阅读说明：本技术 群体迁移速度测量系统及方法 (Group migration speed measuring system and method ) 是由 谢超奇 于 2020-07-08 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种群体迁移速度测量系统,包括：距离辨识设备,用于识别第二拍摄图像对应的伪影去除图像中与参考沙漠蝗虫目标对应的沙漠蝗虫子图像以作为第二参考子图像,还基于第一参考子图像到第二参考子图像的移动距离、参考沙漠蝗虫在第一拍摄图像对应的伪影去除图像的成像景深和在第二拍摄图像对应的伪影去除图像的成像景深的均值以及地面摄像机的成像焦距计算参考沙漠蝗虫的实体移动距离。本发明还涉及一种群体迁移速度测量方法。本发明的群体迁移速度测量系统及方法结构紧凑、数据有效。由于能够对沙漠蝗虫群体的迁移速度进行针对性检测,从而为相关部门执行蝗虫治理的应对措施提供有价值的参考数据。(The invention relates to a group migration speed measuring system, comprising: and the distance identification device is used for identifying a desert locust sub-image corresponding to the reference desert locust target in the artifact removal image corresponding to the second shot image to serve as a second reference sub-image, and calculating the entity moving distance of the reference desert locust based on the moving distance from the first reference sub-image to the second reference sub-image, the imaging depth of field of the reference desert locust in the artifact removal image corresponding to the first shot image, the mean value of the imaging depth of field of the artifact removal image corresponding to the second shot image and the imaging focal length of the ground camera. The invention also relates to a group migration speed measuring method. The system and the method for measuring the group migration speed have compact structure and effective data. The migration speed of the desert locust colony can be detected in a targeted manner, so that valuable reference data are provided for relevant departments to execute measures for locust control.)

群体迁移速度测量系统及方法

技术领域

本发明涉及蝗虫治理领域，尤其涉及一种群体迁移速度测量系统及方法。

背景技术

蝗灾，是指蝗虫引起的灾变。一旦发生蝗灾，大量的蝗虫会吞食禾田，使农产品完全遭到破坏，引发严重的经济损失以致因粮食短缺而发生饥荒。

蝗灾的致灾物种主要为蝗虫。蝗虫属于节肢动物门、昆虫纲、直翅目、蝗科，身体一般绿色或黄褐色，咀嚼式口器，后足大，适于跳跃，不完全***，其幼虫称为“蝻”，主要以禾本科植物为食，种类很多，世界上共约有1万余种，在中国就有300余种，如飞蝗、稻蝗、竹蝗、意大利蝗、蔗蝗、棉蝗等是农林业的主要害虫。

蝗虫在后腿的某一部位受到触碰时，蝗虫就会改变原来独来独往的习惯，变得喜欢群居。蝗虫通常喜欢独居，危害有限。但它们有时候会改变习性，喜欢群聚生活，最终大量聚集、集体迁飞，形成令人生畏的蝗灾，对农业造成极大损害。牛津大学的科学家说，他们对处于独居阶段的沙漠蝗虫进行试验，反复触碰蝗虫身体的多个部位，以寻找是否有某些触觉因素使蝗虫改变习性。结果发现，当蝗虫后腿的某个部位受刺激之后，它们就会突然变得喜爱群居，而触碰身体其它部位如触角、嘴部或腹部都不会有这种效果。

科学家认为，在某一自然环境中偶然聚集的蝗虫后腿彼此触碰，可能导致其改变习性，开始成群生活，其成员以同一方式大量增加，进而形成蝗灾。如果能发现到底是哪些化学信号刺激了蝗虫的神经系统促使其行为发生改变，就可能研制出防止蝗虫群聚的新型农药。

发明内容

为了解决现有技术中的相关技术问题，本发明提供了一种群体迁移速度测量系统及方法，在高精度的单只沙漠蝗虫飞行速度的识别机制的基础上，对沙漠蝗虫群体的迁移速度进行针对性检测，从而为相关部门执行蝗虫治理的应对措施提供有价值的参考数据。

为此，本发明至少需要具备以下几处关键的发明点：

(1)对沙漠蝗虫群体中的每一个沙漠蝗虫的飞行速度进行实时测量，并基于沙漠蝗虫群体中的各个沙漠蝗虫的飞行速度计算沙漠蝗虫群体的迁移速度；

(2)采用两个连续拍摄的图像中同一沙漠蝗虫的成像数据的变化情况识别对应沙漠蝗虫的飞行速度，从而建立了高精度的速度测量机制。

根据本发明的一方面，提供了一种群体迁移速度测量系统，所述系统包括：

地面摄像机，封装在农作物种植区域附近的平台上，所述平台高于所述农作物种植区域，所述地面摄像机采用垂直与地平面的视野对其正上方进行摄像操作，以获得当前时刻对应的第一拍摄图像。

更具体地，在所述群体迁移速度测量系统中：

所述地面摄像机还用于获得当前时刻随后时刻的第二拍摄图像，所述随后时刻与所述当前时刻的时间间隔为预设时长。

更具体地，在所述群体迁移速度测量系统中，还包括：

清晰化处理设备，设置在所述平台上，与所述地面摄像机连接，用于接收所述第一拍摄图像或所述第二拍摄图像以作为待处理图像，对待处理图像执行几何均值滤波处理，以获得并输出相应的清晰化处理图像；

数据增强设备，与所述清晰化处理设备连接，用于对接收到的清晰化处理图像执行基于密度函数的直方图均衡处理，以获得并输出相应的数据增强图像；

伪影去除设备，与所述数据增强设备连接，用于对接收到的数据增强图像执行伪影去除处理，以获得并输出相应的伪影去除图像；

信号分析设备，用于基于沙漠蝗虫灰度阈值从所述第一拍摄图像对应的伪影去除图像中识别出一个以上沙漠蝗虫子图像，将占据所述第一拍摄图像对应的伪影去除图像的面积比例最大的沙漠蝗虫子图像对应的沙漠蝗虫作为参考沙漠蝗虫目标，并将所述占据所述第一拍摄图像对应的伪影去除图像的面积比例最大的沙漠蝗虫子图像作为第一参考子图像；

距离辨识设备，与所述信号分析设备连接，用于识别所述第二拍摄图像对应的伪影去除图像中与所述参考沙漠蝗虫目标对应的沙漠蝗虫子图像以作为第二参考子图像；

所述距离辨识设备还基于所述第一参考子图像到所述第二参考子图像的移动距离、所述参考沙漠蝗虫在所述第一拍摄图像对应的伪影去除图像的成像景深和在所述第二拍摄图像对应的伪影去除图像的成像景深的均值以及所述地面摄像机的成像焦距计算所述参考沙漠蝗虫的实体移动距离；

速度检测机构，与所述距离辨识设备连接，用于将所述实体移动距离除以所述预设时长以获得所述参考沙漠蝗虫的移动速度；

所述信号分析设备、所述距离辨识设备以及所述速度检测机构协作以采用获得所述参考沙漠蝗虫的移动速度的相同计算模式获取所述第一拍摄图像对应的伪影去除图像中各个沙漠蝗虫子图像分别对应的各个沙漠蝗虫的移动速度；

参数提取机构，与所述速度检测机构连接，用于对所述第一拍摄图像对应的伪影去除图像中各个沙漠蝗虫子图像分别对应的各个沙漠蝗虫的移动速度进行算术平均值计算以获得群体迁移速度；

其中，所述信号分析设备、所述距离辨识设备以及所述速度检测机构协作以采用获得所述参考沙漠蝗虫的移动速度的相同计算模式获取所述第一拍摄图像对应的伪影去除图像中各个沙漠蝗虫子图像分别对应的各个沙漠蝗虫的移动速度包括：将在所述第一拍摄图像对应的伪影去除图像中存在的而在所述第二拍摄图像对应的伪影去除图像不存在的沙漠蝗虫排出在所述各个沙漠蝗虫之外。

根据本发明的另一方面，还提供了一种群体迁移速度测量方法，所述方法包括：

使用地面摄像机，封装在农作物种植区域附近的平台上，所述平台高于所述农作物种植区域，所述地面摄像机采用垂直与地平面的视野对其正上方进行摄像操作，以获得当前时刻对应的第一拍摄图像。

更具体地，在所述群体迁移速度测量方法中：

所述地面摄像机还用于获得当前时刻随后时刻的第二拍摄图像，所述随后时刻与所述当前时刻的时间间隔为预设时长。

更具体地，在所述群体迁移速度测量方法中，还包括：

使用清晰化处理设备，设置在所述平台上，与所述地面摄像机连接，用于接收所述第一拍摄图像或所述第二拍摄图像以作为待处理图像，对待处理图像执行几何均值滤波处理，以获得并输出相应的清晰化处理图像；

使用数据增强设备，与所述清晰化处理设备连接，用于对接收到的清晰化处理图像执行基于密度函数的直方图均衡处理，以获得并输出相应的数据增强图像；

使用伪影去除设备，与所述数据增强设备连接，用于对接收到的数据增强图像执行伪影去除处理，以获得并输出相应的伪影去除图像；

使用信号分析设备，用于基于沙漠蝗虫灰度阈值从所述第一拍摄图像对应的伪影去除图像中识别出一个以上沙漠蝗虫子图像，将占据所述第一拍摄图像对应的伪影去除图像的面积比例最大的沙漠蝗虫子图像对应的沙漠蝗虫作为参考沙漠蝗虫目标，并将所述占据所述第一拍摄图像对应的伪影去除图像的面积比例最大的沙漠蝗虫子图像作为第一参考子图像；

使用距离辨识设备，与所述信号分析设备连接，用于识别所述第二拍摄图像对应的伪影去除图像中与所述参考沙漠蝗虫目标对应的沙漠蝗虫子图像以作为第二参考子图像；

所述距离辨识设备还基于所述第一参考子图像到所述第二参考子图像的移动距离、所述参考沙漠蝗虫在所述第一拍摄图像对应的伪影去除图像的成像景深和在所述第二拍摄图像对应的伪影去除图像的成像景深的均值以及所述地面摄像机的成像焦距计算所述参考沙漠蝗虫的实体移动距离；

使用速度检测机构，与所述距离辨识设备连接，用于将所述实体移动距离除以所述预设时长以获得所述参考沙漠蝗虫的移动速度；

所述信号分析设备、所述距离辨识设备以及所述速度检测机构协作以采用获得所述参考沙漠蝗虫的移动速度的相同计算模式获取所述第一拍摄图像对应的伪影去除图像中各个沙漠蝗虫子图像分别对应的各个沙漠蝗虫的移动速度；

使用参数提取机构，与所述速度检测机构连接，用于对所述第一拍摄图像对应的伪影去除图像中各个沙漠蝗虫子图像分别对应的各个沙漠蝗虫的移动速度进行算术平均值计算以获得群体迁移速度；

其中，所述信号分析设备、所述距离辨识设备以及所述速度检测机构协作以采用获得所述参考沙漠蝗虫的移动速度的相同计算模式获取所述第一拍摄图像对应的伪影去除图像中各个沙漠蝗虫子图像分别对应的各个沙漠蝗虫的移动速度包括：将在所述第一拍摄图像对应的伪影去除图像中存在的而在所述第二拍摄图像对应的伪影去除图像不存在的沙漠蝗虫排出在所述各个沙漠蝗虫之外。

本发明的群体迁移速度测量系统及方法结构紧凑、数据有效。由于能够对沙漠蝗虫群体的迁移速度进行针对性检测，从而为相关部门执行蝗虫治理的应对措施提供有价值的参考数据。

具体实施方式

下面将对本发明的群体迁移速度测量系统及方法的实施方案进行详细说明。

沙漠蝗虫(学名：Schistocerca gregaria)是蝗总科沙漠蝗属下的一种昆虫。沙漠蝗虫可以进行生态相的突变，即由散居变为群居。

沙漠蝗的生存时长约为3-5个月[3]，其生命的长短还取决于性成熟所需的时间。它们成熟得越快，生命的总长度就越短。在平静期，沙漠蝗虫散居占据了一个较小的区域。在合适的天气条件下，包括充足的降雨，这些分散的种群集中在它们能够成功繁殖的地方，导致昆虫数量的大量增加，因此它们的流动性很强，一周内可以迁徙1000公里。

随着沙漠蝗虫数量的增加和拥挤程度的增加，它们的行为方式也从个体(散居)昆虫转变为群体(群居)昆虫。蝗虫的外观也发生了变化:独居的成虫为褐色，群居的成虫为粉红色(未成熟)和黄色(成熟)。直到1921年，人们还认为沙漠蝗实际上是两种不同的蝗虫。

沙漠蝗虫是可形成大规模群体的蝗群，对农业生产、生计和粮食安全构成重大威胁。它们主要出现在撒哈拉以南非洲地区，跨越***半岛并进入印度。这种昆虫通常无害，但虫群可以长距离迁移，给农作物造成广泛的破坏。一个规模为一平方公里的群体含有大约4000万只蝗虫，每天吃掉的粮食相当于35000人一天的口粮。

现有技术中，无法对沙漠蝗虫群体的迁移速度进行针对性检测，自然无法为相关部门执行蝗虫治理的应对措施提供有价值的参考数据。

为了克服上述不足，本发明搭建了一种群体迁移速度测量系统及方法，能够有效解决相应的技术问题。

根据本发明实施方案示出的群体迁移速度测量系统包括：

地面摄像机，封装在农作物种植区域附近的平台上，所述平台高于所述农作物种植区域，所述地面摄像机采用垂直与地平面的视野对其正上方进行摄像操作，以获得当前时刻对应的第一拍摄图像。

接着，继续对本发明的群体迁移速度测量系统的具体结构进行进一步的说明。

在所述群体迁移速度测量系统中：

所述地面摄像机还用于获得当前时刻随后时刻的第二拍摄图像，所述随后时刻与所述当前时刻的时间间隔为预设时长。

所述群体迁移速度测量系统中还可以包括：

清晰化处理设备，设置在所述平台上，与所述地面摄像机连接，用于接收所述第一拍摄图像或所述第二拍摄图像以作为待处理图像，对待处理图像执行几何均值滤波处理，以获得并输出相应的清晰化处理图像；

数据增强设备，与所述清晰化处理设备连接，用于对接收到的清晰化处理图像执行基于密度函数的直方图均衡处理，以获得并输出相应的数据增强图像；

伪影去除设备，与所述数据增强设备连接，用于对接收到的数据增强图像执行伪影去除处理，以获得并输出相应的伪影去除图像；

信号分析设备，用于基于沙漠蝗虫灰度阈值从所述第一拍摄图像对应的伪影去除图像中识别出一个以上沙漠蝗虫子图像，将占据所述第一拍摄图像对应的伪影去除图像的面积比例最大的沙漠蝗虫子图像对应的沙漠蝗虫作为参考沙漠蝗虫目标，并将所述占据所述第一拍摄图像对应的伪影去除图像的面积比例最大的沙漠蝗虫子图像作为第一参考子图像；

距离辨识设备，与所述信号分析设备连接，用于识别所述第二拍摄图像对应的伪影去除图像中与所述参考沙漠蝗虫目标对应的沙漠蝗虫子图像以作为第二参考子图像；

所述距离辨识设备还基于所述第一参考子图像到所述第二参考子图像的移动距离、所述参考沙漠蝗虫在所述第一拍摄图像对应的伪影去除图像的成像景深和在所述第二拍摄图像对应的伪影去除图像的成像景深的均值以及所述地面摄像机的成像焦距计算所述参考沙漠蝗虫的实体移动距离；

速度检测机构，与所述距离辨识设备连接，用于将所述实体移动距离除以所述预设时长以获得所述参考沙漠蝗虫的移动速度；

所述信号分析设备、所述距离辨识设备以及所述速度检测机构协作以采用获得所述参考沙漠蝗虫的移动速度的相同计算模式获取所述第一拍摄图像对应的伪影去除图像中各个沙漠蝗虫子图像分别对应的各个沙漠蝗虫的移动速度；

参数提取机构，与所述速度检测机构连接，用于对所述第一拍摄图像对应的伪影去除图像中各个沙漠蝗虫子图像分别对应的各个沙漠蝗虫的移动速度进行算术平均值计算以获得群体迁移速度；

其中，所述信号分析设备、所述距离辨识设备以及所述速度检测机构协作以采用获得所述参考沙漠蝗虫的移动速度的相同计算模式获取所述第一拍摄图像对应的伪影去除图像中各个沙漠蝗虫子图像分别对应的各个沙漠蝗虫的移动速度包括：将在所述第一拍摄图像对应的伪影去除图像中存在的而在所述第二拍摄图像对应的伪影去除图像不存在的沙漠蝗虫排出在所述各个沙漠蝗虫之外。

所述群体迁移速度测量系统中还可以包括：

频分双工传输机构，设置在所述平台上，与所述参数提取机构连接，用于将接收到的群体迁移速度通过频分双工通信链路发送给负责农作物种植区域的农田管理部门的服务器。

所述群体迁移速度测量系统中还可以包括：

现场显示设备，设置在所述平台上，与所述参数提取机构连接，用于接收并显示所述群体迁移速度。

根据本发明实施方案示出的群体迁移速度测量方法包括：

使用地面摄像机，封装在农作物种植区域附近的平台上，所述平台高于所述农作物种植区域，所述地面摄像机采用垂直与地平面的视野对其正上方进行摄像操作，以获得当前时刻对应的第一拍摄图像。

接着，继续对本发明的群体迁移速度测量方法的具体步骤进行进一步的说明。

所述群体迁移速度测量方法中：

所述地面摄像机还用于获得当前时刻随后时刻的第二拍摄图像，所述随后时刻与所述当前时刻的时间间隔为预设时长。

所述群体迁移速度测量方法还可以包括：

使用清晰化处理设备，设置在所述平台上，与所述地面摄像机连接，用于接收所述第一拍摄图像或所述第二拍摄图像以作为待处理图像，对待处理图像执行几何均值滤波处理，以获得并输出相应的清晰化处理图像；

使用数据增强设备，与所述清晰化处理设备连接，用于对接收到的清晰化处理图像执行基于密度函数的直方图均衡处理，以获得并输出相应的数据增强图像；

使用伪影去除设备，与所述数据增强设备连接，用于对接收到的数据增强图像执行伪影去除处理，以获得并输出相应的伪影去除图像；

使用信号分析设备，用于基于沙漠蝗虫灰度阈值从所述第一拍摄图像对应的伪影去除图像中识别出一个以上沙漠蝗虫子图像，将占据所述第一拍摄图像对应的伪影去除图像的面积比例最大的沙漠蝗虫子图像对应的沙漠蝗虫作为参考沙漠蝗虫目标，并将所述占据所述第一拍摄图像对应的伪影去除图像的面积比例最大的沙漠蝗虫子图像作为第一参考子图像；

使用距离辨识设备，与所述信号分析设备连接，用于识别所述第二拍摄图像对应的伪影去除图像中与所述参考沙漠蝗虫目标对应的沙漠蝗虫子图像以作为第二参考子图像；

所述距离辨识设备还基于所述第一参考子图像到所述第二参考子图像的移动距离、所述参考沙漠蝗虫在所述第一拍摄图像对应的伪影去除图像的成像景深和在所述第二拍摄图像对应的伪影去除图像的成像景深的均值以及所述地面摄像机的成像焦距计算所述参考沙漠蝗虫的实体移动距离；

使用速度检测机构，与所述距离辨识设备连接，用于将所述实体移动距离除以所述预设时长以获得所述参考沙漠蝗虫的移动速度；

所述信号分析设备、所述距离辨识设备以及所述速度检测机构协作以采用获得所述参考沙漠蝗虫的移动速度的相同计算模式获取所述第一拍摄图像对应的伪影去除图像中各个沙漠蝗虫子图像分别对应的各个沙漠蝗虫的移动速度；

使用参数提取机构，与所述速度检测机构连接，用于对所述第一拍摄图像对应的伪影去除图像中各个沙漠蝗虫子图像分别对应的各个沙漠蝗虫的移动速度进行算术平均值计算以获得群体迁移速度；

其中，所述信号分析设备、所述距离辨识设备以及所述速度检测机构协作以采用获得所述参考沙漠蝗虫的移动速度的相同计算模式获取所述第一拍摄图像对应的伪影去除图像中各个沙漠蝗虫子图像分别对应的各个沙漠蝗虫的移动速度包括：将在所述第一拍摄图像对应的伪影去除图像中存在的而在所述第二拍摄图像对应的伪影去除图像不存在的沙漠蝗虫排出在所述各个沙漠蝗虫之外。

所述群体迁移速度测量方法还可以包括：

使用频分双工传输机构，设置在所述平台上，与所述参数提取机构连接，用于将接收到的群体迁移速度通过频分双工通信链路发送给负责农作物种植区域的农田管理部门的服务器。

所述群体迁移速度测量方法还可以包括：

使用现场显示设备，设置在所述平台上，与所述参数提取机构连接，用于接收并显示所述群体迁移速度。

另外，可以采用CPLD芯片来实现所述数据增强设备。

CPLD具有编程灵活、集成度高、设计开发周期短、适用范围宽、开发工具先进、设计制造成本低、对设计者的硬件经验要求低、标准产品无需测试、保密性强、价格大众化等特点，可实现较大规模的电路设计，因此被广泛应用于产品的原型设计和产品生产(一般在10,000件以下)之中。几乎所有应用中小规模通用数字集成电路的场合均可应用CPLD器件。CPLD器件已成为电子产品不可缺少的组成部分，它的设计和应用成为电子工程师必备的一种技能。

CPLD是一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。其基本设计方法是借助集成开发软件平台，用原理图、硬件描述语言等方法，生成相应的目标文件，通过下载电缆(“在系统”编程)将代码传送到目标芯片中，实现设计的数字系统。

最后应注意到的是，在本发明各个实施例中的各功能设备可以集成在一个处理设备中，也可以是各个设备单独物理存在，也可以两个或两个以上设备集成在一个设备中。

所述功能如果以软件功能设备的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。