TELKOM NIKA Indonesia n  Journal of  Electrical En gineering   Vol. 12, No. 8, August 201 4, pp. 5779 ~ 5783   DOI: 10.115 9 1 /telkomni ka. v 12i8.627 2          5779     Re cei v ed Ap ril 7, 2014; Re vised Ma y 17 , 2014; Accep t ed Jun e  2, 2014   Automatic Monitoring of Pest Insects Traps Using  Image P r ocessing      Aka s h J. Up adhy ay * 1 , P.  V. Ingole 2       Dep a rtment of  Electronics a n d  telecomm uni cation En gi nee ring, G. H. Raisoni C o ll ege  of Engin eeri ng,  Amravati  *Corres p o ndi n g  author, e-ma i l : Ajupa dh ya y1 3@gma il.com 1 , prasha nt.ing ol e@rais on i.net 2        A b st r a ct  Monitori ng  p e s t  insect  po pul a t ion  is c u rrentl y  an   i m p o rtant  issu e i n  cr op   protectio n . At f a rm l e vel   insect po pu lati on  mon i tori ng  is consiste ntl y  operat e d  by  repeate d  sur v eys by a hu ma n op erator  of   adh esive tr aps , disse mi nate d  throug h the fi eld, w here  ins e cts remai n  stuck w hen  attracted. T h is is   a   lab o rio u s an d  time-c onsu m i ng activity, an d it w oul d b e  of great adv antag e for farmers to h a ve  a n   affordable system  perfor m i ng  this task automatically.  A system  based on a distribut ed imaging device that   is able to a u tomatica lly acq u ire a nd trans mit i m a ges  of  the trappin g  area to a re mote host statio n is   prop osed. T h e  station  eva l ua tes the  i n sect  dens ity evo l uti on at  differe nt  farm  s i tes  a nd sends a mess ag e   to the  server  that p e stici des  are r equ ire d ,  w hen i n se ct  d ensity  go es ov er thres hol d  or  an  al ar mi ng  l e ve l   throug h GSM techn o lo gy. T he netw o rk arch itecture cons ists of a master n ode h o sted  in  a PC an d a set  of   client n o d e s, sprea d  in the fi elds, w h ich ac t as  mon i torin g  stations. T he mast er nod e  coordi nates t h e   netw o rk and re trieves the cap t ured i m a ges from the cl ient n odes. A GSM  mo de m w h ich i s  interfaced w i t h   PC throug h U SB port is use d  to send  mes s ages to the  p a rticul ar nu mb ers for requ ire d  attentio n in t h is   regar d for further action.     Key w ord :   M A TLAB, GSM m odem , cam e ra     Copy right  ©  2014 In stitu t e o f  Ad van ced  En g i n eerin g and  Scien ce. All  rig h t s reser ve d .       1. Introduc tion  An accurate and timely monitorin g  of pes t in se cts  popul ation is a key issue  in cro p   prote c tion. At farm level, p e st po pulatio n leve ls duri n g  crop sea s o n   are ro utinel y  monitore d by  mean s of ad hesive trap s  dissemin ated  throug h  the  field at app ro priate  spatial  den sity, when  inse cts rem a in stu c k whe n  attra c ted i n to by colou r  ap pea ran c e or odo ro u s  b a its li ke  sex  pheromo ne. This ta sk  req u ire s  re peate d  su rveys in  the field with  visual ob se rvations of tra p s  and  re co rdin g of the  nu mber of  in se cts  ca pture d   by a hu man   operator. Bei ng the s e  su rvey  pro c e s s a hi g h ly labori o u s   and time  co n s umin g op era t ion, they are  unlik e to be  condu cted  at the   necessa ry m onitorin g  freq uen cy, o ften yielding poo r results, sig n if icantly affe cte d  by  observe r’s  skill  o r  fatigu e, or by  su rvey ing  con d itions [1-2]. Th e on goin g  d e v elopment s i n  ne w  micro,  low  co st imaging  device s  an d in wirele ss co mmuni cation tech nol ogy coul d g i ve a valuable  contri bution i n  facing auto m atic monito ring of pe st inse cts by e s tablishi ng a came ra a b le  to   remotely a s sess the adh e s ive trap s ca pture s  in the field.   Indeed a  su ccessful dev elopme n t of such sy ste m  would p o tentially allow takin g   deci s io ns ab out in se ct co ntrol  strate gi es  at fa rm  ba sed  on  continuou sly up da ted map s   of  pest  inse ct pop ula t ion levels which a r e retri e ved in  a se rver from a di stribute d  net work of cam e ra s  transmitting from the field. An alternativ e soluti o n , explore d  in this study, is ba sed on ad opti n g   very simpl e  stations o n ly h a ving ability of capt u r ing  and tra n smitting imag es to  the ho st in the   netwo rk. A h o st statio n wil l  pro c e ss all t he re ce ive d  image s an d count the tra p ped in se cts.  This  same station will eventually provide  an interfac e to the operator to  sh ow i n  real time t he  popul ation m ap and its trend, as  well  as a me ssag e will be sen t  through GS M module  when   inse ct den sity goes  over a n  alarmi ng le vel.  Al so, this sy stem can  be appli ed to the are a s  h a rd   to reach [1-5] .       2. Related Work  It is given that, pests a r e those that direct ly spoil th e crop, and  p e st control h a s always  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 8, August 2014:  577 9 –  5783   5780 been  con s id ered th e mo st com p licate d  chall eng e  to overcome.  A well-kno w n tech nique  to   perfo rm pe st control monit o ring i s  ba se d on the u s e  of inse ct trap s co nvenie n tly spre ad ove r  the  spe c ified  co n t rol area.  De pendi ng o n  the vari ety of  inse ct, ea ch t r ap i s  p r o perl y  installed  wi th  pheromo n e s  or othe r ch e m ical sub s tan c e s  that attr a c t the inse cts we wa nt to capture. Th e traps  are d e si gne d  in su ch a  way that inse cts enteri ng in  the trap a r e  unable to le ave it, so pe st  monitori ng  sy stem s will  pe riodically coll e c t the  data  of  each tra p   cap t ured to  pe rfo r m a n  effici ent  pest control  monitori ng [2].    To get  mo st reliabl e results, imag e p r o c e ssi ng  sho u l d be  pe rformed o n ly on  the tra p   active a r ea [ 1 ]. Energy  saving of  wire less sen s o r   netwo rk no d e  is  usually  available f r o m  the   hard w a r e, op erating   sy ste m s  a nd co m m unication pr otocol s.  In  thi s   p r oje c t we are usi ng GS M  modem  whi c h use s  lo w p o we r [5]. The large  scal e , long di stan ce,  and long -term monitorin g  for   agri c ultu ral i n formation  can  be  achieved   by us i ng  pro p o se d mo nitori ng  system. M u ch  imp r oved  spatial resol u tion and te mporal re sol u tion is obta i ned compa r ed to traditio nal method s for   monitori ng th e data of pest  populatio n [6].    Usi ng GSM  wa s 100% b a se d on cro s s ch eckin g  the sent an d receive d  data,  and the   integrity of tra n smi ssi on i s   guarant ee d.  Also  by u s ing  GSM, d a ta o r  me ssag e  ca n be  saved f r om  attacks an d i n formatio n is provide d  to the use r  [7]. They proposed method they firs ts  identif y   Aphids after t hey go  for ot her two  in se cts. Aphi d s  we re ea sy  to discrimi nate be cause  they   ha ve   small vari atio n in colo r inf o rmatio n and  the body  si ze was  sub s tantially different from oth e r   s p ec ies .  T hey p r o p o s e d  pe s t  de te c t io n  s y s t e m  in c l ud in g  fo ur   s t ep s   n a m e as   c o lor   c o n v er sio n ,   segm entation ,  reductio n  in noise and  co unting [8].  An automatic electro n ic trap is de sign e d  to m onitor the flight of codling moth  males, to  identify the p e st an d to fo rward the i n fo rmati on  on trappe d mal e s.  The  re sults  sho w e d  ho w  the   modificatio n s perform ed o n  the standa rd sticky  trap s did not ca use s  a re du ction of the trap  cap ability to catch the male s, and al so th at the phot os  taken by the  system an d sent to a remo te   unit allo wed  an ea sy moth  identificatio n  and d e tectio n. Also, they  sho w e d  that the modifi cati ons  introdu ce d in the stand ard t r ap s do not af fect  the captu r e ca pa city of the traps [9].  This  pape r  d e scrib e s the  monitori ng of  pest in se ct p o pulatio n by  usin g wi rele ss sen s o r   netwo rk i n  fie l d.In this proj ect they ju st found  the i n sect count a n d  they are  n o t cont rolling  so  further [10] .  The GSM tra n smi ssi on te chniqu es e nab le this sy ste m  to engag e  in long - dista n ce  data tran smission, so the  sy stem can b e  deployed t o  the area s h a rd to rea c h  [11].   One of the   major a d vant age s of using  inse ct phero m one tra p s  wi th lure is that  they are designed to attra c t  a singl e parti cula r sp eci e s of insect. So me other  n o n  targeted in sects m a y accidentally visit the   trap b u t their numb e rs  wil l  be lo we r th an the t a rg et pe st. The r ef ore, in se ct id entification  is  automatic wit h  lure -b ased  (phe rom one ) trap s an d  th is tra p  data  can  sig n ifica n tly comple m ent  field scouting .  But problem s like, Lu re s  sho u ld  be  re placed on ce  every month.  Too many n o n- target insect s could al so b e  probl emati c  issu e [12].       3. Flo w   Char t             Figure 1. The  desig ned  system perfo rms trap monitori ng task  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Autom a tic Monitoring of Pe st Inse cts Tra p s Us in g Im a ge Pro c e ssi n g  (Aka sh  J. Upadh ya y)  5781 The de sig ned  system pe rfo r ms trap mo n i toring  ta sk a nd cal c ul ates the inse ct de nsity of  the trap  by  capturin g the   trap im age  a nd the n  p r ep rocessin g it.  The p r e p ro ce ssi ng i n cl ude s  image bin a ri zation, ero s ion ,  dilation, filte r ing et c. Late r  on sca nnin g  the numb e r of insect s a nd  perfo rming th e further a c tio n  depe nding  on the insect  den sity using  the followin g  algorith m .       4. Working  The develo p ed netwo rk is based on  the GSM communi catio n  proto c ol. It allows  impleme n ting  seve ral  networki ng  archite c ture s wi th  m oderate e n e r gy co ns umpti on. Th e  syste m   netwo rk con s ists  of a m a st er n ode,  call e d   ba se  st at io n , whi c h  is h o sted  in side   a PC, a nd  a  set  of client node s. The maste r  node ha s th e role  of coo r dinating the  netwo rk. Thi s  node se nd s to   the client s the requ est for  sho o ting a pi cture  (imag e ) and then col l ects all the i m age s, sen d i ng  them to the PC. The im age s are pr ocessed by the PC  that prod uces  the inse ct co unt. The cli e n t   node s h a ve the role  of a c qui ring th e i m age s up on  requ est a n d  transfe r the m , towards t he  maste r  n ode.  As th e m e a s ured  phy sical qu antities  are  re prese n t ed by im ag es, the  d e vice   compl e xity is an issu e here: each no de  should  cont ain a came ra , host is requ ired to mana ge   image ca ptu r ing and   proce s sing. Rece ntly,  su ch sm all  cap t uring  device s  h a ve b e come  available. Th e cam e ra is con n e c ted  to  the Com puter. Th e communi catio n  between t h e   Comp uter  an d the came ra is throug h  the USB po rt. Commu nica tion between  host a nd G S M  modem   con s i s ts of  three p hases: co nne ction, se tup,   download.  Th e first on e i s   necessa ry for  cha nnel synchroni zatio n .  In the do wnl oad  pha se, t he GSM  mod e m receives  messag e to  be tra n smitted & the n   transmit it to  the sp ecifie d  numbe r [1].   Inse ct re co gn ition and  cou n ting in im ag es i s n’t a t r ivial  task a s  lighti ng con d ition s  in real environment ar e subje c ted to large  cha nge s. To tackl e this   chall enge, th e implem ent ed ima ge p r oce s sing  ha s to  cop e   with light  ch ange s a nd  with  irre gula r ities i n  the glu e  ov er the trap. A  first  po ssibili ty is to apply  an imag e tra n sform in  col o r   spa c e  su ch t hat insect s b e com e  line a rl y sepa rabl e from the  ba ckgrou nd. A si ngle pl ane  can   indee d sep a rate the pixels belo nging t o  inse cts.  Ho wever, the p o sition a nd o r ientation of this  plane do es  chang e acco rding to lightin g and surfa c e con d ition that make s th is tran sform a tio n   usel ess  on th e field. Th ere f ore a  mo re  prin ciple d  a p p roa c h  ha s  b een  develop e d . We  con s id er   each si ngle i m age a nd ext r act it s lumin ance an d we   estimate the   backg rou nd i m age by a ppl ying   a media n  filter to the l u minan ce im a ge. On ce  th e ba ckgro u n d  is avail abl e, inse cts  be come  clea rly visible  on the i m ag e obtain ed  subtra cting  th e  backg ro und  from the  origi nal ima ge, af ter  this pro c e s sin g  the GSM module  which is co nne ct ed t o  comp uter th roug h USB p o rt will se nd the  messag e to the users wh e n  the inse ct p opulatio n goe s over thresh old.  We d e velop e d  the  syste m  whi c h  pe rforms  the m onitorin g  ta sk auto m atica lly using   image p r o c e ssi ng an d ta king a c tion t o wa rd s controlling the p e s t by sen d in g messa ge t o  the   use r  thro ugh  GSM modem .  The ho st stati on perfo rm s image p r o c e s sing o n   the trap ca pture s  i n  the followin g  step s:  Binari z ation, thre shol ding a nd co unting.   We a pplie d the ab ove pro c ed ure to  the  tr ap captu r e s   then we go t  the  re sults sho w n   belo w  in  Fig u r e  2, Fig u re  3  and  Fig u re  4 .  And d epe nd ing o n  the  n u m ber of  cou n t  the me ssag e   is sent to th e user. If the co unt is  g r eate r  than t he defin ed t h re shol d val ue the  system  comm uni cate s to the GSM modem a nd  messag e is sent for furthe r action.                                  Figure 2. Cap t ure Image   Figure 3. Black a nd White Image   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 8, August 2014:  577 9 –  5783   5782                                                            Figure 4. Image Showi ng  Cou n t of Inse cts             5. Result  The de sign e d  system h a s  su cce ssfull y  show n re sults of autom atic monito rin g  of pest  inse cts tra p s;  also p r ovide d  the  step  to wards c ontrol ling of  pe st. By using  ph e r omo ne t r ap s this  system  can b e  mo re  efficie n t that it will  send m e ssa g e  of pa rticul ar  pesti cide  de p endin g  o n  typ e   of pest.      6. Conclusio n   In this pape r, we give brief  summa ry ab out variou s m e thod s and t e ch niqu e whi c h were  provide d  by variou s auth o rs fo r ag ricultural  p e st s detectio n . Every method ol ogy is havin g its  own meth od s as well a s  e n vironm ents i n  whi c h it ap plied. The r e  are some me thods  whi c h  are   applie d to  onl y gre enho use  enviro n me nts  whe r ea s so me of m e tho d s i s   able  to i dentify only o ne  pest s  n a me   as  white  fly. From  survey  it is  co n c lu de  that the r e i s  ne ce ssity fo r propo sing  o n e   uniqu e metho d  whi c h will i dentify not only large pe sts as well a s  la rvae stag e of various p e st s.  Our futu re  scope i s  to p r o pose on e me thodolo g y fo r identificatio n  of different  pest s  of vari ous  cro p s which  not only d e te cts  and tell s  whi c h p e st  h a s affe ct the  cro p  a s   well  as it p r ovide   the   solutio n  to p r event it or to  control it. Ou r pro p o s ed  sy stem i s  hel pful to farme r s  as  well a s   ro botic   vehicle  syste m  which is u s ed for  sp rayi ng pe stic id es automaticall y  when  any p e sts o c cu r in the  field.      Referen ces   [1]  T i relli P, Borgh e se NA, Ped e r s ini  F, Galassi  G, Oberti R. Automatic mo n i torin g  of pest in sects traps  b y   Z i gbe e-bas ed   w i rel e ss  net w o rking  of im ag e  sens ors.  Instrumentati o n  an d Me asure m en t T e chno lo g y   Confer ence (I2 M T C ) . 2011; IEEE 1-5.  [2]  Otoniel  L opez,  Ming uel  Martin ez R a ch, H e ct or Mi gal lon,  Manu el P  Ma lum b res, Al berto  B onastre, J u a n   J Serrano.  Monitor i ng P e st  Insect T r aps  by Mea n s of  Low  Pow e r Ima ge S ens or  T e chno log i es .  Sensosrs. 20 1 2 ; 12: 158 01-1 581 9.  [3]  Hussei n  AN,  Masho hor S, Iqba l Sari pa n M.  A T e xture-Based A ppro a c h for Co ntent  Based I m a g e   R e tri e va l  System  fo r Pl an t Lea ve s Im ag e s .  Signal Pr ocess i ng  and its A p plications  (CS PA), IEEE 7th  Internatio na l C o llo qu ium o n . 2011; 11- 14.   [4]  Nirmal K u mar  K, Ranjith P,  Prabak aran  R.  Real T i me P addy Cr op F i e l d Mon i torin g   Using Z i gbe e   Netw ork.  Emergin g  T r ends in Electrica l  and Com put er T e chnolo g y  (ICET E C T ). Internatio nal   Confer ence. 2 011; 11 36- 114 0.  [5]  Che n   Xi an yi,  Ji n Z h i gan g, Ya ng  Xion g.  D e si gn  of T r op ical   Crops  Pests M onitor i ng  Syste m  B a se d  o n   wireless sensor network . Co nsumer E l ectr onics, C o mmu nicati ons a nd  Net w orks (CE CNet). 20 12;   253 0-25 32.   [6]  Joe-Air Ji an g, Ch w a n-L u  T s eng, F u -Ming  Lu , En -Chen g Ya ng, Z ong-S i ou  W u , Chia-Pa n g  Chen, Sh ih- Hsian g   Lin, K u ang- Cha ng  Li n ,  Chih-S he ng  L i ao. A GSM B a sd Rem o te W i r e less A u tomati c Monitor i n g   S y stem for  F i eld I n formatio n : A Cas e  St ud y  or Ecol og ical M onit o rin g  of T he Orien t al F r uit F l y,   Bactroceradors a lis (Hendel).  Co mp uters an d Electron ics in  Agricultur e . 20 08; 62(2): 2 43- 259.    [7]  Ch w a n-L u  T s eng, Jo e-Air Ji a ng, R en-Gue y   Lee,  fu-Mi ng  L u , Ch eng-S h i o u Ou ya ng, Yi h- Shai ng  Che n ,  Chih- H sia n g   Cha ng. F e asi b iklit y st ud y  on  ap plic ation  of GSM-SM S  techn o l o g y  to F i e l d  Dat a   Acquis i tion.  Co mp uters an d El ectronics i n  Ag riculture . 2 006;  53(1): 45-5 9 .  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Autom a tic Monitoring of Pe st Inse cts Tra p s Us in g Im a ge Pro c e ssi n g  (Aka sh  J. Upadh ya y)  5783 [8]  Gaurav Y Ka n dalk a r, AV De orank ar, Dr PN Chat ur . A Revie w   of Liter a ture on A ppl ic ation  of Image   Processi ng  for Identificati on of  Agricultur al P e sts on Vari ou s Crops.  ISSN : 2319- 596 7 IS O 9001:2 0 0 8   Certifie d Intern ation a l Jo urna l of Engin eer i ng  Scienc e an d Innovativ e T e chn o lo gy (IJESIT ) .   2013; 2(6).   [9]  Adria no GUAR NIERI, Stefano MAINI,  Giova nni MO LARI, Vald a RONDE LLI. Automatic  trap for moth   detectio n  in  int egrate d  p e st mana geme n t.  Bull etin of Inse ctology.  2 0 1 1 ; 64(2): 2 47-2 5 1 .  ISSN 1721 - 886 1.  [10]  C T hulasi Pri y a, K Praveen,   A Srivid ya. Monitor i ng Of Pest Insect  T r a p s Using Imag e Sensors  &   Dspic.  Indi a Internati ona l Jour nal of Eng i n eer ing T r en ds an d  T e chnol ogy . 2 013; 4(9).   [11]  J y h  C hern g  S h ie h, Jii ng-Y i   W ang, T z u-Shi ang  LIN,  Chi- Hun g   LIN,  En- C he ng Y a n g ,  Yao-Je n T s ai,   Hsien-T s ung  T s ai, Ming-T z u Ch iou, F u - M ing  LU, Joe - Air Jian g.  A  GSM-based F i eld M onitor i n g   System for Sp odo ptera lit ura  (F abricius) . 2011; EAEF 4(3): 77-82.   [12]  A y a nav a Maj u mdar E x tens io n Entomo lo gist , Al abam a Co o perativ e E x ten s ion S y stem. I n troducti on to   Insect Pest Monitor i ng Us ing  Pheromo ne T r aps. T e xt book of W i reless Commun i cati o n s: Principl e s   and Practic e  b y  T heodor e S. Rap pap ort 2nd  Edition.   [13]  T e xt book of Cr y p to gra p h y  a n d  Net w ork    Se curit y  b y  W i l lia m Stallin gs 5th  Edition.   [14]  Qing Ya o, Qin g jie  Li u a, T homas G Dietteri ch, Sini s a  T odorovic, Jeffre y   Lin, Gua n g q ia n g  Dia o, Bao j un   Yang, Jia n  T a ng.  Segm en ta ti o n  o f  tou c hi n g  i n se cts ba se d o n  op ti ca l fl ow a n d  N C u t s . 201 2 IAg r E .   Publ ishe d b y  E l sevier  Ltd.             Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.