Name: flying insect detection and classification with inexpensive sensors
Uploaded: 2014-10-15T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Flying Insect Detection and Classification with Inexpensive Sensors at JoVE.com

Vi vil gerne takke Vodafone Amerika Foundation, Bill og Melinda Gates Foundation, og São Paulo Research Foundation (FAPESP) til finansiering af denne forskning. Vi vil også gerne takke de mange videnskabelige medarbejdere fra Institut for Entomologi ved University of California, Riverside, om deres råd på dette projekt.

1. Insekt Colony og opdræt <ol><li> Mosquito Colony og opdræt <ol><li> Bageste Culex tarsalis, Culex quinquefasciatus, Culex stigmatosoma og Aedes aegypti voksne fra lab kolonier, der stammede fra vildtfangede individer. </li><li> Bageste myggelarver i emalje pander under standardlaboratoriebetingelser (27 ° C, 16: 8 timers lys: mørke [LD] cyklus med 1 time Skumring / morgengry perioder), og fodre dem ad libitum på en blanding af jorden gnaver chow og ølgær (3: 1, vol: vol). </li><li>...

<ol>
	<li>Kahn, M. C., Celestin, W., Offenhauser, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recording+of+sounds+produced+by+certain+disease-carrying+mosquitoes.">Recording of sounds produced by certain disease-carrying mosquitoes.</a> Science. 101 (2622), 335-336 (1945).</li><li>Reed, S. C., Williams, C. M., Chadwick, L. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Frequency+of+wing-beat+as+a+character+for+separating+species+races+and+geographic+varieties+of+Drosophila.">Frequency of wing-beat as a character for separating species races and geographic varieties of Drosophila.</a> Genetics. 27 (3), 349 (1942).</li><li>Belton, P., Costello, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flight+sounds+of+the+females+of+some+mosquitoes+of+Western+Canada.">Flight sounds of the females of some mosquitoes of Western Canada.</a> Entomologia experimentalis et applicata. 26 (1), 105-114 (1979).</li><li>Mankin, R. W., Machan, R., Field Jones, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=testing+of+a+prototype+acoustic+device+for+detection+of+Mediterranean+fruit+flies+flying+into+a+trap.">testing of a prototype acoustic device for detection of Mediterranean fruit flies flying into a trap.</a> Proc. 7th Int Symp Fruit Flies of Economic Importance. , 10-15 (2006).</li><li>Raman, D. R., Gerhardt, R. R., Wilkerson, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detecting+insect+flight+sounds+in+the+field+Implications+for+acoustical+counting+of+mosquitoes.">Detecting insect flight sounds in the field Implications for acoustical counting of mosquitoes.</a> Transactions of the ASABE. 50 (4), 1481 .</li><li>Moore, A., Miller, J. R., Tabashnik, B. E., Gage, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automated+identification+of+flying+insects+by+analysis+of+wingbeat+frequencies.">Automated identification of flying insects by analysis of wingbeat frequencies.</a> Journal of economic entomology. 79 (6), 1703-1706 (1986).</li><li>Moore, A., Miller, R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automated+identification+of+optically+sensed+aphid+(Homoptera:+Aphidae)+wingbeat+waveforms.">Automated identification of optically sensed aphid (Homoptera: Aphidae) wingbeat waveforms.</a> Annals of the Entomological Society of America. 95 (1), 1-8 (2002).</li><li>Li, Z., Zhou, Z., Shen, Z., Yao, Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automated+identification+of+mosquito+(diptera:+Culicidae)+wingbeat+waveform+by+artificial+neural+network.">Automated identification of mosquito (diptera: Culicidae) wingbeat waveform by artificial neural network.</a> Artificial Intelligence Applications and Innovations. , 483-489 (2005).</li><li>Moore, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Artificial+neural+network+trained+to+identify+mosquitoes+in+flight.">Artificial neural network trained to identify mosquitoes in flight.</a> Journal of insect behavior. 4 (3), 391-396 (1991).</li><li>Halevy, A., Norvig, P., Pereira, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+unreasonable+effectiveness+of+data.">The unreasonable effectiveness of data.</a> Intelligent Systems, IEEE. 24 (2), 8-12 (2009).</li><li>Banko, M., Brill, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mitigating+the+paucity-of-data+problem+exploring+the+effect+of+training+corpus+size+on+classifier+performance+for+natural+language+processing.">Mitigating the paucity-of-data problem exploring the effect of training corpus size on classifier performance for natural language processing.</a> , 1-5 (2001).</li><li>Shotton, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Real-time+human+pose+recognition+in+parts+from+single+depth+images.">Real-time human pose recognition in parts from single depth images.</a> Communications of the ACM. 56 (1), 116-124 (2013).</li><li>Ilyas, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Classifying+insects+on+the+fly.">Classifying insects on the fly.</a> Ecological Informatics. , (2013).</li><li>Mack, Y. P., Rosenblatt, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multivariate+k-nearest+neighbor+density+estimates.">Multivariate k-nearest neighbor density estimates.</a> Journal of Multivariate Analysis. 9 (1), 1-15 (1979).</li><li>Benedict, M., Robinson, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+first+releases+of+transgenic+mosquitoes+an+argument+for+the+sterile+insect+technique.">The first releases of transgenic mosquitoes an argument for the sterile insect technique.</a> TRENDS in Parasitology. 19 (8), 349-355 (2003).</li><li>. Supporting Materials Available from: <a target="_blank" href="https://sites.google.com/site/insectclassification">https://sites.google.com/site/insectclassification</a></li><li>Chen, Y., Why, A., Batista, G., Mafra-Neto, A., Keogh, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flying+Insect+Classification+with+Inexpensive+Sensors.">Flying Insect Classification with Inexpensive Sensors.</a> Journal of Insect. 27 (5), 657-677 (2014).</li></ol>

Sensoren / klassificering rammer beskrevet her giver billig og skalerbar klassificering af flyvende insekter. Nøjagtighed kan opnås i systemet, er god nok til at muliggøre udviklingen af ​​kommercielle produkter og kan være et nyttigt redskab i entomologisk forskning. Evnen til at bruge billig, invasive sensorer til præcist og automatisk klassificere flyvende insekter vil få betydelige konsekvenser for entomologisk forskning. For eksempel ved implementering af systemet i feltet for...

Ideen om automatisk at klassificere insekter ved hjælp af den utilsigtede lyden af deres fly daterer sig tilbage til de tidligste dage af computere og kommercielt tilgængelige lydoptagelse udstyr 1. Imidlertid er der gjort store fremskridt på dette problem i de mellemliggende årtier. De manglende fremskridt i denne stræben kan tilskrives flere relaterede faktorer. For det første har manglen på effektive sensorer foretaget dataindsamling vanskelig. De fleste bestræbelser på at indsamle data har brugt akustiske mikrofoner 2-5. Sådanne anordninger er ekstremt følsomme overfor vindstøj og baggrundsstøj i miljøet, hvilket resulterer i meget sparsomme og lav kvalitet af data. For det andet, hvilket har forstærket disse problemer med datakvaliteten, er det faktum, at mange forskere har forsøgt at lære meget komplicerede klassifikation modeller, især neurale netværk 6-8. Forsøger at lære komplicerede klassifikationsmodeller, med blot snesevis af eksempler,er en opskrift på over-montering. For det tredje har difficultly at skaffe data betydet, at mange forskere har forsøgt at bygge klassifikationsmodeller med meget begrænsede data, så få som 300 forekomster 9 eller derunder. Imidlertid er det kendt, at for at bygge nøjagtige modeller klassificering, flere data er bedre 10-13. Dette arbejde henvender sig til alle tre spørgsmål. Optisk (snarere end akustisk) sensorer kan bruges til at optage den &quot;lyd&quot; insekt flyvning fra meter væk, med komplet invarians at vindstøj og omgivende lyde. Disse sensorer har tilladt registrering af millioner af mærkede uddannelse tilfælde langt flere data end alle tidligere indsats tilsammen, og dermed bidrage til at undgå de over-montering, der har plaget tidligere forskningsindsats. En principfast metode er vist nedenfor, der tillader inkorporering af yderligere oplysninger i klassificeringen modellen. Disse yderligere oplysninger kan være så dagligdags og somlet at opnå som det tidspunkt på dagen, men stadig producere betydelige gevinster i nøjagtigheden af ​​modellen. Endelig er det påvist, at de enorme mængder af data, vi indsamlede tillade os at drage fordel af &quot;The urimelig effektivitet af data&quot; 10 til at producere enkle, præcise og robuste klassificører. Sammenfattende har flyvende insekt klassificering bevæget sig ud over de tvivlsomme påstande, der er oprettet i forskningslaboratorium og er nu klar til den virkelige verden indsættelsen. Sensorerne og software der præsenteres i dette arbejde vil give forskere fra hele verden robuste værktøjer til at fremskynde deres forskning.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1293">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:328px;">Name of Material/ Equipment</td>
			<td style="width:237px;">Company</td>
			<td style="width:257px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:471px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:328px;">Audio Recorder: ICD-PX312</td>
			<td style="width:237px;">Sony</td>
			<td style="width:257px;">4-267-065-11(2)</td>
			<td>With a 8 GB microSD extra memory</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:328px;">Insectary</td>
			<td style="width:237px;">Lee&#39;s Aquarium &#38; Pet Products.</td>
			<td style="width:257px;">20088 HerpHaven&#174;, Large Rectangle</td>
			<td style="width:471px;">14 1/2&#34; Long x 8 3/4&#34; Wide x 9 3/4&#34; high. Modified to house insects.&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:328px;">Laser Line Generator, 650nm (red)</td>
			<td style="width:237px;">Apinex (www.apinex.com)</td>
			<td style="width:257px;">LN60-650</td>
			<td style="width:471px;">5mW. This is a low powered laser, similar to a teachers lasers pointer</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:328px;">Photodiode Array</td>
			<td style="width:237px;">VISHAY SEMICONDUCTOR&#160; TEFD4300&#160; PIN PHOTODIODE, 650NM, 20DEG, T1</td>
			<td style="width:257px;">TEFD4300</td>
			<td style="width:471px;">We made a custom array of 15 of these Photodiodes wired in parallel</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;">Analogue to Digital Convertor Integrated Circuit&#160;</td>
			<td style="width:237px;">Custom made in our lab</td>
			<td style="width:257px;"></td>
			<td style="width:471px;">We made this item ourselves, but an easily available commercial product, Gino PCF8591 AD/DA Converter, provides the same functionality.&#160;</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

flying insect detection and classification with inexpensive sensors

En billig, non-invasiv system, der kunne præcist klassificere flyvende insekter vil få betydelige konsekvenser for entomologiske forskning, og give mulighed for udvikling af mange nyttige applikationer i vektor og skadedyrsbekæmpelse for både medicinsk og landbrug entomologi. På denne baggrund har de sidste 60 år set mange forskningsindsats, der afsættes til denne opgave. Til dato har dog ingen af ​​denne forskning haft en varig betydning. I dette arbejde, viser vi, at pseudo-akustisk optiske sensorer kan producere overlegen data; at ekstra funktioner, både indre og ydre til insektets flugt adfærd, kan udnyttes til at forbedre insekt klassificering; at en Bayes klassifikation tilgang gør det muligt at effektivt at lære klassifikationsmodeller som er meget robust over-montering og en generel klassifikation rammer giver mulighed for nemt at inkorporere vilkårligt antal funktioner. Vi demonstrerer resultaterne med storskalaforsøg, der dværg alle tidligere værker combiNed, som målt ved antallet af insekter og antallet af arter, der betragtes.

To forsøg er præsenteret her. For begge forsøg blev de data, der anvendes stikprøver fra et datasæt, der indeholder over 100.000 genstande. Det første eksperiment viser evnen af ​​den foreslåede klassificeringen præcist at klassificere forskellige arter / køn af insekter. Da klassificeringen nøjagtigheden afhænger af de insekter, der skal klassificeres, vil en enkelt absolut værdi for klassificering nøjagtighed ikke give læseren en god intuition om effektiviteten af ​​s...

Watch this Scientific Journal Video about Flying Insect Detection and Classification with Inexpensive Sensors at JoVE.com

Flying Insect Detection and Classification with Inexpensive Sensors

Vi foreslog et system, der bruger billig, noninvasive pseudo-akustisk optiske sensorer til automatisk og præcist afsløre, tælle, og klassificere flyvende insekter baseret på deres flyvende lyd.

Flying Insect Detection og klassifikation med billige sensorer

An inexpensive, noninvasive system that could accurately classify flying insects would have important implications for entomological research, and allow ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Fluorescence detection methods for microfluidic droplet platforms

Fluorescenspåvisning metoder for mikrofluide dråbe platforme

The development of microfluidic platforms for performing chemistry and biology has in large part been driven by a range of potential benefits that ...

Bacterial Detection &amp; Identification Using Electrochemical Sensors

Bacterial Detection & Identification Using Electrochemical Sensors

Bakteriel Detection og identifikation Brug elektrokemiske sensorer

Electrochemical  sensors are widely used for rapid and accurate measurement of blood glucose and  can be adapted for detection of a wide variety of ...

Glutamine Flux Imaging Using Genetically Encoded Sensors

Glutamin Flux Imaging Brug Genetisk Kodede Sensorer

Genetically encoded sensors allow real-time monitoring of biological molecules at a subcellular resolution. A tremendous variety of such sensors for ...

A Microfluidic-based Electrochemical Biochip for Label-free DNA Hybridization Analysis

En Mikrofluid baseret Elektrokemisk Bioflis efter etiket-fri DNA-hybridisering Analyse

Miniaturization of analytical benchtop procedures into the micro-scale provides significant advantages in regards to reaction time, cost, and integration ...

Sensitive Detection of Proteopathic Seeding Activity with FRET Flow Cytometry

Følsomme Påvisning af Proteopathic Seeding Aktivitet med FRET flowcytometri

Increasing evidence supports transcellular propagation of toxic protein aggregates, or proteopathic seeds, as a mechanism for the initiation and ...

Fast Enzymatic Processing of Proteins for MS Detection with a Flow-through Microreactor

Hurtig Enzymatisk behandling af proteiner til MS Detection med en Flow-through Mikroreaktor

The vast majority of mass spectrometry (MS)-based protein analysis methods involve an enzymatic digestion step prior to detection, typically with trypsin. ...

Microfluidic Platform with Multiplexed Electronic Detection for Spatial Tracking of Particles

Mikrofluid Platform med Multiplexed Elektronisk Detection for fysisk sporing af partikler

Microfluidic processing of biological samples typically involves differential manipulations of suspended particles under various force fields in order to ...

Ovarian Cancer Detection Using Photoacoustic Flow Cytometry

Påvisning af kræft i æggestokkene ved hjælp af foto akustisk flow cytometri

Many studies suggest that the enumeration of circulating tumor cells (CTCs) may show promise as a prognostic tool for ovarian cancer. Current strategies ...

Design and Analysis for Fall Detection System Simplification

Design og analyse til forenkling af falddetekteringssystem

This paper presents a methodology based on multimodal sensors to configure a simple, comfortable and fast fall detection and human activity recognition ...

The Fabrication and Operation of a Continuous Flow, Micro-Electroporation System with Permeabilization Detection

Fremstilling og drift af et kontinuerligt flow, mikroelektroporationssystem med permeabiliseringsdetektion

Current therapeutic innovations, such as CAR-T cell therapy, are heavily reliant on viral-mediated gene delivery. Although efficient, this technique is ...