一种农林业病害孢子图像采集方法技术

一种农林业病害孢子图像采集方法，具体属于智慧农林业病害预警领域，基本思路是用吸管连续吸入含有病害孢子的空气，在吸入空气过程中某一段时间对吸管某一位置的空气采用高倍显微镜放大并用附带的数字相机进行连续拍照，然后把这些照片进行叠加，重复采集过程即可得到需要数量的孢子采集图像。实现上涉及硬件系统和软件程序两部分，硬件系统包含箱体、风道机构、拍照机构、调焦机构、控制机构、供电机构，软件程序包含采集模块、图像模块、用户模块、通信模块。本发明专利技术可实现病害孢子图像的远程实时全自动采集、孢子图像处理和病害爆发预警；具有设备成本低、采集效率高、实用性强等特点，使产品大范围推广成为可能，加快传统农林业的智慧转型。慧转型。慧转型。

【技术实现步骤摘要】
一种农林业病害孢子图像采集方法


[0001]本专利技术涉及智慧农林业病害预警领域，特别涉及一种农林业病害孢子图像采集方法。

技术介绍

[0002]在农林业生产中会受很多病害孢子的影响，比如农业粮食生产如果不及时进行病害预警和防治，将会导致粮食大面积减产，甚至会影响国家安全。以往人工监测孢子的手段，很难做到准确且快速地检测农业病害孢子并发出预警，因此要采用基于图像识别技术的孢子识别系统，对农业病害孢子进行自动化识别和预警，才能达到提升监测效率的目的。另外，现有的孢子监测技术主要集中在采集图像数据后的处理方法上，但是对采集技术方案创新不多，尤其对野外孢子图像数据采集技术的研究比较少，探索新颖的采集方法很有必要。
[0003]目前常规的采集方法主要依靠人工将涂抹粘液的载玻片放在野外，等载玻片在一定时间隔内吸附空气中的孢子后再由人工取回，在显微镜下观察孢子并拍照，只能得到某一段时间的单张孢子图片，图片数量少，获取过程比较繁琐，耗时较长。近些年还有新的采集方法是通过电机控制一定数目的载玻片或用胶带吸附空气中的孢子后在机械链条传送带上不断移动和显微拍照，可以远程全自动得到不同时间的孢子图片，但是受传送带抖动的影响，以及载玻片数量的限制，得到的孢子图片质量不佳、数量有限。并且该方法搭建的系统设备集成度过高、硬件成本高使得用户的使用门槛提高，所以农林业病害孢子图像采集方法仍需要继续探索。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出一种农林业病害孢子图像采集的新方法，其基本思路是：
[0005]用吸管连续吸入含有病害孢子的空气，在吸入空气过程中某一段时间对吸管某一位置的空气采用高倍显微镜放大并用附带的数字相机进行连续拍照，然后把这些照片进行叠加，重复这个采集过程，得到需要数量的采集照片。
[0006]具体思路：
[0007]1.利用嵌入式控制板控制高倍显微镜附带的数字相机、补光灯、步进电机和抽气泵等进行配合来实现病害孢子全自动采集，其中的关键步骤是控制高倍显微镜放大并用附带的数字相机在某一时间段在同一位置进行连续快速拍照，高倍显微镜放大倍数大于1000倍；得到病害孢子图像后再进行图像叠加，最后用自主设计的病害孢子识别算法完成对叠加图像的识别和计数。与近些年的各种病害孢子采集系统相区别之处，本专利技术不再需要频繁定期更换的载玻片、胶带和传送带等，大大降低了设备成本，降低了设备操作难度和维护成本，同时得到高质量并且数量多的病害孢子图片。因此，本专利技术提出了一种农林业生产活动中的低成本、高效率、易于操作的新型农林业病害孢子图像采集方法。
[0008]本专利技术要解决的技术问题是：
[0009]设计高效的农林业病害孢子图像自动采集方法。具体实现上涉及硬件系统设计和软件程序设计两部分内容。
[0010]本专利技术针对技术问题所采取的技术方案是：
[0011]根据采集过程需求进行相关硬件选型并设计，软件功能主要是实现控制硬件进行病害孢子的全自动采集、病害孢子图像处理等。
[0012]硬件部分，是本专利技术中病害孢子采集系统的主体，也是最基础的部分。硬件设备设计主要包括箱体、风道机构、拍照机构、调焦机构、控制机构、供电机构这几部分。下面对本专利技术的硬件部分的技术方案进行详细阐述：
[0013]首先对于所有的硬件部件选型都要符合国家标准并且都能够在
‑
30
°
～+60
°
温度下正常工作，因为硬件设备安装环境都是在野外无人环境，需要能自身克服一年四季的天气问题。
[0014]箱体设计需要让采集部分更稳定、安全、高效的进行，所以设计分内外两个箱体，其内箱体在外箱体内部利用螺丝固定在固定隔板上，内箱体内部包含其重要采集流程的风道机构、拍照机构、调焦机构，外箱体外面安装有挡雨盖和进出气口过滤网。
[0015]风道机构是采集区域的空气来源与保障，需要有稳定均匀的空气流动，并且不能引起幅度大的抖动。由进出气通道固定装置、进气通道、通风管道进气口稳固装置、亚克力风道采集管、出气通道和抽气泵构成。抽气泵，选用功率小、抽风速度不大的小型真空抽气泵，它是风道风的动力来源，其固定在外箱体内部右侧，由嵌入式控制板控制，抽气泵的进气口连接着出气通道用来抽气，抽气泵的出气口则固定在外箱体的右侧进行空气排放。通风管道进气口稳固装置固定在内箱体正上方中间上接进气通道、下接亚克力风道采集管，职责是为亚克力风道采集管提供稳定、均匀的空气。进/出气通道，负责内外箱体之间的稳定气体传输，选用乳胶管增强延伸性和可操作性。亚克力风道采集管，选用极度扁平设计来支持高倍显微镜放大并用附带的数字相机进行图像采集，固定在高倍显微镜附带的数字相机和补光灯中间，拥有最稳定的空气流动，是病害孢子图像采集区域。进气通道上连接进气通道固定装置，其设计最大程度减小空气进入风速所带来的不稳定。
[0016]拍照机构是采集效果与质量的重要部分，可以快速显微拍照。由高倍显微镜附带的数字相机、亚克力风道采集管和补光灯构成。高倍显微镜附带的数字相机由厂家进行定制，可以快速显微拍照。高倍显微镜及附带的数字相机固定在滑台托架上，其显微镜头部分正对亚克力风道采集管显微放大拍摄亚克力风道采集管中流动的病害孢子。透过亚克力风道采集管的正对面是补光灯，补光灯与嵌入式控制版相连，开关和亮度都由其控制，补光灯高度和显微镜头部分在同一水平线，为高倍显微镜附带的数字相机显微放大拍摄提供充足的光照条件。
[0017]调焦机构根据孢子类型参数进行焦距微调，要求精度非常高、稳定性较高。所以选用丝轴滑杆、两相步进电机和步进电机驱动器进行设计。整个机构都在内箱体内部，丝轴滑杆和两相步进电机进行横向连接并放置在内箱体的底部，步进电机驱动器与两相步进电机和嵌入式控制板线路分别连接并放置在两相步进电机旁边，由嵌入式控制版发出控制指令调焦机构响应来实现调焦功能。
[0018]控制机构是整个硬件设备的大脑，由于软件需求性能高所以使用嵌入式控制板，其类似于树莓派和STM32的结合体。由嵌入式控制板构成和路由器构成。放置外箱体的底
部，其控制引脚连接的电线及USB数据线捆绑在一起并固定在内箱体下方并穿过内箱体连接到采集相关硬件，控制相关硬件进行采集操作。
[0019]供电机构为整个硬件设备供电，可以采用蓄电池，也可以采用市电。放置外箱体的底部，其开关放置在外箱体的侧壁，其供电线捆绑在一起并固定在内箱体下方并穿过内箱体连接到各个硬件。
[0020]软件部分，是整个系统的驱动核心，是最重要的部分，依托于硬件嵌入式控制板进行开发。实现辅助硬件高效率的进行病害孢子采集工作，使整个系统能够满足多点和高并发的条件下进行远程全自动的病害孢子图像采集，并对采集到的病害孢子图像进行保存、处理和传输。
[0021]本专利技术软件部分设计按功能分类进行抽象化、模块化实现，主要包括采集控制模块、图像模块、用户模块、通信模块四个部分。下面介绍以上四个模块的功能、设计与实现。
[0022]1、采集控制模块，其主要负责病害孢子的自动化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种农林业病害孢子图像采集方法，其特征在于，用吸管连续吸入含有病害孢子的空气，在吸入空气过程中某一段时间对吸管某一位置的空气采用高倍显微镜放大并用附带的数字相机进行连续拍照，然后把这些照片进行叠加，重复这个采集过程，得到需要数量的病害孢子采集照片；包含硬件系统和软件程序两部分内容；高倍显微镜放大倍数大于1000倍；软件包括采集控制模块、图像模块、用户模块、通信模块四个部分；采集控制模块，负责病害孢子的自动化采集部分；图像模块，负责对病害孢子图像数据进行处理；用户模块，负责对多点客户端和云端服务器提供用户服务；通信模块，负责嵌入式控制中心与客户端和云端服务器信息交互；所述的硬件系统部分，按功能分包括箱体、风道机构、拍照机构、调焦机构、控制机构、供电机构六部分；具体包括外箱体、内箱体、进气通道、出气通道、高倍显微镜及附带的数字相机、滑台托架、丝轴滑杆、两相步进电机、嵌入式控制板、蓄电池、抽气泵、亚克力风道采集管、补光灯、通风管道进气口稳固装置、进气通道固定装置、固定隔板；风道机构：抽气泵其固定在外箱体内部右侧，连接到嵌入式控制板，通风管道进气口稳固装置固定在内箱体正上方中间上接进气通道、下接亚克力风道采集管，亚克力风道采...

【专利技术属性】
技术研发人员：王波涛，种传刚，郝可馨，匡益乐，尹健光，刘剑飞，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：