基于图像处理的远程烟蓟马监测系统研究

• 作 者: 王茂林
• 机 构: 山西农业大学
• 出 处: 山西农业大学
• 发表日期: 2020年01期
• 关键词: 烟蓟马 图像处理 害虫计数 计算机视觉 树莓派
• 基金项目: 山西省科技攻关项目（20140311016-3）； 山西省农业科技成果转化和推广示范项目（SXNKTG201808）； 山西省应用基础研究项目（201801D121254）；

烟蓟马是我国农业的主要害虫,烟蓟马主要危害蔬菜和花卉等作物,由于蓟马危害的大多数植物都是与人类生活和健康密切相关,并且蓟马的危害也会造成农作物生长缓慢,影响作物品质,农作物大量减产等,因此,蓟马的防治是非常有必要的,对蓟马害虫防治的基础是对蓟马害虫进行监测。而目前我国对于蓟马害虫的监测主要依靠诱虫板引诱捕获蓟马害虫,再由人工识别和计数蓟马害虫,最终将蓟马的计数结果用于监测田间蓟马害虫的种群动态。目前我国蓟马害虫的监测仍然停留在人工识别害虫阶段,存在效率低、劳动强度大和时效性差等问题。为此,本论文研究基于图像处理的烟蓟马害虫图像监测系统,该系统由图像采集平台,数据存储服务器和处理终端三部分组成。利用该系统可以实现蓟马害虫的图像采集,环境数据采集、蓟马害虫计数、查看蓟马图像和环境数据。本研究一方面是田间害虫的远程监测系统的基础,促进了植保信息技术的发展。另一方面,为运用图像处理识别微小昆虫提供参考和依据。主要的研究结果如下:（1）蓟马害虫的诱捕设备由三角形诱捕器、蓝色粘虫板、烟蓟马性诱剂、防虫网组成。蓟马害虫的诱捕设备负责采集温室内的蓟马害虫。烟蓟马性诱剂保证仅诱捕温室内的蓟马害虫,防虫网用来防治其他无关的体型较大的害虫进入诱捕器,以确保蓟马害虫的单一性。（2）图像采集设备有树莓派,广角鱼眼摄像头,温湿度传感器、无线上网卡组成。图像采集设备负责驱动高清摄像头拍摄诱捕得到的蓟马害虫图片,通过计算机视觉库OpenCV和图像处理技术计算蓝色粘虫板上蓟马的数量,其中,图像处理技术首先通过寻找最佳颜色通道和K-mean均值聚类方法将蓝色粘虫板图像与黑色背景图像进行分割,将分割得到的蓝色粘虫板图像进行高斯滤波去噪和灰度化,运用灰度直方图将灰度图进行二值化处理,运用图像开操作去除二值化图像的噪声,便于将粘连的物体进行分离,运用图像边缘检测,获取图像轮廓,通过图像裁剪获取轮廓内的图像,运用训练好的VGG19网络完成蓟马图像的识别与计数,其中,图像识别计数和人工计数的蓟马数量结果大致相同,两者的相对误差的最大值为8%,因此,可以将图像计数方法应用与蓟马害虫的识别与计数。（3）数据传输平台采用阿里云推出的ECS云服务器和七牛云推出的OSS对象存储服务器组成,采用分离式的通信和数据传输模型。ECS云服务器负责作为图像采集平台和客户端之间的媒介,完成图像采集设备与客户端的信息传输。OSS云数据库负责存储采集拍摄得到的蓟马害虫图片以环境的温湿度数据,对图片和数据进行备份,保证数据的安全性和易用性。（4）图像采集平台、数据传输平台和客户端采用TCP/IP协议进行网络连接,使用开源的高性能的反向代理应用frp完成内网穿透,使局域网络内连接的图像采集设备树莓派可以对外网提供服务,使客户端通过网络就可以远程控制树莓派,通过在客户端发送参数命令实现图像采集设备定时拍照功能,也可以使树莓派搭建的监测蓟马的Web网页被公网连接和查看。本试验采用计算机视觉图像处理技术和嵌入式系统相结合的方法进行蓟马害虫的图像采集和处理系统的研究,实现对蓟马害虫图像自动采集并对蓟马害虫进行识别与计数,完成蓟马害虫的监测。