發(fā)布時間：2018-12-12所屬分類：農(nóng)業(yè)論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：隨著計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，信息技術(shù)已被廣泛地應(yīng)用于植物保護(hù)領(lǐng)域，推動農(nóng)業(yè)害蟲的監(jiān)測走向信息化、智能化和精準(zhǔn)化。我們綜述了農(nóng)業(yè)害蟲自動識別與監(jiān)測技術(shù)的最新研究進(jìn)展，分析了各種技術(shù)的特點(diǎn)與優(yōu)勢。這些技術(shù)均需要特定的設(shè)備獲取農(nóng)業(yè)害蟲及
摘要：隨著計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，信息技術(shù)已被廣泛地應(yīng)用于植物保護(hù)領(lǐng)域，推動農(nóng)業(yè)害蟲的監(jiān)測走向信息化、智能化和精準(zhǔn)化。我們綜述了農(nóng)業(yè)害蟲自動識別與監(jiān)測技術(shù)的最新研究進(jìn)展，分析了各種技術(shù)的特點(diǎn)與優(yōu)勢。這些技術(shù)均需要特定的設(shè)備獲取農(nóng)業(yè)害蟲及其生境的信息，提取昆蟲信息特征，并利用這些特征進(jìn)行昆蟲種類的識別與計(jì)數(shù)，達(dá)到害蟲監(jiān)測的目的。
圖像識別技術(shù)適合于自動識別與監(jiān)測棲息于作物表面的害蟲，昆蟲雷達(dá)(厘達(dá)或激光雷達(dá))技術(shù)特別適合于自動識別與監(jiān)測高空中飛行的害蟲，而聲音識別技術(shù)在自動識別與監(jiān)測隱蔽害蟲方面具有優(yōu)勢。最近發(fā)展起來的基于深度學(xué)習(xí)的害蟲識別方法避免了傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)特征方法，提高了害蟲識別的魯棒性，展示了一旦建立完整的昆蟲信息庫就可以實(shí)現(xiàn)害蟲自動識別與監(jiān)測的可能;這給昆蟲學(xué)家提出了一個艱巨的任務(wù)，即鑒定和正確標(biāo)識機(jī)器學(xué)習(xí)所需的大量的昆蟲信息。
關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)害蟲,監(jiān)測技術(shù),圖像識別,聲音識別,昆蟲雷達(dá),深度學(xué)習(xí)
隨著計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)及人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，信息技術(shù)在植物保護(hù)中得到了廣泛應(yīng)用[1-2]。植保基本數(shù)據(jù)的自動采集技術(shù)對植保信息技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要[1]。我國充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，在自動化、智能化新型測報工具研發(fā)應(yīng)用及重大病蟲害實(shí)時監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)方面進(jìn)行了大膽的探索，取得了比較明顯的進(jìn)步[3]。
為了實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)害蟲智能測報，首先需要對害蟲進(jìn)行自動識別與計(jì)數(shù)。許多學(xué)者通過采集害蟲的圖像、聲音和雷達(dá)等信號來探討害蟲的自動識別與計(jì)數(shù)，但由于農(nóng)業(yè)害蟲生態(tài)環(huán)境復(fù)雜多變，一些關(guān)鍵技術(shù)尚未能取得突破性進(jìn)展，導(dǎo)致很多害蟲測報裝備智能化程度低，技術(shù)成熟度不高，自動監(jiān)測環(huán)節(jié)薄弱，田間害蟲數(shù)據(jù)采集基本上以人工為主，田間害蟲調(diào)查仍然停留在“眼看、手查、盤拍、網(wǎng)捕”的階段[3-5]。本文對害蟲的自動識別與監(jiān)測技術(shù)的進(jìn)展進(jìn)行綜述，以期對害蟲智能監(jiān)測設(shè)備的研發(fā)起到推動作用。
1基于圖像的害蟲識別
傳統(tǒng)的昆蟲分類學(xué)主要依據(jù)昆蟲的形態(tài)特征區(qū)分昆蟲種類。自20世紀(jì)80年代開始，國內(nèi)外進(jìn)行了大量的基于昆蟲外部形態(tài)圖像的昆蟲自動分類診斷技術(shù)研究[6-9]。昆蟲翅的特征是傳統(tǒng)昆蟲分類學(xué)中的重要分類學(xué)指標(biāo)。
早期的昆蟲識別研究主要是利用昆蟲圖像上翅的特征來進(jìn)行識別與鑒定[10-11]，特別是膜翅目、雙翅目和鱗翅目的昆蟲種類的識別，并開發(fā)了相關(guān)的識別軟件，獲得應(yīng)用的軟件有國外的ABIS[12]、DAISY[13]、DrawWing[14]和BugWing[15]，國內(nèi)中國農(nóng)業(yè)大學(xué)IPMist實(shí)驗(yàn)室在沈佐銳教授的指導(dǎo)下，從1997年開始利用圖像處理技術(shù)提取昆蟲的形態(tài)學(xué)特征，開發(fā)的昆蟲識別系統(tǒng)BUGVISUX可實(shí)現(xiàn)多種昆蟲的分類識別[16-17]，取得了較好的識別結(jié)果。這種借助計(jì)算機(jī)技術(shù)將昆蟲形態(tài)學(xué)和數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)相融合產(chǎn)生了昆蟲數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)技術(shù)[6]，該技術(shù)需要在設(shè)定好的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下進(jìn)行拍照或掃描昆蟲的翅，圖片經(jīng)預(yù)處理后根據(jù)昆蟲形態(tài)學(xué)特點(diǎn)使用軟件手動或自動提取特征值，然后再分析特征值在種類間的變異程度，最后建立計(jì)算機(jī)算法區(qū)分昆蟲種類[10，18-20]。
利用翅的特征進(jìn)行圖像識別需要把昆蟲的翅剪下，鱗翅目昆蟲需要去鱗操作，并且在標(biāo)準(zhǔn)的拍攝環(huán)境下拍照或掃描，其應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中受到很大的限制[21]。在農(nóng)業(yè)害蟲測報中，一般需要對農(nóng)業(yè)害蟲的整體進(jìn)行識別[22-23]，因此很多學(xué)者開始研究基于圖像的昆蟲自動識別。
一般基于圖像的昆蟲識別技術(shù)主要包括背景分割、特征提取和分類模型的訓(xùn)練和測試。昆蟲準(zhǔn)確識別的前提是提取出圖像中的昆蟲區(qū)域。由于昆蟲圖像來源不同，其背景千差萬別。應(yīng)用于昆蟲圖像分割的方法主要包括基于灰度直方圖的分割、基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的分割、基于區(qū)域增長的分割、基于邊緣的分割、基于綜合圖像信息的分割、基于GrabCut的分割、顯著性分割等[24-25]。特征提取的好壞，影響害蟲的識別結(jié)果。目前，應(yīng)用于昆蟲識別的特征主要包括全局特征[26]和局部特征[27-28]。
其中，害蟲全局特征主要包括如顏色特征[9]、形態(tài)特征[29-30]和紋理特征[27]等、局部特征主要包括SIFT[27]、HOG[27-28，31]、LBP[31]、PCBR[32]等或多特征融合[33](如BOW技術(shù)[27，32]、稀疏編碼技術(shù)[34]等)。利用昆蟲特征向量訓(xùn)練的分類器主要包括支持向量機(jī)[9，27，31]、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[29，35-36]、MKL[34]、K-NNC[27]、K-means[37]等。
在有限種類的農(nóng)業(yè)害蟲小樣本圖像集中，手工設(shè)計(jì)特征，訓(xùn)練和測試分類器，一般均能獲得較高的準(zhǔn)確率。然而，面對生物多樣性(害蟲存在不同姿態(tài)、種間變異和類間相似，以及大量的非目標(biāo)昆蟲干擾等)和復(fù)雜背景條件下，傳統(tǒng)的模式識別方法魯棒性不高，泛化能力差[8，23，38]。這也是基于圖像的農(nóng)業(yè)害蟲識別方法并沒有真正應(yīng)用到農(nóng)業(yè)害蟲測報中的主要原因。近幾年，隨著人工智能的發(fā)展，深度學(xué)習(xí)在語音識別、自然語言處理、圖像與視頻分析等諸多領(lǐng)域獲得了巨大的成功。
目前，深度學(xué)習(xí)幾乎是唯一的端到端機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)，深度學(xué)習(xí)方法中的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(convolutionalneuralnetwork，CNN)在大規(guī)模圖像識別任務(wù)中表現(xiàn)出色[39]，與傳統(tǒng)模式識別方法最大不同在于它從圖像中自動逐層提取特征，可以包含成千上萬的參數(shù)。
最近有學(xué)者利用顯著性分割方法定位害蟲，然后建立CNN模型對自然環(huán)境下拍攝的12種水稻害蟲進(jìn)行識別，準(zhǔn)確率高于傳統(tǒng)方法[9];也有學(xué)者利用CNN和Adaboost分類器模型對水稻基部飛虱進(jìn)行檢測與分類識別，實(shí)現(xiàn)了稻飛虱田間調(diào)查的智能化[40]。還有學(xué)者利用CNN和滑動窗相結(jié)合的方法對性誘劑粘板上的害蟲圖像進(jìn)行檢測，獲得了較好的結(jié)果[41]。
2基于聲音的害蟲識別
很多昆蟲能通過專門的發(fā)生器(或翅)的振動(或摩擦)、走動、叩擊或咀嚼發(fā)出聲音或鳴叫[42-43]。不同種類的昆蟲所發(fā)出的聲音大不相同，因此可以根據(jù)聲音鑒別昆蟲的種類和進(jìn)行昆蟲群落生物多樣性和豐富度的監(jiān)測[42，44-45]。
同種昆蟲可以通過聲音進(jìn)行通訊，不同的聲音有不同的作用，如求偶、競爭、攻擊、聯(lián)絡(luò)、報警、定位等[42-43]。根據(jù)昆蟲求偶的聲音可以人工合成求偶聲或求偶應(yīng)答聲引誘雄蟲，這種方法可以有效地提高對雄蚊的誘捕量或干擾雄性柑橘木虱定位雌蟲從而降低交配率[46-47]。同種不同地理種群鳴聲的細(xì)微差別[48]，雌蟲交尾后不再鳴叫的特性，以及同一個體不同蟲齡鳴聲的差異，可用于害蟲遷飛規(guī)律的研究[42]。
聲音監(jiān)測技術(shù)比谷物取樣早3～28d發(fā)現(xiàn)谷物害蟲，比切開檢查更有效和更可靠地檢測到加勒比果蠅和棉紅鈴蟲，和準(zhǔn)確檢測到需要防治蠐螬的地塊，因此在監(jiān)測倉儲害蟲、隱藏在果實(shí)(或樹木)內(nèi)部的害蟲和地下害蟲時具有明顯優(yōu)勢[49]。昆蟲發(fā)出的聲音有的通過空氣傳播，我們可以聽得到，有的通過其他介質(zhì)傳播，我們聽不到[43]。聽得見的聲音可以使用錄音機(jī)、連接麥克風(fēng)的電腦或手機(jī)記錄下來，而聽不到的聲音則需要通過靈敏的傳感器(或拾音器)把振動記錄下來[43，50-54]。
記錄下來的昆蟲聲音進(jìn)行去噪處理后，使用Matlab、DAVIS、Raven和CSL-4300B等計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行信號分析并提取其特征參數(shù)[43，50-52，54-56]。聲音信號的特征參數(shù)提取有時域分析法、頻域分析法(頻譜分析或譜估計(jì))[57-59]。
時域分析法可獲得脈沖持續(xù)時間、脈沖間隔、脈沖率、脈沖組、脈沖組持續(xù)時間、脈沖組間隔、脈沖組率等昆蟲鳴聲的時域特征參數(shù)。由于波形易受噪聲干擾，盡管聲音聽起來有明顯差別的昆蟲，有時也難以用時域特征參數(shù)區(qū)分[57]。對信號作頻譜分析，可了解聲音信號的頻率成分、帶寬、主能峰頻率、能量分布等[57]。
傳統(tǒng)的線性譜估計(jì)法將聲音的時域信號經(jīng)快速傅立葉變換得到頻譜圖，選取較大的頻譜值作為特征參數(shù)[60-61]，或進(jìn)一步濾波得到摩爾頻率倒譜系數(shù)參數(shù)MFCC作為特征參數(shù)[56，62]。自回歸模型(autoregressivemodel，簡稱AR模型)是一種常用的非線性現(xiàn)代譜估計(jì)方法[58]，與傳統(tǒng)譜分析法相比，譜線光滑，且分辨率高，能夠有效地提取昆蟲鳴聲的特征參數(shù)[57]。由于頻譜分析需要大量復(fù)雜計(jì)算占用計(jì)算機(jī)大量的資源，于是出現(xiàn)了現(xiàn)代時域信號編碼(timedo-mainsignalcoding，TDSC)技術(shù)[45]。
TDSC技術(shù)的原理是任何一個帶限信號都可以分解為一系列在平衡點(diǎn)(0點(diǎn)，即信號振幅的平均值)上下的時間信號單元(epoch)組成，在平衡點(diǎn)之上的為正時間信號單元，在平衡點(diǎn)之下的為負(fù)時間信號單元。時間信號單元很容易通過時域相鄰兩點(diǎn)的值的正負(fù)變化確定。每一個時間信號單元具有時間區(qū)間D(durationoftime)和形狀S(shape)兩個特征。
形狀1(S=1)代表時間信號單元具有1個谷2個峰，形狀2(S=2)代表2個谷3個峰，依次類推。一個特定信號的D-S組合即自然字母表(naturalalphabet)是獨(dú)一無二的，在此基礎(chǔ)上可以提取S矩陣和A矩陣作為特征用于聲音的自動識別[45]。使用這種特征和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)成功在自然環(huán)境中自動識別出4種目標(biāo)蝗蟲而且能區(qū)分鳥鳴和人為制造的聲音[63]。
現(xiàn)有的方法都需要提取大量時域或頻域特征參數(shù)，用這些參數(shù)或兩者的混合參數(shù)[59]訓(xùn)練分類樹、貝葉斯分類器、人工神經(jīng)網(wǎng)[45，61，63]、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[56]、支持向量機(jī)[58，60，64]、混合高斯模型[62]等后對昆蟲進(jìn)行自動識別[65]。雖然這些技術(shù)在許多種類昆蟲的自動分類上取得了很高的識別率，但在現(xiàn)實(shí)世界中，昆蟲都是生活在帶有背景噪聲的自然環(huán)境中，另外，同種昆蟲還存在雌雄、齡期、求偶、競爭、報警等差異，將昆蟲從混有噪聲背景的聲音信號中分離并檢測出來仍然具有很大的挑戰(zhàn)[61]。
由于現(xiàn)有技術(shù)需要仔細(xì)地調(diào)諧許多參數(shù)并且需要大量的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，對于簡單的野外探測傳感器來說過于昂貴的計(jì)算資源耗費(fèi)，僅適用于一小類物種，分類結(jié)果不夠正確，而不能廣泛應(yīng)用，一種利用視覺空間分析聲音的方法應(yīng)運(yùn)而生[65]。這種方法把聲譜圖的紋理特性作為一種“指紋”并引入最近出現(xiàn)的無參數(shù)紋理測量作為距離測量，使用其在速度和準(zhǔn)確率上均超出其他方法[65]。
簡單來說就是把聲譜轉(zhuǎn)換成二維圖像，通過將標(biāo)記好的聲譜片斷的圖像在未知聲譜圖像上移動并計(jì)算相似性來確定二者的距離，并根據(jù)這一距離來進(jìn)行分類。這一技術(shù)是由MPEG壓縮技術(shù)思想而來的，有非常成熟的算法，因此計(jì)算速度非常快，而且不需要提取任何特征參數(shù)，因此在聲音自動識別中具有廣泛的應(yīng)用前景[65]。
3基于雷達(dá)(或厘達(dá))的害蟲識別
昆蟲雷達(dá)是利用電磁波探測空中自由飛行昆蟲的一種卓越工具[66]。掃描昆蟲雷達(dá)能監(jiān)測昆蟲密度和飛行速度、方向、成層、定向等參數(shù)，但由于昆蟲存在于雷達(dá)波束中的相對位置及昆蟲的姿態(tài)均無法確定，因此無法區(qū)分昆蟲的種類[67]。垂直昆蟲雷達(dá)發(fā)射3.2cm波長的電磁波，并通過旋轉(zhuǎn)極化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)昆蟲的體型參數(shù)、質(zhì)量、昆蟲振翅頻率的自動提取[67]，從而把蝗蟲、瓢蟲、半翅目昆蟲、銀Y夜蛾、小菜蛾、草蛉、步甲區(qū)分開來，并對其遷飛活動進(jìn)行自動監(jiān)測[69-73]。
但對于體型、質(zhì)量和振翅頻率相似的昆蟲，如不同種類的蝗蟲或大小相似的夜蛾，就無能為力了[70，73]。毫米波昆蟲雷達(dá)由于使用了波長更短的8.8mm的電磁波，可以探測到更小的昆蟲，如稻飛虱[74-75]，但其掃描工作模式?jīng)Q定了它無法區(qū)分昆蟲種類。激光雷達(dá)把輻射源的頻率提高到光頻段，比毫米波高出兩到四個數(shù)量級，這使之能夠探測更微小的自然目標(biāo)[69，76]。最早使用激光雷達(dá)探測昆蟲是為了借助經(jīng)過訓(xùn)練的蜜蜂(能嗅到爆炸物散發(fā)出的氣味，從而在未爆炸的地雷上方產(chǎn)生聚集)找到未爆炸的地雷[77-79]。
最簡單的被動接收式激光雷達(dá)是一種簡單、輕便、廉價的被動遙感的暗場光譜學(xué)裝置，它包括暗箱和望遠(yuǎn)鏡及與其相連的光譜采集設(shè)備。將望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)遠(yuǎn)處的暗箱得到一個低亮度水平的基線，當(dāng)昆蟲在望遠(yuǎn)鏡的視野中飛過時它散射的太陽光的光學(xué)信息就被連接到望遠(yuǎn)鏡的記錄系統(tǒng)采集到[80]。
這種裝置可以探測到幾十米外昆蟲的反射光譜，解析出昆蟲的振翅頻率[80]，根據(jù)光譜信息可以將自由飛行的兩種豆娘及不同性別區(qū)分開[81]。這種裝置依賴太陽光作為光源實(shí)現(xiàn)晝出性昆蟲的識別與監(jiān)測，在夜間需要使用光源照明才能進(jìn)行探測[80]。但一般的夜出性昆蟲都具有趨光性，如果使用光源照明將影響昆蟲的行為，引起昆蟲的聚集。
專門設(shè)計(jì)的激光昆蟲雷達(dá)可以探測到昆蟲目標(biāo)，并測定其距離、大小和振翅頻率[78，82-83]。由于昆蟲不同體位對準(zhǔn)激光雷達(dá)反射率會發(fā)生很大的變化，因此激光昆蟲雷達(dá)無法根據(jù)反射率推算昆蟲的個體大小[83-84]。多波段激光昆蟲雷達(dá)通過對808nm和1550nm背向散射光的共偏振和去偏振測量，可獲得線性偏振程度、振翅頻率、反射率、譜率、光澤度等參數(shù)[84]。
身體和翅的譜率和光澤度與昆蟲身體和翅表面的微結(jié)構(gòu)和黑化特性有關(guān)，與體位無關(guān)，可以用于區(qū)分昆蟲的種類[84]。激光還可以激發(fā)昆蟲產(chǎn)生熒光，不同昆蟲受激光激發(fā)產(chǎn)生的熒光光譜不同，熒光激光雷達(dá)可以探測到這種差別并用于區(qū)別昆蟲的種類[85-88]。與圖像識別和聲音識別技術(shù)相比昆蟲雷達(dá)技術(shù)還停留在利用簡單特征識別昆蟲的階段，急需引入模式識別技術(shù)提高昆蟲種類的識別能力。
4討論
本文對利用圖像、聲音以及昆蟲對電磁波的反射(或散射)特性自動識別昆蟲的技術(shù)的最新進(jìn)展進(jìn)行了綜述。由于光譜遙感監(jiān)測技術(shù)是利用寄主植物被害后反射光譜發(fā)生變化的特性實(shí)現(xiàn)對蟲害的監(jiān)測[89-90]，不直接識別害蟲的種類，紅外計(jì)數(shù)裝置只對害蟲進(jìn)行計(jì)數(shù)不涉及種類識別[91]，因此未在本文中進(jìn)行綜述。三種技術(shù)的不同之處在于利用了昆蟲的不同信息及其各自的優(yōu)勢。
昆蟲雷達(dá)在遠(yuǎn)距離識別空中昆蟲方面有優(yōu)勢;圖像識別在近處識別作物表面的昆蟲方面有優(yōu)勢;聲音識別在識別隱蔽昆蟲方面有優(yōu)勢。三種技術(shù)的共同之處是均需要獲取害蟲及其所處環(huán)境的完整信息、分析這些信息提取出能代表害蟲特征的參數(shù)、根據(jù)特征參數(shù)直接分類或使用模式識別技術(shù)進(jìn)行分類。
使用什么樣的技術(shù)對昆蟲信息進(jìn)行采集決定了使用什么技術(shù)對昆蟲進(jìn)行識別。利用在室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下采集的害蟲圖像或聲音信息所研發(fā)出來的自動識別技術(shù)只能對特定試驗(yàn)條件下的昆蟲進(jìn)行識別，應(yīng)用于田間復(fù)雜環(huán)境下則識別效果很差。昆蟲雷達(dá)由于對著天空取樣，通常其背景相對簡單(偶爾也會受到電磁波、降雨、鳥、飛機(jī)等的干擾)，從其誕生之日起就一直用于野外昆蟲監(jiān)測實(shí)踐[66，92]，但其價格昂貴，應(yīng)用受到一定限制。
發(fā)展價廉、輕便、簡單易用的害蟲自動識別與監(jiān)測技術(shù)與裝備是今后的發(fā)展方向。蟲情測報燈(或黑光燈)是我國害蟲測報實(shí)踐中普遍使用的工具，隨著技術(shù)的進(jìn)步已實(shí)現(xiàn)了自動開關(guān)燈、蟲體遠(yuǎn)紅外處理、自動拍照和上傳昆蟲照片等功能[4，93]。
燈下昆蟲圖像拍攝背景單一容易識別且易于實(shí)現(xiàn)與我國現(xiàn)有監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)銜接實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，值得深入研究。近些年，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，移動便攜設(shè)備的開發(fā)使用已然成為主流。智能手機(jī)可以拍照也可以錄音，已成為圖像自動識別[31，94]和聲音自動識別[95]的新載體。智能手機(jī)還具有定位功能和實(shí)時監(jiān)測功能，因此可以建立起目標(biāo)害蟲的全球分布和時實(shí)動態(tài)圖[95]。
與性誘捕器配合使用的紅外自動計(jì)數(shù)技術(shù)在我國也進(jìn)行了試驗(yàn)與改進(jìn)，可以對特定種類的昆蟲進(jìn)行自動監(jiān)測，但其使用效果與信息素的質(zhì)量及應(yīng)用環(huán)境有關(guān)[91，96]。國外利用紅外探測技術(shù)研發(fā)了記錄昆蟲振翅頻率的便攜設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)昆蟲種類的自動識別和監(jiān)測[97-98]，是一個新的可探索的方向。盡管昆蟲的自動識別與監(jiān)測技術(shù)近年來得到了快速發(fā)展，但由于昆蟲種類繁多、蟲態(tài)及其生活環(huán)境復(fù)雜多變，尚難以在較短時間內(nèi)建立一個可以較為廣泛地實(shí)施識別和監(jiān)測眾多昆蟲的應(yīng)用系統(tǒng)[8]。
伴隨人工智能的快速發(fā)展，昆蟲的圖像識別技術(shù)也是本文所綜述的三項(xiàng)技術(shù)中發(fā)展最快的技術(shù)，尤其是深度學(xué)習(xí)應(yīng)用于自然環(huán)境中昆蟲的自動識別取得成功為復(fù)雜農(nóng)田環(huán)境下昆蟲的自動識別帶來新的希望。但深度學(xué)習(xí)最大的缺點(diǎn)是要利用大量的標(biāo)定過的數(shù)據(jù)進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)，沒有這些數(shù)據(jù)深度學(xué)習(xí)就無能為力了。
目前國內(nèi)外關(guān)于農(nóng)作物害蟲圖像識別的研究，都是針對相應(yīng)的研究目標(biāo)來構(gòu)建簡單的害蟲圖像數(shù)據(jù)集，截至目前還沒有農(nóng)作物害蟲的標(biāo)準(zhǔn)圖像數(shù)據(jù)集可供使用。由于缺少底層的數(shù)據(jù)支持，因此制約了農(nóng)作物害蟲圖像識別的發(fā)展[99]。由于智能手機(jī)的普及和物聯(lián)網(wǎng)的推廣，采集海量的昆蟲圖像和聲音數(shù)據(jù)已不是難事，但對這些海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和正確標(biāo)識卻不是那么簡單。長期以來在害蟲的自動識別與監(jiān)測方面的主要進(jìn)展基本上都是由計(jì)算機(jī)、人工智能、信息技術(shù)等方面的專業(yè)人員完成的。
昆蟲學(xué)家只在這個過程中提供標(biāo)本的正確標(biāo)識。隨著人工智能技術(shù)尤其是模式識別技術(shù)的成熟，接力棒將交到昆蟲學(xué)家手里。雖然從網(wǎng)上可以輕而易舉地獲得成千上萬張某種害蟲的圖片，但這些圖片的標(biāo)識存在許多錯誤，在利用這些圖片訓(xùn)練計(jì)算機(jī)之前必須經(jīng)過專家的甄別和正確標(biāo)識[9]。由于昆蟲種類繁多、具有不同的蟲態(tài)、為害和生存環(huán)境多樣，另外圖像可能只反映昆蟲的某個側(cè)面，聲音可能只反映昆蟲在某個時期的特征，昆蟲雷達(dá)的信息采集自高空自由飛行的昆蟲，要對大量的常見的害蟲信息進(jìn)行甄別和正確標(biāo)識并不是輕而易舉的事。
參考文獻(xiàn)
[1]程登發(fā).我國植保信息技術(shù)的發(fā)展與展望[J].植物保護(hù)，1998，24(2)：33-36.
[2]黃沖，劉萬才.我國農(nóng)作物病蟲測報信息化發(fā)展進(jìn)程、現(xiàn)狀與推進(jìn)思路[J].中國植保導(dǎo)刊，2018，38(2)：21-25.
[3]劉萬才.我國農(nóng)作物病蟲害現(xiàn)代測報工具研究進(jìn)展[J].中國植保導(dǎo)刊，2017，37(9)：29-33.
[4]劉萬才，劉杰，鐘天潤.新型測報工具研發(fā)應(yīng)用進(jìn)展與發(fā)展建議[J].中國植保導(dǎo)刊，2015，35(8)：40-42.
[5]封傳紅，王勝，馬利，等.構(gòu)建四川“智慧測報”體系的探索與實(shí)踐[J].中國植保導(dǎo)刊，2016，36(8)：74-78.
[6]沈佐銳，于新文.昆蟲數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)研究及其應(yīng)用展望[J].昆蟲學(xué)報，1998，41(S1)：142-150.
[7]WHITERJ，WINOKURL.Quantitativedescriptionanddis-criminationofbutterflywingpatternsusingmomentinvariantanalysis[J].BulletinofEntomologicalResearch，2003，93(4)：361-374.
[8]姚青，呂軍，楊保軍，等.基于圖像的昆蟲自動識別與計(jì)數(shù)研究進(jìn)展[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，44(14)：2886-2899.
[9]LIUZiyi，GAOJunfeng，YANGGuoguo，etal.Localizationandclassificationofpaddyfieldpestsusingasaliencymapanddeepconvolutionalneuralnetwork[J/OL].ScientificReports，2016，6：20410.DOI：10.1038/srep20410.
[10]蔡小娜，黃大莊，沈佐銳，等.蛾翅翅脈特征在夜蛾昆蟲數(shù)學(xué)分類學(xué)中的應(yīng)用[J].中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2015，20(5)：188-193.
[11]潘鵬亮，楊紅珍，沈佐銳，等.翅脈的數(shù)學(xué)形態(tài)特征在蝴蝶分類鑒定中的應(yīng)用研究[J].昆蟲分類學(xué)報，2008，30(2)：151-160.
推薦期刊：《吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報》Journal of Jilin Agricultural University(雙月刊)1979年創(chuàng)刊，是綜合性農(nóng)業(yè)學(xué)術(shù)期刊。以反映作物栽培、植物保護(hù)、土壤與植物營養(yǎng)、農(nóng)業(yè)化學(xué)、農(nóng)業(yè)應(yīng)用物理、果樹、蔬菜、園林、藥用植物、貯藏加工、農(nóng)牧業(yè)經(jīng)濟(jì)管理、農(nóng)業(yè)機(jī)械化、農(nóng)業(yè)工程技術(shù)等專業(yè)的科研成果和開展學(xué)術(shù)交流為主要任務(wù)。
