一种基于X射线探测树木皮下钻蛀性害虫的方法技术

一种基于X射线探测树木皮下钻蛀性害虫的方法，属于无损探测技术领域，利用树木韧皮部和害虫的密度、厚度的不同，可以分辨出树木内部有无害虫存在，从而能够准确地监测树木内部害虫的蛀食危害行为。本发明专利技术通过以下步骤予以实现：S1、安装X射线成像检测系统；S2、获取图像；S3、图像处理（灰度值伽马校正）S4、图像分析。本发明专利技术利用X射线技术扫描疑似被钻蛀性害虫侵害树木，可以在不损害树干生长的条件下，准确高效地发现树皮下害虫活动的位置，提高单株探测的准确率，而且不需要耗用大量的人力物力，高效实用，具有很好的发展前景。具有很好的发展前景。具有很好的发展前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于X射线探测树木皮下钻蛀性害虫的方法


[0001]本专利技术属于无损探测
，具体涉及的是一种基于X射线探测树木皮下钻蛀性害虫的方法。

技术介绍

[0002]钻蛀性害虫以天牛科、象甲科、吉丁科、小蠹科、透翅蛾科和木蠹蛾科等为主要代表，因寄主广泛，对园林树木、果树等多种经济树种都会造成严重危害。钻蛀性害虫的口器多为咀嚼式，幼虫会在树皮韧皮部下钻蛀，以此取食生存，同时会在树木上形成密集的坑道，破坏树木的分生和输导组织，阻断寄主树木养分和水分的运输，使被害树木枯萎甚至死亡，给林业环境及果树生长造成了严重危害，因此钻蛀性害虫的探测与防治显得尤为重要，但是由于钻蛀性害虫一般深藏在树体韧皮部内，具有高度的隐蔽性，常规方法很难准确高效地对害虫进行探测。
[0003]过去对树木中害虫的探测主要使用超声波探测法和电磁波探测法。超声波探测法主要是利用超声波探测仪，去侦听害虫动作产生的超声波讯号，这些声音一般是在害虫进食、移动、告警讯号等特殊习惯的时候产生的，利用这些信号就可以探测出树皮下的钻蛀性害虫；电磁波探测法是基于被测树木对近红外电磁波的吸收和反射的差异进行光谱检测，当树木受到蛀干害虫的侵蚀后，其对近红外光的吸收或反射不同于未受虫害的树木，据此可以检测出树木树皮下是否存在害虫。但这两种方法对钻蛀性害虫的检测准确度都不高，容易遗漏或误检测被侵害树木，且这两种方法无法检测出害虫的具体种类，在实际的应用中有着很大的局限性。
[0004]X射线法检测材料和物体在工业无损检测中已经得到广泛应用，X射线具有很强的穿透能力，同时X射线在透过物体时由于被透过物体内部密度和物体厚度等因素的差异，会使X射线在透过物体时得到不同程度的吸收，透过物体部分的X射线强度也将随之发生改变，且透过物体部分的X射线强度分布中会携带被透过物体的内部信息，通过使用X射线成像器件来采集这些信息进而可以得到物体内部信息的图像，所以X射线是无损检测木材的一种比较好的手段，然而X射线用于检测林木中钻蛀性害虫的报道并不多见。
[0005]除此之外，利用X射线技术无损伤探测树木中钻蛀性害虫需要在野外进行使用，缺少电力支持，无法使用高功率的大型X射线源装置，出于可行性的要求，只能使用较小型的低功率X射线源，所以产生的X射线源电压与电流都较低。同时由于树木树皮和害虫的厚度及密度都很小，所以探测时所需X射线的电压与电流较低，这就会导致获得的X射线灰度图像对比度很低，研究人员难以准确地分辨出害虫所在的位置。

技术实现思路

[0006]本专利技术的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于X射线探测树木皮下钻蛀性害虫的方法，利用树木韧皮部和害虫的密度、厚度的不同，可以分辨出树木内部有无害虫存在，从而能够准确地监测树木内部害虫的蛀食危害行为。
[0007]为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0008]一种基于X射线探测树木皮下钻蛀性害虫的方法，包括以下步骤：
[0009]S1、安装X射线成像检测系统：将X射线源安装在待测树木的前方，并使X射线源对准待测树木表皮，在待测树木的后方安装X射线探测器，并使X射线源与X射线探测器处于同一条直线上，调整X射线源、待测树木和X射线探测器之间的距离，然后用信号线将X射线源和X射线探测器与计算机连接；
[0010]S2、获取图像：
[0011]S2
‑
1、确定X射线源周围无人后，通过计算机远程控制X射线源开启，并逐渐升高X射线源的电压与电流，X射线电压为20KV～65KV，电流为0.1mA～0.3mA；
[0012]S2
‑
2、打开X射线探测器的图像获取功能，配置探测器的各项参数，对图像进行初步的增益校正；
[0013]S2
‑
3、X射线探测器获取图像，灰度值明显异于周围灰度值的部位即为害虫疑似存在部位，计算机保存该位置处获取到的X射线图像；
[0014]S2
‑
4、调整X射线源与X射线探测器的位置，重复上述步骤S2
‑
3对待测树木的其他部位进行检测；
[0015]S3、图像处理：
[0016]S3
‑
1、计算gamma校正值：利用cv::mean函数求出输入图像的灰度平均值H，H的取值范围为[0,1]，伽马校正值为：
[0017][0018]S3
‑
2、灰度值归一化：利用opencv中的lut函数对原图像[0,255]范围内的灰度值进行归一化，使灰度值趋近于0～1之间；
[0019]S3
‑
3、灰度值伽马校正：利用opencv中的pow函数确定伽马校正后的灰度值，增强图像的对比度；
[0020]S4、图像分析：对待测树木的不同部位进行照射后，处理分析得到的X射线图像，对灰度值不同部分进行标记，再结合树木实际情况寻找出树木中被钻蛀性害虫侵蚀的部位，进而探测树木中害虫的蛀食行为。
[0021]进一步地，所述X射线源为Moxtek MAGPRO X射线源，X射线探测器为CCD型X射线探测器。
[0022]进一步地，在所述步骤S3
‑
1中，当H＝0.5时为图像灰度直方图的中心。
[0023]与现有技术相比本专利技术的有益效果为：
[0024]本专利技术利用X射线技术扫描疑似被钻蛀性害虫侵害树木，可以在不损害树干生长的条件下，准确高效地发现树皮下害虫活动的位置，提高单株探测的准确率，而且不需要耗用大量的人力物力，高效实用，具有很好的发展前景。
附图说明
[0025]图1为本专利技术监测原理俯视结构示意图；
[0026]图2为伽马曲线图；
[0027]图3为原始X射线图像；
[0028]图4为伽马校正处理后的X射线图像。
[0029]图中，1为X射线源，2为探测X射线，3为树木的表皮部分，4为树木的木质部部分，5为X射线探测器，6为钻蛀性害虫。
具体实施方式
[0030]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细描述。
[0031]本专利技术的基本原理如下：X射线源发出连续谱X射线，由于穿透树木和钻蛀性害虫时的衰减系数(即物质对X射线的吸收系数)不同以及射线在被测树木内部穿透的厚度不同从而引起透射过的X射线强度会有差异，这种差异被树木后方的X射线探测器记录下来，表现在X射线图像上的就是图像的灰度差异，在经过后期的图像处理后，可以清晰地分别出树木的木质部、韧皮部以及被测害虫，从而探测出树木内部钻蛀性害虫的蛀食行为，其原理如图1所示。
[0032]X射线能量衰减规律的表达式为：I＝I
E
e
‑
ux
；如图1所示，设X射线在树木树皮中的平均衰减系数为u1，在害虫中的平均衰减系数为u2，其中I
E
为入射X射线的初始强度；
[0033]树木树皮部分的透射射线强度I
t
为：
[0034]钻蛀性害虫部分的透本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于X射线探测树木皮下钻蛀性害虫的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、安装X射线成像检测系统：将X射线源安装在待测树木的前方，并使X射线源对准待测树木表皮，在待测树木的后方安装X射线探测器，并使X射线源与X射线探测器处于同一条直线上，调整X射线源、待测树木和X射线探测器之间的距离，然后用信号线将X射线源和X射线探测器与计算机连接；S2、获取图像：S2
‑
1、确定X射线源周围无人后，通过计算机远程控制X射线源开启，并逐渐升高X射线源的电压与电流，X射线电压为20KV～65KV，电流为0.1mA～0.3mA；S2
‑
2、打开X射线探测器的图像获取功能，配置探测器的各项参数，对图像进行初步的增益校正；S2
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3、X射线探测器获取图像，灰度值明显异于周围灰度值的部位即为害虫疑似存在部位，计算机保存该位置处获取到的X射线图像；S2
‑
4、调整X射线源与X射线探测器的位置，重复上述步骤S2
‑
3对待测树木的其他部位进行检测；S3、图像...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈平，赵晓杰，陈籽君，刘宾，韩焱，潘晋孝，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：