双镜头窄带光谱昆虫辨识装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了双镜头窄带光谱昆虫辨识装置，包括：手持探头和双通道视频眼镜，所述手持探头上设置有第一摄像头、第二摄像头、第一视频接口、第二视频接口、白光灯、LED灯、第一开关、控制模块、及电池；所述的双镜头窄带光谱昆虫辨识装置还包括处理设备，用于根据昆虫和背景物的可见光-近红外反射光谱，获取昆虫与背景物的可见光-近红外反射光谱的差异谱，求取差异谱峰值的预设范围的波长。在查验时，由LED灯输出最大差异谱范围内的光线照射被测物体，增强昆虫与背景的反差，大大提高了昆虫的检出率。另外，通过双通道视频眼镜生成立体图像，可以减少平面斑块或空洞与立体物体的混淆，进一^步提高昆虫检出率。
【专利说明】双镜头窄带光谱昆虫辨识装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及昆虫识别【技术领域】，特别涉及一种双镜头窄带光谱昆虫辨识装置。
【背景技术】
[0002]在日常出入境植物检疫工作中，往往需要对货物进行检查，发现并捕捉其中的害虫，防止害虫随货物及运输工具传入国内，造成农林业的巨大损失。
[0003]由于很多害虫具有保护色，在普通白光下昆虫体色与货物相近，或者虫体斑驳的色彩与货物斑驳的色彩容易混淆，导致害虫难于被发现。目前查验时，敞开位置的货物靠日光或灯光照明，封闭位置的货物靠手电筒照明，其使用的光线均为白光，受到昆虫与背景混淆因素的干扰，无法提高害虫检出率。
实用新型内容
[0004]鉴于上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种双镜头窄带光谱昆虫辨识装置，利用LED灯输出最大差异谱范围内的光线照射，使昆虫明显地区别于背景，从而提闻昆虫检出率。
[0005]为了达到上述目的，本实用新型采取了以下技术方案:
[0006]一种双镜头窄带光谱昆虫辨识装置，包括:手持探头和用于接收左、右视频图像形成立体图像的双通道视频眼镜，所述手持探头上设置有用于获取左视频图像的第一摄像头、用于获取右视频图像的第二摄像头、第一视频接口、第二视频接口、白光灯、至少一个用于输出最大差异谱范围内的光线的LED灯、用于控制白光灯的亮灭及明暗状态的第一开关电位器、用于控制LED灯的亮灭及明暗状态的第二开关电位器，及电池；所述第一摄像头的视频传输线通过第一视频接口连接双通道视频眼镜，第二摄像头的视频传输线通过第二视频接口连接双通道视频眼镜，所述电池的正极连接第一摄像头的正极和第二摄像头的正极，第一摄像头的负极和第二摄像头的负极连接电池的负极；所述电池的正极通过第一开关电位器连接白光灯正极、还通过第二开关电位器连接LED灯的正极，所述白光灯的负极和LED灯的负极连接电池的负极。
[0007]所述的双镜头窄带光谱昆虫辨识装置中，所述手持探头包括第一安装座、第二安装座和第三安装座，所述第一安装座和第二安装座与第三安装座卡合；所述第一摄像头装设于所述第一安装座上，第二摄像头装设于所述第二安装座上，所述第一视频接口、第二视频接口、白光灯、LED灯、第一开关电位器、第二开关电位器和电池均安装在第三安装座上。
[0008]所述的双镜头窄带光谱昆虫辨识装置，还包括体视架，所述体视架包括支撑架和与支撑架垂直的安装架，所述第三安装座装设于安装架的中间，所述第一安装座和第二安装座与第三安装座装分离，并安装在安装架的两侧。
[0009]所述的双镜头窄带光谱昆虫辨识装置中，在第一摄像头的正极和第二摄像头的正极与电池的正极之间，或者在第一摄像头的负极和第二摄像头的负极与电池的负极之间，串联有摄像头电源开关。
[0010]所述的双镜头窄带光谱昆虫辨识装置中，所述手持探头上还设置有感光头和三极管；所述感光头的一端连接电池的正极，感光头的另一端连接三极管的基极，所述三极管的集电极连接电池的正极，三极管的发射极连接LED灯的正极。
[0011]所述的双镜头窄带光谱昆虫辨识装置中，所述第一摄像头和第二摄像头为可接收从可光见至近红外波段光线的摄像头。
[0012]相较于现有技术，本实用新型提供的双镜头窄带光谱昆虫辨识装置，在查验时，由LED灯输出最大差异谱范围内的光线照射被测物体，增强昆虫与背景的反差，大大提高了昆虫的检出率。另外，通过双通道视频眼镜生成立体图像，可以减少平面斑块或空洞与立体物体的混渚，进一步提闻昆虫检出的准确性。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型双镜头窄带光谱昆虫辨识装置中手持探头合并使用的结构示意图。
[0014]图2为本实用新型双镜头窄带光谱昆虫辨识装置中手持探头分离使用的结构示意图。
[0015]图3为本实用新型双镜头窄带光谱昆虫辨识装置的第一较佳实施例的电路图。
[0016]图4为本实用新型双镜头窄带光谱昆虫辨识装置的第二较佳实施例的电路图。
[0017]图5为本实用新型双镜头窄带光谱昆虫辨识装置的识别方法流程图。
[0018]图6为本实用新型双镜头窄带光谱昆虫辨识装置的识别方法中差异谱峰值范围波形示意图。
[0019]图7为本实用新型的识别方法中，16种水果的可见光-近红外反射光谱的示意图。
[0020]图8为本实用新型的识别方法中，桔小实蝇的可见光-近红外反射光谱的示意图。
[0021]图9为本实用新型的识别方法中，水果与桔小实蝇的可见光-近红外反射率差异谱的示意图。
【具体实施方式】
[0022]本实用新型提供一种双镜头窄带光谱昆虫辨识装置，适用于口岸现场进行集装箱、货车、火车、船及飞机查验，对其装载的农产品及其相关货物进行昆虫检测，并且适用于农田、果树、园林、绿化带、森林害虫的调查。
[0023]为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0024]请参阅图1、图2和图3，本实用新型的双镜头窄带光谱昆虫辨识装置包括:手持探头10和双通道视频眼镜(图中未示出)，所述双通道视频眼镜与手持探头10连接，用于接收左、右视频图像形成立体图像。
[0025]其中，所述手持探头10上设置有第一摄像头101、第二摄像头102、第一视频接口(图中未示出)、第二视频接口 103、白光灯D1、至少一个用于输出最大差异谱范围内的光线的LED灯D2、用于控制白光灯Dl的亮灭和明暗状态的第一开关电位器KW1、用于控制LED灯D2的亮灭和明暗状态的第二开关电位器KW2和电池BAT。
[0026]所述第一摄像头101和第二摄像头102均具有变焦功能，可手动调节焦距和对焦，通过调节适合的焦距获取清晰的图像，所述第一摄像头101的视频传输线通过第一视频接口连接双通道视频眼镜的第一通道，第二摄像头102的视频传输线通过第二视频接口 103连接双通道视频眼镜的第二通道，即双通道视频眼镜也具有两根视频线，分别插入所述第一视频接口和第二视频接口 103中连接相应的摄像头。所述电池BAT的正极连接第一摄像头101的正极和第二摄像头102的正极，第一摄像头101的负极和第二摄像头102的负极连接电池BAT的负极。
[0027]本实施例中，所述第一摄像头101与待测物体之间的连线，及第二摄像头102与待测物体之间的连线之间夹角为12度，通过第一摄像头101和第二摄像头102分别接收可见光至近红外光波段的光线，获取左、右视频图像输入双通道视频眼镜中，即可获得立体感最强的图像，其成像原理请参阅《生物立体摄影》中的相关描述。本实用新型通过立体成像，可以减少平面斑块或空洞与立体物体的混淆，提高昆虫辨识的准确性。
[0028]所述电池BAT的正极通过第一开关电位器KWl连接白光灯Dl的正极，白光灯Dl的负极连接电池BAT的负极；还通过第二开关电位器KW2连接LED灯D2的正极，LED灯D2的负极连接电池BAT的负极。因为在查验时，查验人员需要切换白光灯Dl和LED灯D2，比较两种光谱照射下被摄物的表现，所述LED灯D2可更换，用于输出窄带波长的光线，该窄带波长位于最大差异谱范围内。其中，最大差异谱范围内的光线可能是可见光也可能是不可见光，常用波长范围为780?lOOOnm，此波长范围内的光线可以增加昆虫与背景的反差，从而提闻检出率。
[0029]由于市售的LED除白光外，大多是发出某个中心波长的窄带光，窄带光一般范围在几个至二、三十个纳米(nm)之内，中心波长是正弦分布能量的最高点。本实用新型测得昆虫和植物背景的差异谱最大值落在780?100nm之内，然而还有一些昆虫-背景物的最大差异谱范围不在此范围内，所以采用中心波长落在各组最大差异谱范围的窄带LED，即能输出特定波长光线的LED灯，而且LED灯根据其能输出的波长范围可选择多个LED灯，在检测时，最终选择一个适合的LED灯，本实用新型主要使用中心波长是850nm的LED灯。
[0030]本实施例中，所述的双镜头窄带光谱昆虫辨识装置还可包括处理设备，该处理设备可采用计算机，用于根据昆虫和背景物的可见光-近红外反射光谱，获取昆虫与背景物的可见光-近红外反射光谱的差异谱，求取差异谱峰值的预设范围的波长。其中，差异谱峰值的预设范围的波长为差异谱峰值±10%范围的波长(如图6所示)，其计算方式也可通过手工计算完成，具体见下文识别方法部分中的描述。
[0031]本实施例中，在本实用新型的双镜头窄带光谱昆虫辨识装置中，在第一摄像头101的正极和第二摄像头102的正极与电池BAT的正极之间串联有摄像头电源开关KW3，或者在第一摄像头101的负极和第二摄像头102的负极与电池BAT的负极之间串联有摄像头电源开关KW3，通过电源开关KW3控制两个摄像头的工作状态。
[0032]进一步的，所述手持探头10包括第一安装座110、第二安装座120和第三安装座130，所述第一安装座110和第二安装座120与第三安装座130卡合；所述第一摄像头101装设于所述第一安装座110上，第二摄像头装设于所述第二安装座120上，所述第一视频接口、第二视频接口 103、白光灯Dl、LED灯D2、第一开关电位器KWl、第二开关电位器KW2、电源开关KW3和电池BAT均安装在第三安装座130上。所述的电池为可充电电池，在第三安装座上有充电插孔。
[0033]本实施例中，第一摄像头101、第二摄像头102、白光灯Dl和LED灯D2均设置于手持探头10的前方，以便于获取图像和照明，当第一安装座110和第二安装座120与第三安装座130卡合时，在查验时需查验人员手拿手持探头10进行近距离检测。
[0034]请一并参阅图2，本实用新型的双镜头窄带光谱昆虫辨识装置还包括体视架，所述体视架包括支撑架105和与支撑架105垂直的安装架106，所述第三安装座130装设于安装架106的中间，所述第一安装座110和第二安装座120与第三安装座130分离后，安装在安装架的两侧。此方式适合在被摄物距离较远的场合下使用，能够增强立体感。
[0035]在查验时，通过第一开关电位器KWl调节白光灯Dl的亮度，或者通过第二开关电位器KW2调节LED灯D2的亮度，使昆虫(即被测物)不至于受到过强的光照造成光饱和，避免摄像头摄取的昆虫图像和背景一同白化，失去反差；或者受到过弱的光照而导致昆虫与背景反差过小。
[0036]进一步地，所述第一摄像头101和第二摄像头102为可接收从可光见至近红外波段的摄像头，如可接收从可光见至近红外波段的(XD、CM0S等。因为现有的摄像头为了保证可见光的拍摄效果，会屏蔽红外线，而本实用新型主要利用LED灯D2发出380?2500nm范围内的窄带光，采用对可见光和红外光均可接收的第一摄像头101和第二摄像头102，获得LED灯照明的反射光图像。
[0037]进一步地，本实用新型的双镜头窄带光谱昆虫辨识装置的第二较佳实施例，还可自动开启LED灯，请参阅图4，在所述手持探头上还设置有感光头Al和三极管Ql，所述感光头Al的一端连接电池BAT的正极，感光头Al的另一端连接三极管Ql的基极，所述三极管Ql的集电极连接电池BAT的正极，三极管Ql的发射极连接LED灯D2的正极，LED灯D2的负极连接电池BAT的负极。
[0038]感光头Al为光敏电阻，用于感应光线强度，该感光头Al可选用没有感应到光线时阻值变小、感应到光线时阻值变大的感光头，所述三极管Ql为NPN三极管，当白光灯打开或者白天光线强时，感光头接收到光线不点亮LED ；当白光灯Dl关闭或者外界光线弱时，感光头Al接收不到光线阻值变小，其使三极管Ql的基极电压升高，当基极电压比发射极电压高
0.7V以上时三极管Ql导通，感光头Al产生电信号经三极管Ql放大后，驱动LED灯D2点亮。此时在感光头和三极管的基极之间还可串接一个电位器来调节三极管的电流的大小，从而调节LED灯D2的亮度。
[0039]本实用新型可以通过手动和自动方式来控制LED灯D2的点亮方式，查验人员可以根据需要选择自动方式，只需控制白光灯的亮灭状态，即可控制LED灯的亮灭状态，智能化程度高。应当说明的是，所述感光头Al还可选用在感应到光线时阻值变小、没有感应到光线时阻值变大的感光头，此时需在感光头Al的输出端接一个反相器，或者将NPN三极管替换为PNP三极管，从而在黑暗环境下使三极管Ql导通点亮LED灯D2。
[0040]本实用新型还提供一种采用上述双镜头窄带光谱昆虫辨识装置的识别方法，请参阅图5，其包括:
[0041]S100、通过可见光-红外分光光度计采集昆虫和背景物的可见光-近红外反射光谱，保存到数据库；
[0042]S200、获取昆虫与背景物的可见光-近红外反射光谱的差异谱，求取差异谱峰值范围的波长；
[0043]S300、根据所述差异谱峰值范围的可光见-近红外波长，在所述手持探头上安装发光波长位于所述峰值范围内的LED灯；
[0044]S400、关闭白光灯，启动LED灯照射待测物体；
[0045]S500、由第一摄像头和第二摄像头分别获取左、右视频图像，并传输至双通道视频眼镜中形成立体图像。
[0046]所述步骤S200具体包括:201、分别求取同种昆虫和背景物的多个个体在同一波长下的平均反射率；202、根据所述平均反射率计算某种昆虫或背景物在各波长下的平均反射光谱，形成平均反射谱曲线；203、求取某种昆虫与某种背景物的平均反射光谱的差异，计算某一波长下昆虫与背景物的平均反射率的差值，形成昆虫与背景物的差异谱；204、获取差异谱的峰值，及达到峰值数值10%范围所在的波长范围，保存到数据库中，其差异谱峰值范围如图6所示。
[0047]在步骤201中，需分别求取同种昆虫的多个个体在同一波长下的平均反射率和同种景物的多个个体在同一波长下的平均反射率，从而能分别计算出该种昆虫和该背景物的在各波长下的平均反射光谱，分别形成平均反射谱曲线。
[0048]上述获取LED灯的差异谱峰值范围的波长的计算方式可以通过程序计算，也可以通过手动计算，此方式采用的是简单的数学计算方法，通过手工计算，其计算量也不会太大。
[0049]由于在一次查验时，本实用新型可能需要使用LED灯为多个，通过步骤300最终确认安装能发出相应波长光线的LED灯。在步骤S400，还可通过第二开关电位器调节LED灯的亮度，最终使昆虫(即被测物)不至于受到过强的光照造成光饱和，避免摄像头摄取的昆虫图像和背景一同白化，失去反差；或者受到过弱的光照而导致昆虫与背景反差过小。
[0050]本实施例中通过实验列举16种水果与桔小实蝇的反射光谱及差异。如图7、图8和图9所示，在图7和图9中，16种水果分别为:A.龙眼、B.葡萄柚、C.番荔枝、D.苹果、E.岭南山竹子、F.火龙果、G.香蕉、H.龙贡、1.芒果、J.李子、K.荔枝、L.红毛丹、M.鳄梨、N.草莓、0.樱桃、P.欧洲葡萄。
[0051]从图7可知，通过可见光-红外分光光度计测得的背景物(水果)的可见光-近红外反射光谱均呈现一个明显的主峰，最大反射率平均为79.78%，最大反射率波长平均为849nm,峰值波长区间平均在777?896 nm，可见水果的反射率峰值均在近红外波段低端的位置。
[0052]图8通过可见光-红外分光光度计测试了 7头桔小实蝇的反射率，反射率最低12%，最高48%，计算获得平均反射光谱曲线如图8。在400?2500 nm的测试范围内，反射光谱曲线呈现平缓上升的走势，没有明显的峰和谷；其中，在400 nm处最低，2220 nm附近最闻。
[0053]其中，在计算水果-昆虫反射率差值时，直接使用减法获得，各种水果与桔小实蝇在可见光-近红外波段反射率差值Rd:为各波长下水果的平均反射率Rs减去桔小实蝇的平均反射率Rb，即Rd= Rs-Rb，从图8可知，由于在近红外波段低端区域，水果反射率均有一高峰，而桔小实蝇反射率较低而平稳，反射率差谱峰值10%范围的波长区域平均在777?896 nm，反映桔小实蝇与水果反射率在此波段范围有显著差异。
[0054]本实用新型主要用于近距离检测货物上是否存在昆虫，并且通过查验人员携带该双镜头窄带光谱昆虫辨识装置，走进探测区域进行检测，为了获取大反差的昆虫图像，在检测前根据事先测试所获得的虫/背景反射光谱最大差值区域，装上发射该波长范围光照的灯，检测时照射待测区域。
[0055]以下对本实用新型的双镜头窄带光谱昆虫辨识装置使用方式进行详细说明:
[0056]查验人员需先走进查验区，作常规检测，开启白光灯用肉眼或通过视频眼镜经过摄像头观察查验部位是否有虫；之后作特殊光谱检测，切换到特殊光谱模式，即关闭白光灯，点亮LED灯照明，通过视频眼镜观察该LED灯照明下查验位置的影像。LED灯的选择，可事先根据昆虫及背景(如水果)的组合，从数据库查出昆虫与背景物最大反差范围(即差异谱峰值范围)的波长值，选取中心波长在此位置的窄带LED灯并安装。
[0057]综上所述，本实用新型采用安装特殊光谱的灯元件进行照明，双通道的摄像头及视频眼镜，并通过立体的视觉影像增强昆虫的立体感，实现了以下有益效果:
[0058]1、本实用新型采用了特殊光谱灯元件照射待测区域，可以有效地增强昆虫与背景的反差，形成鲜明的昆虫影像，帮助查验人员快速发现昆虫，提高查验速度。
[0059]2、通过双通道的摄像头及视频眼镜，形成立体视觉，消除平面斑块和孔洞对昆虫辨识的干扰，提高发现害虫的准确性。
[0060]3、采用可接收红外光谱的摄像头，配备接收及显示摄像头图像的视频眼镜，将红外图像转变为可见光图像，使查验人员能够观看到红外区域的影像，扩大可视波长区间，增强发现昆虫的能力。
[0061]可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种双镜头窄带光谱昆虫辨识装置，其特征在于，包括:手持探头和用于接收左、右视频图像形成立体图像的双通道视频眼镜，所述手持探头上设置有用于获取左视频图像的第一摄像头、用于获取右视频图像的第二摄像头、第一视频接口、第二视频接口、白光灯、至少一个用于输出最大差异谱范围内的光线的LED灯、用于控制白光灯的亮灭及明暗状态的第一开关电位器、用于控制LED灯的亮灭及明暗状态的第二开关电位器，及电池；所述第一摄像头的视频传输线通过第一视频接口连接双通道视频眼镜，第二摄像头的视频传输线通过第二视频接口连接双通道视频眼镜，所述电池的正极连接第一摄像头的正极和第二摄像头的正极，第一摄像头的负极和第二摄像头的负极连接电池的负极；所述电池的正极通过第一开关电位器连接白光灯正极、还通过第二开关电位器连接LED灯的正极，所述白光灯的负极和LED灯的负极连接电池的负极。
2.根据权利要求1所述的双镜头窄带光谱昆虫辨识装置，其特征在于，所述手持探头包括第一安装座、第二安装座和第三安装座，所述第一安装座和第二安装座与第三安装座卡合；所述第一摄像头装设于所述第一安装座上，第二摄像头装设于所述第二安装座上，所述第一视频接口、第二视频接口、白光灯、LED灯、第一开关电位器、第二开关电位器和电池均安装在第三安装座上。
3.根据权利要求2所述的双镜头窄带光谱昆虫辨识装置，其特征在于，还包括体视架，所述体视架包括支撑架和与支撑架垂直的安装架，所述第三安装座装设于安装架的中间，所述第一安装座和第二安装座与第三安装座分离，并安装在安装架的两侧。
4.根据权利要求2所述的双镜头窄带光谱昆虫辨识装置，其特征在于，在第一摄像头的正极和第二摄像头的正极与电池的正极之间，或者在第一摄像头的负极和第二摄像头的负极与电池的负极之间，串联有摄像头电源开关。
5.根据权利要求1所述的双镜头窄带光谱昆虫辨识装置，其特征在于，所述手持探头上还设置有感光头和三极管；所述感光头的一端连接电池的正极，感光头的另一端连接三极管的基极，所述三极管的集电极连接电池的正极，三极管的发射极连接LED灯的正极。
6.根据权利要求1所述的双镜头窄带光谱昆虫辨识装置，其特征在于，所述第一摄像头和第二摄像头为可接收从可光见至近红外波段光线的摄像头。
【文档编号】H04N5/33GK204031356SQ201420447494
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年8月8日 优先权日:2014年8月8日
【发明者】娄定风, 黄振, 李秋枫, 焦懿, 徐浪, 陈志粦, 刘新娇, 陈冬美, 郭琼霞 申请人:娄定风