試論計算機視覺技術在農業機械中的應用

鐘朝鷙

廣東省現代農業裝備研究所

試論計算機視覺技術在農業機械中的應用

鐘朝鷙

廣東省現代農業裝備研究所

目前，計算機視覺技術在農業機械中的應用是研究的熱點領域，各類應用成果也不斷涌現。本文對計算機視覺技術在農業自動化檢測機械、收獲機械、田間作業機械中的應用進行了較為詳細的闡述，并對計算機視覺技術在農業機械中的應用前景提出了一些看法。

農業機械；計算機視覺；圖像識別；圖像處理

計算機視覺技術是目前計算機科學中的一個重點研究領域，其應用范圍十分廣泛，是現代應用技術的重點研究對象。計算機視覺技術是對生物視覺的一種模擬技術，配合計算機強大的計算能力，可以實現多領域內對圖像信息的識別與處理。得益于計算機技術的突飛猛進，計算機視覺技術在近年來的發展也取得了快速的進步，在各個領域內的應用也不斷增多，有些應用技術已經達到了大范圍實用階段，應用前景十分廣闊。計算機視覺技術在農業機械上的研究與應用始于20世紀70年代末期，并隨著計算機視覺技術的發展而不斷發展。計算機視覺在農業機械中的應用主要有以下幾方面：一是自動檢測機械，如對蔬菜、水果、農作物種子資源等農產品進行分級檢測；二是智能收獲機械，如利用圖像處理技術對水果實現自動采摘；三是農業智能加工機械，如利用機器視覺確定屠宰動物的最佳位置；四是智能田間作業機械，如農業機械自動導航控制、對田間的雜草進行精確噴灑農藥等。

一、計算機視覺技術在農業自動檢測機械中的應用

自動檢測機械在農業機械中是十分重要的一個類別，主要是針對不同農產品實現不同等級的分類檢測。農產品根據不同的品質進行分撿是生產作業過程中的一個重要流程。原始的產品分類分撿主要是通過人工來完成，也就是根據分類標準用人的視覺來完成分類分撿，之后為提高工作效率，出現了機械式的自動裝置來代替人工，但從生產效率以及完成質量度來說，都不盡如人意，人工分類分撿效率太低，機械式的分類分撿手段單一，只能通過農產品的尺寸來進行分撿，無法滿足對農產品多種物理特征的識別，且對農產品存在一定程度的損傷。計算機視覺技術在農業自動檢測機械中的應用是最早的，同時也是目前應用最多的一個領域。利用該技術，可以實現對農產品的無損自動檢測，而且可以對農產品表面的多種物理特征如顏色、形狀、亮度、尺寸、表面缺損狀態等進行識別處理，根據對產品不同的分類標準進行品質的評估與分級。目前來說，計算機視覺技術在水果類、蔬菜類以及谷物等自動檢測機械中已經有了較多的應用成果且檢測效果十分顯著。其中，水果類中在蘋果、桃、柑桔等的分級檢測中應用效果明顯；蔬菜類中應用該技術也實現了西紅柿、黃瓜、胡蘿卜等產品的品質評估與分類；玉米、大米、小麥等谷物的檢測、分類和質量評估應用該技術也取得了不錯的效果。總的來說，目前在農業自動檢測機械及裝置中應用計算機視覺技術，已經取得了較好的實用效果，國內一些研究機構在此領域內的研究成果較為突出，一些技術已經進入了大范圍的實用階段。

二、計算機視覺技術在農業收獲機械中的應用

計算機視覺技術在農業收獲機械中的應用是近年來研究應用的一大熱點，這與目前農業生產智能機器人的研究熱潮有著重要的關系。智能收獲機器人是目前農業智能機械研究的一個熱門課題，計算機視覺技術在其中有著至關重要的地位與作用。計算機視覺技術在農業智能收獲機械中應用的基本原理是在收獲機械上配備攝像系統，采集田間或果樹上作業區域圖像，運用圖像處理與分析的方法判別圖像中是否有目標位（水果、蔬菜等）出現，發現目標后引導機械手完成采摘。

就目前的應用現狀來看，計算機視覺技術應用于農業收獲機械中，還存在著目標信息判別速度較慢，識別的準確率不高等問題。從機械的角度來說，要實現對果實的自動采摘在技術上并沒有太大的困難，但對果實位置的識別、分析與判斷是難點。雖然在一些收獲機械如蘋果、桔子、西紅柿等的應用中，計算機視覺技術取得不錯的應用效果，可以對果實的位置進行準確的定位與判斷。但是由于田間或果園作業環境較為復雜，使得采集的圖像含有大量的背景信息或干擾信息，如田間或是果園的光照在不同時間、不同天氣條件下會時常發生變化；蔬菜或是水果的果實往往會被莖葉等遮擋或是覆蓋。這些都會在一定程度上使得系統對圖像信息的處理難度加大，對定位分析與判斷造成一定的影響。總的來說，計算機視覺技術在農業收獲機械上的應用前景是十分廣闊的，關鍵還在于如何提高目標信息的判別速度以及識別的準確率上，相信隨著技術的不斷提高，這一問題會逐步得到解決，應用效果也將會逐步提高。

三、計算機視覺技術在農業田間作業機械上的應用

田間作業機械是農業機械的重要組成類別，具有十分重要的地位。計算機視覺技術應用于田間作業機械方面，相關的研究起步較晚，但隨著近年來“精確農業”、“精細化農業”思想與觀念的不斷發展以及人們對環境保護的日益重視，計算機視覺技術在田間作業機械上的應用研究也逐漸成為熱點并迅速發展起來。目前，在農田作業播種、施肥、植保機械中計算機視覺技術的研究和應用開展比較迅速。

計算機視覺技術應用于田間作業機械上，主要是識別雜草與作物、確定機械裝置與作物的相對位置等，為機械的精細化運作提供基本的運作信息與依據。我國一些農業院校和研究院所也已開展了利用機器視覺技術進行作業機械田間導向、精密播種、水和液肥的精密噴施等項目的研究。但總的來說，我國在此方面的研究還處于初級階段，實踐應用較少，這與我國農業經濟粗放式的經營模式有關，在精確農業尚沒有形成規模效應之前，在田間作業機械上采用視覺技術的市場接受程度還比較低。但從發展的趨勢來看，計算機視覺技術在此方面的應用還是具有十分廣闊的前景，尤其是在農藥噴灑、田間鋤草方面，該技術的應用前景還是比較好的。

四、結束語

計算機視覺技術在農業機械中還有一些其它方面的應用研究，如在農業智能加工機械中的應用、在智能擠奶機器人中的應用、在木材無損檢測機械中的應用等，但目前這些研究基本還都處于試驗階段，尚未進入到大規模的實用階段。隨著精確農業思想及概念在全球范圍內的影響力不斷增強，農機“三化”需求的不斷增長，計算機視覺技術在農業機械中的應用相信也會越來越廣泛。

[1]倫冠德.農業機械新技術的應用與發展[J].農機化研究,2007,05:247-249.