Name: flying insect detection and classification with inexpensive sensors
Uploaded: 2014-10-15T15:00:00
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Wir möchten die Vodafone Americas Foundation, der Bill-und-Melinda-Gates-Stiftung, und der São Paulo Research Foundation (FAPESP) für die Förderung dieses Forschungs danken. Wir möchten auch die vielen Mitglieder der Fakultät von der Abteilung für Entomologie an der Universität von Kalifornien, Riverside, danke ich für ihren Rat an diesem Projekt.

1. Insektenkolonie und Aufzucht <ol><li> Moskito Kolonie und Aufzucht <ol><li> Hinter Culex tarsalis, Culex quinquefasciatus, Culex stigmatosoma und Aedes aegypti Erwachsene aus Labor Kolonien, die aus Wildfänge stammen. </li><li> Hintermückenlarven in Emaille Pfannen unter Standardlaborbedingungen (27 ° C, 16: 8 Stunden Licht: dunkel [LD] Zyklus mit 1 Stunde der Dämmerung / Dämmerung Zeiten), und füttern sie ad libitum auf einer Mischung von Boden Nagerfutter und Bierhefe (3: 1, v: v)...

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	<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>

Die hier beschriebene Sensor / Classification Framework ermöglicht die kostengünstige und skalierbare Klassifikation von fliegenden Insekten. Die vom System erreichbaren Genauigkeiten sind gut genug, um die Entwicklung kommerzieller Produkte ermöglichen und könnte ein nützliches Werkzeug in der entomologischen Forschung sein. Die Fähigkeit, preiswert, nicht-invasiven Sensoren verwenden, um präzise und automatisch zu klassifizieren fliegenden Insekten würde erhebliche Auswirkungen auf...

Die Idee der automatischen Klassifizierung von Insekten mit dem Neben Klang ihrer Flug stammt aus den frühen Tagen der Computer und handelsüblichen Audio-Aufnahmegeräte 1. Allerdings hat kaum Fortschritte auf dieses Problem in den folgenden Jahrzehnten gemacht worden. Der mangelnde Fortschritt in diesem Streben kann auf mehrere Faktoren zurückgeführt werden verwandten. Erstens hat das Fehlen einer wirksamen Sensoren Datenerfassung erschwert. Die meisten Versuche, die Daten zu sammeln haben akustische Mikrofone 2-5 verwendet. Solche Vorrichtungen sind sehr empfindlich gegenüber Rauschen und Umgebungsrauschen Wind in der Umgebung, was zu sehr spärlich und Daten geringer Qualität. Zweitens Compoundierung diese Datenqualitätsprobleme ist die Tatsache, dass viele Forscher haben versucht, sehr kompliziert Klassifikationsmodelle, insbesondere neuronale Netze 6-8 zu lernen. Der Versuch, komplizierte Klassifikationsmodelle zu lernen, mit gerade einmal zehn Beispiele,ist ein Rezept für Überanpassung. Drittens, die schwer zu erhalten, Daten dazu geführt, dass viele Forscher als 300 Fällen 9 oder weniger versucht, Klassifikationsmodelle mit sehr begrenzte Daten zu bauen, da nur wenige. Es ist jedoch bekannt, dass für den Aufbau eine genaue Klassifizierungsmodelle, besser 10-13 mehr Daten. Diese Arbeit richtet sich an alle drei Fragen. Optische (und nicht akustisch) Sensoren können verwendet werden, um die Aufnahme &quot;Sound&quot; der Insektenflug von Meter entfernt, mit kompletter Invarianz gegen Windgeräusche und Umgebungsgeräusche. Diese Sensoren haben die Aufnahme von Millionen von markierten Trainingsinstanzen, weit mehr Daten als alle bisherigen Bemühungen kombiniert erlaubt, und so dazu beitragen, die Überanpassung geplagt hat, dass vorherige Forschungsanstrengungen zu vermeiden. Eine prinzipielle Verfahren wird unten gezeigt, dass ermöglicht den Einbau von zusätzlichen Informationen in die Klassifikationsmodell. Diese zusätzlichen Informationen können als alltägliche und als seineinfach zu erhalten, als die Zeit der Tage, doch erzeugen erhebliche Gewinne in der Genauigkeit des Modells. Schließlich wird gezeigt, dass die enormen Mengen an Daten, die wir gesammelt erlauben es uns, die Vorteile von &quot;The unvernünftig Wirksamkeit der Daten&quot; 10, um einfache, genaue und robuste Klassifikatoren zu produzieren. Zusammenfassend hat Fluginsekten Klassifizierung über die zweifelhafte Ansprüche im Forschungslabor erstellt verschoben und ist nun bereit für die realen Einsatz. Die Sensoren und Software in dieser Arbeit vorgestellt werden Forscher weltweit bieten robuste Werkzeuge, um ihre Forschung zu beschleunigen.

<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

Eine preiswerte, nicht-invasive System, das genau zu klassifizieren könnte fliegenden Insekten würden wichtige Implikationen für die entomologische Forschung haben, und damit für die Entwicklung von vielen nützlichen Anwendungen in Vektor-und Schädlingsbekämpfung für medizinische und landwirtschaftliche Entomologie. Angesichts dieser, haben die letzten 60 Jahre viele Forschungsanstrengungen dieser Aufgabe gewidmet gesehen. Bis heute ist jedoch keine dieser Forschung hat einen bleibenden Einfluss hatte. In dieser Arbeit zeigen wir, dass Pseudo-akustisch-optische Sensoren überlegen Daten zu erzeugen; dass zusätzliche Funktionen, sowohl intrinsische als auch extrinsische, um das Flugverhalten der Insekten, kann der Angreifer ausnutzen, um Insekten Klassifizierung zu verbessern; dass ein Bayes-Klassifizierung Ansatz erlaubt es, Klassifikationsmodelle, die sehr robust zu Überanpassung sind effizient zu lernen, und eine allgemeine Klassifizierung Rahmen erlaubt es, einfach zu integrieren beliebige Anzahl von Funktionen. Wir zeigen die Ergebnisse mit großen Experimente, die in den Schatten stellen alle bisherigen Werke combiNed, wie durch die Anzahl der Insekten und der Anzahl der betrachteten Spezies gemessen.

Zwei Experimente werden hier vorgestellt. Für beide Experimente wurden die verwendeten Daten zufällig aus einer Datenmenge, die über 100.000 Objekte enthält abgetastet. Das erste Experiment zeigt die Fähigkeit der vorgeschlagenen Klassifizierer genau klassifizieren verschiedene Arten / Geschlechtern der Insekten. Da die Klassifikationsgenauigkeit hängt von den Insekten klassifiziert werden, wird eine einzige absolute Wert für Klassifikationsgenauigkeit nicht geben dem Leser eine gute ...

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Flying Insect Detection and Classification with Inexpensive Sensors

Wir haben vorgeschlagen, ein System, das preiswert, nicht-invasive Pseudo-akustisch-optische Sensoren verwendet, um automatisch und genau zu erfassen, zu zählen und zu klassifizieren fliegenden Insekten basierend auf ihren fliegenden Sound.

Fliegen-Insekt Erkennung und Klassifizierung mit preiswerten Sensoren

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

Fluoreszenz-Nachweisverfahren für Mikrofluidik-Tropfen-Plattformen

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

Forschung

Biotechnik

Bacterial Detection &amp; Identification Using Electrochemical Sensors

Bacterial Detection & Identification Using Electrochemical Sensors

Bakterielle Erkennung und Identifizierung mit elektrochemischen Sensoren

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 Verwendung genetisch codierten Sensoren

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

Einem mikrofluidischen Biochip-basierte Elektrochemische für Markierungsfreie DNA-Hybridisierungsanalyse

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

Sensitive Detection von Proteopathic Seeding Aktivität mit FRET Durchflusszytometrie

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

Schnelle enzymatische Prozessierung von Proteinen für MS-Detektion mit einem Durchfluss-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

Mikrofluidik-Plattform mit Multiplexed elektronische Sensoren für Raumverfolgung von Partikeln

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

Ovarialkrebs-Erkennung mit photoakustischer Durchflusszytometrie

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 und Analyse zur Vereinfachung des Fallerkennungssystems

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

Herstellung und Betrieb eines kontinuierlichen Durchfluss-Mikroelektroporationssystems mit Permeabilisierungsdetektion

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