縮小目標(biāo)匹配、查找的區(qū)域；
[0084]②根據(jù)步驟①推測(cè)得到的查找區(qū)域，然后在下一幀指定區(qū)域中搜索，依次計(jì)算果蠅目標(biāo)i與下一幀中各個(gè)目標(biāo)的代價(jià)模型值V(i，j)，找出最小值對(duì)應(yīng)的目標(biāo)j，則說明目標(biāo)j是i的后續(xù)，更新該目標(biāo)的特征值作為下次卡爾曼濾波器的輸入；代價(jià)模型值V (i，j)表示前一幀上第i個(gè)目標(biāo)與當(dāng)前幀上第j個(gè)目標(biāo)的接近程度；當(dāng)V(i，j)數(shù)值越小時(shí)，表示兩個(gè)目標(biāo)對(duì)應(yīng)關(guān)系的可能性越大；
[0085]③更新當(dāng)前幀的有效跟蹤目標(biāo)，保證果蠅數(shù)量計(jì)量的準(zhǔn)確性；
[0086](3)針對(duì)果蠅的準(zhǔn)確計(jì)量
[0087]本果蠅監(jiān)測(cè)計(jì)數(shù)軟件定義跟蹤區(qū)域?yàn)閿z像頭可見范圍內(nèi)與漏斗等高等寬的矩形區(qū)域或者執(zhí)行設(shè)置跟蹤區(qū)域指令時(shí)選定的一個(gè)矩形區(qū)域，跟蹤區(qū)域中有進(jìn)入線和離開線將區(qū)域分成上、中、下三個(gè)部分，上部是果蠅的進(jìn)入?yún)^(qū)域，只有在此區(qū)域內(nèi)發(fā)現(xiàn)新的目標(biāo)時(shí)，才將此目標(biāo)設(shè)定為有效的跟蹤目標(biāo)，當(dāng)有效跟蹤目標(biāo)在離開區(qū)域消失時(shí)，才在統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)上加一；下部是果蠅的離開區(qū)域，在該區(qū)域消失的有效目標(biāo)將在統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)上加一，當(dāng)在此區(qū)域內(nèi)發(fā)現(xiàn)新的目標(biāo)時(shí)，將新目標(biāo)設(shè)定為無效目標(biāo)，無效目標(biāo)將不影響統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)；中部是跟蹤區(qū)，當(dāng)果蠅在該區(qū)域運(yùn)動(dòng)時(shí)，說明它已經(jīng)被系統(tǒng)進(jìn)行目標(biāo)跟蹤；對(duì)每幀圖像，本果蠅監(jiān)測(cè)計(jì)數(shù)軟件對(duì)消失在離開區(qū)域的有效目標(biāo)計(jì)數(shù)，更新捕獲到的果蠅的總數(shù)量。
[0088]上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式， 都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.基于視覺傳感器的果蠅遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，包括太陽能供電裝置、果蠅誘捕裝置和控制監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:太陽能供電裝置是由太陽能板、支撐架和太陽能蓄電池組成；果蠅誘捕裝置包括頂蓋、透明的連通件和誘捕瓶，所述頂蓋通過連通件與誘捕瓶連接，還包括保護(hù)外殼和攝像機(jī)，所述連通件安裝于保護(hù)外殼內(nèi)，所述攝像機(jī)安裝于保護(hù)外殼的內(nèi)壁，所述攝像機(jī)的攝像頭朝向連通件；控制監(jiān)測(cè)裝置包括Fit - PC微型計(jì)算機(jī)、3G通信模塊和通過3G通信模塊與Fit - pc連接的遠(yuǎn)程服務(wù)器，所述Fit - pc內(nèi)安裝運(yùn)行一個(gè)自主研發(fā)的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)計(jì)數(shù)的果蠅監(jiān)測(cè)計(jì)數(shù)軟件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于視覺傳感器的果蠅遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述太陽能板使用單晶硅材料制作，安放在所述支撐架上端；所述支撐架的中心采用空心的鐵管，里面放置連接各裝置的線路，支撐架接地端采用三角形可伸縮的鐵支架固定在地面上，支撐架的下端連接著放置太陽能蓄電池以及控制監(jiān)測(cè)裝置的鐵箱，所述果蠅誘捕裝置固定于支撐架中心鐵管的中部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于視覺傳感器的果蠅遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述連通件為玻璃材料制造的漏斗，所述漏斗的大口端安裝于保護(hù)外殼的上面，且與頂蓋連接，所述漏斗的小口端連接誘捕瓶。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于視覺傳感器的果蠅遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述頂蓋包括上端的圓錐部和下端的圓柱部，所述圓柱部設(shè)有內(nèi)腔，所述內(nèi)腔內(nèi)設(shè)有3張隔板，所述3張隔板的一端固定一起，另一端與圓柱部的壁面固定連接，所述圓柱部的壁面設(shè)有3個(gè)開口，每個(gè)開口位于相鄰的隔板之間；所述內(nèi)腔的底部設(shè)有與連通件連接的通孔，所述通孔位于相鄰的隔板之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于視覺傳感器的果蠅遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述隔板的一端均位于內(nèi)腔的中心軸線上；相鄰之間的2張隔板之間的角度均為120°。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于視覺傳感器的果蠅遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述果蠅誘捕裝置還包括發(fā)光二極管，所述發(fā)光二極管安裝于保護(hù)外殼的內(nèi)壁，所述發(fā)光二極管與攝像機(jī)相對(duì)設(shè)置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于視覺傳感器的果蠅遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述保護(hù)外殼呈長(zhǎng)方體或圓柱形。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于視覺傳感器的果蠅遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述Fit - pc的處理器是Intel Atom Z530，主頻達(dá)到1.6GHz ;內(nèi)存容量達(dá)到IGB ;硬盤容量有320GB ;機(jī)箱長(zhǎng)寬高分別是101、115和27mm;重量?jī)H有0.687kg ;含有四個(gè)USB接口，可以用來連接攝像頭和3G通信模塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求1_8任一項(xiàng)所述的基于視覺傳感器的果蠅遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控方法，其特征在于，包括: S1、啟動(dòng)系統(tǒng)，開啟Fit-pc，運(yùn)行果蠅監(jiān)測(cè)計(jì)數(shù)軟件，遠(yuǎn)程服務(wù)器通過3G通信模塊連接Fit - pc ； S2、等待控制指令輸入，控制指令分為本地輸入和遠(yuǎn)程輸入兩種方式； S3、在等待時(shí)間內(nèi)獲取到控制指令時(shí)，系統(tǒng)執(zhí)行對(duì)應(yīng)的指令操作，完成操作后回到S2；這些指令包括: S31、設(shè)置跟蹤區(qū)域指令，在攝像頭可見范圍內(nèi)設(shè)置一個(gè)矩形區(qū)域，當(dāng)系統(tǒng)執(zhí)行開始跟蹤指令時(shí)，只對(duì)此矩形區(qū)域的果蠅使用果蠅監(jiān)測(cè)計(jì)數(shù)方法進(jìn)行跟蹤計(jì)數(shù)； . 532、開始跟蹤指令，誘捕瓶放置的誘捕劑散發(fā)氣味吸引果蠅爬入果蠅誘捕裝置的開口，進(jìn)入跟蹤區(qū)域，攝像頭以每秒24幀的速率實(shí)時(shí)獲取圖像，對(duì)于獲取到的圖像使用果蠅監(jiān)測(cè)計(jì)數(shù)方法對(duì)跟蹤區(qū)域內(nèi)的果蠅進(jìn)行跟蹤計(jì)數(shù)，且將計(jì)數(shù)結(jié)果實(shí)時(shí)本地保存或者傳輸?shù)竭h(yuǎn)程服務(wù)器上，直至獲取到停止跟蹤指令； .533、拍攝指令，截取攝像頭拍攝到的當(dāng)前幀的圖像，且將圖像數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)本地保存或者傳輸?shù)竭h(yuǎn)程服務(wù)器上； .534、停止跟蹤指令，停止對(duì)跟蹤區(qū)域內(nèi)的果蠅進(jìn)行跟蹤計(jì)數(shù)； .54、在等待時(shí)間內(nèi)沒有獲取到控制指令時(shí)，默認(rèn)執(zhí)行開始跟蹤指令S31； .55、關(guān)閉系統(tǒng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1 -8任一項(xiàng)所述的基于視覺傳感器的果蠅遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控方法中的果蠅監(jiān)測(cè)計(jì)數(shù)方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)果蠅目標(biāo)的獲取 ①將獲取到的原始RGB圖像映射到HSV色彩空間中，根據(jù)果蠅在HSV色彩空間中所表現(xiàn)出來的顏色特性，在色相通道(H)、飽和度通道(S)和亮度通道(V)上對(duì)圖像通過設(shè)定一些閾值進(jìn)行第一次過濾；映射公式為:
V= R
S = (V-B)*255/V
H = (G-B)*60/S 其中H、S、V分別表示HSV色彩空間的色相、飽和度、亮度，R、G、B分別表示RGB色彩空間的紅色、綠色、藍(lán)色分量值； ②對(duì)基于HSV過濾后的圖像進(jìn)行中值濾波和形態(tài)學(xué)濾波處理，； ③對(duì)已過濾的圖像采用基于幾何形狀的特征匹配方法來識(shí)別果蠅，即把已過濾的圖像與經(jīng)實(shí)驗(yàn)提取總結(jié)得到的期望模型進(jìn)行匹配，得到存在果蠅的區(qū)域； ④對(duì)每一個(gè)經(jīng)過上述步驟處理后所剩下的區(qū)域使用基于權(quán)值的分水嶺算法進(jìn)行目標(biāo)分割，以分割出每一只果蠅目標(biāo)； (2)基于代價(jià)模型的跟蹤 ①根據(jù)當(dāng)前幀第i個(gè)果蠅目標(biāo)的特征值作為卡爾曼濾波的輸入?yún)?shù)，得到它的預(yù)測(cè)值，算出下一幀的查找區(qū)域； ②根據(jù)步驟①推測(cè)得到的查找區(qū)域，然后在下一幀指定區(qū)域中搜索，依次計(jì)算果蠅目標(biāo)i與下一幀中各個(gè)目標(biāo)的代價(jià)模型值V(i，j)，找出最小值對(duì)應(yīng)的目標(biāo)j，則說明目標(biāo)j是i的后續(xù)，更新該目標(biāo)的特征值作為下次卡爾曼濾波器的輸入；代價(jià)模型值V(i，j)表示前一幀上第i個(gè)目標(biāo)與當(dāng)前幀上第j個(gè)目標(biāo)的接近程度；當(dāng)V(i，j)數(shù)值越小時(shí)，表示兩個(gè)目標(biāo)對(duì)應(yīng)關(guān)系的可能性越大； ③更新當(dāng)前幀的有效跟蹤目標(biāo)， 保證果蠅數(shù)量計(jì)量的準(zhǔn)確性； (3)針對(duì)果蠅的準(zhǔn)確計(jì)量 定義跟蹤區(qū)域?yàn)閿z像頭可見范圍內(nèi)與漏斗等高等寬的矩形區(qū)域或者執(zhí)行設(shè)置跟蹤區(qū)域指令時(shí)選定的一個(gè)矩形區(qū)域，跟蹤區(qū)域中有進(jìn)入線和離開線將區(qū)域分成上、中、下三個(gè)部分，上部是果蠅的進(jìn)入?yún)^(qū)域，只有在此區(qū)域內(nèi)發(fā)現(xiàn)新的目標(biāo)時(shí)，才將此目標(biāo)設(shè)定為有效的跟蹤目標(biāo)，當(dāng)有效跟蹤目標(biāo)在離開區(qū)域消失時(shí)，才在統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)上加一；下部是果蠅的離開區(qū)域，在該區(qū)域消失的有效目標(biāo)將在統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)上加一，當(dāng)在此區(qū)域內(nèi)發(fā)現(xiàn)新的目標(biāo)時(shí)，將新目標(biāo)設(shè)定為無效目標(biāo)，無效目標(biāo)將不影響統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)；中部是跟蹤區(qū)，當(dāng)果蠅在該區(qū)域運(yùn)動(dòng)時(shí)，說明它已經(jīng)被系統(tǒng)進(jìn)行目標(biāo)跟蹤；對(duì)每幀圖像消失在離開區(qū)域的有效目標(biāo)計(jì)數(shù)，更新捕獲到的果蠅的總數(shù)量。
【文檔編號(hào)】A01M1/02GK103598169SQ201310574185
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月15日
【發(fā)明者】肖德琴, 曾玲, 馮健昭, 鄧小暉, 傅俊謙, 殷建軍, 陸永躍, 可新榮, 張連寬, 潘春華, 許益鐫, 馬翠花, 白嘉誠(chéng), 劉龍地, 陳英義 申請(qǐng)人:華南農(nóng)業(yè)大學(xué)