一种草地贪夜蛾的防治系统及方法与流程

本发明属于智能杀虫技术领域，尤其涉及一种草地贪夜蛾的防治系统及方法。

背景技术：

目前，草地贪夜蛾，俗称幺蛾子，起源于美洲热带和亚热带地区，具有迁飞能力强、寄主范围广、为害重、防控难度大的特点，是联合国粮农组织(fao)全球预警的重要的农业害虫。2019年1月13日传入我国云南省，4月份后，该虫在我国南方玉米区扩散较为迅速；5月9日，农业农村部种植业管理司会同全国农业技术推广服务中心，通报了草地贪夜蛾的危害及发生态势，敦促全国各地做好该虫的监测与防控工作。至今草地贪夜蛾已入侵我国26个省1540个县，玉米发生面积达1672万亩，并且后续将重发态势明显，发生区域更广，为害程度更严重，为害作物更多。目前对草地贪夜蛾的防治方法主要是应用化学农药，但由于目前田间为害调查需要人工踏查，并且容易调查不准备，影响化学农药的合理使用，而化学农药的长期大量不合理使用会引发农药残留、食品安全、土壤环境污染、抗药性以及天敌的破坏问题。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：草地贪夜蛾田间为害判断不准确，杀虫剂的长期大量不合理使用会引发农药残留、食品安全、土壤环境污染、抗药性以及天敌的破坏问题。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种草地贪夜蛾的防治系统及方法。

本发明是这样实现的，一种草地贪夜蛾的防治方法，所述草地贪夜蛾的防治方法，包括：

步骤一，光照模块通过照明灯进行田间照明，在田间照明时间段内，图像采集模块通过无人机携带摄像头采集田间植物上的虫态图像，虫态包括：虫卵、幼虫、茧蛹、成虫；

步骤二，根据图像采集模块采集田间植物上的虫态图像数据，图像处理模块通过图像处理程序对图像进行去噪、归一化处理；

步骤三，根据处理完成的图像数据，中央控制模块，分别与光照模块、图像采集模块、图像处理模块、整体图像生成模块、图像分割模块、图像分析模块、草地贪夜蛾检测模块、草地贪夜蛾活动信息确定模块、草地贪夜蛾防治模块连接，通过主控机控制各个模块正常运行；

步骤四，中央控制模块控制整体图像生成模块，通过图像生成程序进行采集图像的合成，生成田间整体图像；图像分割模块通过图像分割程序对田间整体图像进行分割，得到作物图像与待分析区域图像；

步骤五，图像分割完成后，图像分析模块通过图像分析程序分析待分析区域图像；草地贪夜蛾检测模块通过草地贪夜蛾检测程序检测草地贪夜蛾，确定草地贪夜蛾的位置；并且草地贪夜蛾活动信息确定模块通过草地贪夜蛾活动信息确定程序确定不同时间段、不同区域草地贪夜蛾的数量，得到草地贪夜蛾活动频繁的时间、位置信息；

步骤六，根据草地贪夜蛾活动频繁的时间、位置信息，草地贪夜蛾防治模块通过草地贪夜蛾防治程序在确定时间与区域进行草地贪夜蛾杀虫剂的喷施，以达到农作物苗期达5％，喇叭口期达10％穗期达15％的防治指标；在草地贪夜蛾杀虫剂喷施过程中，根据采集的数据，合理的对喷施过程进行规划；

所述进行采集图像的合成，生成田间整体图像是在具有相邻大小视场角的所述成像模组的成像区域的成像重叠区域内，具体为：

(1)匹配所述成像模组的所述成像区域的所述成像重叠区域内的像素点数量；

(2)在所述成像重叠区域的倍率被放大时，使用具有小视场角的所述成像模组的所述成像区域的所述成像重叠区域内的像素点替换具有大视场角的所述成像模组的所述成像区域的所述成像重叠区域内的像素点；

(3)在具有大视场角的所述成像模组的所述成像区域的所述成像重叠区域内以一个中心像素点为中心，形成第一参考区域；在具有小视场角的所述成像模组的所述成像区域的所述成像重叠区域内以一个中心像素点为中心，在轴向和径向分别加减n个像素点的范围内以每个像素点为中心，形成第二参考区域；

(4)分别获得所述第一参考区域和每个所述第二参考区域的差值，其中当所述第一参考区域和所述第二参考区域的差值最小时，所述第二参考区域位于中心的像素点是所述第一参考区域的中心像素点在具有小视场角的所述成像模组的所述成像区域的映射。

进一步，所述对图像进行去噪、归一化处理包括以下步骤：

(1)获取待处理图像的滤波中心点；

(2)获取所述滤波中心点对应的滤波窗口和若干滤波方向；

(3)获取所述滤波方向的滤波像素点；

(4)获取所述滤波像素点的归一化滤波权重；

(5)根据所述滤波像素点和所述归一化滤波权重获取所述滤波中心点的滤波值；

(6)将所述待处理图像的每个像素点依次作为滤波中心点，重复步骤(2)-(5)，完成图像去噪。

进一步，所述获取所述滤波像素点的归一化滤波权重包括：

获取每个所述滤波方向对应的所述滤波像素点的均值；根据所述滤波像素点和所述滤波像素点的均值获取所述滤波方向方差；

根据所述滤波方向方差获取滤波方向权重；根据所述滤波方向权重获取所述滤波像素点的滤波权重；根据所述滤波权重获取所述归一化滤波权重。

进一步，所述对田间整体图像进行分割包括以下步骤：

从多尺度分割结果集合中选取有效分割结果；

构建多尺度层次区域合并模型，在全局层次范围进行层次区域合并；

提取能量和最小的分割区域组合确定合适分割区域的集合标签，按照标签生成图像的最优分割结果。

进一步，所述构建多尺度层次区域合并模型，在全局层次范围进行层次区域合并具体包括：

遍历集合t中每个分割区域上级层次的所有区域，获取每个分割区域与其他所有区域的交并比，选取最大交并比的区域作为父节点区域，进而获取集合t中每个分割区域与其他分割区域之间的父子关系；

以阈值最小的分割区域组合作为初始层次，根据层次区域的父子关系建立多尺度图像分割的层次区域合并树，树中的每个节点表示一个分割区域；

计算各个分割区域vi的内部颜色一致性特征fintra_color、内部纹理一致性特征fintra_texture和几何特征fgeo_infor；其中fintra_color和fintra_texture的值越小，说明区域内部颜色和纹理越统一，区域分割的质量越好，fgeo_infor避免分割区域过分割；将三种特征值相加，得到集合t中每个分割区域的分割质量分数；

构建多尺度层次区域合并模型，利用动态规划方法自底向上对层次区域合并树进行分割区域组合；在层次区域合并树结构中，以节点(分割区域)vi为根的子树，其相对于整棵层次分割树而言，最优分割区域可以是节点vi本身，也可以是vi节点对应的所有子节点的并集，选择取决于子节点并集与父节点之间谁能量更低；适用动态规划的框架，通过动态规划算法寻找全局最优；

进一步，所述分析待分析区域图像为：

1)针对采集到的图像信息，进行图像表面平整区域的识别；

2)若识别到平整区域，则对识别出的平整区域进行勾画；若未识别到平整区域，则返回“1)”；

3)计算所勾画出的平整区域的灰度数值；

4)针对所采集到的图像对所勾画出的平整区域进行抠除处理；

5)返回“1)”；直至计算出的平整的区域的灰度数值最大，即为草地贪夜蛾的位置。

进一步，所述进行草地贪夜蛾杀虫剂的喷施中，合理的对喷施过程进行规划；

所述草地贪夜蛾杀虫剂由甲氨基阿维菌素苯甲酸盐、茚虫威、乳化剂、有机溶剂、分散剂、水组成。

进一步，所述根据图像采集模块采集的田间植物上的虫态图像，进行防治的过程为：

成虫、茧蛹，通过灯诱、性诱、食诱技术达到用药防治水平；

幼虫，1-3龄幼虫可使用以上药剂进行全株喷雾，迁入型成虫产卵着重喷雾玉米植株中上部，成虫产卵着重喷雾植株下部；4-6龄幼虫可使用10％虫螨腈悬浮剂20％氯虫苯甲酰胺悬浮剂、60克/升乙基多杀菌素悬浮剂全株喷雾；

卵，隔离农作物，喷施相应的农药。

本发明另一目的在于提供一种实施所述的草地贪夜蛾的防治方法的草地贪夜蛾的防治系统，所述草地贪夜蛾的防治系统包括：

光照模块，与中央控制模块连接，用于通过照明灯进行田间照明；

图像采集模块，与中央控制模块连接，用于通过无人机携带摄像头采集田间植物上的虫态图像，虫态包括：虫卵、幼虫、茧蛹、成虫；

图像处理模块，与中央控制模块连接，用于通过图像处理程序对图像进行去噪、归一化处理；对图像进行去噪、归一化处理包括以下步骤：获取待处理图像的滤波中心点，获取所述滤波中心点对应的滤波窗口和若干滤波方向；获取所述滤波方向的滤波像素点，获取所述滤波像素点的归一化滤波权重；根据所述滤波像素点和所述归一化滤波权重获取所述滤波中心点的滤波值；将所述待处理图像的每个像素点依次作为滤波中心点，重复步骤(2)-(5)，完成图像去噪；

中央控制模块，与光照模块、图像采集模块、图像处理模块、整体图像生成模块、图像分割模块、图像分析模块、草地贪夜蛾检测模块、草地贪夜蛾活动信息确定模块、草地贪夜蛾防治模块连接，用于通过主控机控制各个模块正常运行；

整体图像生成模块，与中央控制模块连接，用于通过图像生成程序进行采集图像的合成，生成田间整体图像；

图像分割模块，与中央控制模块连接，用于通过图像分割程序对田间整体图像进行分割，得到作物图像与待分析区域图像；从多尺度分割结果集合中选取有效分割结果；构建多尺度层次区域合并模型，在全局层次范围进行层次区域合并；提取能量和最小的分割区域组合确定合适分割区域的集合标签，按照标签生成图像的最优分割结果；

图像分析模块，与中央控制模块连接，用于通过图像分析程序分析待分析区域图像；

进一步，所述草地贪夜蛾的防治系统还包括：

草地贪夜蛾检测模块，与中央控制模块连接，用于通过草地贪夜蛾检测程序检测草地贪夜蛾，确定草地贪夜蛾的位置；针对采集到的图像信息，进行图像表面平整区域的识别；若识别到平整区域，则对识别出的平整区域进行勾画；若未识别到平整区域，则返回“1)”；计算所勾画出的平整区域的灰度数值，针对所采集到的图像对所勾画出的平整区域进行抠除处理；返回“1)”；直至计算出的平整的区域的灰度数值最大，即为草地贪夜蛾的位置；

草地贪夜蛾活动信息确定模块，与中央控制模块连接，用于通过草地贪夜蛾活动信息确定程序确定不同时间段、不同区域草地贪夜蛾的数量，得到草地贪夜蛾活动频繁的时间、位置信息；

草地贪夜蛾防治模块，与中央控制模块连接，用于通过草地贪夜蛾防治程序在确定时间与区域进行草地贪夜蛾杀虫剂的喷施，以达到农作物苗期达5％，喇叭口期达10％穗期达15％的防治指标。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明通过光照模块通过照明灯进行田间照明，图像采集模块通过无人机携带摄像图采集田间图像；图像处理模块通过图像处理程序对图像进行去噪、归一化处理，整体图像生成模块通过图像生成程序进行采集图像的合成，生成田间整体图像；图像分割模块通过图像分割程序对田间整体图像进行分割，得到作物图像与待分析区域图像；图像分析模块通过图像分析程序分析待分析区域图像，草地贪夜蛾检测模块通过草地贪夜蛾检测程序检测草地贪夜蛾，确定草地贪夜蛾的位置；草地贪夜蛾活动信息确定模块通过草地贪夜蛾活动信息确定程序确定不同时间段、不同区域草地贪夜蛾的数量，得到草地贪夜蛾活动频繁的时间、位置信息；草地贪夜蛾防治模块通过草地贪夜蛾防治程序在确定时间与区域进行草地贪夜蛾杀虫剂的喷施。本发明通过对田间图像的采集得到草地贪夜蛾的活动信息，对采集图像进行处理后分析，能够实现图像清晰度的提升，对草地贪夜蛾的频繁活动时间以及密集活动区域的确定更准确，进而实现对草地贪夜蛾的有效防治。同时本发明可以避免杀虫剂的长期大量不合理使用，引发农药残留、食品安全、土壤环境污染、抗药性以及天敌的破坏的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，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是本发明实施例提供的草地贪夜蛾的防治系统结构示意图。

图2是本发明实施例提供的草地贪夜蛾的防治方法流程图。

图3是本发明实施例提供的图像进行去噪、归一化处理方法流程图。

图4是本发明实施例提供的采集图像的合成，生成田间整体图像方法流程图。

图5是本发明实施例提供的分析待分析区域图像方法流程图。

图中：1、光照模块；2、图像采集模块；3、图像处理模块；4、中央控制模块；5、整体图像生成模块；6、图像分割模块；7、图像分析模块；8、草地贪夜蛾检测模块；9、草地贪夜蛾活动信息确定模块；10、草地贪夜蛾防治模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种草地贪夜蛾的防治系统及方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的草地贪夜蛾的防治系统包括：光照模块1、图像采集模块2、图像处理模块3、中央控制模块4、整体图像生成模块5、图像分割模块6、图像分析模块7、草地贪夜蛾检测模块8、草地贪夜蛾活动信息确定模块9、草地贪夜蛾防治模块10。

光照模块1，与中央控制模块4连接，用于通过照明灯进行田间照明。

图像采集模块2，与中央控制模块4连接，用于通过无人机携带摄像图采集田间图像。

图像处理模块3，与中央控制模块4连接，用于通过图像处理程序对图像进行去噪、归一化处理。

中央控制模块4，与光照模块1、图像采集模块2、图像处理模块3、整体图像生成模块5、图像分割模块6、图像分析模块7、草地贪夜蛾检测模块8、草地贪夜蛾活动信息确定模块9、草地贪夜蛾防治模块10连接，用于通过主控机控制各个模块正常运行。

整体图像生成模块5，与中央控制模块4连接，用于通过图像生成程序进行采集图像的合成，生成田间整体图像。

图像分割模块6，与中央控制模块4连接，用于通过图像分割程序对田间整体图像进行分割，得到作物图像与待分析区域图像。

图像分析模块7，与中央控制模块4连接，用于通过图像分析程序分析待分析区域图像。

草地贪夜蛾检测模块8，与中央控制模块4连接，用于通过草地贪夜蛾检测程序检测草地贪夜蛾，确定草地贪夜蛾的位置。

草地贪夜蛾活动信息确定模块9，与中央控制模块4连接，用于通过草地贪夜蛾活动信息确定程序确定不同时间段、不同区域草地贪夜蛾的数量，得到草地贪夜蛾活动频繁的时间、位置信息。

草地贪夜蛾防治模块10，与中央控制模块4连接，用于通过草地贪夜蛾防治程序在确定时间与区域进行草地贪夜蛾杀虫剂的喷施。

如图2所示，本发明实施例提供的草地贪夜蛾的防治方法包括以下步骤：

s101：光照模块通过照明灯进行田间照明，在田间照明时间段内，图像采集模块通过无人机携带摄像头采集田间植物上的虫态图像，虫态包括：虫卵、幼虫、茧蛹、成虫。

s102：根据图像采集模块采集田间植物上的虫态图像数据，图像处理模块通过图像处理程序对图像进行去噪、归一化处理。

s103：根据处理完成的图像数据，中央控制模块，分别与光照模块、图像采集模块、图像处理模块、整体图像生成模块、图像分割模块、图像分析模块、草地贪夜蛾检测模块、草地贪夜蛾活动信息确定模块、草地贪夜蛾防治模块连接，通过主控机控制各个模块正常运行。

s104：中央控制模块控制整体图像生成模块，通过图像生成程序进行采集图像的合成，生成田间整体图像；图像分割模块通过图像分割程序对田间整体图像进行分割，得到作物图像与待分析区域图像。

s105：图像分割完成后，图像分析模块通过图像分析程序分析待分析区域图像；草地贪夜蛾检测模块通过草地贪夜蛾检测程序检测草地贪夜蛾，确定草地贪夜蛾的位置；并且草地贪夜蛾活动信息确定模块通过草地贪夜蛾活动信息确定程序确定不同时间段、不同区域草地贪夜蛾的数量，得到草地贪夜蛾活动频繁的时间、位置信息。

s106：根据草地贪夜蛾活动频繁的时间、位置信息，草地贪夜蛾防治模块通过草地贪夜蛾防治程序在确定时间与区域进行草地贪夜蛾杀虫剂的喷施，以达到农作物苗期达5％，喇叭口期达10％穗期达15％的防治指标；在草地贪夜蛾杀虫剂喷施过程中，根据采集的数据，合理的对喷施过程进行规划。

本发明提供的对图像进行去噪、归一化处理包括以下步骤：

s201：获取待处理图像的滤波中心点；

s202：获取所述滤波中心点对应的滤波窗口和若干滤波方向；

s203：获取所述滤波方向的滤波像素点；

s204：获取所述滤波像素点的归一化滤波权重；

s205：根据所述滤波像素点和所述归一化滤波权重获取所述滤波中心点的滤波值；

s206：将所述待处理图像的每个像素点依次作为滤波中心点，重复步骤s202-s205，完成图像去噪。

本发明提供的采集图像的合成，生成田间整体图像是在具有相邻大小视场角的所述成像模组的成像区域的成像重叠区域内，具体为：

s301：匹配所述成像模组的所述成像区域的所述成像重叠区域内的像素点数量；

s302：在所述成像重叠区域的倍率被放大时，使用具有小视场角的所述成像模组的所述成像区域的所述成像重叠区域内的像素点替换具有大视场角的所述成像模组的所述成像区域的所述成像重叠区域内的像素点；

s303：在具有大视场角的所述成像模组的所述成像区域的所述成像重叠区域内以一个中心像素点为中心，形成第一参考区域；在具有小视场角的所述成像模组的所述成像区域的所述成像重叠区域内以一个中心像素点为中心，在轴向和径向分别加减n个像素点的范围内以每个像素点为中心，形成第二参考区域；

s304：分别获得所述第一参考区域和每个所述第二参考区域的差值，其中当所述第一参考区域和所述第二参考区域的差值最小时，所述第二参考区域位于中心的像素点是所述第一参考区域的中心像素点在具有小视场角的所述成像模组的所述成像区域的映射。

本发明提供的获取所述滤波像素点的归一化滤波权重包括：

获取每个所述滤波方向对应的所述滤波像素点的均值；根据所述滤波像素点和所述滤波像素点的均值获取所述滤波方向方差；

根据所述滤波方向方差获取滤波方向权重；根据所述滤波方向权重获取所述滤波像素点的滤波权重；根据所述滤波权重获取所述归一化滤波权重。

本发明提供的对田间整体图像进行分割包括以下步骤：

从多尺度分割结果集合中选取有效分割结果；

构建多尺度层次区域合并模型，在全局层次范围进行层次区域合并；

提取能量和最小的分割区域组合确定合适分割区域的集合标签，按照标签生成图像的最优分割结果。

本发明提供的构建多尺度层次区域合并模型，在全局层次范围进行层次区域合并具体包括：

遍历集合t中每个分割区域上级层次的所有区域，获取每个分割区域与其他所有区域的交并比，选取最大交并比的区域作为父节点区域，进而获取集合t中每个分割区域与其他分割区域之间的父子关系；

以阈值最小的分割区域组合作为初始层次，根据层次区域的父子关系建立多尺度图像分割的层次区域合并树，树中的每个节点表示一个分割区域；

计算各个分割区域vi的内部颜色一致性特征fintra_color、内部纹理一致性特征fintra_texture和几何特征fgeo_infor；其中fintra_color和fintra_texture的值越小，说明区域内部颜色和纹理越统一，区域分割的质量越好，fgeo_infor避免分割区域过分割；将三种特征值相加，得到集合t中每个分割区域的分割质量分数；

构建多尺度层次区域合并模型，利用动态规划方法自底向上对层次区域合并树进行分割区域组合；在层次区域合并树结构中，以节点(分割区域)vi为根的子树，其相对于整棵层次分割树而言，最优分割区域可以是节点vi本身，也可以是vi节点对应的所有子节点的并集，选择取决于子节点并集与父节点之间谁能量更低；适用动态规划的框架，通过动态规划算法寻找全局最优。

本发明提供的分析待分析区域图像为：

s401：针对采集到的图像信息，进行图像表面平整区域的识别；

s402：若识别到平整区域，则对识别出的平整区域进行勾画；若未识别到平整区域，则返回“s401”；

s403：计算所勾画出的平整区域的灰度数值；

s404：针对所采集到的图像对所勾画出的平整区域进行抠除处理；

s405：返回“s401”；直至计算出的平整的区域的灰度数值最大，即为草地贪夜蛾的位置。

本发明提供的进行草地贪夜蛾杀虫剂的喷施中，合理的对喷施过程进行规划；

所述草地贪夜蛾杀虫剂由甲氨基阿维菌素苯甲酸盐、茚虫威、乳化剂、有机溶剂、分散剂、水组成。

本发明提供的根据图像采集模块采集的田间植物上的虫态图像，进行防治的过程为：

成虫、茧蛹，通过灯诱、性诱、食诱技术达到用药防治水平；

幼虫，1-3龄幼虫可使用以上药剂进行全株喷雾，迁入型成虫产卵着重喷雾玉米植株中上部，成虫产卵着重喷雾植株下部；4-6龄幼虫可使用10％虫螨腈悬浮剂20％氯虫苯甲酰胺悬浮剂、60克/升乙基多杀菌素悬浮剂全株喷雾；

卵，隔离农作物，喷施相应的农药。

本发明的工作原理为：光照模块1通过照明灯进行田间照明，在田间照明时间段内，图像采集模块2通过无人机携带摄像头采集田间植物上的虫态图像，虫态包括：虫卵、幼虫、茧蛹、成虫。根据图像采集模块2采集田间植物上的虫态图像数据，图像处理模块3通过图像处理程序对图像进行去噪、归一化处理。

根据处理完成的图像数据，中央控制模块4，分别与光照模块1、图像采集模块2、图像处理模块3、整体图像生成模块5、图像分割模块6、图像分析模块7、草地贪夜蛾检测模块8、草地贪夜蛾活动信息确定模块9、草地贪夜蛾防治模块10连接，通过主控机控制各个模块正常运行。中央控制模块4控制整体图像生成模块，通过图像生成程序进行采集图像的合成，生成田间整体图像；图像分割模块6通过图像分割程序对田间整体图像进行分割，得到作物图像与待分析区域图像。

图像分割完成后，图像分析模块7通过图像分析程序分析待分析区域图像；草地贪夜蛾检测模块8通过草地贪夜蛾检测程序检测草地贪夜蛾，确定草地贪夜蛾的位置；并且草地贪夜蛾活动信息确定模块9通过草地贪夜蛾活动信息确定程序确定不同时间段、不同区域草地贪夜蛾的数量，得到草地贪夜蛾活动频繁的时间、位置信息。根据草地贪夜蛾活动频繁的时间、位置信息，草地贪夜蛾防治模块10通过草地贪夜蛾防治程序在确定时间与区域进行草地贪夜蛾杀虫剂的喷施，以达到农作物苗期达5％，喇叭口期达10％穗期达15％的防治指标；在草地贪夜蛾杀虫剂喷施过程中，根据采集的数据，合理的对喷施过程进行规划。

以上所述，仅为本发明较优的具体的实施方式，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，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。