一种基于4G网络传输的红外相机哺乳动物自动识别方法与流程

一种基于4g网络传输的红外相机哺乳动物自动识别方法
技术领域
1.本发明涉及生物监测技术领域，具体为一种基于4g网络传输的红外相机哺乳动物自动识别方法。


背景技术：

2.生物多样性保护是实现人类可持续发展的必由之路，其中哺乳动物物种丰富、涉及范围广，其生存状态与栖息地环境息息相关。作为在生物多样性保护领域中对生态环境具有重要指示的生物类群，其保护工作一直在全国范围内持续开展。目前，野外哺乳动物监测一直是耗时费力的工作，一般采用人为追踪哺乳动物的痕迹、定点蹲守以及红外照片人工判读方式，该种方式效率较低，且人工劳动强度较大。伴随人工智能技术发展以及生物多样性保护需求的增长，深度学习在生物多样性保护监测领域已有很多应用案例。为此，我们提出一种基于4g网络传输的红外相机哺乳动物自动识别方法，相较于传统人工判读、分类与记录，在效率上表现出色，解放了人力物力，具有广泛的监测应用场景。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种基于4g网络传输的红外相机哺乳动物自动识别方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
5.一种基于4g网络传输的红外相机哺乳动物自动识别方法，所述方法应用于自动识别系统，所述自动识别系统包括：采集模块、数据处理模块、哺乳动物数据库以及非哺乳动物数据库；其中，所述方法包括如下步骤：
6.s1：当动物进入监测区域后，触发采集模块，通过采集模块采集监测区域的动物图像数据，并发送至数据处理模块；
7.s2：所述数据处理模块将接收到的所述动物图像数据与哺乳动物数据库中的数据特征进行匹配分析，获得识别分类结果数据；
8.s3：若所述识别分类结果数据为哺乳动物，则将所述动物红外图像数据进行标注和描述后存储进所述哺乳动物数据库，若所述识别分类结果数据为非哺乳动物，则将所述动物红外图像数据存储至非哺乳动物数据库。
9.进一步改进在于，所述哺乳动物数据库的建立步骤包括以下步骤：
10.(1)数据预处理
11.对收集的哺乳动物图片资源进行数据标注和核定，获得哺乳动物种类核定数据，将所述哺乳动物种类核定数据进行增广处理和数据划分，其中，数据划分具体为将哺乳动物种类核定数据以相应的比例划分为训练集、测试集以及验证集；
12.(2)哺乳动物检测-识别模型构建
13.将所述训练集输入至训练模型中，进行批次训练，每间隔2个批次保存一次训练模型并存储在存储介质上，其中，所述训练模型为swim transformer模型；
14.将所述验证集输入至进行完所有批次训练导出的训练模型中进行网络层的参数优化，获得损失函数最低识别模型并存储在存储介质上；
15.将所述验证集输入至所述损失函数最低的识别模型中得到精度最优的哺乳动物检测-识别模型并存储在存储介质上，从而获得哺乳动物数据库。
16.进一步改进在于，所述增广处理包括以下至少一种：
17.a、对所述样本集、测试集、验证集进行图像角度旋转、图像切割、图像色彩变换。
18.b、将训练集、测试集和验证集图片资源进行归一化处理，将所述训练集、测试集以及验证集中的图像调整为同一尺寸大小。
19.进一步改进在于，所述采集模块包括红外监测设备主体；其中，
20.所述红外监测设备主体包括镜头部，所述红外监测设备主体上设有供气件以及喷气清洁件，所述喷气清洁件包括出气部以及驱动部，所述出气部通过供气件供入的气体对镜头部清洁，所述驱动部由供气件供入的气体驱使出气部相对于镜头部移动。
21.进一步改进在于，所述供气件包括设于红外监测设备主体上的进气壳，所述进气壳上插设有轴体，轴体位于所述进气壳外侧的一端设有叶轮一，位于进气壳内侧的一端设有引风扇叶，所述进气壳外壁设有多组单向进气管以及单向出气软管，所述单向出气软管另一端与出气部的输入端连通。
22.进一步改进在于，所述出气部包括滑动设于红外监测设备主体上的喷气座，所述喷气座包括进气口和出气口，所述喷气座的进气口与单向出气软管连通，所述喷气座的出气口设有相连通的出气嘴，所述出气嘴沿与镜头部轴线垂直的方向延伸，所述出气嘴位于镜头部外侧，所述出气嘴横截面呈矩形，且出气嘴内朝向镜头部端部的一侧壁面与镜头部远离红外监测设备主体的一侧端面平行且处于同一水平面。
23.进一步改进在于，所述进气壳上设有用于检测进气壳内部气压的压力传感器，所述单向出气软管内设有电磁阀，所述压力传感器接收进气壳内部气压信号，并传递给外界控制模块，由外界控制模块驱动电磁阀工作。
24.进一步改进在于，所述驱动部包括导轨、滑块、弹簧、叶轮二、缺齿齿轮以及齿条，所述导轨设于红外监测设备主体上，所述滑块一端连接喷气座，另一端置于导轨内，所述滑块与导轨一侧内壁设有弹簧，所述叶轮二设于喷气座内，由进入喷气座内的气体驱使旋转，所述缺齿齿轮套设于叶轮二的轴体一端并位于喷气座外侧，所述齿条(设于导轨一侧并与缺齿齿轮啮合，所述缺齿齿轮旋转时与齿条配合驱使滑块沿导轨移动。
25.进一步改进在于，其中一组所述单向进气管远离进气壳的一端与红外监测设备主体内腔连通，所述红外监测设备主体外壁设有进气孔。
26.进一步改进在于，所述进气壳顶部设有筒状滤网，所述筒状滤网罩设于叶轮一外侧，所述轴体位于进气壳外侧的一端贯穿筒状滤网并套设有清洁部，所述清洁部竖截面呈l形，用于随轴体旋转对筒状滤网外壁清洁。
27.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
28.(1)本发明通过采集模块采集指定监测区域的动物图像数据，并将动物图像数据与哺乳动物数据库中的数据特征进行匹配分析，获得识别分类结果数据，并根据识别分类结果数据保存至哺乳动物数据库或非哺乳动物数据库，有效降低人力成本、时间成本，能够实时监测野外固定位置区域的生物活动、物种类别与数量，有利于生物多样性保护应用与
推广；
29.(2)本发明通过采集模块中的红外监测设备主体采集指定监测区域的动物图像数据，在红外监测设备主体上设有供气件以及喷气清洁件，在使用过程中，供气件可由外界风流驱使向喷气清洁件中的出气部供入具有一定压力的气体，通过出气部喷出的气体冲击镜头部表壁，一方面避免镜头部上残留灰尘影响到红外监测设备主体采集图像的质量，另一方面不会对镜头部造成遮挡影响红外监测设备主体进行图像采集，同时出气部在喷出气体时使得驱动部带动出气部移动，保证对镜头部的清洁范围。
附图说明
30.图1为本发明结构示意图；
31.图2为本发明结构另一视角结构示意图；
32.图3为本发明图1结构正视图；
33.图4为本发明图3结构a-a结构示意图；
34.图5为本发明中导轨结构示意图。
35.图6为本发明中喷气座结构剖视图。
36.图中：1、红外监测设备主体；101、镜头部；2、进气壳；3、叶轮一；4、引风扇叶；5、压力传感器；6、单向出气软管；7、喷气座；8、出气嘴；9、导轨；10、滑块；11、叶轮二；12、缺齿齿轮；13、齿条；14、单向进气管；15、筒状滤网；16、清洁部。
具体实施方式
37.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。
38.实施例1
39.一种基于4g网络传输的红外相机哺乳动物自动识别方法，该方法应用于自动识别系统，自动识别系统包括：采集模块、数据处理模块、哺乳动物数据库、非哺乳动物数据库；采集模块，用于采集指定监测区域的动物图像数据并发送至数据处理模块；数据处理模块通过4g网络与采集模块连接；哺乳动物数据库用于存储哺乳动物数据；其中，该方法，包括以下步骤：
40.s1：当动物进入监测区域后，触发采集模块，通过采集模块采集监测区域的动物图像数据，并发送至数据处理模块；
41.s2：数据处理模块将接收到的动物图像数据与哺乳动物数据库中的数据特征进行匹配分析，获得识别分类结果数据；
42.s3：若识别分类结果数据为哺乳动物，则将动物红外图像数据进行标注和描述后存储进哺乳动物数据库，若识别分类结果数据为非哺乳动物，则将动物红外图像数据存储至非哺乳动物数据库。具体来说，若动物红外图像数据中判别存在哺乳动物生命体，则将物种出现在图片中的位置以红色矩阵框、灰色底部白色文字描述直接在图片中标注，并将识别处理后的图片存储在哺乳动物数据库的指定路径下；将视频连续帧进行处理并在每一帧
的视频资源中以红色矩阵框标注物种出现位置、以灰色底部白色文字进行类别描述，同时将识别分类结果、识别处理后的图片/视频资源的文件路径存储到哺乳动物数据库中。若动物红外图像数据中判别不存在哺乳动物生命体，则将采集的动物红外图像数据传输至非哺乳动物数据库保存，用于人工的复查。
43.作为优选的，本实施例的哺乳动物数据库的建立步骤包括以下步骤：
44.(1)数据预处理
45.对收集的哺乳动物图片资源进行数据标注和核定，获得哺乳动物种类核定数据，将哺乳动物种类核定数据进行增广处理和数据划分，其中，数据划分具体为将哺乳动物种类核定数据以相应的比例划分为训练集、测试集以及验证集；具体来说，对收集的哺乳动物图片资源进行数据标注和核定方法如下：组织人员对生物多样性调查期间拍摄的哺乳类图片资源以及网站物种图片资源进行数据标定工作；选择物种主体突出、物种在图片中物种个体特征较为明显的图片资源并按照物种进行分类存储，并对分类后的数据进行核定；每个类群物种核定的图片以coco数据集格式进行数据标定；更具体来说，进行数据标注和核定的哺乳类动物有：鬣羚、狍、岩羊、猪獾、羚牛、亚洲狗獾、草兔、水鹿、梅花鹿、小泡巨鼠、赤狐、针毛鼠、喜马拉雅旱獭、北山羊、盘羊、小家鼠、褐家鼠、蒙古野驴等84种哺乳类动物。
46.(2)哺乳动物检测-识别模型构建
47.将训练集输入至训练模型中，进行批次训练，每间隔2个批次保存一次训练模型并存储在存储介质上，其中，训练模型为swim transformer模型；
48.将验证集输入输入至进行完所有批次训练导出的训练模型中进行网络层的参数优化，获得损失函数最低识别模型并存储在存储介质上；
49.将验证集输入至损失函数最低的识别模型中得到精度最优的哺乳动物检测-识别模型并存储在存储介质上，从而获得哺乳动物数据库。
50.作为优选的，本实施例的增广处理包括以下至少一种：
51.a、对样本集、测试集、验证集进行图像角度旋转、图像切割、图像色彩变换，以便得到得到丰富度多一倍的数据集；
52.b、将训练集、测试集和验证集图片资源进行归一化处理，将训练集、测试集以及验证集中的图像调整为同一尺寸大小，以获得最优的识别分类效果。
53.请参阅图1，作为优选的，本实施的采集模块包括红外监测设备主体1，具体来说，红外监测设备主体1是一种红外触发式拍照与录像设备，在指定的区域进行红外监测设备主体1安装用于监测该区域，当有动物进入监测区域时会自动获取实时的红外图片资源以及视频资源，具体为：在有动物进入到监测区域时，允许一种或多种生物存在，红外监测设备主体1在会0.5s内被触发并获取一组连续的红外图片及视频资源。更具体来说，在本实施例中，红外监测设备主体1可安装在某市国家自然保护地，结合以往调查的材料以及现场动物留下来的活动痕迹，确定安装区域，在区域内将红外监测设备安装在距离体面1.5m的位置，红外触发视角区域监测区域重合；其中，
54.红外监测设备主体1包括镜头部101，镜头部101属于红外监测设备主体1中的常规结构，在此不另做详述。红外监测设备主体1上设有供气件以及喷气清洁件，从附图1-2可看出，喷气清洁件至少设有两组，喷气清洁件包括出气部以及驱动部，出气部通过供气件供入的气体对镜头部101清洁，驱动部由供气件供入的气体驱使出气部相对于镜头部101移动。
通过供气件向出气部供入气体，使得驱动部带动出气部相对于镜头部101移动，利用喷出的气体对镜头部101端部外壁清洁，以避免镜头部101端部外壁上沾染的灰尘等影响到红外监测设备主体1的采集质量，同时不干涉红外监测设备主体1进行采集工作。
55.请参阅图2-4，作为优选的，本实施的供气件包括设于红外监测设备主体1上的进气壳2，进气壳2为封闭式结构，用于储存气体，进气壳2上插设有轴体，轴体与进气壳2的连接处可采用轴承连接，轴体位于进气壳2外侧的一端设有叶轮一3，位于进气壳2内侧的一端设有引风扇叶4，进气壳2外壁设有多组单向进气管14以及单向出气软管6，单向出气软管6另一端与出气部的输入端连通，单向进气管14使得外界的气体进入进气壳2，进气壳2内的气体不会从单向进气管14排出，单向出气软管6使得进气壳2内的气体排出不会回流，单向进气管14或单向出气软管6例如包括管体以及单向阀。
56.作为优选的，本实施的出气部包括滑动设于红外监测设备主体1上的喷气座7，喷气座7包括进气口和出气口，喷气座7的进气口与单向出气软管6连通，喷气座7的出气口设有相连通的出气嘴8。气体从单向出气软管6进入喷气座7内后从出气嘴8喷出。出气嘴8沿与镜头部101轴线垂直的方向延伸，出气嘴8位于镜头部101外侧，出气嘴8从镜头部101外侧喷出气体对镜头部101的端部外壁清洁。出气嘴8横截面呈矩形，且出气嘴8内朝向镜头部101端部的一侧壁面与镜头部101远离红外监测设备主体1的一侧端面平行且处于同一水平面，该种方式，使得出气嘴8喷出的气体与镜头部101端部外壁处于同一平面，提高气体对镜头部101端部外壁灰尘等冲击强度，进而提高对镜头部101的清洁质量。
57.作为优选的，本实施例的进气壳2上设有用于检测进气壳2内部气压的压力传感器5，压力传感器5可采用型号为gps-bta的气体压力传感器，当然，也不限于该一种型号。单向出气软管6内设有电磁阀，压力传感器5接收进气壳2内部气压信号，并传递给外界控制模块，由外界控制模块驱动电磁阀工作，通过压力传感器5检测进气壳2内部气压，使得进气壳2内部气压达到预设阈值时，才发送信号给外界控制模块，由外界控制模块驱动电磁阀打开排出气体，以保证从出气嘴8喷出的气体具有足够的冲击力，进而保证气体冲击清洁镜头部101的清洁质量，例如，外界控制模块为plc控制器。
58.请参阅5-6，作为优选的，本实施例的驱动部包括导轨9、滑块10、弹簧、叶轮二11、缺齿齿轮12、以及齿条13，导轨9设于红外监测设备主体1上，从附图1可看出，导轨9位于镜头部101的一侧，且导轨9与镜头部101的一侧直径平行。滑块10一端连接喷气座7，另一端置于导轨9内，滑块10与导轨9一侧内壁设有弹簧(图中未示出)，用于带动滑块10复位。叶轮二11设于喷气座7内，由进入喷气座7内的气体驱使旋转，叶轮二11与喷气座7的进气口对应。缺齿齿轮12套设于叶轮二11的轴体(叶轮轴)一端并位于喷气座7外侧，齿条13设于导轨9一侧并与缺齿齿轮12啮合，缺齿齿轮12旋转时与齿条13配合驱使滑块10沿导轨9移动。
59.作为优选的，本实施例的其中一组单向进气管14远离进气壳2的一端与红外监测设备主体1内腔连通，红外监测设备主体1外壁设有进气孔。通过进气孔以便红外监测设备主体1在正常使用时进行散热，其中一组单向进气管14与进气壳2连通，使得红外监测设备主体1内的热量可被抽入至进气壳2，一方面起到辅助红外监测设备主体1散热的作用，另一方面使得从出气嘴8喷出的气体具有温度，可在冬天时，去除镜头部101端部外壁的水汽等。
60.作为优选的，本实施例的进气壳2顶部设有筒状滤网15，筒状滤网15罩设于叶轮一3外侧，轴体位于进气壳2外侧的一端贯穿筒状滤网15并套设有清洁部16，清洁部16竖截面
呈l形，用于随轴体旋转对筒状滤网15进行清洁。通过筒状滤网15在风流吹动叶轮一3时对风流进行过滤，避免风流中残留的灰尘、颗粒等造成叶轮一3损坏，在叶轮一3旋转时，清洁部16围绕筒状滤网15旋转，对筒状滤网15外壁清洁，避免筒状滤网15堵塞，保证外界风流稳定进出筒状滤网15驱使叶轮一3旋转。
61.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。