一种田间稻飞虱图像远程实时采集系统及采集方法与流程

本发明属于昆虫观察自动化技术领域，尤其涉及一种田间稻飞虱图像远程实时采集系统。

背景技术：

随着机器视觉技术的发展，利用图像处理、模式识别技术对采集到的昆虫图像进行处理分析，能够识别出水稻田间害虫的种类、统计害虫的数量，从而预测到可能发生的各种虫害。国内外很多学者已对多个种类的昆虫进行了图像处理和分类研究，但许多昆虫的分类样本都来自标准样本，或由实验室人工培养，与自然界昆虫在颜色、纹理和形态等方面存在一定差距。因此需要对自然界中昆虫的实时图像进行采集研究，然而目前的昆虫图像采集系统都很简单，难以满足对田间害虫特征提取和自动识别的要求。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种田间稻飞虱图像远程实时采集系统，实时采集处于自然状态下的稻飞虱图像，便于直观了解田间虫情发生情况，并且为科研、教学及生产实践提供了自然昆虫数字图像。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

本发明的一种田间稻飞虱图像远程实时采集系统，包括图像采集装置、自动控制系统以及远程传输系统；自动控制系统通过控制图像采集装置来采集稻飞虱图像，再通过远程传输系统将采集到的图像发送到远端。

进一步的，所述图像采集装置包括工作台基座、Y向调节装置、X向调节装置、Z向调节装置、相机、光源、伺服电机以及采集工作台；Y向调节装置安装在工作台基座上，X向调节装置滑动的安装在Y向调节装置上，Z向调节装置滑动的安装在Y向调节装置上，相机和光源固定在安装板上，安装板滑动的安装在Z向调节装置上，在X向调节装置与Z向调节装置均安装有伺服电机。

进一步的，所述自动控制系统采用PLC控制器。

进一步的，安装在Z向调节装置上的伺服电机具有电磁机械抱闸装置，防止突然断电时相机突然坠落。

一种田间稻飞虱图像远程实时采集系统的采集方法，包括如下步骤：

1)系统初始化；

2)到达预先设定时刻后相机拍摄一张照片，

3)然后X向调节装置上的伺服电机正向转动并带动相机横向位移5cm,静止5秒后拍摄一张照片，X向位移次数加1；

4)若X向位移次数未达到设定值，则重复步骤3)，若达到设定值，则Z向调节装置上的伺服电机带动安装板做纵向位移5cm，静止5秒后拍摄一张照片；

5)X向位移归零重新记次；

6)若X向调节装置上的伺服电机反向转动带动带动相机反方向横向位移5cm，静止5秒后拍摄一张照片，X向位移次数加1；

7)若X向位移次数未达到设定值，则重复步骤6)，若达到设定值则判断Z向位移次数是否达到设定值，若达到设定值则结束，则回到步骤3)。

本发明的有益效果为：本发明能够实时采集处于自然状态下的稻飞虱图像，便于直观了解田间虫情发生情况，并且为科研、教学及生产实践提供了自然昆虫数字图像。

附图说明

为了更清楚地说明发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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发明的一些实施例，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为本发明的设计框图；

图2为本发明中图像采集装置的结构示意图；

图3为本发明中PLC的外围控制电路；

图4为本发明工作的系统流程图；

图5为本发明中远程传输系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对发明的优选实施例进行详细阐述，以使发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

本发明以水稻害虫的图像为采集对象，水稻害虫普遍具有趋光性，所以可以采用光源集中诱集。天黑之前，打开用于吸引昆虫的160w高压汞灯，害虫受到吸引会绕灯飞舞，然后附着于采集工作台的幕布上。根据设定好的时间，控制拍摄系统和伺服系统协调工作，对工作台上指定区域进行扫描拍摄。拍摄图片的同时，远程传输系统将这些图片自动传输至远端实验室中的服务器。具体技术方案如下：

如图1-5所示，一种田间稻飞虱图像远程实时采集系统，包括图像采集装置、自动控制系统以及远程传输系统；自动控制系统通过控制图像采集装置来采集稻飞虱图像，再通过远程传输系统将采集到的图像发送到远端。

所述图像采集装置包括工作台基座1、Y向调节装置2、X向调节装置3、Z向调节装置4、相机5、光源6、伺服电机7以及采集工作台8；Y向调节装置2安装在工作台基座1上，X向调节装置3滑动的安装在Y向调节装置2上，Z向调节装置4滑动的安装在Y向调节装置2上，相机5和光源6固定在安装板9上，，光源6采用160W的高压汞灯，安装板9滑动的安装在Z向调节装置4上，在X向调节装置3与Z向调节装置4均安装有伺服电机7。两个伺服电机型号分别为ECMA-C20604RS和ECMA-C20604SS，通过改变控制信号的电压来控制其转速及转向，按照设定的路线运动。安装在Z向调节装置4上的伺服电机7自带电磁机械抱闸装置，克服断电时垂直方向上重力产生的影响，防止相机5突然坠落，实现准确定位。

X向调节装置3、Z向调节装置4均采用滚珠丝杠进给系统。

远程传输系统包括客户端、服务器以及4G无线路由器；相机5将拍摄的照片保送到客户端，客户端再通过4G无线路由器将所存储的照片发送到远端服务器。

自动控制系统的核心采用PLC控制器，型号为DVP32EH00T，实现拍摄系统的自动拍摄和交流伺服电机的自动运行，PLC控制器外围电路接线图如图3所示。采用220V作为PLC控制器和直流稳压电源的供电电源，PLC控制器的Y4端口输出信号与中间继电器共同作用得到能驱动工业相机的外部电压触发信号，实现自动拍摄功能。PLC同时又输出两路“脉冲+方向”信号，其中Y0与Y1为一组，Y2与Y3为一组，分别控制X轴向和Z轴向两个轴向的伺服电机7的驱动器，再由各轴的驱动器分别驱动各轴的交流伺服电机完成相应的动作。

用于图像采集的高速图像采集卡选用MV-E1394型号，安装于计算机主机箱的PCI Express插槽中，通过IEEE1394标准接口的电缆与相机5连接。相机5采用数字摄像机Guppy PRO F-503B/C最高分辨率2588×1940，与畸变非常小的镜头TEC-M55配合使用，适用于高精度检测。此外采用型号为OPT-RI12030的RI环形光源与型号为OPT-AP1024-4的AP模拟式机器视觉光源控制器，用于调节RI环形光源(即光源6)的亮度，为拍摄补光。利用拍摄软件AVT SmartView预先调试相机的拍摄效果。

使用时，每天傍晚，开启悬挂于图像采集装置的前上方位置的诱虫灯(即光源6)，水稻田间的昆虫会趋光不断附着在白色纯棉幕布上。待控制器计时到预先设定的时间点，系统启动，驱动伺服电机，通过传动结构使X向调节装置和Z向调节装置运动，PLC控制拍摄系统和伺服系统协调运行对幕布进行逐行扫描拍摄，图像自动保存至电脑提前设定的文件夹内，并自动编号。每次电机转动结束后会定时5s，用以留给相机充分的触发时间，并防止拍摄过程中抖动产生模糊，然后往复循环，直到拍摄结束。

Y向调节装置2为手动，在拍摄之前根据现场相机拍摄害虫的实际效果进行调节，采集工作台8是固定安装在工作台基座1上的，拍摄过程中，PLC控制器输出信号，控制X向调节装置3和Z向调节装置4上的伺服电机7上的驱动器，再由各驱动器驱动伺服电机7完成相应的动作，具体的动作是先沿X轴正向运动10次或12次(即设定值)，每次运动5cm距离并静止5s用来拍摄，然后向Z轴(就是往上)运动一次(5cm)，拍摄一张图片，再沿X轴负方向运动10次或12次，循环往复，直到拍完整个工作台上事先划定区域，具体方法如下：

一种田间稻飞虱图像远程实时采集系统的采集方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)系统初始化；

2)到达预先设定时刻后相机(5)拍摄一张照片，

3)然后X向调节装置(3)上的伺服电机(7)正向转动并带动相机(5)横向位移5cm,静止5秒后拍摄一张照片，X向位移次数加1；

4)若X向位移次数未达到设定值，则重复步骤3)，若达到设定值，则Z向调节装置(4)上的伺服电机(7)带动安装板(9)做纵向位移5cm，静止5秒后拍摄一张照片；

5)X向位移归零重新记次；

6)若X向调节装置(3)上的伺服电机(7)反向转动带动带动相机(5)反方向横向位移5cm，静止5秒后拍摄一张照片，X向位移次数加1；

7)若X向位移次数未达到设定值，则重复步骤6)，若达到设定值则判断Z向位移次数是否达到设定值，若达到设定值则结束，则回到步骤3)。

远程传输系统的作用是把拍摄的各组图片从野外田间自动发送至本地的实验室监测中心处用于后续图像处理分析。由于照片单幅容量大、整体数量多，要求传输速度相对较快、稳定性相对较高，所以选择通信速度快、网络频谱宽、通信质量高、费用便宜的4G通信技术。

远程传输系统包括客户端、服务器以及4G无线路由器，4G无线路由器选用厦门才茂公司生产的工业级LTE 4G路由器，型号为CM8565R，可以实现大量数据的快速稳定传输；相机5将拍摄的照片保送到客户端，客户端再通过4G无线路由器将所存储的照片发送到远端服务器。

客户端是通信的发起者，客户端首先要知道服务器的地址和端口号。利用Socket对象创建TCP客户端socket服务，主动向服务器端发出连接请求。如果连接成功说明数据传输通道已经建立，该通道就是底层建立好的socket流。点击界面上用于选择目标文件夹的按钮，可以事先设置好用于存放拍摄图片的文件夹路径。应用程序每隔1min读取一次文件夹中的文件，获取socket输出流将新读取到的图片发送给服务器。每发送成功一张图片，读取服务器端发回的内容。直到该路径下无新拍摄到的图片，关闭socket。

服务器被动等待客户端发起通讯，对其做出响应。利用ServerSocket对象创建TCP服务器端socket服务。服务器端必须对外提供一个接口，否则客户端无法连接。建立连接后，服务器端获取连接过来的客户端对象，通过客户端对象获取socket流，读取客户端发来的数据，将读取到的数据保存到事先设定好的文件中。反复读取这些数据，得到拍摄到的稻飞虱图片。每读取到一张完整的照片，获取socket输出流，将上传的结果发送给客户端。直到客户端不再发送数据，关闭Socket。

以上所述，仅为发明的具体实施方式，但发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在发明的保护范围之内。因此，发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。