农业虫害远程监测系统的图像获取与识别技术研究

论文摘要

我国是一个农业大国,同时也是一个农业小国,提高农业生产、保障粮食安全显得尤为重要。然而,在农业生产中,每年因虫害造成的损失高达13%～16%,害虫防治刻不容缓。农业虫害远程监测系统通过对农田虫情的监测,能有效指导农业生产开展虫害防治工作,提高粮食产量,保障国家的粮食安全。害虫的数字图像是系统虫情信息的主要载体,如何高效高质地获取害虫图像,并准确快速地进行识别,是一个有待解决的问题。本文就该问题,主要开展了以下工作:1)针对小个体害虫数量庞大,进行完全拍摄识别效率低下的问题,设计了一种锥形双对称结构的虫体抽样机械,实现了对虫体的均化和准确抽样;2)对害虫图像做了预处理,实现多虫体图像的分割和边缘提取,为图像识别做准备;3)基于害虫人工识别效率低、机器识别难以推广的现状,提出了一种基于目标图像轮廓相似度的自比对分类识别方法,实现了害虫图像按轮廓形状分类。本文通过对图像获取和图像识别两个方面的研究,快速高效地得到了高质量的害虫图像,并以自比对识别的方式实现了害虫图像的识别,保障了虫情信息获取的时效性和准确性,为农业虫害远程监测系统的开发和应用打下了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 农业虫害监测
• 1.2.2 害虫图像识别
• 1.2.3 抽样策略及自比对识别的提出
• 1.3 论文的研究目标、研究内容
• 1.4 本论文的特色与创新之处
• 1.5 结构安排
• 1.6 本章小结
• 第2章 农业虫害远程监测系统总体设计
• 2.1 系统概述
• 2.1.1 系统组成
• 2.1.2 系统工作流程
• 2.2 害虫诱捕灭杀子系统
• 2.3 信息采集子系统
• 2.3.1 GIS信息采集
• 2.3.2 图像信息采集
• 2.4 传输接收子系统
• 2.4.1 传输接收子系统概述
• 2.4.2 GPRS网络
• 2.5 图像识别子系统
• 2.5.1 图像预处理
• 2.5.2 图像自比对
• 2.6 统计分析子系统
• 2.6.1 统计分析子系统的信息分析与建议给出
• 2.6.2 统计分析子系统分析结果对农业生产的指导作用
• 2.7 本章小结
• 第3章 图像获取装置的设计
• 3.1 筛选机械设计
• 3.1.1 斜面概率筛设计
• 3.1.2 虫体掉落情景分析
• 3.1.3 两种斜面概率筛对比分析
• 3.2 抽样机械设计
• 3.2.1 抽样概述
• 3.2.2 抽样机械及工作原理
• 3.2.3 理论计算分析
• 3.2.4 实验探索与分析
• 3.3 拍摄机械设计
• 3.3.1 分散传输装置
• 3.3.2 图像传感器
• 3.3.3 环形光源
• 3.4 本章小结
• 第4章 虫体图像预处理
• 4.1 图像灰度化
• 4.2 中值滤波
• 4.3 灰度拉伸
• 4.4 阈值分割
• 4.5 边缘检测
• 4.6 目标定位
• 4.7 本章小结
• 第5章 虫体图像自比对识别
• 5.1 自比对识别概述
• 5.1.1 自比对识别设想
• 5.1.2 工作原理及实现步骤
• 5.2 图像基准获取
• 5.2.1 计算图像质心
• 5.2.2 头尾矢量确定
• 5.3 图像按基准叠合
• 5.3.1 平移
• 5.3.2 旋转
• 5.3.3 缩放
• 5.3.4 图像叠合
• 5.4 自比对识别分类
• 5.4.1 面积计算
• 5.4.2 自比对识别
• 5.5 自比对识别实验
• 5.5.1 自比对实验
• 5.5.2 自比对识别试验结果分析
• 5.6 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 研究总结
• 6.2 课题展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果