本發(fā)明屬于蟲害圖像測報(bào)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及進(jìn)行蟲害圖像獲取、害蟲數(shù)量計(jì)數(shù)的一種基于樹莓派的蟲害圖像測報(bào)方法。

背景技術(shù)：

我國作為水稻產(chǎn)業(yè)大國，由水稻害蟲稻縱卷葉螟造成的農(nóng)作物損失量每年都十分巨大，防止其蟲害是保證糧食產(chǎn)量的前提。目前我國的稻縱卷葉螟害蟲檢測主要依靠兩種方式：其一依靠性誘劑和黑光燈引誘捕獲害蟲，由人工將種類繁雜的害蟲取回進(jìn)行分揀并計(jì)數(shù)，此種方式存在勞動效率低、強(qiáng)度大、實(shí)時(shí)性差等問題，而且需要耗費(fèi)大量的人力、財(cái)力。并且由于工作量大、工作內(nèi)容繁瑣，人工難免出錯(cuò)，從而難以完成精確的計(jì)數(shù)工作；其二是依靠電子傳感器進(jìn)行自動計(jì)數(shù)害蟲數(shù)量，此種方式一定程度上減輕了人工負(fù)荷，但缺乏直觀的蟲害圖像反饋，誤檢率較高，且當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，故障原因難以排查。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于樹莓派的蟲害圖像測報(bào)方法。

本發(fā)明所用的蟲害圖像測報(bào)系統(tǒng)，包括圖像及環(huán)境信息采集系統(tǒng)、圖像及環(huán)境信息處理系統(tǒng)和無線網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)。圖像及環(huán)境信息處理系統(tǒng)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)與云服務(wù)器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)連接。

所述的圖像及環(huán)境信息采集系統(tǒng)包括攝像頭、攝像頭固定板、第一透明擋板、第二透明擋板、頂端橫梁、白色粘板、粘板托盤、主支架、底座、溫濕度傳感器和雨滴傳感器；所述的攝像頭固定于攝像頭固定板上；所述的攝像頭固定板固定于頂端橫梁的中心處；第一透明擋板的兩端與頂端橫梁和粘板托盤的一端分別固定，第二透明擋板的兩端與頂端橫梁和粘板托盤的另一端分別固定，第一透明擋板、第二透明擋板、頂端橫梁與粘板托盤形成中空且兩端開放的三棱柱體；所述的第二透明擋板與粘板托盤固定的那端固定有雨滴傳感器。所述的白色粘板放置于粘板托盤上；白色粘板表面涂覆有昆蟲性信息素涂層；粘板托盤的中心與主支架的頂端固定，主支架的底端與底座固定。溫濕度傳感器固定在主支架上。

所述圖像及環(huán)境信息處理系統(tǒng)的第一i/o口接溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)輸出引腳，第二i/o口接雨滴傳感器的數(shù)據(jù)輸出引腳。所述圖像及環(huán)境信息處理系統(tǒng)的csi接口與攝像頭相連；圖像及環(huán)境信息處理系統(tǒng)的usb電源線與電源箱的第一usb插口相連；圖像及環(huán)境信息處理系統(tǒng)和電源箱均固定在底座上。所述的圖像及環(huán)境信息處理系統(tǒng)為樹莓派。

所述的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)采用無線網(wǎng)卡；圖像及環(huán)境信息處理系統(tǒng)的wifi模塊連接上無線網(wǎng)卡造出wifi熱點(diǎn)，圖像及環(huán)境信息處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通過http協(xié)議傳輸給云服務(wù)器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；無線網(wǎng)卡與電源箱的第二usb插口相連。無線網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)固定在底座上。

該基于樹莓派的蟲害圖像測報(bào)方法具體如下：

步驟一、用戶登錄云服務(wù)器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，設(shè)置一天中采集圖像的時(shí)間點(diǎn)，并根據(jù)涂覆的昆蟲性信息素涂層設(shè)置白色粘板類型。將白色粘板放置于粘板托盤上，攝像頭鏡頭正對白色粘板。非初次安置在田間且未更換白色粘板，則無需執(zhí)行步驟一。

步驟二、樹莓派驅(qū)動溫濕度傳感器檢測環(huán)境中的溫度值和濕度值，驅(qū)動雨滴傳感器檢測當(dāng)前是否下雨。樹莓派每天均在步驟一中設(shè)定的時(shí)間點(diǎn)驅(qū)動攝像頭拍攝白色粘板，獲取原始圖。

步驟三、樹莓派通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)向云服務(wù)器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)查詢當(dāng)前的白色粘板類型，確定當(dāng)前捕獲的害蟲種類。

步驟四、樹莓派對原始圖灰度化處理后，再進(jìn)行直方圖均衡化處理，得到灰度圖，并設(shè)定全局閾值t，t取0～255中的一個(gè)值。

步驟五、用t值分割灰度圖，獲得第一像素組h1和第二像素組h2，第一像素組h1為所有灰度值大于t的像素集合，第二像素組h2為所有灰度值小于或等于t的像素集合。

步驟六、計(jì)算第一像素組h1內(nèi)像素的平均值m1，計(jì)算第二像素組h2內(nèi)像素的平均值m2。若t與m1、m2平均值的差值大于預(yù)設(shè)值a，5≤a≤20，則取新的t等于m1和m2的平均值，且重復(fù)步驟五。若t與m1、m2平均值的差值小于預(yù)設(shè)值a，則將第一像素組h1內(nèi)所有像素的像素值變?yōu)?55，將第二像素組h2內(nèi)所有像素的像素值變?yōu)?，得到分割圖。

步驟七、對分割圖進(jìn)行開運(yùn)算操作，得到減噪圖。

步驟八、對減噪圖進(jìn)行3×3中值濾波，消除圖中的脈沖噪聲以及椒鹽噪聲，得到計(jì)數(shù)圖。

步驟九、計(jì)數(shù)圖中害蟲粘連形成的每個(gè)黑色區(qū)域均視為一個(gè)連通域。獲取每個(gè)連通域的輪廓，并由輪廓計(jì)算出每個(gè)連通域的面積。調(diào)用當(dāng)前白色粘板類型對應(yīng)的害蟲數(shù)量運(yùn)算函數(shù)表達(dá)式，計(jì)算出每個(gè)連通域中的害蟲數(shù)量。將所有連通域害蟲數(shù)量相加，得出白色粘板上的害蟲總數(shù)量nai，i為白色粘板更換后經(jīng)過的天數(shù)。

若當(dāng)天為白色粘板更換后的第一天；則白色粘板上的害蟲總數(shù)量nai即為當(dāng)天的害蟲捕獲數(shù)量ni；

若當(dāng)天不為白色粘板更換后的第一天；取白色粘板上的害蟲總數(shù)量nai減去前一天白色粘板上的害蟲總數(shù)量na(i-1)的值為第一運(yùn)算值nb。將當(dāng)天得到的每個(gè)連通域面積分別減去前一天對應(yīng)位置處的連通域面積，得到各個(gè)連通域增量面積。調(diào)用對應(yīng)白色粘板類型的害蟲數(shù)量運(yùn)算函數(shù)表達(dá)式，計(jì)算出每個(gè)連通域增量面積對應(yīng)的害蟲數(shù)量。將所有連通域增量面積對應(yīng)的害蟲數(shù)量相加，得出第二運(yùn)算值nc。當(dāng)天的害蟲捕獲數(shù)量ni等于第一運(yùn)算值nb與第二運(yùn)算值nc的平均值。

步驟十、樹莓派通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)向云服務(wù)器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)發(fā)送當(dāng)天的害蟲捕獲數(shù)量ni、溫度值、濕度值、下雨情況以及當(dāng)天拍攝的原始圖。

所述的無線網(wǎng)卡為天翼4g無線網(wǎng)卡。

所述的白色粘板為長方形，且長、寬均比粘板托盤短a，a取0.5～1cm中的一個(gè)值。

所述的第一透明擋板和第二透明擋板均采用塑料材質(zhì)。

所述害蟲數(shù)量運(yùn)算函數(shù)表達(dá)式的求取方式如下：拍攝b張害蟲樣圖，200≤b≤600，記錄下各害蟲樣圖內(nèi)各個(gè)連通域的害蟲數(shù)量，對所有害蟲樣圖進(jìn)行步驟四、五、六、七和八操作，得到b張?zhí)幚順訄D；計(jì)算所有處理樣圖中各個(gè)連通域的面積；在橫坐標(biāo)為連通域面積，縱坐標(biāo)為害蟲數(shù)量的坐標(biāo)系中進(jìn)行描點(diǎn)，得到離散點(diǎn)；再將所得離散點(diǎn)擬合成一條曲線，該曲線的函數(shù)表達(dá)式即所求的害蟲數(shù)量運(yùn)算函數(shù)表達(dá)式。

本發(fā)明具有的有益效果是：

1、本發(fā)明基于樹莓派，結(jié)合linux操作系統(tǒng)(具體為raspbian操作系統(tǒng))以及圖像處理技術(shù)，能夠遠(yuǎn)程獲取白色粘板上害蟲圖像，并檢測出圖像中害蟲數(shù)量，將原始圖像和檢測結(jié)果上傳至云服務(wù)器，供工作人員遠(yuǎn)程查看并操作。

2、本發(fā)明中白色粘板增加了底色和害蟲顏色的反差，更有利于圖像后期處理；如果白色粘板粘滿或即將粘滿蟲子，工作人員可以更換粘板。

3、本發(fā)明在室外工作，第一透明擋板、第二透明擋板能夠起到防雨、遮塵作用。同時(shí)，室外光源難以得到保障，而透明材質(zhì)擋板使得光更好地透過，讓攝像頭拍照有足夠光線，便于后期處理蟲害圖像從而提高計(jì)數(shù)精確度。

4、本發(fā)明在完成害蟲計(jì)數(shù)工作同時(shí)，可對害蟲進(jìn)行誘捕殺害。

5、本發(fā)明通過更換白色粘板的種類，能夠?qū)ｉT誘捕稻縱卷葉螟或大螟中的一種，并進(jìn)行圖像處理及計(jì)數(shù)。相比于計(jì)數(shù)時(shí)對兩種不同害蟲采用同一運(yùn)算函數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)準(zhǔn)確性上更有優(yōu)勢。

6、本發(fā)明能夠獲取溫濕度信息及雨水情況，上傳到云服務(wù)器，并繪制溫度、濕度、下雨情況與蟲量的關(guān)系曲線圖，供工作人員查看、導(dǎo)出。由于蟲害的爆發(fā)與環(huán)境的溫度、濕度以及下雨情況都有密不可分的聯(lián)系，故得到的關(guān)系曲線圖能夠有效幫助用戶預(yù)測未來的蟲害情況。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中圖像及環(huán)境信息采集系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中計(jì)數(shù)圖的一張示例圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1所示，基于樹莓派的蟲害圖像測報(bào)方法所用的蟲害圖像測報(bào)系統(tǒng)，包括圖像及環(huán)境信息采集系統(tǒng)、圖像及環(huán)境信息處理系統(tǒng)和無線網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)。圖像及環(huán)境信息處理系統(tǒng)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)與云服務(wù)器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)連接。

圖像及環(huán)境信息采集系統(tǒng)包括攝像頭201、攝像頭固定板202、攝像頭15pinffc排線203、第一透明擋板204、第二透明擋板205、頂端橫梁206、白色粘板207、粘板托盤208、主支架209、底座217、溫濕度傳感器218和雨滴傳感器219。攝像頭201固定于攝像頭固定板202上；攝像頭固定板202固定于頂端橫梁206的中心處，使得攝像頭201鏡頭正對白色粘板207中心；第一透明擋板204的兩端與頂端橫梁206和粘板托盤208的一端分別固定，第二透明擋板205的兩端與頂端橫梁206和粘板托盤208的另一端分別固定，使得第一透明擋板204、第二透明擋板205、頂端橫梁206與粘板托盤208形成中空且兩端開放的三棱柱體；第二透明擋板205與粘板托盤208固定的那端固定有雨滴傳感器219。兩端開放的三棱柱體讓蟲子可以飛到白色粘板207上去；第一透明擋板204和第二透明擋板205起防雨、遮塵作用，同時(shí)讓光更好地透過，讓攝像頭拍照有足夠光線；白色粘板207放置于粘板托盤208上，如果白色粘板207粘滿了蟲子，可以更換；白色粘板207增加了底色和害蟲的反差，使圖像處理起來比較容易；白色粘板207為長方形，且長、寬均比粘板托盤208短a，a取0.5～1cm中的一個(gè)值；白色粘板207表面涂覆有昆蟲性信息素涂層，將昆蟲引誘至粘板粘附，昆蟲性信息素品種不同，白色粘板所引誘的害蟲種類則不同；采用的昆蟲性信息素為稻縱卷葉螟性信息素或大螟性信息素，各自對應(yīng)稻縱卷葉螟和大螟兩種水稻害蟲。粘板托盤208的中心與主支架209的頂端固定，主支架209的底端與底座217固定。溫濕度傳感器218固定在主支架209上。

圖像及環(huán)境信息處理系統(tǒng)采用樹莓派(raspberrypi)210，樹莓派搭載raspbian操作系統(tǒng)，該操作系統(tǒng)具有極強(qiáng)的可擴(kuò)展性，同時(shí)樹莓派官方提供非常豐富的sdk包；圖像及環(huán)境信息處理系統(tǒng)的第一i/o口接溫濕度傳感器218的數(shù)據(jù)輸出引腳，第二i/o口接雨滴傳感器219的數(shù)據(jù)輸出引腳。圖像及環(huán)境信息處理系統(tǒng)的csi接口211與攝像頭201通過攝像頭15pinffc排線203相連；圖像及環(huán)境信息處理系統(tǒng)驅(qū)動攝像頭負(fù)責(zé)采集圖像。圖像及環(huán)境信息處理系統(tǒng)的usb電源線212與電源箱213的第一usb插口214相連；圖像及環(huán)境信息處理系統(tǒng)和電源箱213均固定在底座217上。

無線網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)采用天翼4g無線網(wǎng)卡216；圖像及環(huán)境信息處理系統(tǒng)的wifi模塊連接上天翼4g無線網(wǎng)卡216造出wifi熱點(diǎn)，圖像及環(huán)境信息處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通過http協(xié)議傳輸給云服務(wù)器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；天翼4g無線網(wǎng)卡216與電源箱的第二usb插口215相連，從而對天翼4g無線網(wǎng)卡216進(jìn)行供電。無線網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)固定在底座217上。

基于樹莓派的蟲害圖像測報(bào)方法如下：

步驟一、用戶登錄云服務(wù)器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。云服務(wù)器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的賬號為購買時(shí)獲得，即使用地的id號，id號包括第一字段、第二字段和第三字段，第一字段為五位小寫字母，第二字段為六位數(shù)字，第三字段為五位大寫字母，第一字段與第二字段通過短橫線連接，第二字段與第三字段通過短橫線連接。用戶登錄后能夠看到id號對應(yīng)使用地的蟲害信息。用戶登錄后，設(shè)置一天中采集圖像的時(shí)間點(diǎn)，并根據(jù)涂覆的昆蟲性信息素涂層設(shè)置白色粘板類型。將白色粘板207放置于粘板托盤上，攝像頭201鏡頭正對白色粘板。非初次安置在田間且未更換白色粘板，則無需執(zhí)行步驟一。

步驟二、樹莓派驅(qū)動溫濕度傳感器218檢測環(huán)境中的溫度值和濕度值，驅(qū)動雨滴傳感器219檢測當(dāng)前是否下雨。樹莓派每天均在步驟一中設(shè)定的時(shí)間點(diǎn)驅(qū)動攝像頭拍攝白色粘板，獲取原始圖。

步驟三、樹莓派通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)向云服務(wù)器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)查詢當(dāng)前的白色粘板類型，確定當(dāng)前捕獲的害蟲種類。

步驟四、樹莓派對原始圖灰度化處理后，再進(jìn)行直方圖均衡化處理，得到灰度圖，并設(shè)定全局閾值t，t取0～255中的一個(gè)值。

步驟五、用t值分割灰度圖，獲得第一像素組h1和第二像素組h2，第一像素組h1為所有灰度值大于t的像素集合，第二像素組h2為所有灰度值小于或等于t的像素集合。

步驟六、計(jì)算第一像素組h1內(nèi)像素的平均值m1，計(jì)算第二像素組h2內(nèi)像素的平均值m2。若t與m1、m2平均值的差值大于預(yù)設(shè)值a，5≤a≤20，則取新的t等于m1和m2的平均值，且重復(fù)步驟五。若t與m1、m2平均值的差值小于預(yù)設(shè)值a，則將第一像素組h1內(nèi)所有像素的像素值變?yōu)?55，將第二像素組h2內(nèi)所有像素的像素值變?yōu)?，得到分割圖。

步驟七、對分割圖進(jìn)行開運(yùn)算操作，得到減噪圖。

步驟八、對減噪圖進(jìn)行3×3中值濾波，消除圖中的脈沖噪聲以及椒鹽噪聲，得到計(jì)數(shù)圖。在計(jì)數(shù)圖中，黑色區(qū)域即為害蟲。由于粘在白色粘板上的害蟲會相互粘連，故圖中黑色區(qū)域有大有小。計(jì)數(shù)圖的一張示例圖如圖2所示。

步驟九、計(jì)數(shù)圖中害蟲粘連形成的每個(gè)黑色區(qū)域均視為一個(gè)連通域。獲取每個(gè)連通域的輪廓，并由輪廓計(jì)算出每個(gè)連通域的面積。調(diào)用當(dāng)前白色粘板類型對應(yīng)的害蟲數(shù)量運(yùn)算函數(shù)表達(dá)式，計(jì)算出每個(gè)連通域中的害蟲數(shù)量。將所有連通域害蟲數(shù)量相加，得出白色粘板上的害蟲總數(shù)量nai，i為白色粘板更換后經(jīng)過的天數(shù)。

害蟲數(shù)量運(yùn)算函數(shù)表達(dá)式的求取方式如下：拍攝b張害蟲樣圖，200≤b≤600，記錄下各害蟲樣圖內(nèi)各個(gè)連通域的害蟲數(shù)量，對所有害蟲樣圖進(jìn)行步驟四、五、六、七和八操作，得到b張?zhí)幚順訄D。計(jì)算所有處理樣圖中各個(gè)連通域的面積。在橫坐標(biāo)為連通域面積，縱坐標(biāo)為害蟲數(shù)量的坐標(biāo)系中進(jìn)行描點(diǎn)，得到離散點(diǎn)；再將所得離散點(diǎn)擬合成一條曲線，該曲線的函數(shù)表達(dá)式即所求的害蟲數(shù)量運(yùn)算函數(shù)表達(dá)式。

若當(dāng)天為白色粘板更換后的第一天；則白色粘板上的害蟲總數(shù)量nai即為當(dāng)天的害蟲捕獲數(shù)量ni。

若當(dāng)天不為白色粘板更換后的第一天；取白色粘板上的害蟲總數(shù)量nai減去前一天白色粘板上的害蟲總數(shù)量na(i-1)的值為第一運(yùn)算值nb。將當(dāng)天得到的每個(gè)連通域面積分別減去前一天對應(yīng)位置處的連通域面積，得到各個(gè)連通域增量面積。調(diào)用對應(yīng)白色粘板類型的害蟲數(shù)量運(yùn)算函數(shù)表達(dá)式，計(jì)算出每個(gè)連通域增量面積對應(yīng)的害蟲數(shù)量。將所有連通域增量面積對應(yīng)的害蟲數(shù)量相加，得出第二運(yùn)算值nc。當(dāng)天的害蟲捕獲數(shù)量ni等于第一運(yùn)算值nb與第二運(yùn)算值nc的平均值。

步驟十、樹莓派通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)向云服務(wù)器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)發(fā)送當(dāng)天的害蟲捕獲數(shù)量ni、溫度值、濕度值、下雨情況以及當(dāng)天拍攝的原始圖。云服務(wù)器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將收到的原始圖以使用地的id號+日期命名。云服務(wù)器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)以id號、使用地、日期、害蟲種類、害蟲數(shù)量、當(dāng)日平均溫度、當(dāng)日相對濕度和當(dāng)日是否下雨為表頭生成表格，并自動繪制溫度、濕度、下雨情況與蟲量的關(guān)系曲線圖。用戶登錄后能夠在網(wǎng)頁上查看對應(yīng)id號的表格和關(guān)系曲線圖，并能夠在云服務(wù)器中選擇將所有歷史蟲害數(shù)據(jù)導(dǎo)出到本地，省去人工抄寫數(shù)據(jù)的麻煩。