野外环境昆虫图像自动采集装置的制作方法

本发明涉及一种自动采集装置，尤其是一种野外环境昆虫图像自动采集装置。

背景技术：

要实现对病虫危害的有效防治，必须对田间虫口密度进行准确预测。随着科学技术发展，根据病虫的图像信息自动识别各种害虫的种类已成为可能。

国内外学者已有对棉花昆虫、橘小实蝇、小麦和谷物害虫等进行图像处理和分类研究的报道，部分商品化的昆虫图像处理软件也有相关应用。但是，关于昆虫图像的实时自动采集方法和装置的研究，目前尚处于空白。实现昆虫自动识别的前提是获得完整、清晰的昆虫图像，提取的识别特征是否有效，在很大程度上取决于获得的图像质量，而图像的质量主要取决于图像采集装置和图像获取的方法。目前进行的关于昆虫图像识别研究，几乎都是在特定条件下进行的，与野外昆虫的形态有较大的差异。在现实中，需要实时、动态地获取某个区域昆虫种群数量，以指导生产和实践。

技术实现要素：

本发明提出了一种野外环境昆虫图像自动采集装置，为昆虫的自动识别和病虫害防治提供了一种有效的手段。

本发明所采用的技术方案是：野外环境昆虫图像自动采集装置由计算机、采集工作台及其横向进给系统、图像采集系统和控制系统等组成。选用160W自镇流荧光高压汞灯为引诱光源，诱集的昆虫爬附于白色采集工作台幕布上；控制系统控制横向进给系统和幕布驱动装置，实现采集工作台的x向运动和白色采集工作台幕布的z向运动；为了采集到幕布上不同时间段被摄的昆虫数量，每隔30rain实时扫描拍摄多幅图像；利用摄像机和图像采集卡拍摄爬附有昆虫的采集工作台幕布，计算机获取昆虫图像；通过计算机与控制系统相连，实现图像采集装置运动和自动。

所述横向进给系统由采集工作台电动机、丝杠、驱动器、微控制器组成。该系统主要实现采集工作台的横向(X向)运动。工作时，微控制器控制电动机正、反转，电动机与丝杠直连，将旋转运动转换为直线运动，丝杠带动采集工作台，实现采集工作台沿x向横移，电动机转速n=30r／min。采集工作台的步进电动机型号为56BYG250C—SASSBL一041，驱动器采用SH一20403。由于采集工作台负载较小，精度要求不高，故横向进给系统的工作过程采用开环控制。

所述采集工作台由幕布驱动装置、昆虫采集幕布(250mm×500mm)和机架组成，诱集昆虫爬附在白色采集幕布上，以便于昆虫图像的拍摄和获取。采集幕布使用聚对苯二甲酸乙二酯(的确良)白布，一方面可以采集到自然状态下稻飞虱的样本图像；另一方面，图像背景颜色单一，方便后续图像处理。幕布驱动装置的主要部件是一台PX245—11A(OPIENTALMOTORCO．LTD)幕布驱动电动机，驱动器为KA一022W8。幕布电动机与主动辊直连，工作时，幕布电动机带动主动辊旋转，主动辊和从动辊上覆盖摩擦系数较大的衬套，主动辊通过与幕布的摩擦带动从动辊旋转，从而实现采集工作台幕布的z向运动。

所述图像采集系统由摄像机、安装于摄像机上的显微变焦距镜头、拍摄光源、摄像机支架、光源支架、摄像机工作台和光源工作台组成。摄像机安装在支架上，其上下位置及与采集幕布之间的距离均可调。拍摄光源置于白色采集幕布与摄像机之间，其上下位置及与摄像机之间的距离亦可单独调整。CCD摄像机为WC—CP470／CH彩色数字摄像机，选用Computar的MLM3X—MP显微变焦距镜头，用于显微摄像(稻飞虱大小为3～5mm)。野外拍摄光源采用OPT—DPl024—4HT环形冷光源。调节镜头与幕布的距离(物距)、焦距、放大倍数等参数，直到图像清晰时，测得的物距为220mm，放大倍数为0．3X，在该参数下，图像采集区域约为50mm*50mm。

所述图像采集控制系统由计算机、微控制器、驱动器、图像采集卡组成。微控制器通过驱动器控制采集工作台x向运动和白色采集幕布z向运动，计算机既用来控制摄像机和图像采集卡获取图像，又通过微控制器实现图像采集装置运动和图像自动拍摄的协调控制。

所述图像采集装置的微控制器主要用来控制采集工作台的x向运动及采集幕布z向运动。P0．0控制采集工作台运动速度，P0．1控制采集工作台VCCON'D-lI运动方向，P2．1为使能端，高电平有效；P0．2控制采集幕布运动速度，P0．3控制采集幕布运动方向，1'2．0接使能端，高电平有效；P3．2、P3．3、P3．4和P3．5分别为开始、停止、x向和z向运行按键。

图像采集装置的通信是计算机和微控制器通过异步串行通信方式进行数据的发送和接收。利用微控制器AT89C52中的串行口RXD(P3．0)和TXD(P3．1)，通过具有双向转换功能的MAX232芯片进行电平和逻辑关系的转换，实现微控制器与计算机连接。

本发明的有益效果是：野外环境昆虫图像自动采集装置完成了田问昆虫的图像采集工作，获取处于自然状态下昆虫图像，避免标本图像变形以及不完整的问题。能实时、动态地获取某个区域昆虫种群数量。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是野外环境昆虫图像自动采集装置整体结构示意图。

图2是微控制器系统图。

图3是图像采集程序框图。

图中，1．底座，2．光源工作台，3．采集工作台电动机，4．丝杠，5．幕布电动机，6．主动辊，7．机架，8．从动辊，9．幕布，10．拍摄光源，11．显微变焦距镜头，12．摄像机，13．摄像机支架，14．摄像机工作台，15．光源支架。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1，野外环境昆虫图像自动采集装置由计算机、采集工作台及其横向进给系统、图像采集系统和控制系统等组成。选用160W自镇流荧光高压汞灯为引诱光源，诱集的昆虫爬附于白色采集工作台幕布上；控制系统控制横向进给系统和幕布驱动装置，实现采集工作台的x向运动和白色采集工作台幕布的z向运动；为了采集到幕布上不同时间段被摄的昆虫数量，每隔30rain实时扫描拍摄多幅图像；利用摄像机12和图像采集卡拍摄爬附有昆虫的采集工作台幕布，计算机获取昆虫图像；通过计算机与控制系统相连，实现图像采集装置运动和自动。

所述横向进给系统由采集工作台电动机3、丝杠4、驱动器、微控制器组成。该系统主要实现采集工作台的横向(X向)运动。工作时，微控制器控制电动机3正、反转，电动机3与丝杠4直连，将旋转运动转换为直线运动，丝杠4带动采集工作台，实现采集工作台沿x向横移，电动机转速n=30r／min。

所述采集工作台由幕布驱动装置、昆虫采集幕布9(250mm×500mm)和机架7组成，诱集昆虫爬附在白色采集幕布9上，以便于昆虫图像的拍摄和获取。采集幕布9使用聚对苯二甲酸乙二酯(的确良)白布，一方面可以采集到自然状态下稻飞虱的样本图像；另一方面，图像背景颜色单一，方便后续图像处理。幕布驱动装置的主要部件是一台PX245—11A(OPIENTALMOTORCO．LTD)幕布驱动电动机5，驱动器为KA一022W8。幕布电动机5与主动辊6直连，工作时，幕布电动机5带动主动辊6旋转，主动辊6和从动辊8上覆盖摩擦系数较大的衬套，主动辊6通过与幕布9的摩擦带动从动辊8旋转，从而实现采集工作台幕布9的z向运动。

所述图像采集系统由摄像机12、安装于摄像机上的显微变焦距镜头11、拍摄光源10、摄像机支架13、光源支架15、摄像机工作台14和光源工作台2组成。摄像机12安装在支架13上，其上下位置及与采集幕布9之间的距离均可调。拍摄光源10置于白色采集幕布9与摄像机12之间，其上下位置及与摄像机12之间的距离亦可单独调整。CCD摄像机12为WC—CP470／CH彩色数字摄像机，选用Computar的MLM3X—MP显微变焦距镜头11，用于显微摄像(稻飞虱大小为3～5mm)。野外拍摄光源10采用OPT—DPl024—4HT环形冷光源。调节镜头11与幕布9的距离(物距)、焦距、放大倍数等参数，直到图像清晰时，测得的物距为220mm，放大倍数为0．3X，在该参数下，图像采集区域约为50mm*50mm。

如图2，所述图像采集装置的微控制器主要用来控制采集工作台的x向运动及采集幕布z向运动，其系统图见图2。P0．0控制采集工作台运动速度，P0．1控制采集工作台VCCON'D-lI运动方向，P2．1为使能端，高电平有效；P0．2控制采集幕布运动速度，P0．3控制采集幕布运动方向，1'2．0接使能端，高电平有效；P3．2、P3．3、P3．4和P3．5分别为开始、停止、x向和z向运行按键。

如图3，图像采集过程为：首先系统上电，利用键盘手动调整采集工作台到达初始拍摄区域，幕布z向位移50mm，向计算机发出信号，z向电动机停止1s以拍摄图像(避免拖尾现象造成图像模糊，露尾甲等运动速度较快昆虫也可能存在图像模糊的现象)，如此连续工作9次。然后采集工作台x向位移50mm后停止，执行z向工作，重复4次后采集工作台返回初始位置。最后摄像机将图像信息通过电缆输入到图像采集卡的图像输入端，计算机运行图像捕捉程序，并按要求将图像保存到指定文件夹。这样往返拍摄，便可将幕布区域全部扫描完毕。为了统计不同时间段昆虫被摄的数量，每隔30min重复1次操作。