黑龙江省蝴蝶自动识别APP系统研发与设计*

王建楠 周文靖 崔广新 吕冬云，3** 罗志文，3**

（1 佳木斯大学生命科学学院 黑龙江佳木斯 154007 2 佳木斯大学信息电子技术学院 黑龙江佳木斯 154007 3 佳木斯大学应用昆虫研究所 黑龙江佳木斯 154007）

1 研究背景及现状

昆虫是世界上数量最多的动物类群，几乎遍布世界不同区域，对人类的生产生活有重大的影响［1］。庞大的昆虫类群的鉴定分类是一项复杂而艰巨的任务。传统鉴定昆虫的方法，需要专业技能知识和丰富鉴定经验。这种依靠人的鉴定方法不仅工作量繁重，劳动强度大，而且及时性低。随着计算机技术的快速发展，计算机视觉技术为图像信息处理带来解决方法，为昆虫自动识别技术的成长起到重要作用。方便快捷的昆虫识别程序，可以代替人类完成繁重费时的鉴定任务，具有较高的实际应用价值［2-4］。

黑龙江省位居中国的最东北部，省内野生动植物资源丰富，地形复杂，为蝶类繁衍生息提供了广阔的空间，是我国研究北方生物多样性的理想样地。蝴蝶隶属于昆虫纲（Insecta），鳞翅目（Lepidoptera），锤角亚目（Rnopalocera），是昆虫中数量庞大且分布广的重要组成部分，对其分类和鉴别更是复杂困难。大多数蝴蝶幼虫会对农作物产生危害，对动、植物及人类生活产生一定影响。因此，开发和研究一款蝴蝶自动识别APP，不仅方便专业人员技术研究和对蝶类感兴趣的市民进行检索查阅，而且对农林虫害预警、植物保护、边境检疫也起到技术支持作用。

2 设计思路

2.1 APP 概述 黑龙江省蝴蝶自动识别APP 是一款基于Android 系统的手机移动应用软件。用户可对观察到的蝴蝶的形态特征进行分层次筛选，也可上传蝶类静态图片，达到识别蝴蝶种类的目的。通过简单的引导性操作，即使非专业人士，也可快速了解感兴趣的蝶类。当遇见未知蝴蝶时，进入APP 页面，通过选择蝴蝶的形态特征、颜色、翅膀类型等，最终筛选出符合的目标蝴蝶。如果有该未知蝴蝶的照片，上传即可筛选出相同或者相似的蝴蝶。该APP 还可以输入蝴蝶中文名称，获得该蝴蝶的详细资料，包括其种名、学名、科属、形态特征、生活史、分布及习性等，系统有效地获取专业信息。收集到自己喜欢的蝴蝶图片，还可以通过朋友圈进行交流。由于昆虫有一定的区域性，该APP 建立的是黑龙江省蝶类数据库，推广成功将扩大至全国。

2.2 研究对象 该APP 数据库针对黑龙江省常见蝶类，共7 科，213 种［5-6］，包括凤蝶科（Papilioniae）、绢蝶科（Parnassiidae）、粉蝶科（Pieridae）、眼蝶科（Satyridae）、蛱蝶科（Nymphalidae）、灰蝶科（Lycaenidae）和弄蝶科（Hesperiidae）。编辑详细的蝶类资料和清晰图片，供使用者搜索查阅［7］。

2.3 分类依据 对于该APP 中的黑龙江省蝶类对象，提取2～3 个生物学特征，从整体到局部划分，方便用户检索的同时也提高检索的正确率。整体方面包括蝴蝶的颜色和大小；局部方面包括蝴蝶的胸腹部、翅膀形状等。将以上信息存入数据库中，通过区分形态特征，达到用户最终寻找到目标蝶类的目的。通过专业书籍的详细资料和部分地区采样拍照记录，进行对数据库的时时填充，不断提高最终结果的准确度，实现该APP 的可信性和可用性。

2.4 需求分析 传统的蝶类鉴定中专业人员稀少，分类成本高，普及性低，耗时耗力并且环境较艰苦，鉴别难度大。使用黑龙江省蝴蝶自动识别APP，无需专业鉴别基础，即可简单快捷识别蝶类，方便对蝶类感兴趣的民众。在虫害防治方面也可通过快速鉴定预测预警，适用人群广泛。

3 识别APP 设计流程

3.1 信息构架 该APP 是在Eclipse 环境中运行，由Android 客户端和服务器端构成。Android 客户端包括保险层和业务层，通过客户端数据的SQLite输入，再与服务器端数据交互，最终呈现在UI 界面上；服务器端包括数据库层和业务逻辑层。建立分层数据库可节省搜索时间，所以在创建蝴蝶样本数据时，先对蝶类进行科、属的分类分层，会更快地找到目标蝴蝶。数据库层汇集了黑龙江省常见蝴蝶种类7 科213 种，包含整体、局部特征照片和蝴蝶详细资料。业务逻辑层是通过Android 客户端数据输入请求，使用者可通过层层筛选局部特征图片，进行视觉分析，在SQLite 数据库中连接查询，通过客户端呈现结果。还可以通过蝶类上传照片的数字图像预处理，对蝶类特征提取及优化，进行训练和识别后得出结果［8-9］（图1）。

3.2 主要功能 用户首先点击黑龙江省蝴蝶自动识别APP 标识，进入APP 首页，首页中包含“登录”和“注册”2 个按钮。首次登录的用户，进行用户基本信息（包括用户名、用户密码、手机号验证码等）的注册后即可登录进入用户界面。登录成功后，出现蝴蝶检索、蝴蝶识别2 个主要功能的一级界面。点击蝴蝶检索按钮，进入检索蝴蝶的二级界面，输入蝴蝶名称搜索目标蝴蝶基本信息。点击蝴蝶识别按钮可以进入选择蝴蝶特征的二级界面，通过图片或者一层层不同选择，筛选出目标蝶类信息（图2）。

3.3 最终效果演示 见图3～图10。

4 蝴蝶识别APP 的应用前景

黑龙江土地肥沃，昆虫多样性丰富。蝴蝶作为昆虫中一个数量庞大的分支，其鉴定和识别面临着艰巨而繁重的工作量。蝴蝶成虫对自然界传粉起到了重要作用，但一部分蝴蝶在幼虫时危害农作物，使人类在经济上受到损失。所以认识和鉴别蝴蝶是十分有意义的。现在，昆虫种类的自动鉴别已经越来越被各国所重视，我国已经将其列为863 计划而不断研究探索。黑龙江省蝴蝶自动识别APP 可以方便快捷地认识了解蝴蝶，同时也为广大蝴蝶爱好者提供学习交流的平台，将繁琐的蝴蝶鉴定工作由繁化简，提高蝶类认识的普及性。在我国大力发展生态文明建设下，让越来越重视身边生活环境的民众，轻松方便地了解感兴趣的蝴蝶。

近几年，架构在手机微信中的小程序已经进入大家的视线。相比手机中必须下载才能使用的APP，小程序可以直接点击使用并分享，无需安装与卸载，既简化了使用步骤，又不占用手机内存，解决了手机内存不足问题。预计开发黑龙江省蝴蝶识别APP 的微信小程序，它将使本研究更加普及和便捷。