稻飞虱自动识别关键技术的研究

《稻飞虱自动识别关键技术的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、南京农业大学博士学位论文稻飞虱自动识别关键技术的研究姓名：刘德营申请学位级别：博士专业：农业机械化工程指导教师：丁为民201012稻飞虱自动识别关键技术的研究摘要水稻是中国最主要的粮食作物，稻米是全国60％以上人口的主食，水稻生产在全国的农业生产和粮食安全中起着举足轻重的作用。稻飞虱类害虫属同翅目飞虱科，由于几种飞虱往往混合发生为害，因此稻飞虱只是一个统称。稻飞虱是水稻的主要害虫，主要包括白背飞虱、褐飞虱和灰飞虱，严重威胁着水稻生产。害虫的实时检测是进行病虫害综合防治的一种手段，只有准确的检测，才能做到有目的的防治，把害虫种群控制在经济损害水平以

2、下，既不会因害虫造成损失，也不会因盲目防治造成浪费，加重对水稻和环境的污染。因此，只有研究有效的害虫自动检测技术，及时提供准确的害虫种类信息，才能为害虫的综合防治提供科学的决策依据。目前农田害虫实时测报的现状是利用200w白炽灯诱虫，使用敌敌畏熏杀昆虫，植保人员晚上开灯，早上取回昆虫，进行人工分检、计数。毒死后的昆虫形态各异，足和触角的位置是随机的，也可能被折断而残缺，翅膀发生变形或缺损，另一方面，由于稻飞虱体形微小，色彩也不很艳丽，加之种类间对经济作物的为害程度差异很大，植保站工作人员有时用肉眼无法判断，只能借助放大镜、解剖镜甚至显微镜来观察，

3、再借助检索表查出其种类。该方法识别效率低，对专家依赖性大，并且农药浸泡过的昆虫，散发毒气，危害测报人员身体健康。当前国内外对昆虫自动识别技术的研究尚处在初期发展阶段，所进行的研究几乎都是在特定条件下进行的，研究的对象均为静态，许多昆虫分类样本来自于标准标本，或在实验室人工培养，与自然界昆虫在颜色、纹理、形状等方面存在着一定的差距，而在现实中，需要实时、动态地获取某个区域昆虫种群数量，去指导生产和实践，因此本文对如何采集主要针对稻飞虱的田间昆虫数字图像、稻飞虱的识别特征描述和昆虫分类模型等关键技术进行了研究。组建了基于机器视觉的主要针对稻飞虱野外昆

4、虫图像自动采集装置，获得了处于自然状态下昆虫数字图像。采集装置包括底座、采集工作台、拍摄系统和控制系统，采集工作台和拍摄系统安装在底座上。采集工作台由幕布驱动装置、采集工作台幕布及机架组成，采集工作台可以进行x向运动，采集工作台幕布可以实现Z向运动，采集工作台幕布为的确良白布，用160w自镇流荧光高压汞灯诱集稻飞虱爬附到采集工作台幕布上。拍摄系统由摄像机、拍摄光源、安装于摄像机上的显微变焦距镜头、摄像机支架、光源支架、摄像机工作台、光源工作台组成，拍摄光源配置于白色采集工作台幕布与摄像机之间，摄像机安装在摄像机支架上，上下及与采集工作台幕布之间的

5、距离均可调，拍摄光源的上下及与摄像机之间的距离亦可单独调整，摄像机为彩色数字摄像机，拍摄光源采用环形冷光源。控制系统由计算机、微控制器、驱动器、图像采集卡组成，微控制器通过驱动器控制采集工作台X向运动和白色采集工作台幕布Z向运动，PC机利用摄像机和图像采集卡定时拍摄爬附着昆虫的采集工作台幕布，获取数字图像，Pc机与微控制器相连，实现图像采集装置运动和图像自动拍摄协调进行。区分稻飞虱的一个较稳定的特征是其背部的颜色和纹理，处理昆虫数字图像，提取疑似稻飞虱的单个昆虫虫体背部图像。取稻飞虱的蓝色分量B=140作为颜色阈值，进行图像二值化处理，设计形态学

6、滤波器，去除足、触角和噪声等非目标区域，标记连通区域，计算各分割区域的面积，保留面积为(1398～3847)±50％像素的疑似稻飞虱区域，剔除形状大小与稻飞虱不相称的大部分昆虫，降低分类的工作量，再把图像分解成单个目标区域的二值化图像，与原始图像相与，得到信息完整的单个昆虫虫体背部图像，图像大小统一截为128×128像素。利用傅里叶变换把昆虫背部区域图像从空间域变换到频域，用傅里叶频谱描述昆虫虫体背部颜色和纹理，提取描述昆虫虫体背部特征的，x，(，≤9)的二维傅里叶频谱窗口数据，窗口左上角始终为二维傅里叶频谱中心，构成p维识别昆虫的特征向量。根据

7、四类昆虫虫体背部图像傅里叶频谱数据，计算每个特征在各类样本中的均值，81个特征的特征均值在4类样本中具有一定的差异，说明81个频谱特征在区分4类样本时是有效的；分析每个特征在各类样本中的方差，总体上81个频谱特征的波动程度不大，表明这些特征在表示各个类别时较为稳定；采用单因素方差分析法对81个频谱特征在各类样本中的显著性水平进行检验，只有7个不具有显著性差异的频谱特征，说明这些频谱特征在区分各类样本时是可行的，可以描述昆虫背部的颜色和纹理特征。构建了基于支持向量机的昆虫分类模型。选取169张昆虫图像，其中白背飞虱、褐飞虱、灰飞虱三种稻飞虱图像分别

8、为34张，共102张，其它昆虫图像有蚂蚁2张、露尾甲1O张、水蝇2张、潜蝇19张、长蝽2张、盲蝽1张，共36张，三种叶蝉合计31张，用二