基于圖像的稻田飛虱測(cè)報(bào)方法的研究.pdf

1、稻飛虱是我國(guó)水稻上最重要的一類(lèi)遠(yuǎn)距離遷飛性害蟲(chóng)，各稻區(qū)以褐飛虱，白背飛虱和灰飛虱最為常見(jiàn)，它們常群居在水稻中下部取食或產(chǎn)卵為害。稻飛虱不同蟲(chóng)態(tài)的田間發(fā)生調(diào)查是其進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)報(bào)和合理防治的關(guān)鍵。在大部分水稻種植國(guó)家，稻飛虱田間調(diào)查一般采用人工拍查法、目測(cè)法、掃網(wǎng)法和燈誘法，其中，應(yīng)用最為廣泛是拍查法?！芭牟榉ā辈楂@的飛虱率受到蟲(chóng)口密度、水稻生育期、盤(pán)內(nèi)壁濕潤(rùn)程度等影響且容易造成調(diào)查者身體和視覺(jué)疲勞，調(diào)查效率低下。人工田間調(diào)查時(shí)只記錄了稻飛虱

2、種類(lèi)和各種蟲(chóng)態(tài)數(shù)量的數(shù)據(jù)，后面無(wú)法追溯田間調(diào)查時(shí)飛虱發(fā)生的真實(shí)情況。劉慶杰等充分利用數(shù)字圖像處理技術(shù)，研究了不同特征對(duì)水稻基部稻田飛虱檢測(cè)的影響，取得了較好的檢測(cè)效果，但飛虱誤檢率仍舊偏高。本文在此基礎(chǔ)上，采用新的三層檢測(cè)方法，研究了圖像特征和分類(lèi)模型參數(shù)的選擇對(duì)水稻基部飛虱檢測(cè)率和誤檢率的影響，以及白背飛虱各蟲(chóng)態(tài)（包括長(zhǎng)翅型成蟲(chóng)、短翅型成蟲(chóng)、高齡若蟲(chóng)和低齡若蟲(chóng)）的分類(lèi)問(wèn)題。本論文主要研究?jī)?nèi)容、研究結(jié)果和創(chuàng)新點(diǎn)包括:
　　(1)在

3、第一層檢測(cè)中，研究了不同維數(shù)的HOG特征和不同級(jí)聯(lián)層數(shù)的Adaboost分類(lèi)器對(duì)水稻基部白背飛虱檢測(cè)率和誤檢率的影響。首先，對(duì)2012-2016年期間采集的水稻基部飛虱圖像建立了白背飛虱和非飛虱噪聲的正負(fù)訓(xùn)練樣本集;然后，提取訓(xùn)練樣本不同維數(shù)的HOG特征;利用HOG特征訓(xùn)練不同級(jí)聯(lián)層數(shù)的Adaboost分類(lèi)器，用于檢測(cè)稻飛虱;最終選擇最優(yōu)Adaboost分類(lèi)器測(cè)試525張水稻基部飛虱圖像。結(jié)果表明該算法對(duì)白背飛虱檢測(cè)率為90.7％，誤檢

4、率為56.2％。
　　(2)在第二層檢測(cè)中，針對(duì)第一層中存在較多的誤檢噪聲，研究了不同局部圖像特征訓(xùn)練的SVM分類(lèi)器對(duì)非飛虱噪聲識(shí)別情況。這些噪聲主要包括水珠、水面反光、泥點(diǎn)以及稻葉，它們?cè)诩y理上與飛虱存在較大差異。首先提取訓(xùn)練樣本的Gabor與LBP特征，使用Z-score進(jìn)行歸一化;然后，利用Gabor、LBP和兩個(gè)特征融合來(lái)訓(xùn)練SVM分類(lèi)器，根據(jù)不同特征訓(xùn)練獲得的SVM分類(lèi)器ROC曲線，發(fā)現(xiàn)Gabor和LBP融合的紋理特征訓(xùn)

5、練的SVM分類(lèi)器對(duì)白背飛虱和非飛虱噪聲識(shí)別率高;最終利用該SVM分類(lèi)器對(duì)525張第一層檢測(cè)后得到的子圖像進(jìn)行非飛虱噪聲排除;結(jié)果表明該算法將第一層的誤檢率從56.2％降低到了10.2％。
　　(3)在第三層檢測(cè)中，研究了白背飛虱不同蟲(chóng)態(tài)分類(lèi)識(shí)別的問(wèn)題。針對(duì)不同蟲(chóng)態(tài)的白背飛虱HOG特征差異顯著，本文首先提取了白背飛虱三種蟲(chóng)態(tài)長(zhǎng)翅型成蟲(chóng)、高齡若蟲(chóng)和低齡若蟲(chóng)HOG特征，并使用Z-score進(jìn)行歸一化;然后，利用PCA與LDA方法對(duì)HOG

6、特征進(jìn)行降維，比較不同降維算法對(duì)白背飛虱不同蟲(chóng)態(tài)的識(shí)別性能;最后，采用SVM分類(lèi)器對(duì)525張水稻基部飛虱圖像第二層檢測(cè)到的白背飛虱子圖像進(jìn)行蟲(chóng)態(tài)分類(lèi)識(shí)別;結(jié)果表明該算法對(duì)白背飛虱長(zhǎng)翅型成蟲(chóng)、高齡若蟲(chóng)和低齡若蟲(chóng)識(shí)別率分別為93.2％、82.7％和86.9％。
　　綜合三層檢測(cè)結(jié)果，最終獲得水稻基部白背飛虱各蟲(chóng)態(tài)平均識(shí)別率為73.1％。誤檢率為23.3％。對(duì)于無(wú)蟲(chóng)的圖像，誤檢率為5.6％。由此可見(jiàn)，利用圖像處理方法進(jìn)行水稻基部飛虱測(cè)報(bào)