本發(fā)明涉及一種自動(dòng)采集裝置，尤其是一種野外環(huán)境昆蟲圖像自動(dòng)采集裝置。

背景技術(shù)：

要實(shí)現(xiàn)對(duì)病蟲危害的有效防治，必須對(duì)田間蟲口密度進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，根據(jù)病蟲的圖像信息自動(dòng)識(shí)別各種害蟲的種類已成為可能。

國內(nèi)外學(xué)者已有對(duì)棉花昆蟲、橘小實(shí)蠅、小麥和谷物害蟲等進(jìn)行圖像處理和分類研究的報(bào)道，部分商品化的昆蟲圖像處理軟件也有相關(guān)應(yīng)用。但是，關(guān)于昆蟲圖像的實(shí)時(shí)自動(dòng)采集方法和裝置的研究，目前尚處于空白。實(shí)現(xiàn)昆蟲自動(dòng)識(shí)別的前提是獲得完整、清晰的昆蟲圖像，提取的識(shí)別特征是否有效，在很大程度上取決于獲得的圖像質(zhì)量，而圖像的質(zhì)量主要取決于圖像采集裝置和圖像獲取的方法。目前進(jìn)行的關(guān)于昆蟲圖像識(shí)別研究，幾乎都是在特定條件下進(jìn)行的，與野外昆蟲的形態(tài)有較大的差異。在現(xiàn)實(shí)中，需要實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地獲取某個(gè)區(qū)域昆蟲種群數(shù)量，以指導(dǎo)生產(chǎn)和實(shí)踐。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種野外環(huán)境昆蟲圖像自動(dòng)采集裝置，為昆蟲的自動(dòng)識(shí)別和病蟲害防治提供了一種有效的手段。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：野外環(huán)境昆蟲圖像自動(dòng)采集裝置由計(jì)算機(jī)、采集工作臺(tái)及其橫向進(jìn)給系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。選用160W自鎮(zhèn)流熒光高壓汞燈為引誘光源，誘集的昆蟲爬附于白色采集工作臺(tái)幕布上；控制系統(tǒng)控制橫向進(jìn)給系統(tǒng)和幕布驅(qū)動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)采集工作臺(tái)的x向運(yùn)動(dòng)和白色采集工作臺(tái)幕布的z向運(yùn)動(dòng)；為了采集到幕布上不同時(shí)間段被攝的昆蟲數(shù)量，每隔30rain實(shí)時(shí)掃描拍攝多幅圖像；利用攝像機(jī)和圖像采集卡拍攝爬附有昆蟲的采集工作臺(tái)幕布，計(jì)算機(jī)獲取昆蟲圖像；通過計(jì)算機(jī)與控制系統(tǒng)相連，實(shí)現(xiàn)圖像采集裝置運(yùn)動(dòng)和自動(dòng)。

所述橫向進(jìn)給系統(tǒng)由采集工作臺(tái)電動(dòng)機(jī)、絲杠、驅(qū)動(dòng)器、微控制器組成。該系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)采集工作臺(tái)的橫向(X向)運(yùn)動(dòng)。工作時(shí)，微控制器控制電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)與絲杠直連，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，絲杠帶動(dòng)采集工作臺(tái)，實(shí)現(xiàn)采集工作臺(tái)沿x向橫移，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n=30r／min。采集工作臺(tái)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為56BYG250C—SASSBL一041，驅(qū)動(dòng)器采用SH一20403。由于采集工作臺(tái)負(fù)載較小，精度要求不高，故橫向進(jìn)給系統(tǒng)的工作過程采用開環(huán)控制。

所述采集工作臺(tái)由幕布驅(qū)動(dòng)裝置、昆蟲采集幕布(250mm×500mm)和機(jī)架組成，誘集昆蟲爬附在白色采集幕布上，以便于昆蟲圖像的拍攝和獲取。采集幕布使用聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(的確良)白布，一方面可以采集到自然狀態(tài)下稻飛虱的樣本圖像；另一方面，圖像背景顏色單一，方便后續(xù)圖像處理。幕布驅(qū)動(dòng)裝置的主要部件是一臺(tái)PX245—11A(OPIENTALMOTORCO．LTD)幕布驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)器為KA一022W8。幕布電動(dòng)機(jī)與主動(dòng)輥直連，工作時(shí)，幕布電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)主動(dòng)輥旋轉(zhuǎn)，主動(dòng)輥和從動(dòng)輥上覆蓋摩擦系數(shù)較大的襯套，主動(dòng)輥通過與幕布的摩擦帶動(dòng)從動(dòng)輥旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)采集工作臺(tái)幕布的z向運(yùn)動(dòng)。

所述圖像采集系統(tǒng)由攝像機(jī)、安裝于攝像機(jī)上的顯微變焦距鏡頭、拍攝光源、攝像機(jī)支架、光源支架、攝像機(jī)工作臺(tái)和光源工作臺(tái)組成。攝像機(jī)安裝在支架上，其上下位置及與采集幕布之間的距離均可調(diào)。拍攝光源置于白色采集幕布與攝像機(jī)之間，其上下位置及與攝像機(jī)之間的距離亦可單獨(dú)調(diào)整。CCD攝像機(jī)為WC—CP470／CH彩色數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，選用Computar的MLM3X—MP顯微變焦距鏡頭，用于顯微攝像(稻飛虱大小為3～5mm)。野外拍攝光源采用OPT—DPl024—4HT環(huán)形冷光源。調(diào)節(jié)鏡頭與幕布的距離(物距)、焦距、放大倍數(shù)等參數(shù)，直到圖像清晰時(shí)，測(cè)得的物距為220mm，放大倍數(shù)為0．3X，在該參數(shù)下，圖像采集區(qū)域約為50mm*50mm。

所述圖像采集控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、微控制器、驅(qū)動(dòng)器、圖像采集卡組成。微控制器通過驅(qū)動(dòng)器控制采集工作臺(tái)x向運(yùn)動(dòng)和白色采集幕布z向運(yùn)動(dòng)，計(jì)算機(jī)既用來控制攝像機(jī)和圖像采集卡獲取圖像，又通過微控制器實(shí)現(xiàn)圖像采集裝置運(yùn)動(dòng)和圖像自動(dòng)拍攝的協(xié)調(diào)控制。

所述圖像采集裝置的微控制器主要用來控制采集工作臺(tái)的x向運(yùn)動(dòng)及采集幕布z向運(yùn)動(dòng)。P0．0控制采集工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度，P0．1控制采集工作臺(tái)VCCON'D-lI運(yùn)動(dòng)方向，P2．1為使能端，高電平有效；P0．2控制采集幕布運(yùn)動(dòng)速度，P0．3控制采集幕布運(yùn)動(dòng)方向，1'2．0接使能端，高電平有效；P3．2、P3．3、P3．4和P3．5分別為開始、停止、x向和z向運(yùn)行按鍵。

圖像采集裝置的通信是計(jì)算機(jī)和微控制器通過異步串行通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。利用微控制器AT89C52中的串行口RXD(P3．0)和TXD(P3．1)，通過具有雙向轉(zhuǎn)換功能的MAX232芯片進(jìn)行電平和邏輯關(guān)系的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)微控制器與計(jì)算機(jī)連接。

本發(fā)明的有益效果是：野外環(huán)境昆蟲圖像自動(dòng)采集裝置完成了田問昆蟲的圖像采集工作，獲取處于自然狀態(tài)下昆蟲圖像，避免標(biāo)本圖像變形以及不完整的問題。能實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地獲取某個(gè)區(qū)域昆蟲種群數(shù)量。

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1是野外環(huán)境昆蟲圖像自動(dòng)采集裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是微控制器系統(tǒng)圖。

圖3是圖像采集程序框圖。

圖中，1．底座，2．光源工作臺(tái)，3．采集工作臺(tái)電動(dòng)機(jī)，4．絲杠，5．幕布電動(dòng)機(jī)，6．主動(dòng)輥，7．機(jī)架，8．從動(dòng)輥，9．幕布，10．拍攝光源，11．顯微變焦距鏡頭，12．?dāng)z像機(jī)，13．?dāng)z像機(jī)支架，14．?dāng)z像機(jī)工作臺(tái)，15．光源支架。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1，野外環(huán)境昆蟲圖像自動(dòng)采集裝置由計(jì)算機(jī)、采集工作臺(tái)及其橫向進(jìn)給系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。選用160W自鎮(zhèn)流熒光高壓汞燈為引誘光源，誘集的昆蟲爬附于白色采集工作臺(tái)幕布上；控制系統(tǒng)控制橫向進(jìn)給系統(tǒng)和幕布驅(qū)動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)采集工作臺(tái)的x向運(yùn)動(dòng)和白色采集工作臺(tái)幕布的z向運(yùn)動(dòng)；為了采集到幕布上不同時(shí)間段被攝的昆蟲數(shù)量，每隔30rain實(shí)時(shí)掃描拍攝多幅圖像；利用攝像機(jī)12和圖像采集卡拍攝爬附有昆蟲的采集工作臺(tái)幕布，計(jì)算機(jī)獲取昆蟲圖像；通過計(jì)算機(jī)與控制系統(tǒng)相連，實(shí)現(xiàn)圖像采集裝置運(yùn)動(dòng)和自動(dòng)。

所述橫向進(jìn)給系統(tǒng)由采集工作臺(tái)電動(dòng)機(jī)3、絲杠4、驅(qū)動(dòng)器、微控制器組成。該系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)采集工作臺(tái)的橫向(X向)運(yùn)動(dòng)。工作時(shí)，微控制器控制電動(dòng)機(jī)3正、反轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)3與絲杠4直連，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，絲杠4帶動(dòng)采集工作臺(tái)，實(shí)現(xiàn)采集工作臺(tái)沿x向橫移，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n=30r／min。

所述采集工作臺(tái)由幕布驅(qū)動(dòng)裝置、昆蟲采集幕布9(250mm×500mm)和機(jī)架7組成，誘集昆蟲爬附在白色采集幕布9上，以便于昆蟲圖像的拍攝和獲取。采集幕布9使用聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(的確良)白布，一方面可以采集到自然狀態(tài)下稻飛虱的樣本圖像；另一方面，圖像背景顏色單一，方便后續(xù)圖像處理。幕布驅(qū)動(dòng)裝置的主要部件是一臺(tái)PX245—11A(OPIENTALMOTORCO．LTD)幕布驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)5，驅(qū)動(dòng)器為KA一022W8。幕布電動(dòng)機(jī)5與主動(dòng)輥6直連，工作時(shí)，幕布電動(dòng)機(jī)5帶動(dòng)主動(dòng)輥6旋轉(zhuǎn)，主動(dòng)輥6和從動(dòng)輥8上覆蓋摩擦系數(shù)較大的襯套，主動(dòng)輥6通過與幕布9的摩擦帶動(dòng)從動(dòng)輥8旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)采集工作臺(tái)幕布9的z向運(yùn)動(dòng)。

所述圖像采集系統(tǒng)由攝像機(jī)12、安裝于攝像機(jī)上的顯微變焦距鏡頭11、拍攝光源10、攝像機(jī)支架13、光源支架15、攝像機(jī)工作臺(tái)14和光源工作臺(tái)2組成。攝像機(jī)12安裝在支架13上，其上下位置及與采集幕布9之間的距離均可調(diào)。拍攝光源10置于白色采集幕布9與攝像機(jī)12之間，其上下位置及與攝像機(jī)12之間的距離亦可單獨(dú)調(diào)整。CCD攝像機(jī)12為WC—CP470／CH彩色數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，選用Computar的MLM3X—MP顯微變焦距鏡頭11，用于顯微攝像(稻飛虱大小為3～5mm)。野外拍攝光源10采用OPT—DPl024—4HT環(huán)形冷光源。調(diào)節(jié)鏡頭11與幕布9的距離(物距)、焦距、放大倍數(shù)等參數(shù)，直到圖像清晰時(shí)，測(cè)得的物距為220mm，放大倍數(shù)為0．3X，在該參數(shù)下，圖像采集區(qū)域約為50mm*50mm。

如圖2，所述圖像采集裝置的微控制器主要用來控制采集工作臺(tái)的x向運(yùn)動(dòng)及采集幕布z向運(yùn)動(dòng)，其系統(tǒng)圖見圖2。P0．0控制采集工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度，P0．1控制采集工作臺(tái)VCCON'D-lI運(yùn)動(dòng)方向，P2．1為使能端，高電平有效；P0．2控制采集幕布運(yùn)動(dòng)速度，P0．3控制采集幕布運(yùn)動(dòng)方向，1'2．0接使能端，高電平有效；P3．2、P3．3、P3．4和P3．5分別為開始、停止、x向和z向運(yùn)行按鍵。

如圖3，圖像采集過程為：首先系統(tǒng)上電，利用鍵盤手動(dòng)調(diào)整采集工作臺(tái)到達(dá)初始拍攝區(qū)域，幕布z向位移50mm，向計(jì)算機(jī)發(fā)出信號(hào)，z向電動(dòng)機(jī)停止1s以拍攝圖像(避免拖尾現(xiàn)象造成圖像模糊，露尾甲等運(yùn)動(dòng)速度較快昆蟲也可能存在圖像模糊的現(xiàn)象)，如此連續(xù)工作9次。然后采集工作臺(tái)x向位移50mm后停止，執(zhí)行z向工作，重復(fù)4次后采集工作臺(tái)返回初始位置。最后攝像機(jī)將圖像信息通過電纜輸入到圖像采集卡的圖像輸入端，計(jì)算機(jī)運(yùn)行圖像捕捉程序，并按要求將圖像保存到指定文件夾。這樣往返拍攝，便可將幕布區(qū)域全部掃描完畢。為了統(tǒng)計(jì)不同時(shí)間段昆蟲被攝的數(shù)量，每隔30min重復(fù)1次操作。