Bienen zählen mit dem Raspberry Pi

  • Veröffentlicht am: 22.06.2018
Durch den Raspberry Pi erkannte Honigbienen vor dem Stockeingang sind in diesem Bild veranschaulicht. Foto: Matthew Kelsey

Der Programmierer Matthew Kelsey hat einen automatischen Bienenzählautomaten entwickelt, ursprünglich nur, um nachvollziehen zu können, wie viel Bienen er in seinen Bienenstöcken hat.

Nach dem Einstieg in die Imkerei wollte Matthew Kelsey nachvollziehen, wie hoch die Anzahl der Bienen ist, die kommen und gehen. Eine Recherche ergab jedoch, dass es kein gutes, nicht störendes System dafür gab. Bei der Entwicklung dachte er an eine Art automatisierter Gesundheitsüberwachung für das Bienenvolk.

Der Zählautomat basiert auf einem Raspberry Pi, einer Standard-Pi-Kamera und einem Solarpanel zur Stromversorgung und vor allem einem maschinellen Lernalgorithmus. Der erkennt die Anzahl der Bienen beim Einflug und errechnet so über größere Zeiträume, wie es um die Bienen steht.
Dazu nimmt die an den Mini-Computer angeschlossene Kamera alle zehn Sekunden ein Foto vor dem Bienenstock auf – am Flugbrett – in der Zeit von 6 bis 21 Uhr.

Die Bienen werden nicht verfolgt, sondern jede Biene im Bild lokalisiert. Das erwies sich über den Entwicklungszeitraum als wesentlich einfacher, vor allem mit einem an Hintergrund armen Bildausschnitt. Zahllose Hürden gab es dennoch zu lösen, wie etwa das Zählen unmittelbar am Eingang, wo die Bienendichte deutlich höher ist.
Neue Schwierigkeiten stellten sich bei der Beobachtung über mehrere Tage ein. Beleuchtungsunterschiede über den Tagesverlauf allein aufgrund der Tageszeit oder unterschiedlichem Wetter waren Hürden, andere, dass mit dem Wachsen der Pflanzen, plötzlich die Spitzen von Löwenzahn ins Bild hineinragten und als Bienen gezählt wurden.

Der Hintergrund der Bilder wird extrapoliert und alle Objekte, die sich innerhalb des jeweiligen Bildes bewegt haben, werden im Anschluss gezählt. Auf diese Weise werden vorwiegend die langsam einlaufenden und -fliegenden Bienen erfasst, die zum Stock zurückkehren, bei 5.000 Bildern am Tag.

Unterscheiden kann diese Zählmethode natürlich nicht zwischen Honigbienen und Wespen, doch ist ein komplexes Problem auf recht einfache Art und Weise gelöst worden. Vor allem, kann jeder einen preiswerten Raspberry Pi so zum Zählautomaten seiner Bienen aufrüsten.

Die meisten der Probleme sind gelöst, doch bleiben noch viele Aufgaben für die Zukunft, um das System weiter zu perfektionieren. Denkbar wäre etwa tatsächlich die Nachverfolgung von Bienen über mehrere Bilder mithilfe mehrerer Kameras.

Der Quellcode ist kostenfrei auf Github verfügbar.