基于诱虫板图像的温室番茄作物害虫识别与监测方法.pdf

南 京 农 业 大 学 学 报 收 稿 日 期 基 金 项 目 国 家 重 点 研 发 计 划 项 目 子 课 题 作 者 简 介 卜俊怡 硕士 研究生 通信 作者 汪小旵 教 授 博 导 主 要从事农业 生物环境模拟 与控制研究 卜 俊 怡 孙 国 祥 王 迎 旭 等 基 于 诱 虫 板 图 像 的 温 室 番 茄 作 物 害 虫 识 别 与 监 测 方 法 南 京 农 业 大 学 学 报 基 于 诱 虫 板 图 像 的 温 室 番 茄 作 物 害 虫 识 别 与 监 测 方 法 卜 俊 怡 孙 国 祥 王 迎 旭 魏 天 翔 汪 小 旵 南 京 农 业 大 学 工 学 院 江 苏 省 现 代 设 施 农 业 技 术 与 装 备 工 程 实 验 室 江 苏 南 京 摘 要 目 的 本 文 旨 在 探 索 实 时 监 测 温 室 虫 情 和 精 准 防 控 虫 害 的 方 法 方 法 设 计 了 一 种 基 于 诱 虫 板 图 像 背 景 均 匀 化 的 自 适 应 分 割 方 法 结 合 基 于 随 机 森 林 的 图 像 识 别 算 法 识 别 类 温 室 番 茄 害 虫 烟 粉 虱 潜 叶 蝇 果 蝇 和 蚜 虫 并 计 数 该 方 法 首 先 提 取 诱 虫 板 图 像 颜 色 模 型 分 量 和 颜 色 模 型 分 量 然 后 分 别 对 张 图 像 分 段 调 整 背 景 灰 度 值 得 到 均 匀 背 景 诱 虫 板 灰 度 图 像 再 利 用 最 大 类 间 方 差 法 确 定 阈 值 分 割 图 像 经 形 态 学 处 理 后 融 合 张 诱 虫 板 二 值 图 像 最 后 提 取 害 虫 区 域 的 个 颜 色 特 征 个 形 状 特 征 和 个 纹 理 特 征 训 练 随 机 森 林 以 识 别 害 虫 并 计 数 结 果 对 比 分 析 局 部 阈 值 法 边 缘 分 割 法 聚 类 法 以 及 本 文 设 计 的 自 适 应 分 割 方 法 结 果 表 明 基 于 背 景 均 匀 化 的 自 适 应 分 割 方 法 效 果 最 好 平 均 分 割 准 确 率 为 对 比 分 析 种 特 征 向 量 组 合 下 随 机 森 林 和 神 经 网 络 种 分 类 方 法 结 果 表 明 综 合 颜 色 特 征 向 量 形 状 特 征 向 量 和 纹 理 特 征 向 量 作 为 输 入 的 随 机 森 林 算 法 识 别 效 果 更 好 对 烟 粉 虱 潜 叶 蝇 果 蝇 和 蚜 虫 的 识 别 准 确 率 分 别 为 和 结 论 本 文 设 计 的 方 法 能 够 实 现 诱 虫 板 上 类 害 虫 的 识 别 和 计 数 可 以 为 温 室 虫 情 监 测 与 预 警 提 供 参 考 关 键 词 诱 虫 板 图 像 背 景 均 匀 化 图 像 分 割 害 虫 识 别 随 机 森 林 中 图 分 类 号 文 献 标 志 码 文 章 编 号 南 京 农 业 大 学 学 报 第 卷 温 室 高 温 高 湿 的 环 境 容 易 引 发 虫 害 害 虫 的 危 害 程 度 和 种 群 密 度 监 测 是 科 学 防 治 决 策 的 重 要 依 据 与 人 工 计 数 这 一 传 统 方 式 相 比 计 算 机 视 觉 获 取 害 虫 信 息 的 方 法 更 为 快 速 和 准 确 可 为 及 时 采 取 措 施 防 治 虫 害 提 供 有 效 技 术 手 段 目 前 已 有 许 多 学 者 开 展 了 基 于 图 像 处 理 的 害 虫 计 数 研 究 工 作 但 对 于 实 际 田 间 采 集 图 像 光 照 不 均 问 题 的 研 究 还 不 够 充 分 邱 白 晶 等 分 析 蚜 虫 区 绿 叶 区 和 蚜 叶 区 的 分 量 特 点 通 过 阈 值 法 分 割 图 像 并 对 蚜 虫 进 行 计 数 杨 信 廷 等 通 过 提 取 空 间 的 分 量 和 空 间 的 分 量 并 利 用 和 算 子 对 图 像 进 行 边 缘 分 割 分 离 得 到 粉 虱 和 蓟 马 上 述 研 究 所 用 的 分 割 方 法 虽 然 不 同 但 都 是 利 用 颜 色 空 间 的 转 换 来 增 强 害 虫 与 背 景 的 对 比 度 以 达 到 较 为 理 想 的 分 割 结 果 此 类 方 法 对 于 处 理 微 弱 光 照 不 均 现 象 效 果 较 好 但 对 于 处 理 光 照 不 均 较 为 严 重 的 则 效 果 不 佳 近 年 来 害 虫 图 像 识 别 技 术 也 在 不 断 发 展 如 陆 静 等 利 用 评 价 方 法 从 个 特 征 参 数 中 选 取 个 最 优 参 数 训 练 神 经 网 络 以 识 别 稻 飞 虱 张 银 松 等 利 用 改 进 模 型 识 别 诱 虫 板 上 的 蚜 虫 和 潜 叶 蝇 等 利 用 一 种 前 馈 多 层 人 工 神 经 网 络 识 别 粉 虱 和 蓟 马 上 述 识 别 方 法 准 确 率 都 较 高 但 只 对 种 或 种 害 虫 进 行 识 别 和 计 数 不 能 满 足 同 时 监 测 多 类 害 虫 的 需 要 本 研 究 针 对 光 照 严 重 不 均 问 题 提 出 了 一 种 基 于 背 景 均 匀 化 图 像 的 自 适 应 分 割 方 法 提 取 诱 虫 板 害 虫 区 域 并 提 取 害 虫 颜 色 特 征 形 状 特 征 和 纹 理 特 征 利 用 一 种 基 于 随 机 森 林 的 图 像 识 别 方 法 识 别 类 温 室 番 茄 作 物 害 虫 烟 粉 虱 潜 叶 蝇 果 蝇 和 蚜 虫 实 现 多 类 温 室 番 茄 作 物 害 虫 的 准 确 识 别 和 计 数 材 料 与 方 法 诱 虫 板 图 像 采 集 温 室 中 危 害 番 茄 的 主 要 虫 害 是 烟 粉 虱 潜 叶 蝇 果 蝇 和 蚜 虫 图 本 试 验 在 种 植 有 黑 玉 一 号 小 番 茄 的 玻 璃 温 室 中 安 装 害 虫 图 像 采 集 装 置 图 其 主 要 由 不 锈 钢 框 架 诱 虫 板 补 光 灯 三 脚 架 和 拍 照 盒 内 置 分 辨 率 为 的 摄 像 头 组 成 根 据 害 虫 趋 色 性 原 理 利 用 黄 色 诱 虫 板 吸 引 害 虫 再 由 板 上 高 黏 度 胶 粘 住 害 虫 以 达 到 诱 捕 效 果 通 过 定 时 拍 摄 诱 虫 板 图 像 并 将 图 像 传 输 至 端 进 行 处 理 图 诱 捕 害 虫 种 类 图 害 虫 图 像 采 集 装 置 害 虫 图 像 采 集 时 间 为 年 月 日 至 月 日 在 此 期 间 日 平 均 气 温 较 高 诱 虫 板 诱 捕 害 虫 种 类 较 为 全 面 且 数 量 较 多 于 月 日 在 温 室 内 悬 挂 张 诱 虫 板 放 置 后 于 月 日 利 用 图 像 采 集 装 置 拍 摄 这 张 诱 虫 板 图 像 用 于 训 练 害 虫 识 别 模 型 自 月 日 至 月 日 每 天 采 集 图 像 用 于 测 试 每 第 期 卜 俊 怡 等 基 于 诱 虫 板 图 像 的 温 室 番 茄 作 物 害 虫 识 别 与 监 测 方 法 隔 更 换 次 诱 虫 板 基 于 诱 虫 板 图 像 背 景 均 匀 化 的 自 适 应 分 割 方 法 图 像 中 特 定 的 具 有 特 殊 性 质 的 单 一 或 多 个 区 域 称 之 为 目 标 或 前 景 而 其 他 部 分 则 称 为 图 像 的 背 景 图 像 分 割 是 为 了 辨 识 和 分 析 目 标 将 目 标 从 图 像 中 孤 立 出 来 的 过 程 在 诱 虫 板 图 像 处 理 中 将 害 虫 目 标 与 诱 虫 板 背 景 分 割 开 来 是 最 为 关 键 的 一 步 分 割 的 结 果 将 直 接 影 响 后 续 目 标 害 虫 识 别 和 计 数 的 效 果 本 试 验 环 境 导 致 采 集 到 的 诱 虫 板 图 像 无 法 避 免 光 照 影 响 原 始 诱 虫 板 图 像 亮 度 不 均 因 此 提 出 一 种 图 像 背 景 均 匀 化 预 处 理 方 法 通 过 对 比 发 现 颜 色 模 型 的 分 量 可 以 增 强 白 色 烟 粉 虱 与 黄 色 诱 虫 板 的 对 比 度 颜 色 模 型 的 分 量 可 以 增 强 深 色 潜 叶 蝇 等 害 虫 与 诱 虫 板 的 对 比 度 因 此 分 别 取 原 始 诱 虫 板 图 像 的 模 型 分 量 和 模 型 分 量 为 后 续 步 骤 统 一 将 分 量 与 作 差 得 到 诱 虫 板 灰 度 图 像 采 用 大 小 的 窗 口 逐 行 扫 描 图 像 对 图 像 先 后 进 行 均 值 滤 波 和 最 小 值 滤 波 得 到 诱 虫 板 背 景 图 像 经 试 验 为 最 优 窗 口 按 公 式 将 诱 虫 板 灰 度 图 像 变 换 为 次 均 匀 光 照 图 像 其 目 的 在 于 缩 小 图 像 局 部 背 景 的 亮 度 变 化 范 围 式 中 为 诱 虫 板 灰 度 图 像 灰 度 值 为 诱 虫 板 背 景 图 像 灰 度 值 为 次 均 匀 光 照 图 像 灰 度 值 由 图 可 知 原 始 诱 虫 板 图 像 中 阴 影 区 与 明 亮 区 的 交 界 区 域 在 次 均 匀 光 照 图 像 中 形 成 亮 带 或 亮 块 图 中 由 红 色 方 框 标 出 背 景 亮 度 过 高 导 致 其 与 害 虫 区 域 对 比 度 过 小 图 光 照 不 均 匀 区 域 对 比 图 图 次 均 匀 光 照 图 像 灰 度 值 三 维 截 面 图 为 实 现 此 类 区 域 背 景 均 匀 化 需 了 解 其 灰 度 值 的 变 化 特 征 分 析 次 均 匀 光 照 图 像 的 灰 度 值 三 维 图 像 图 发 现 亮 带 和 亮 块 区 域 灰 度 值 在 灰 度 区 间 波 动 在 和 灰 度 区 间 灰 度 值 波 动 幅 度 微 小 近 似 呈 直 线 分 布 在 灰 度 区 间 的 灰 度 值 基 本 呈 线 性 分 布 南 京 农 业 大 学 学 报 第 卷 结 合 上 述 依 据 对 灰 度 区 间 进 行 分 段 调 整 设 为 最 小 背 景 灰 度 值 各 灰 度 区 间 调 整 参 数 的 计 算 公 式 如 式 所 示 最 后 通 过 调 整 公 式 获 得 最 终 均 匀 背 景 诱 虫 板 图 像 式 中 为 均 匀 背 景 图 像 灰 度 值 在 以 及 区 间 图 像 灰 度 依 次 收 缩 倍 倍 和 倍 使 背 景 灰 度 值 在 区 间 波 动 以 达 到 均 匀 背 景 的 效 果 经 背 景 均 匀 化 操 作 后 害 虫 目 标 与 诱 虫 板 背 景 对 比 度 显 著 增 强 再 通 过 最 大 类 间 方 差 法 确 定 阈 值 对 诱 虫 板 图 像 进 行 全 局 阈 值 分 割 得 到 诱 虫 板 二 值 图 像 对 二 值 图 像 进 行 形 态 学 膨 胀 孔 洞 填 充 和 腐 蚀 算 法 处 理 去 除 部 分 细 微 干 扰 填 补 害 虫 区 域 缝 隙 使 害 虫 区 域 更 加 清 晰 连 贯 将 颜 色 模 型 分 量 图 像 分 割 后 得 到 的 二 值 图 像 与 颜 色 模 型 分 量 图 像 分 割 后 得 到 的 二 值 图 像 融 合 获 得 最 终 诱 虫 板 二 值 图 像 标 定 害 虫 区 域 为 后 续 提 取 特 征 做 好 准 备 算 法 流 程 如 图 所 示 图 基 于 背 景 均 匀 化 的 诱 虫 板 图 像 自 适 应 分 割 方 法 流 程 基 于 随 机 森 林 的 多 类 害 虫 识 别 方 法 温 室 害 虫 特 征 提 取 常 用 图 像 特 征 包 括 颜 色 特 征 形 状 特 征 和 纹 理 特 征 等 作 为 分 类 器 的 输 入 特 征 参 数 的 好 坏 对 分 类 器 的 泛 化 能 力 具 有 至 关 重 要 的 影 响 根 据 烟 粉 虱 潜 叶 蝇 果 蝇 和 蚜 虫 的 图 像 特 点 提 取 以 下 特 征 颜 色 特 征 烟 粉 虱 呈 淡 黄 白 色 潜 叶 蝇 主 要 为 灰 褐 色 腿 胫 节 呈 灰 黄 色 果 蝇 虫 体 以 黄 褐 色 居 多 第 期 卜 俊 怡 等 基 于 诱 虫 板 图 像 的 温 室 番 茄 作 物 害 虫 识 别 与 监 测 方 法 头 部 复 眼 呈 鲜 红 色 有 翅 蚜 虫 体 色 多 为 黑 色 取 颜 色 模 型 颜 色 模 型 各 分 量 的 一 阶 矩 共 个 参 数 作 为 颜 色 特 征 形 状 特 征 烟 粉 虱 体 长 静 止 时 两 翅 合 拢 呈 屋 脊 状 潜 叶 蝇 成 虫 体 长 果 蝇 属 小 型 蝇 类 体 长 蚜 虫 体 长 大 多 约 为 取 面 积 周 长 长 轴 长 度 短 轴 长 度 宽 长 比 复 杂 度 椭 圆 度 和 离 心 率 个 参 数 作 为 形 状 特 征 纹 理 特 征 用 刻 画 图 像 中 重 复 出 现 的 局 部 模 式 和 排 列 规 则 反 映 害 虫 的 表 面 特 性 较 为 经 典 的 纹 理 特 征 提 取 方 法 是 灰 度 共 生 矩 阵 方 法 其 通 过 统 计 不 同 灰 度 对 的 共 现 频 率 得 到 灰 度 共 生 矩 阵 可 通 过 一 系 列 统 计 量 表 征 矩 阵 特 征 取 害 虫 灰 度 图 像 的 均 值 对 比 度 均 匀 性 三 阶 矩 相 关 性 和 熵 个 参 数 作 为 纹 理 特 征 害 虫 分 类 算 法 设 计 决 策 树 是 一 种 利 用 树 形 结 构 进 行 决 策 的 算 法 对 于 样 本 数 据 根 据 特 征 进 行 分 叉 最 终 建 立 棵 树 树 的 叶 子 节 点 标 识 最 终 决 策 决 策 树 算 法 包 括 等 其 中 算 法 采 用 信 息 增 益 最 大 的 属 性 作 为 分 类 属 性 进 行 分 类 直 到 所 有 节 点 分 类 熵 值 为 分 类 熵 和 信 息 增 益 的 定 义 如 公 式 和 所 示 式 中 为 样 本 为 样 本 类 别 数 为 目 标 属 性 的 第 个 值 所 对 应 的 样 本 在 总 样 本 中 所 占 的 比 例 为 决 策 属 性 的 值 域 为 属 性 的 值 为 的 样 本 数 量 为 总 样 本 数 量 算 法 是 对 算 法 的 改 进 该 算 法 加 入 了 前 剪 枝 的 步 骤 并 采 用 信 息 增 益 率 来 选 择 决 策 属 性 定 义 如 式 所 示 式 中 为 属 性 的 值 为 的 样 本 数 量 随 机 森 林 的 实 质 是 一 个 将 决 策 树 用 于 袋 装 算 法 的 模 型 本 文 利 用 随 机 森 林 算 法 识 别 害 虫 其 步 骤 包 括 从 样 本 集 中 有 放 回 随 机 选 择 个 样 本 从 所 有 特 征 中 随 机 抽 取 个 特 征 对 选 出 的 样 本 利 用 这 些 特 征 建 立 决 策 树 经 对 比 选 择 算 法 重 复 以 上 两 步 次 得 到 个 决 策 树 形 成 随 机 森 林 训 练 结 束 后 利 用 每 棵 决 策 树 对 测 试 样 本 进 行 分 类 并 采 取 投 票 的 方 式 决 定 该 样 本 的 最 终 分 类 结 果 与 分 析 诱 虫 板 图 像 自 适 应 分 割 结 果 与 分 析 基 于 背 景 均 匀 化 的 图 像 分 割 结 果 根 据 上 述 基 于 背 景 均 匀 化 的 图 像 自 适 应 分 割 方 法 得 到 诱 虫 板 图 像 分 割 结 果 如 图 所 示 其 中 图 和 图 分 别 为 颜 色 模 型 条 件 下 分 量 灰 度 图 像 和 颜 色 模 型 条 件 下 分 量 灰 度 图 像 经 滤 波 后 得 到 的 诱 虫 板 背 景 图 像 背 景 规 范 化 后 的 次 均 匀 光 照 图 像 以 及 对 比 度 分 段 补 偿 后 的 均 匀 背 景 诱 虫 板 图 像 将 分 量 灰 度 图 像 和 分 量 灰 度 图 像 二 值 化 后 融 合 得 到 最 终 诱 虫 板 二 值 图 像 图 对 比 原 始 诱 虫 板 图 像 图 可 知 本 文 设 计 的 分 割 方 法 对 处 理 害 虫 目 标 与 背 景 对 比 度 较 差 的 图 像 效 果 较 好 图 为 本 文 分 割 方 法 在 不 同 光 照 强 度 下 对 诱 虫 板 的 分 割 效 果 其 中 图 分 别 为 月 日 月 日 和 月 日 不 同 光 照 强 度 下 所 拍 摄 的 诱 虫 板 图 像 图 则 为 对 应 的 诱 虫 板 二 值 图 像 由 于 篇 幅 限 制 无 法 列 出 全 部 张 诱 虫 板 图 像 但 所 选 出 的 张 图 像 具 有 一 定 的 代 表 性 由 图 可 知 本 文 方 法 对 分 割 不 同 光 照 强 度 下 的 诱 虫 板 图 像 具 有 较 好 的 适 应 性 南 京 农 业 大 学 学 报 第 卷 图 基 于 背 景 均 匀 化 的 诱 虫 板 图 像 分 割 结 果 图 不 同 光 照 强 度 背 景 下 诱 虫 板 图 像 分 割 效 果 基 于 背 景 均 匀 化 的 图 像 分 割 方 法 分 析 图 分 别 为 颜 色 模 型 分 量 灰 度 图 像 和 颜 色 模 型 分 量 灰 度 图 像 未 经 过 背 景 均 匀 化 预 处 理 和 经 过 预 处 理 的 诱 虫 板 灰 度 值 三 维 图 像 未 经 预 处 理 的 背 景 区 域 呈 山 脉 状 与 灰 度 值 较 低 的 目 标 区 域 差 异 较 小 而 经 过 预 处 理 的 背 景 区 域 呈 平 原 状 且 与 目 标 区 域 的 对 比 度 明 显 增 强 经 预 处 理 后 所 得 的 均 匀 背 景 诱 虫 板 图 像 仍 为 灰 度 图 本 文 通 过 最 大 类 间 方 差 法 第 期 卜 俊 怡 等 基 于 诱 虫 板 图 像 的 温 室 番 茄 作 物 害 虫 识 别 与 监 测 方 法 确 定 阈 值 分 割 图 像 为 验 证 本 文 所 提 出 的 基 于 背 景 均 匀 化 的 自 适 应 分 割 方 法 的 有 效 性 将 此 方 法 与 局 部 阈 值 法 边 缘 分 割 法 以 及 聚 类 法 进 行 对 比 表 以 害 虫 错 误 提 取 率 害 虫 漏 取 率 和 分 割 准 确 率 作 为 评 判 标 准 公 式 如 下 式 中 为 害 虫 漏 提 取 数 量 为 害 虫 错 误 提 取 数 量 为 害 虫 正 确 提 取 数 量 为 人 工 计 数 的 实 际 害 虫 总 数 量 为 自 动 计 数 的 害 虫 总 数 量 图 诱 虫 板 分 量 和 分 量 灰 度 值 三 维 图 像 表 各 算 法 的 害 虫 错 误 提 取 率 害 虫 漏 取 率 和 分 割 准 确 率 对 比 算 法 名 称 未 经 背 景 均 匀 化 处 理 经 背 景 均 匀 化 处 理 后 最 大 类 间 方 差 法 边 缘 分 割 法 局 部 阈 值 法 聚 类 法 通 过 对 比 发 现 经 背 景 均 匀 化 处 理 后 的 图 像 分 割 效 果 明 显 优 于 未 经 背 景 均 匀 化 处 理 的 图 像 经 背 景 均 匀 化 处 理 后 利 用 最 大 类 间 方 差 法 分 割 的 图 像 平 均 害 虫 错 误 提 取 率 最 低 为 分 割 准 确 率 为 南 京 农 业 大 学 学 报 第 卷 边 缘 分 割 方 法 平 均 分 割 准 确 率 最 高 但 不 足 之 处 在 于 对 图 像 噪 声 过 于 敏 感 将 噪 声 分 割 成 害 虫 的 情 况 较 多 导 致 平 均 害 虫 错 误 提 取 率 较 高 局 部 阈 值 法 以 单 一 像 素 点 为 中 心 根 据 此 像 素 点 邻 域 内 标 准 方 差 和 灰 度 值 计 算 该 像 素 点 的 阈 值 这 一 方 法 可 以 较 好 地 分 离 目 标 害 虫 和 背 景 但 同 时 也 会 产 生 较 严 重 的 伪 影 导 致 分 割 出 的 目 标 害 虫 的 形 状 有 所 缺 失 不 利 于 下 一 步 的 识 别 工 作 聚 类 法 其 实 质 也 是 按 灰 度 值 将 前 后 景 分 开 因 此 当 光 照 不 均 匀 时 此 方 法 获 取 的 分 割 标 准 并 不 合 适 对 比 利 用 种 分 割 算 法 分 割 月 日 至 月 日 所 获 取 的 诱 虫 板 图 像 得 到 的 害 虫 个 数 和 人 工 计 数 结 果 图 发 现 本 文 设 计 的 分 割 算 法 得 到 的 害 虫 数 量 与 人 工 计 数 结 果 最 为 相 近 边 缘 分 割 算 法 分 割 出 的 害 虫 数 量 大 多 比 人 工 计 数 结 果 略 多 局 部 阈 值 法 分 割 结 果 在 单 日 害 虫 数 目 较 多 的 情 况 下 与 人 工 计 数 结 果 相 差 较 大 聚 类 法 的 计 数 结 果 比 人 工 计 数 结 果 总 体 偏 小 图 人 工 计 数 方 式 和 种 自 动 分 割 算 法 得 到 的 害 虫 数 量 对 比 另 外 通 过 对 比 发 现 光 照 越 弱 时 往 往 害 虫 漏 取 率 越 高 这 是 因 为 当 光 照 较 弱 时 烟 粉 虱 与 诱 虫 板 的 颜 色 对 比 非 常 不 明 显 即 使 对 图 像 进 行 了 对 比 度 补 偿 在 图 像 暗 区 还 是 存 在 烟 粉 虱 的 漏 取 情 况 当 光 照 越 强 时 一 般 害 虫 错 误 提 取 率 越 高 这 是 由 于 诱 虫 板 黏 剂 产 生 的 反 光 点 亮 度 过 高 而 被 错 误 识 别 为 烟 粉 虱 害 虫 总 的 来 说 相 较 于 弱 光 照 强 度 当 光 照 强 度 较 强 时 害 虫 分 割 准 确 率 较 高 诱 虫 板 害 虫 分 类 识 别 结 果 与 分 析 诱 虫 板 害 虫 分 类 结 果 选 取 月 日 至 月 日 采 集 的 张 诱 虫 板 图 像 中 头 烟 粉 虱 头 潜 叶 蝇 头 果 蝇 和 头 蚜 虫 按 比 例 随 机 分 为 训 练 样 本 即 头 烟 粉 虱 头 潜 叶 蝇 头 果 蝇 和 头 蚜 虫 和 测 试 样 本 头 烟 粉 虱 头 潜 叶 蝇 头 果 蝇 和 头 蚜 虫 提 取 并 归 一 化 害 虫 颜 色 特 征 形 状 特 征 和 纹 理 特 征 共 个 特 征 参 数 作 为 分 类 器 的 输 入 随 机 选 取 特 征 生 成 棵 决 策 树 训 练 随 机 森 林 分 类 效 果 如 图 所 示 害 虫 识 别 方 法 分 析 设 颜 色 特 征 向 量 形 状 特 征 向 量 纹 理 特 征 向 量 组 合 不 同 特 征 向 量 输 入 分 类 器 对 比 神 经 网 络 和 随 机 森 林 的 识 别 准 确 率 表 发 现 输 入 单 一 特 征 向 量 得 到 的 害 虫 识 别 率 最 低 但 其 中 输 入 颜 色 特 征 向 量 的 效 果 最 好 这 一 结 果 符 合 人 眼 的 直 观 感 觉 种 特 征 向 量 两 两 组 合 组 合 的 识 别 率 高 于 另 外 组 当 组 合 在 一 起 时 害 虫 识 别 准 确 率 最 高 随 机 森 林 的 识 别 准 确 率 为 算 法 的 识 别 准 确 率 为 神 经 网 络 的 识 别 准 确 率 为 第 期 卜 俊 怡 等 基 于 诱 虫 板 图 像 的 温 室 番 茄 作 物 害 虫 识 别 与 监 测 方 法 图 随 机 森 林 算 法 的 分 类 效 果 烟 粉 虱 潜 叶 蝇 果 蝇 蚜 虫 表 不 同 识 别 算 法 不 同 特 征 向 量 组 合 下 的 目 标 害 虫 识 别 准 确 率 特 征 向 量 害 虫 识 别 准 确 率 神 经 网 络 随 机 森 林 特 征 向 量 害 虫 识 别 准 确 率 神 经 网 络 随 机 森 林 注 颜 色 特 征 向 量 形 状 特 征 向 量 纹 理 特 征 向 量 图 人 工 计 数 和 本 文 自 动 识 别 算 法 得 到 的 类 害 虫 数 量 对 比 图 分 别 为 月 日 至 月 日 烟 粉 虱 潜 叶 蝇 果 蝇 和 蚜 虫 通 过 人 工 计 数 方 式 和 自 动 识 别 计 数 方 式 得 到 的 害 虫 数 量 经 统 计 类 害 虫 的 总 体 识 别 准 确 率 分 别 为 和 从 图 发 现 月 烟 粉 虱 数 量 较 月 有 所 增 长 月 初 和 月 初 为 烟 粉 虱 数 量 的 个 高 峰 期 潜 南 京 农 业 大 学 学 报 第 卷 叶 蝇 数 量 变 化 趋 势 与 烟 粉 虱 相 反 月 数 量 略 多 于 月 果 蝇 和 蚜 虫 的 数 量 也 是 呈 增 长 趋 势 总 体 上 烟 粉 虱 果 蝇 和 蚜 虫 在 月 末 月 初 数 量 达 到 峰 值 潜 叶 蝇 数 量 则 为 最 低 值 由 此 可 知 不 同 种 类 害 虫 在 不 同 时 期 的 数 量 变 化 是 不 同 的 而 本 文 所 设 计 的 识 别 计 数 算 法 可 以 为 监 测 害 虫 动 态 提 供 数 据 支 持 结 论 在 诱 虫 板 图 像 光 照 不 均 前 提 下 为 实 现 对 温 室 番 茄 作 物 害 虫 烟 粉 虱 潜 叶 蝇 果 蝇 和 蚜 虫 进 行 准 确 识 别 和 计 数 本 文 提 出 了 基 于 背 景 均 匀 化 的 自 适 应 分 割 方 法 和 基 于 随 机 森 林 的 识 别 算 法 结 果 表 明 基 于 背 景 均 匀 化 的 自 适 应 分 割 方 法 能 够 有 效 解 决 实 际 环 境 下 诱 虫 板 图 像 光 照 不 均 现 象 平 均 分 割 准 确 率 为 剔 除 错 误 分 割 的 害 虫 区 域 包 括 诱 虫 板 表 面 黏 剂 反 光 区 域 和 尘 埃 颗 粒 等 干 扰 是 算 法 可 优 化 的 方 向 之 一 基 于 随 机 森 林 的 识 别 算 法 通 过 提 取 颜 色 形 状 和 纹 理 共 个 特 征 参 数 对 害 虫 进 行 分 类 平 均 害 虫 识 别 准 确 率 达 到 可 以 较 好 地 识 别 类 害 虫 达 到 精 确 计 数 的 要 求 综 合 利 用 基 于 背 景 均 匀 化 的 自 适 应 分 割 方 法 和 基 于 随 机 森 林 的 识 别 算 法 在 内 对 温 室 番 茄 害 虫 烟 粉 虱 潜 叶 蝇 果 蝇 和 蚜 虫 进 行 识 别 和 计 数 总 体 识 别 准 确 率 分 别 为 和 参 考 文 献 陈 梅 香 杨 信 廷 石 宝 才 等 害 虫 自 动 识 别 与 计 数 技 术 研 究 进 展 与 展 望 环 境 昆 虫 学 报 胡 雅 辉 高 灵 旺 烟 粉 虱 成 虫 密 度 自 动 计 数 系 统 应 用 昆 虫 学 报 陈 梅 香 郭 继 英 许 建 平 等 梨 小 食 心 虫 自 动 监 测 识 别 计 数 系 统 研 制 环 境 昆 虫 学 报 陈 树 越 吴 正 林 朱 军 等 基 于 凹 点 检 测 的 粮 仓 粘 连 害 虫 图 像 分 割 算 法 计 算 机 工 程 陈 月 华 胡 晓 光 张 长 利 基 于 机 器 视 觉 的 小 麦 害 虫 分 割 算 法 研 究 农 业 工 程 学 报 王 志 彬 王 开 义 张 水 发 等 基 于 聚 类 和 椭 圆 拟 合 方 法 的 白 粉 虱 计 数 算 法 农 业 工 程 学 报 齐 龙 蒋 郁 李 泽 华 等 基 于 显 微 图 像 处 理 的 稻 瘟 病 菌 孢 子 自 动 检 测 与 计 数 方 法 农 业 工 程 学 报 邱 白 晶 王 天 波 李 娟 娟 等 黄 瓜 蚜 虫 的 图 像 识 别 与 计 数 方 法 农 业 机 械 学 报 杨 信 廷 刘 蒙 蒙 许 建 平 等 自 动 监 测 装 置 用 温 室 粉 虱 和 蓟 马 成 虫 图 像 分 割 识 别 算 法 农 业 工 程 学 报 第 期 卜 俊 怡 等 基 于 诱 虫 板 图 像 的 温 室 番 茄 作 物 害 虫 识 别 与 监 测 方 法 陈 名 杨 慧 中 基 于 种 子 点 替 代 像 素 块 算 法 的 粘 连 细 胞 图 像 分 割 南 京 理 工 大 学 学 报 林 相 泽 张 俊 媛 朱 赛 华 等 基 于 和 正 交 匹 配 追 踪 稀 疏 表 示 的 稻 飞 虱 图 像 分 类 方 法 农 业 工 程 学 报 苗 海 委 周 慧 玲 基 于 深 度 学 习 的 粘 虫 板 储 粮 害 虫 图 像 检 测 算 法 的 研 究 中 国 粮 油 学 报 谢 成 军 李 瑞 董 伟 等 基 于 稀 疏 编 码 金 字 塔 模 型 的 农 田 害 虫 图 像 识 别 农 业 工 程 学 报 陆 静 王 家 亮 朱 赛 华 等 基 于 特 征 优 化 的 稻 飞 虱 图 像 分 类 南 京 农 业 大 学 学 报 张 银 松 赵 银 娣 袁 慕 策 基 于 改 进 模 型 的 粘 虫 板 图 像 昆 虫 识 别 与 计 数 中 国 农 业 大 学 学 报 贺 志 明 不 均 匀 光 照 文 本 图 像 的 二 值 化 上 海 工 程 技 术 大 学 学 报 责 任 编 辑 夏 爱 红