本发明涉及电子技术领域，具体地涉及一种统计农业害虫数量方法、装置、设备和系统。
背景技术
我国是农业大国，农业的健康发展关乎国之根本。近年来，随着国民生活水平的提高，消费者对于农产品的品质与安全性的要求越来越高。在农业生产过程中，害虫防治是农作物品质的重要影响因素,因此，实现对害虫识别和数量信息的准确获取是害虫预测预报的首要工作。如果没有正确的抽样调查数据,对害虫的数量动态、害虫的危害程度就不可能进行准确的预测,更不能保证害虫防治经济阈值的正确执行。
传统的害虫识别与计数主要应用人工识别法、田间调查法、诱集法等，人工识别与计数农田害虫由于田间环境复杂、不稳定等因素严重存在着识别率低、计数准确性差、田间任务劳动强度大、非实时性等缺点，该方法已不能满足当前农田害虫发生严重状况的监测要求；田间调查法耗时、费力，且数据的调查、记录、上报的环节多，监测人员的工作量大，主观因素影响大，数据应用的时效性差，影响害虫的准确预测预报，不能满足生产实际需求。
技术实现要素：
本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种统计农业害虫数量方法、装置、设备和系统，具体包括如下：
第一方面，本发明实施例提供一种统计农业害虫数量方法，其包括以下步骤：
接收害虫图像；
对害虫图像进行图像边界检测以对害虫图像中亮度变化明显的位置进行识别标识，获得边界标识；
根据边界标识对害虫图像进行区域分割以获得分割图像；分割图像包括至少一个封闭的分割区域；
根据分割图像获得二值化图像；其中，二值化图像包括根据分割区域生成的至少一个第一连接区域；
根据每个第一连接区域的像素面积以及预设的害虫像素面积，获取第一连接区域中对应于害虫的第二连接区域；
对第二连接区域进行叠加害虫标记，并根据每个第二连接区域标记的叠加害虫数，计算害虫图像包含的害虫数量。
进一步地，在接收害虫图像之后，对害虫图像进行图像边界检测以对所述害虫图像中亮度变化明显的位置进行识别标识，获得边界标识之前包括：
利用频率算法对害虫图像进行图像加强处理。
进一步地，根据分割图像获得二值化图像具体为：
s1，对分割图像进行灰度化操作,获得灰度图像；
s2，计算灰度图像的灰度平均值y0；
s3，设置y1为小于等于y0的像素的灰度平均值,设置y2为大于y0的像素的灰度平均值；
s4，计算迭代阈值y；其中y＝(y1+y2)/2；
s5，比较y和y0,若相等，则输出y作为二值化阈值；否则将灰度平均值y0更新为y，并返回步骤s3；
s6，根据输出的二值化阈值，对所述灰度图像进行二值化处理，获得二值化图像。
进一步地，对所述第二连接区域进行叠加害虫标记，并根据每个第二区域标记的叠加害虫数，计算害虫图像包含的害虫数量具体包括：
根据灰度图像的像素值梯度变换特征，计算每个第二连接区域的叠加害虫数，并将叠加害虫数标记到对应的第二连接区域；
根据每个第二区域标记的叠加害虫数，计算害虫图像包含的害虫数量。
第二方面，本发明实施例提供一种统计农业害虫数量的装置，所述装置包括：
图像接收模块，用于接收害虫图像；
边界识别模块，用于对害虫图像进行图像边界检测以对害虫图像中亮度变化明显的位置进行识别标识，获得边界标识；
图像分割模块，用于根据所述边界标识对所述害虫图像进行区域分割以获得分割图像；分割图像包括至少一个封闭的分割区域；
第一连接区域模块，用于根据分割图像获得二值化图像；其中，二值化图像包括根据分割区域生成的至少一个第一连接区域；
第二连接区域模块，用于根据每个第一连接区域的像素面积以及预设的害虫像素面积，获取第一连接区域中对应于害虫的第二连接区域；
数量计算模块，用于对第二连接区域进行叠加害虫标记，并根据每个第二连接区域标记的叠加害虫数，计算所述害虫图像包含的害虫数量。
第三方面，本发明实施例提供一种统计农业害虫数量的设备，包括：控制器、开关电路、诱杀灯、摄像头；控制器与所述开关电路、诱杀灯、摄像头连接；
摄像头，用于采集被诱杀的害虫的图像，并将图像发送给所述控制器；
开关电路与诱杀灯连接；
控制器包括存储器以及处理器，存储器包括可执行代码，可执行代码能够被处理器执行，以实现如第一方面所述的统计农业害虫数量的方法。
进一步地，还包括至少一个环境检测传感器；环境检测传感器用于检测当前环境的环境参数，并将环境参数发送给控制器；
统计农业害虫数量的方法，还包括：
接收由环境检测传感器发送的环境参数，并根据环境参数，控制诱杀灯的开关。
进一步地，环境检测传感器包括：雨滴传感器、温湿度传感器、光照度传感器、风速检测传感器；所述风速检测传感器、所述雨滴传感器、所述温湿度传感器和所述光照度传感器与所述控制器连接；
风速传感器包括霍尔传感器和风杯传感器，所述霍尔传感器与所述风杯传感器连接，用于检测环境风速数据；
则根据所述环境参数，控制诱杀灯的开关，具体为：
判断光照度传感器检测的光照度数值是否大于1lx，若是，则为白天时间进入诱杀灯关闭状态；
若不是，则为晚上时间，则继续判断雨滴传感器检测的输出电平是否为低电平；
若为低电平，判断为下雨，则关闭诱杀灯；
若为高电平，则继续判断风速传感器检测的风速数值是否大于5级；
若是，则关闭诱杀灯；
若不是，则继续判断温湿度传感器检测的温度是否≤20℃或湿度是否≤50％；
若是，则关闭诱杀灯；
若不是，则开启诱杀灯。
进一步地，还包括：与控制器连接的nb-iot模块，用于将害虫数量以及环境信息通过云服务中心发送给用户终端或者用于接收用户终端通过云服务中心发送的诱杀灯开关指令；
电源电路、太阳能控制器和太阳能板；电源电路与太阳能控制器连接，太阳能控制器与太阳能板连接；
用于给各元件供电的供电电路；供电电路与所述控制器连接；
用于产生周期性的脉冲信号的时钟电路，时钟电路与控制器连接。
用于清除害虫尸体的电机和害虫收集器，电机分别与开关电路和害虫收集器连接；摄像头的摄像部正对害虫收集器。
第四方面，本发明实施例提供一种统计农业害虫数量系统，包括云服务中心、用户终端以及如第三方面任意一项所述的统计农业害虫数量设备；统计农业害虫数量装置通过云服务中心与用户终端进行通讯。
实施本发明实施例，具有如下有益技术效果：
通过与控制器连接的摄像头，在诱杀灯开启期间，可针对害虫收集器定时拍照，控制器进一步对所拍照片进行图像识别处理计算被诱杀害虫的数量。解决了害虫识别、数量数据获取上费时、费力的问题以及能够具体了解到哪个时间段的害虫数量比较多。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的第一实施例的一种统计农业害虫数量方法的流程示意图。
图2为本发明提供的第一实施例的一种统计农业害虫数量方法的获取二值化图像的流程示意图。
图3为本发明提供的第二实施例的一种统计农业害虫数量装置的结构示意图。
图4为本发明提供的第三实施例的一种统计农业害虫数量设备结构示意图。
图5本发明提供的第三实施例的一种统计农业害虫数量设备为与云服务中心以及用户终端的交互示意图。
具体实施方式
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作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。
本发明第一实施例：
参见图1和图2，图1为本发明第一实施例提供的一种统计农业害虫数量方法的流程示意图，图2为本发明提供的第一实施例的一种统计农业害虫数量方法的获取二值化图像的流程示意图。具体包括如下步骤：
s10，接收害虫图像。
摄像头的摄像部正对害虫收集器进行定时或者周期性拍照，处理器接来自收摄像头所拍摄的害虫图片，其中摄像头可为ir-cut500万像素红外感光夜视摄像头，其可调焦，具有夜晚白天切换功能。该摄像头感光芯片可为ov5647，光圈为1.8，视场角为75.7度，有利于拍摄清晰的图片。
s20，对所害虫图像进行图像边界检测以对害虫图像中亮度变化明显的位置进行识别标识，获得边界标识；
边界检测目的是标识害虫图像中亮度变化明显的位置，从而来确定害虫尸体的轮廓，有利于害虫的识别及数量统计。
s30，根据边界标识对所述害虫图像进行区域分割以获得分割图像；分割图像包括至少一个封闭的分割区域。
基于检测到的害虫尸体的轮廓，把害虫图像分成一定数目且具有一定特征的区域,分割出来的各区域对害虫的某种性质例如灰度，纹理而言具有相似性，区域内部是连通的且没有过多小孔，区域边界是明确的，相邻区域对分割所依据的性质有明显的差异，能为进一步提取所感兴趣的目标害虫打下基础。
s40，根据分割图像获得二值化图像；其中，二值化图像包括根据分割区域生成的至少一个第一连接区域；
二值化操作是为了简化图像，二值化后的图像如果不含有连接的区域，就舍弃这个图像，如果还有连接的区域，就进一步处理确定为第一连接区域。
s50，根据每个第一连接区域的像素面积以及预设的害虫像素面积，获取第一连接区域中对应于害虫的第二连接区域；
当害虫尸体的像素面积s0为阈值时，对第一连接区域面积大于等于s0的害虫图像连接区域进行标记，获得第二连接区域。统计所有被标记的第二连接区域数量，可得到害虫的数量。s0为害虫尸体的像素面积，s0是根据标准的害虫图像的像素来计算出来的。
s60，对第二连接区域进行叠加害虫标记，并根据每个第二连接区域标记的叠加害虫数，计算所述害虫图像包含的害虫数量。
利用灰度化害虫图像像素值梯度变换的特征，将叠加在一起的害虫尸体进行标记分离出来，有利于害虫数量的正确统计。优选地，在害虫图像二值化过程中会生成的一些杂点，通过对第二连接区域的害虫进行叠加害虫标记后，进一步地进行二值化杂点去除，这有利于更加精确的统计害虫数量。
在第一实施例的基础上，本发明的一个优选实施例中，包括在接收害虫图像之后，对害虫图像进行图像边界检测以对害虫图像中亮度变化明显的位置进行识别标识，获得边界标识之前包括：利用频率算法对害虫图像进行图像加强处理。由于环境的影响造成害虫图像质量较低，需要利用频率算法对图像质量进行加强处理，如果图像加强后还不符合要求，则再次进行害虫图像拍照。
参见图2，在第一实施例的基础上，本发明的一个优选实施例中，包括根据所述分割图像获得二值化图像具体为：
s1，对分割图像进行灰度化操作,获得灰度图像。
s2，计算灰度图像的灰度平均值y0。
s3，设置y1为小于等于y0的像素的灰度平均值,设置y2为大于y0的像素的灰度平均值。
s4，计算迭代阈值y；其中y＝(y1+y2)/2。
s5，比较y和y0,若相等，则输出y作为二值化阈值；否则将灰度平均值y0更新为y，并返回步骤s3。
s6，根据输出的二值化阈值，对所述灰度图像进行二值化处理，获得二值化图像。
害虫图像包括害虫尸体、背景噪声等，设定一个阈值y就可以把害虫尸体从图像中提取出来进行数量统计。
本发明第二实施例：
参见图3，图3为本发明提供的第二实施例的一种统计农业害虫数量装置的结构示意图。本发明第二实施例提供一种统计农业害虫数量的装置，具体包括：
图像接收模块101，用于接收害虫图像。
边界识别模块102，用于对所述害虫图像进行图像边界检测以对所述害虫图像中亮度变化明显的位置进行识别标识，获得边界标识。
图像分割模块103，用于根据所述边界标识对所述害虫图像进行区域分割以获得分割图像；所述分割图像包括至少一个封闭的分割区域。
第一连接区域模块104，用于根据所述分割图像获得二值化图像；其中，所述二值化图像包括根据所述分割区域生成的至少一个第一连接区域。
第二连接区域模块105，用于根据每个第一连接区域的像素面积以及预设的害虫像素面积，获取第一连接区域中对应于害虫的第二连接区域。
数量计算模块106，用于对所述第二连接区域进行叠加害虫标记，并根据每个第二连接区域标记的叠加害虫数，计算所述害虫图像包含的害虫数量。
边界识别模块102，还包括在接收害虫图像之后，对害虫图像进行图像边界检测以对所述害虫图像中亮度变化明显的位置进行识别标识，获得边界标识之前包括：
图像加强模块，用于利用频率算法对害虫图像进行图像加强处理。
在第二实施例的基础上，本发明的一个优选实施例中，包括根据所述分割图像获得二值化图像具体为：
图像灰度化模块，用于对分割图像进行灰度化操作,获得灰度图像；
计算平均值模块，用于计算灰度图像的灰度平均值y0；
设置模块，用于设置y1为小于等于y0的像素的灰度平均值,设置y2为大于y0的像素的灰度平均值；
计算迭代阈值模块，用于计算迭代阈值y；其中y＝(y1+y2)/2；
比较模块，用于比较y和y0,若相等，则输出y作为二值化阈值；否则将灰度平均值y0更新为y，并返回步骤s3；
二值化模块，用于根据输出的二值化阈值，对所述灰度图像进行二值化处理，获得二值化图像。
在第二实施例的基础上，本发明的一个优选实施例中，数量计算模块106还包括：
梯度变换模块，用于根据灰度图像的像素值梯度变换特征，计算每个第二连接区域的叠加害虫数，并将叠加害虫数标记到对应的第二连接区域，然后根据每个第二区域标记的叠加害虫数，计算害虫图像包含的害虫数量。
本发明第三实施例：
参见图4和图5，图4为本发明提供的第三实施例的一种统计农业害虫数量设备结构示意图，图5本发明提供的第三实施例的一种统计农业害虫数量设备为与云服务中心以及用户终端的交互示意图。本发明第三实施例提供一种统计农业害虫数量的设备，具体包括：
控制器100、开关电路16、诱杀灯15、摄像头13；控制器100与开关电路16、诱杀灯15、摄像头13连接；所述摄像头13，用于采集被诱杀的害虫的图像，并将所述图像发送给所述控制器100；所述开关电路16与所述诱杀灯15连接；所述控制器100包括存储器17以及处理器1，所述存储器17包括可执行代码，所述可执行代码能够被所述处理器1执行，以实现如本发明第一实施例所述的统计农业害虫数量的方法。存储器17包括1gb内存和16gbsd卡，用于辅助处理器1运行及存储linux操作系统，同时协助处理器1完成图像识别及运行算法来计算被诱杀害虫的数量。
在第三实施例的基础上，本发明的一个优选实施例中还包括至少一个环境检测传感器200；所述环境检测传感器200用于检测当前环境的环境参数，并将所述环境参数发送给控制器100。
所述统计农业害虫数量的方法，还包括：
接收由环境检测传感器200发送的环境参数，并根据所述环境参数，控制诱杀灯15的开关。环境检测传感器100包括：雨滴传感器4、温湿度传感器5、光照度传感器12、风速检测传感器；风速检测传感器、雨滴传感器4、温湿度传感器5、光照度传感器12与控制器100连接。
风速传感器包括霍尔传感器2和风杯传感器3，霍尔传感器与风杯传感器连接，用于检测环境风速数据。霍尔传感器2和正对霍尔传感器2上的风杯传感器3对称放置的两个纽扣磁铁构成；该风杯传感器3磁场感应检测灵敏度极高，每当风杯传感器3带动磁铁经过一次时就会产生一次电流变化，通过计算即可测出风速。
雨滴传感器4当没有雨水在该雨滴传感器板4上时，其输出的电平为高电平；有雨滴在雨滴传感器4上面时，其输出就变成低电平，处理器1通过对高、低电平的判断即可知道是不是有下雨。
光照度传感器12采用对弱光有较高灵敏度的硅兰光伏探测器元件，具有测量范围宽、线形度好的优点，可用来探测设备周围的光照情况，光照信息可以用来判断天气阴暗情况，同时也用来探测诱杀灯15是否正常工作。
则根据环境参数，控制诱杀灯的开关，具体为：
当农业害虫诱杀探测设备上电启动之后，该设备先检查是否“收到来自云服务中心的命令”，先执行云服务中心命令进行打开或关闭诱杀灯；如果没有来自云服务中心的命令，则进一步检查“光照度传感器数值”；判断所述光照度传感器检测的光照度数值是否大于1lx，若是，则为白天时间进入诱杀灯关闭状态；若不是，则为晚上时间，则继续判断所述雨滴传感器检测的输出电平是否为低电平；若为低电平，判断为下雨，则关闭诱杀灯；若为高电平，则继续判断所述风速传感器检测的风速数值是否大于5级；若是，则关闭诱杀灯；若不是，则继续判断温湿度传感器检测的温度是否≤20℃或湿度是否≤50％；若是，则关闭诱杀灯；若不是，则开启诱杀灯。
在第三实施例的基础上，本发明的一个优选实施例中还包括：与控制器100连接的nb-iot模块10，用于将害虫数量以及环境信息通过云服务中心19发送给用户终端20或者用于接收用户终端20通过云服务中心19发送的诱杀灯15开关指令。
nb-iot模块10可以比现有无线技术提供50-100倍的无线设备接入数，可以降低物联网设备的数据通信费用。同时，nb-iot模块10聚焦小数据量、小速率应用，因此nb-iot设备功耗可以做到非常小，可以保障电池的使用寿命。农业害虫诱杀设备持有人通过用户终端20访问云服务中心19，可实时查看虫情及环境数据，且能远程控制农业害虫诱杀设备的摄像头13及诱杀灯15。在本实施例中用户终端，可以是移动终端20或者叫移动通信终端是指可以在移动中使用的计算机设备，广义的讲包括个人计算机(personalcomputer，pc)、个人数字助理(personaldigitalassistant，pda)、移动电话(mobilephone，mp)、pos机甚至包括车载电脑等可进行无线通讯的电子设备。本实施例处理器采用高性能低功耗芯片模块例如armcortex-a53，它提供了一个强大运算能力，配合linux操作系统，可高效实现图像识别及基于图像加强阈值迭代害虫统计算法(psa-ieit)的运算，实现被诱杀害虫数量的自动获取。处理器1能够实现对nb-iot模块10与云服务中心19之间nb-iot通信信令的解析，实现nb-iot无线通信。从而帮助建立一个支持通信距离远、耗能低的广域网设备网络，达到所述农业害虫诱杀及探测设备的性能要求。
在第三实施例的基础上，本发明的一个优选实施例中还包括：电源电路8、太阳能控制器7、太阳能板6、用于给各元件供电的供电电路11、用于产生周期性的脉冲信号的时钟电路9、用于清除害虫尸体的电机10和害虫收集器14。电源电路8与太阳能控制器7连接，太阳能控制器7与太阳能板6连接管理来自太阳能板6的电量。供电电路与控制器100连接。时钟电路9与控制器100连接。电机18分别与开关电路16和害虫收集器14连接。开关电路16可以控制与其相连的诱杀灯模块15，依据来自处理器1的命令，控制诱杀灯15的开启与关闭。被诱杀的害虫存储于由白色塑材料做成的害虫收集器14。摄像头13的摄像部正对所述害虫收集器14。摄像头13可针对害虫收集器14定时拍照，处理器1进一步对所拍照片进行图像识别处理，并利用图像加强阈值迭代害虫统计算法(psa-ieit)来计算被诱杀害虫的数量。摄像头13可为ir-cut500万像素红外感光夜视摄像头，其可调焦，并具有夜晚白天切换功能。该摄像头感光芯片可为ov5647，光圈为1.8，视场角为75.7度。拍照及害虫数量统计成功之后，利用电机电路19，可以将害虫收集器14翻转，清除害虫尸体，为下次拍照及图像识别做好准备。
优选地，统计农业害虫装置上有设有两个二维码，所述设备持有人使用智能手机扫描所述设备上的其中一个二维码下载智能手机客户端，扫描另外一个二维码将所述设备与所述智能手机绑定。通过设置二维码方便用户下载智能手机客户端，app只需下载安装一次，对于后续购买的设备，直接扫描二维码就可以将设备与智能手机绑定，方便用户对设备的使用和管理。
本发明第四实施例：
本发明第四实施例提供一种统计农业害虫数量系统，包括云服务中心、用户终端以及如本发明第三实施例所述一种统计农业害虫数量设备；统计农业害虫数量装置通过云服务中心与用户终端进行通讯。
本发明所称处理器可以是中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述统计农业害虫数量方法的控制中心，利用各种接口和线路连接整个所述实现统计农业害虫数量方法的各个部分。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现统计农业害虫数量方法的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、文字转换功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、文字消息数据等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘、智能存储卡(smartmediacard,smc)、安全数字(securedigital,sd)卡、闪存卡(flashcard)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
其中，所述实现服务设备的模块如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一个计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。