Прибор для мониторинга насекомых в реальном времени
Владельцы патента RU 2555438:
Коммонуэлт Сайентифик энд Индастриал Рисерч Организейшн (AU)
Изобретение относится к области мониторинга насекомых. Ловушка содержит устройство для улавливания летающих насекомых и контрольный цилиндр. Цилиндр соединен с выпуском устройства для улавливания насекомых. Цилиндр содержит детектор насекомых и камеру. Камера получает изображения находящихся внутри цилиндра насекомых. Размеры сечения контрольного цилиндра выбраны такими, что насекомые вынуждены не пролетать, а проползать сквозь него. Обеспечивается возможность автоматизированного мониторинга насекомых. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 4 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к мониторингу in-situ насекомых и, в частности, к цилиндру для мониторинга насекомых и ловушке для насекомых, способствующим проведению мониторинга.
Уровень техники
Для сбора летающих насекомых в целях их классификации и изучения используется ловушка Малеза. Этот вид ловушки предусматривает использование большого сетчатого шатра для улавливания насекомых и последующего направления их в закрытый накопительный цилиндр. Исследователи периодически опустошают цилиндр, обычно еженедельно, и регистрируют пойманных мертвых насекомых.
Раскрытие изобретения
Предметом изобретения является открытый цилиндр для мониторинга насекомых, который при эксплуатации соединен с выпускным отверстием устройства для улавливания летающих насекомых. С контрольным цилиндром связан детектор насекомых для выявления внутри него насекомых, и с цилиндром и детектором связана камера для получения изображений насекомых, находящихся внутри цилиндра. Размеры сечения контрольного цилиндра выбраны так, чтобы отобранные в качестве объектов для наблюдения насекомые не могли через него пролетать, но могли проползать.
В одном примере цилиндр имеет прямоугольную форму в сечении, и геометрические размеры сечения представляют собой отрезки длины сторон прямоугольника.
Предметом изобретения является также ловушка для насекомых в целом, содержащая устройство для улавливания летающих насекомых и направления их в открытый контрольный цилиндр, соединенный с выпускным отверстием устройства для улавливания летающих насекомых. И опять-таки, с контрольным цилиндром связан детектор насекомых, предназначенный для выявления находящихся внутри него насекомых, и с цилиндром и детектором связана камера для получения изображений насекомых, находящихся внутри цилиндра. Этой камерой может быть видеокамера или прибор для получения одного изображения, который обеспечивает получение последовательности изображений.
Изобретение обеспечивает возможность автоматизированного мониторинга насекомых. Оно особенно подходит как для оценки поведения насекомых, так и для оценки качества изображения.
Другим преимуществом изобретения является обеспечение возможности мониторинга в реальном времени и выявления биотипов насекомых, присутствующих в определенном месте в определенное время. Современные системы обеспечивают сбор насекомых в течение некоторого периода времени, что позволяет регистрировать биотипы насекомых, но не периоды, за которые они собраны. В соответствии с другим вариантом они обеспечивают подсчет количеств насекомых за некоторое время, регистрацию времени сбора, но не биотипов насекомых. Изобретение обеспечивает одновременную регистрацию времени сбора и типа насекомых. Время прибытия насекомого является очень полезной информацией для энтомологов.
Устройство для улавливания летающих насекомых, или "захватывающая головка", может представлять собой шатер такого типа, как используемый в ловушке Малеза. Однако возможно использование и любых других типов ловушек для улавливания летающих насекомых, таких как световые ловушки (которые имеют возможность включения и выключения света, привлекающего насекомых) и ловушки на основе химических веществ (например, феромонов). Или же может использоваться любая комбинация из таких ловушек.
Контрольный цилиндр может быть прямоугольным в поперечном сечении и образовывать довольно узкий канал, через который могут пролазить насекомые. Ширина канала может регулироваться. В соответствии с другим вариантом для предотвращения пролета насекомых через цилиндр может быть предусмотрено наличие лабиринта, который вынуждает их ползти.
Одна или более из стенок контрольного цилиндра могут быть прозрачными, чтобы можно было получать изображения насекомых при помощи устанавливаемой над ним камеры. Как правило, прозрачная стенка может находиться сверху контрольного цилиндра, поэтому камера может получать изображения насекомых сверху. На часть внутренней поверхности контрольного цилиндра может быть нанесено неклейкое, например тефлоновое, покрытие, препятствующее проникновению насекомых не по той стенке канала, по которой нужно. Альтернативным решением может быть прерывание поверхности неподходящих стенок, чтобы затруднить насекомым ползание по ним; например, путем наклеивания на них от края до края малых преград из пластмассы.
Насекомые могут проходить через многоцветный фон, такой как создаваемый полосами известного размера, что позволяет получить изображения хорошей контрастности в широком диапазоне окрасок насекомых и дает информацию о размере насекомого.
Сразу же после обнаружения насекомого детектором получают изображения и запоминают вместе с датой и временем. Устройство позволяет камере получить много высококачественных фотографических изображений насекомых крупного плана, что способствует идентификации, не причиняя вреда насекомым. Камера может передавать изображения насекомых на базовую станцию для дальнейшего анализа и, возможно, автоматизированной классификации.
Камера может представлять собой видеокамеру. Видеокамера намного облегчает подсчет насекомых и не требует от исследователей часами тратить свое время на сортирование насекомых.
Размеры прямоугольного цилиндра могут быть регулируемыми, поэтому их легко изменять для мониторинга разных насекомых.
Насекомые, находящиеся внутри контрольного цилиндра, могут быть обнаружены при помощи детектора инфракрасного излучения. В соответствии с другим вариантом или кроме того, насекомые могут быть обнаружены путем поиска признаков движения на видеоизображении.
Как только насекомые проползли через контрольный цилиндр, ничто не препятствует их выходу назад в окружающую среду невредимыми. В соответствии с другим вариантом, они могут удерживаться для дальнейшей оценки.
Отсутствие подвижных частей означает, что ловушка является более износостойкой и ее легче очищать и содержать в исправности.
Краткое описание графического материала
Ниже приведено описание двух примеров осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые фигуры, на которых:
фиг.1 - схематическое изображение ловушки для насекомых с показом внутреннего устройства контрольного цилиндра;
и
фиг.2 - схематическое изображение другого варианта конструкции ловушки;
фиг.3 - схематическое изображение еще одного варианта конструкции ловушки с удаляемым лабиринтом;
фиг.4 - схематическое изображение лабиринта в контрольном цилиндре.
Предпочтительный вариант осуществления изобретения
Ловушка 10 для насекомых содержит большой шатер 12 для улавливания летающих насекомых и направления их в контрольный цилиндр 20, соединенный с верхним выпуском 14 шатра 12. Открытый контрольный цилиндр 20 имеет стенку 22 из плексигласа и параллельную ей подвижную стенку 24, которая может выдвигаться по направлению к стеклянной стенке 22 и в обратном направлении удаления от нее. Для этой цели предусмотрен управляемый вручную винтовой механизм 30 (показан только на фиг.1). Механизм 30 регулируется так, чтобы рассматриваемому в текущий момент насекомому хватало места лишь для того, чтобы проползти между пластинами 22 и 24. Внутренняя поверхность прозрачной пластины 22 покрыта тефлоновой пленкой, что затрудняет насекомому 40 лазание по ней. Вследствие этого больше насекомых проходит в указанном направлении. Сразу же после того, как они проползли через цилиндр, насекомые имеют возможность улететь, как указано стрелкой 42.
На платформе 50 с наружной стороны от стеклянной стенки 22 установлена камера 60, которая регистрирует изображения насекомых, которые проходят через цилиндр 20. Камера 60 остается в состоянии покоя, в котором она способна обнаруживать изменения в получаемых изображениях и реагировать на них путем регистрации меняющихся изображений и маркирования их отметками времени и даты. Зарегистрированные изображения могут быть запомнены на камере для дальнейшей загрузки или передачи, например, через беспроводную линию связи на базовую станцию (не показана).
Одной особенностью изобретения является то, что оно предлагает осуществление мониторинга насекомых и сбора данных в реальном времени. Для того чтобы можно было претендовать на это, необходимо было обеспечить, чтобы сразу же после попадания насекомого в ловушку Малеза оно имело после этого возможность попадания в прибор, передвижения через него и выхода из него своевременно, чтобы точно отразить в данных передвижение насекомого в реальном времени. Для проверки этой особенности в разные дни в разное время при колебаниях погодных условий производили ряд высвобождений насекомых и в течение некоторого времени наблюдали за поведением насекомых внутри ловушки и прибора. Было установлено, что за 10 минут по меньшей мере 80% высвобожденных в ловушке насекомых уже прошли через прибор, причем большинство из оставшихся насекомых проходят через систему за 15-20 минут с момента времени их высвобождения. Учитывая, что в эти ловушках собирается много насекомых, движущихся с разной скоростью; например, муха пройдет через ловушку и прибор быстрее, чем, скажем, жук. Результаты фактически отражают передвижение насекомого в поле в реальном времени.
Другая важная особенность изобретения состоит в том, что оно позволяет получать качественные изображения насекомого тогда, когда оно проходит через цилиндр, что дает возможность идентифицировать насекомое по изображению до подходящего таксономического уровня. Для идентификации большинства насекомых полезнее иметь изображение с дорсальной или боковой стороны, чем изображение с вентральной стороны, при этом для обеспечения достоверной идентификации по изображению наиболее целесообразна комбинация двух или более углов обзора. Конструкция лабиринта внутри цилиндра, а также угол и ориентация установки цилиндра на ловушке помогают гарантировать продвижение насекомого через прибор таким образом, что при прохождении его перед камерой оно располагается с обеспечением возможности получения изображения с дорсальной стороны или боковой стороны и в какой-то момент находится в фокусе.
Для тестирования достоверности при испытании было выполнено девять пробных высвобождений насекомых в разное время суток за период в трое суток. Изображения насекомых, полученные в периоды этих высвобождений, были идентифицированы, подсчитаны и сопоставлены с данными, собранными в результате ручной сортировки накопившихся в ловушке насекомых для каждого высвобождения. Было установлено, что 80,5% времени заняло получение изображения с дорсальной и/или боковой стороны, при этом получение изображения только с вентральной стороны заняло 11,6% времени и получение совсем размытого неидентифицируемого изображения заняло 7,8% времени. В большинстве случаев достигнутая исходя из изображения степень идентификации была равна такой же степени идентификации, достигнутой по реальному опытному экземпляру, и в большинстве случаев была, к тому же, возможна лишь с изображением с вентральной стороны. Сопоставление общего количества насекомых показало, что общее количество насекомых, подсчитанное по изображениям, полученным в результате четырех из девяти пробных высвобождений насекомых, было равным общему количеству насекомых, подсчитанному в процессе сортировки образцов вручную. В отношении остальных пяти пробных высвобождений насекомых результат подсчета общего количества насекомых по изображениям немного отличался: результат подсчета по изображениям показал в среднем лишь на шесть насекомых больше, чем было установлено при подсчете по реальным опытным экземплярам. Основным установленным различием было различие между временем, затраченным на сортировку изображений, и временем, затраченным на сортировку опытных экземпляров. Как показали результаты девяти пробных высвобождений насекомых, сортировка изображений заняла приблизительно в три-четыре раза больше времени, чем сортировка вручную реальных опытных экземпляров насекомых. В этом отношении следует отметить, что, как уже упоминалось в нескольких случаях, этот прибор имеет перспективы в будущем, так как он также предоставляет возможность автоматизированной идентификации изображений при помощи программ распознавания, что позволит исключить вышеупомянутый недостаток, заключающийся в увеличении времени сортировки изображений.
Промышленное применение
1. Изобретение подходит для обычно применяемой ловушки для улавливания насекомых или комплектуется ею.
2. Оно получает последовательность сильно увеличенных изображений насекомых в то время как они проходят через ловушку.
3. Оно побуждает насекомых проходить через ловушку в требуемом направлении для идентификации.
4. Отсутствует необходимость в сборе, убивании насекомых или совершении манипуляций с ними.
5. Оно выявляет присутствие насекомых в ловушке.
6. Оно регистрирует дату и время событий, происходящих с насекомыми, что обеспечивает высокое временное разрешение.
7. Оно может также регистрировать условия окружающей среды, такие как температура, влажность, освещенность и т.п.
8. Оно получает изображения активных насекомых.
9. Оно рассчитано на распознавание насекомых, размеры которых колеблются в некотором диапазоне, за любое одно событие получения изображения (например от 3 до 15 мм).
10. За счет получения последовательности изображений (вместо всего лишь одного единственного) вероятность получения высококачественного изображения (фокусировка, поза насекомого и т.п.) максимально увеличивается. Высококачественное изображение каждого насекомого является необходимым условием для проведения на основе изображений классификации или вручную или автоматически.
11. Насекомые вынуждены преодолевать на своем пути ряд препятствий, что гарантирует их нахождение в пределах поля зрения.
12. Оно использует ряд устройств для максимизации полученных очень высококачественных изображений.
13. Оно передает подмножество изображений насекомых к пользователю, например, по 3G-сети или сети Интернет.
14. Возможность автоматического мониторинга состояния ловушки, например, для уведомления пользователя, когда впускное отверстие ловушки блокируется паутиной.
15. Возможность идентификации в реальном времени посредством автоматической классификации изображений или идентификации почти в реальном времени при передаче изображения квалифицированному специалисту.
16. Возможность работы ряда ловушек как сети. Работа каждой ловушки может быть синхронизирована с работой других ловушек в сети. Потенциально достаточно, чтобы доступ к сети Интернет имела одна ловушка.
17. Низкая стоимость: конструкция основана на недорогих имеющихся в наличии компонентах.
18. Готовность для использования в полевых условиях, водонепроницаемость.
19. Возможность широкого применения для ряда вопросов мониторинга насекомых (биологическая безопасность, сельское хозяйство, биологическое разнообразие и т.д.).
20. Отсутствие необходимости в задержании/убивании насекомых, но если требуется, это может быть выполнено.
21. Определяет размер насекомого.
Очевидно, что изобретение, описанное выше на конкретном примере его осуществления, допускает существование множества вариантов. Например, возможно использование не только шатра Малеза, но и других приспособлений для сбора насекомых и направления их в контрольный цилиндр. Могут также использоваться другие механизмы для регулировки размеров контрольного цилиндра. Регулировка размеров может выполняться по обоим поперечным размерам, и он не обязательно должен быть прямоугольным в поперечном сечении. В альтернативным варианте формы поперечного сечения он может иметь плоскую стеклянную сторону и изогнутую обратную сторону, что затрудняет насекомым располагаться в углах. Может использоваться любая подходящая система получения изображений. И обработка после получения изображения может выполняться автоматически или в камере, или в удаленном месте. Кроме того, работа при плохих погодных условиях или в ночное время может обеспечиваться датчиками, чувствительными к освещенности, погодным условиям или другими датчиками.
1. Открытый цилиндр для мониторинга насекомых, предназначенный для соединения при эксплуатации с выпускным отверстием устройства для улавливания летающих насекомых, содержащий:
детектор насекомых, связанный с цилиндром, чтобы обнаруживать внутри него насекомых, и камеру, связанную с цилиндром и детектором, получающую изображения находящихся внутри цилиндра насекомых;
отличающийся тем, что размеры сечения контрольного цилиндра установлены такими, чтобы предотвратить пролет через него выбранных в качестве объектов наблюдения насекомых, но вместо этого вынуждать их ползти через него.
2. Открытый цилиндр для мониторинга насекомых по п.1, отличающийся тем, что цилиндр имеет прямоугольную форму в сечении и размеры сечения представляют собой отрезки длины сторон прямоугольника.
3. Ловушка для насекомых, содержащая:
устройство для улавливания летающих насекомых и направления их в контрольный цилиндр, соединенный с выпускным отверстием устройства для улавливания летающих насекомых; и
открытый цилиндр для мониторинга насекомых по п.1.
4. Ловушка для насекомых по п.3, отличающаяся тем, что устройство для улавливания летающих насекомых представляет собой шатер такого типа, как используемый в ловушке Малеза.
5. Ловушка для насекомых по п.3, отличающаяся тем, что цилиндр имеет прямоугольную форму в сечении и размеры сечения представляют собой отрезки длины сторон прямоугольника.
6. Ловушка для насекомых по п.3, отличающаяся тем, что контрольный цилиндр имеет плоскую сторону и изогнутую обратную сторону и достаточно узок для того, чтобы вынудить насекомых ползти через него.
7. Ловушка для насекомых по п.3, отличающаяся тем, что одна или более стенок контрольного цилиндра являются прозрачными для обеспечения возможности установки перед ней камеры и получения этой камерой изображений насекомых.
8. Ловушка для насекомых по п.7, отличающаяся тем, что прозрачная стенка расположена так, чтобы получать изображения насекомых сверху.
9. Ловушка для насекомых по п.3, отличающаяся тем, что на часть внутренней поверхности контрольного цилиндра нанесено покрытие для того, чтобы препятствовать проникновению насекомого не по той стенке канала, по которой нужно.
10. Ловушка для насекомых по п.3, отличающаяся тем, что часть внутренней поверхности контрольного цилиндра профилирована или текстурирована для того, чтобы препятствовать проникновению насекомого не по той стенке канала, по которой нужно.
11. Ловушка для насекомых по п.3, отличающаяся тем, что сразу же после обнаружения насекомого детектором получают изображения насекомого и регистрируют вместе с датой и временем.
12. Ловушка для насекомых по п.11, отличающаяся тем, что насекомых, находящихся внутри контрольного цилиндра, обнаруживают при помощи детектора инфракрасного излучения.
13. Ловушка для насекомых по п.11, отличающаяся тем, что насекомых, находящихся внутри контрольного цилиндра, обнаруживают путем поиска движения в видеоизображении.
14. Ловушка для насекомых по п.3, отличающаяся тем, что камера передает изображения насекомых на базовую станцию.
15. Ловушка для насекомых по п.11, отличающаяся тем, что изображения насекомых подвергают автоматизированной классификации.
16. Ловушка для насекомых по п.3, отличающаяся тем, что камера представляет собой видеокамеру.
17. Ловушка для насекомых по п.3, отличающаяся тем, что размеры сечения контрольного цилиндра являются регулируемыми.
18. Ловушка для насекомых по п.17, отличающаяся тем, что размеры сечения контрольного цилиндра регулируют таким образом, что выбранные насекомые не могут летать, только ползать.
