黎 萍

（廣西梧州市蒼梧縣沙頭鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)服務(wù)中心,廣西 梧州 543117）

現(xiàn)如今，我國(guó)在水稻的病蟲(chóng)害測(cè)報(bào)領(lǐng)域尚未達(dá)到智能化要求。對(duì)于病蟲(chóng)害識(shí)別、診斷等也需要基層人員根據(jù)測(cè)報(bào)經(jīng)驗(yàn)而展開(kāi)，導(dǎo)致病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)效率較低。為了達(dá)到智能化特保的要求，可通過(guò)圖像作為病蟲(chóng)害識(shí)別、診斷重要基礎(chǔ)，展開(kāi)相關(guān)研究。

1.水稻病蟲(chóng)害識(shí)別和診斷的基礎(chǔ)

在社會(huì)快速發(fā)展環(huán)境之下，更多前沿的技術(shù)被應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中。在水稻病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，圖像識(shí)別這一技術(shù)主要是通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)于病蟲(chóng)害圖像展開(kāi)處理，并通過(guò)分析的方式，對(duì)于圖像進(jìn)行識(shí)別。從人工智能、模式識(shí)別這一領(lǐng)域進(jìn)行分析，可利用圖像識(shí)別的理論算法輔助農(nóng)業(yè)生產(chǎn)病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)工作。識(shí)別系統(tǒng)組成部分有4個(gè)，一是圖像變換；二是圖像分割；三是圖像描述；四是分類決策。上述組成結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)緊密，能夠?qū)D像展開(kāi)多層次處理。

2.水稻病蟲(chóng)害測(cè)報(bào)當(dāng)中智能識(shí)別及診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能

利用圖像對(duì)于水稻病蟲(chóng)害問(wèn)題展開(kāi)智能識(shí)別和診斷，該系統(tǒng)運(yùn)用要點(diǎn)就是圖片攝取，功能核心就是對(duì)圖像當(dāng)中的數(shù)據(jù)精準(zhǔn)識(shí)別和還原?；谏鲜鲆?，本研究選擇C/S架構(gòu)識(shí)別系統(tǒng)，組成結(jié)構(gòu)有三部分，第一為客戶端，第二為PC端，第三為服務(wù)器端。通過(guò)客戶端，用戶能夠隨時(shí)對(duì)于水稻病蟲(chóng)害信息進(jìn)行查看，還能靈活添加水稻圖片。在圖像的來(lái)源方面，可以是客戶端內(nèi)部相冊(cè)，也可以利用客戶端相機(jī)進(jìn)行拍攝。當(dāng)圖片被添加到識(shí)別系統(tǒng)當(dāng)中，PC端就可對(duì)圖片展開(kāi)預(yù)處理，處理流程包括分割圖像，之后提取特征，利用TCP/IP等協(xié)議，經(jīng)過(guò)客戶端對(duì)圖像進(jìn)行處理以后，向服務(wù)器發(fā)送圖像數(shù)據(jù)，同時(shí)還能對(duì)服務(wù)器返回診斷結(jié)果及時(shí)接收。服務(wù)器端能夠隨時(shí)保持監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)，待客戶端向服務(wù)器發(fā)送病蟲(chóng)害圖像數(shù)據(jù)以后，服務(wù)器即可對(duì)于特征數(shù)據(jù)庫(kù)展開(kāi)自動(dòng)化檢索，調(diào)用水稻的病蟲(chóng)害信息識(shí)別算法，進(jìn)行精準(zhǔn)診斷，之后向客戶端反饋診斷結(jié)果。利用PC端，相關(guān)人員可對(duì)圖像特征進(jìn)行提取，展開(kāi)病蟲(chóng)害信息診斷，將提取內(nèi)容向特征數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)部存儲(chǔ)，之后上傳客戶端，用戶能夠根據(jù)需求對(duì)于水稻病蟲(chóng)害的信息隨時(shí)查看。

C/S系統(tǒng)框架組成結(jié)構(gòu)有三個(gè)層次，第一，數(shù)據(jù)服務(wù)層，在其中存在特征數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠完成特征數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和提取，之后向服務(wù)器端發(fā)送，完成圖像識(shí)別，通過(guò)對(duì)于特征數(shù)據(jù)相似度進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)行病蟲(chóng)害診斷；第二，通信層，其中包含Internet和WiFi網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)傳輸水稻病蟲(chóng)害特點(diǎn)和診斷結(jié)果；第三，應(yīng)用層，包括PC端、Android智能終端；在PC端主要負(fù)責(zé)病蟲(chóng)害圖像的特征數(shù)據(jù)庫(kù)建立，存儲(chǔ)特征值、標(biāo)本圖像、病斑圖像和增強(qiáng)圖像，智能終端則負(fù)責(zé)對(duì)于圖像識(shí)別，通過(guò)采集、預(yù)處理、分割、提取等，將對(duì)應(yīng)病蟲(chóng)害類型信息和防治方法提取出來(lái)。

2.2 終端設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)的終端設(shè)計(jì)方面，使用嵌入式相機(jī)作為客戶端的采集硬件，完成水稻病蟲(chóng)害圖像的采集，利用手持桿、手機(jī)、平板等作為輔助工具。信息采集過(guò)程，需要利用萬(wàn)向輪在手持桿前端固定相機(jī)，之后對(duì)于拍攝角度展開(kāi)調(diào)節(jié)，由于手持桿輕便，并且容易伸縮，因此能夠靈活調(diào)節(jié)相機(jī)位置，使其能夠?qū)Σ∠x(chóng)害位置全面采集。之后在手機(jī)或者平板電腦當(dāng)中安裝APP，即可預(yù)覽相機(jī)拍攝圖片。終端APP主要功能有三個(gè)，分別為網(wǎng)絡(luò)模塊、相機(jī)控制和視頻預(yù)覽，通過(guò)上述模塊的相互作用對(duì)于手機(jī)拍照過(guò)程進(jìn)行控制，完成病蟲(chóng)害信息的采集。

2.3 診斷過(guò)程

針對(duì)水稻病蟲(chóng)害的圖像進(jìn)行識(shí)別和診斷，需要做好圖像采集、上傳各項(xiàng)工作，服務(wù)器接收客戶端上傳圖像之后，借助JNI技術(shù)，使用do Post算法能夠調(diào)取特征數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)部的病蟲(chóng)害圖像信息，完成診斷和識(shí)別。具體流程如下：第一，創(chuàng)建本地Java類方法，之后對(duì)于病蟲(chóng)害圖像的識(shí)別方法進(jìn)行定義，使用native方法完成創(chuàng)建，之后使用語(yǔ)句“System load library”加載水稻病蟲(chóng)害的特征數(shù)據(jù)庫(kù)。第二，利用命令完成Java源文件編譯，之后生成代碼；第三，發(fā)出命令，生成具備本地方法類型的頭文件，即“Pest Identification”；第四，利用VC2008軟件當(dāng)中的“文件”、“新建”、“項(xiàng)目”、“Win32”等應(yīng)用程序，完成數(shù)據(jù)庫(kù)項(xiàng)目名的建立，添加頭文件，上傳所需軟件，能夠通過(guò)源文件識(shí)別水稻的病蟲(chóng)害圖像；第五，變異圖像特征的診斷和識(shí)別算法文件；第六，為保證數(shù)據(jù)庫(kù)能夠準(zhǔn)確訪問(wèn)，應(yīng)該拷貝服務(wù)器信息，對(duì)其展開(kāi)實(shí)例化處理，調(diào)用特征數(shù)據(jù)庫(kù)信息，完成圖像識(shí)別、診斷。

2.4 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

運(yùn)用Microsoft Office軟件創(chuàng)建特征數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)于水稻的病蟲(chóng)害圖像特點(diǎn)進(jìn)行存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中涵蓋病蟲(chóng)害信息、圖像特征信息和病蟲(chóng)害信息，上述信息均以表格的形式存在。而病蟲(chóng)害的圖像信息可通過(guò)病蟲(chóng)害編號(hào)、圖像編號(hào)、圖像描述、治療方法多種信息形式進(jìn)行存儲(chǔ)。圖像特征的具體信息包括圖像編號(hào)、圖像亮度、圖像形狀、圖像飽和度多種形態(tài)信息。病蟲(chóng)害信息同樣包括編號(hào)、名稱和防治方法等內(nèi)容。不同數(shù)據(jù)表和實(shí)體之間相互對(duì)應(yīng)，某一病蟲(chóng)害實(shí)體可以和多個(gè)圖像實(shí)體之間相對(duì)應(yīng)。

3.水稻病蟲(chóng)害測(cè)報(bào)智能識(shí)別診斷系統(tǒng)應(yīng)用測(cè)試

3.1 系統(tǒng)功能效果

對(duì)于該系統(tǒng)的功能進(jìn)行測(cè)試，主要是選擇單一背景環(huán)境之下水稻病蟲(chóng)害樣本，展開(kāi)系統(tǒng)功能的驗(yàn)證。先將客戶端啟動(dòng)，系統(tǒng)即可進(jìn)入到對(duì)應(yīng)界面當(dāng)中，使用者可選擇啟動(dòng)各功能模塊，具體包括“蟲(chóng)害圖片瀏覽”、“病害圖片瀏覽”、“蟲(chóng)害拍照診斷”、“病害拍照診斷”等，所有圖片都由數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)提供，使用者可通過(guò)縮略圖對(duì)于特定病蟲(chóng)害相關(guān)信息進(jìn)行瀏覽和查看，當(dāng)用戶點(diǎn)擊特定圖片以后，系統(tǒng)即可將病蟲(chóng)害相關(guān)圖片展示出來(lái)，有助于使用者掌握病蟲(chóng)害形態(tài)特點(diǎn)，并且知曉相關(guān)物理、生物和化學(xué)等防治措施。拍照診斷這一功能主要是使用者利用客戶端本身攜帶攝像頭，直接從稻田當(dāng)中采集害蟲(chóng)圖像信息，上傳到系統(tǒng)當(dāng)中，由服務(wù)器展開(kāi)處理和診斷，自動(dòng)化顯示病蟲(chóng)害診斷結(jié)果。之后還可按照待測(cè)樣本的檢驗(yàn)概率從高到低逐漸排序，將病蟲(chóng)害圖像、特點(diǎn)和防治措施一一展示，為用戶判斷提供便利。

比如：應(yīng)用該系統(tǒng)對(duì)于二化螟蟲(chóng)害進(jìn)行監(jiān)測(cè)，用戶只需要將蟲(chóng)害圖片上傳其中，系統(tǒng)即可自動(dòng)匹配，將二化螟圖片顯示出來(lái)，匹配率高達(dá)86.44%，通過(guò)識(shí)別結(jié)果，能夠發(fā)現(xiàn)二化名形態(tài)特征為雄蟲(chóng)前翅上方散布大量褐色小點(diǎn)，在中央還有紫色黑斑點(diǎn)，而外緣部分有小黑點(diǎn)。還能知曉其防治措施，即每畝稻田利用阿維菌氟酰胺，濃度10%，用量30mL，還可選擇毒死蜱乳油，濃度30%，每畝用量80mL進(jìn)行防治。

3.2 系統(tǒng)性能測(cè)試

針對(duì)該系統(tǒng)的性能方面進(jìn)行測(cè)試，主要可通過(guò)兩方面進(jìn)行，一是系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，二是系統(tǒng)診斷結(jié)果的準(zhǔn)確率。響應(yīng)時(shí)間主要是由客戶端將圖像特點(diǎn)向服務(wù)器發(fā)送，并且在服務(wù)器處理以后將結(jié)果向客戶端反饋整個(gè)流程所消耗時(shí)間。測(cè)試階段，系統(tǒng)第一次識(shí)別響應(yīng)消耗時(shí)間1250.0ms，其他識(shí)別平均時(shí)間間隔180.0 ms，上下偏差在100.0ms以內(nèi)。

在準(zhǔn)確度方面的測(cè)試使用兩類水稻的病蟲(chóng)害圖像，分別為經(jīng)過(guò)裁剪、未經(jīng)裁剪圖像。測(cè)試結(jié)果有4種，一是正確診斷；二是未診斷；三是錯(cuò)誤診斷；四是異常診斷。異常診斷是在系統(tǒng)診斷期間可能出現(xiàn)閃退這樣的異常狀態(tài)，通常表現(xiàn)在被破壞圖像特征或者圖像分割等情況。如果圖像大小高于1MB，那么就可出現(xiàn)上述異常情況。對(duì)于該系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，在圖像沒(méi)有經(jīng)過(guò)裁剪時(shí)，其識(shí)別準(zhǔn)確率為92.7%，而經(jīng)過(guò)裁剪以后圖像識(shí)別準(zhǔn)確率在66%，結(jié)果顯示該系統(tǒng)對(duì)于未裁剪類型圖片擁有較好的診斷結(jié)果。

4.結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上文分析，水稻病蟲(chóng)害圖像診斷時(shí)，使用圖像識(shí)別管理系統(tǒng)對(duì)其展開(kāi)智能識(shí)別、診斷等，該管理系統(tǒng)不但能夠快速對(duì)病蟲(chóng)害圖像信息進(jìn)行讀取，還可利用內(nèi)置相機(jī)將病蟲(chóng)害圖像信息進(jìn)行捕捉和識(shí)別，通過(guò)測(cè)試以后，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)能夠在極短的時(shí)間內(nèi)響應(yīng)，而且針對(duì)未裁剪類型的圖片具有較為精準(zhǔn)的診斷效果。使用者利用簡(jiǎn)單的交互形式，即可將病蟲(chóng)害信息識(shí)別，快速獲取防治措施，對(duì)于水稻生產(chǎn)過(guò)程病蟲(chóng)害防治措施應(yīng)用提供參考。