對(duì)農(nóng)業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的探討

尹志豪

（長(zhǎng)江大學(xué)，湖北 荊州 434000）

一個(gè)農(nóng)業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)包括視覺子系統(tǒng)及機(jī)器人子系統(tǒng)和終端控制子系統(tǒng)等，其中，視覺子系統(tǒng)發(fā)揮了較為重要的作用。視覺子系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著采集圖像和提取、處理信息的任務(wù)，而機(jī)器人子系統(tǒng)根據(jù)視覺子系統(tǒng)采集的信息作最終的處理，終端控制子系統(tǒng)則在農(nóng)業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中充當(dāng)協(xié)調(diào)的角色。

1 計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)概述

計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)是一種計(jì)算機(jī)的認(rèn)知能力，主要是將攝像機(jī)作為眼睛，而電腦則作為人腦，模擬出來的識(shí)別系統(tǒng)，并可以通過該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息的存儲(chǔ)。計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域中最為熱門和重要的應(yīng)用技術(shù)。計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)主要是通過將三維環(huán)境以二維圖像的方式展現(xiàn)，以此實(shí)現(xiàn)模擬識(shí)別的功能。總而言之，計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)是以圖像與信號(hào)的處理技術(shù)、信息處理技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)技術(shù)和概率分析統(tǒng)計(jì)技術(shù)為基礎(chǔ)，通過計(jì)算機(jī)將搜集到的視覺信息進(jìn)行分析與處理的一門技術(shù)[1]。計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在目前備受推崇。

計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在工作過程中，首先通過攝像機(jī)對(duì)周圍環(huán)境或具體某一項(xiàng)事物進(jìn)行圖像信息的采集，并利用網(wǎng)絡(luò)將所采集到的圖像信息傳輸?shù)接?jì)算上，計(jì)算機(jī)通過圖像處理技術(shù)將得到的原始圖像進(jìn)行加工與處理，在獲取到質(zhì)量和效果均得到優(yōu)化的圖像信息之后，計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)會(huì)將圖像信息自動(dòng)分類與整理，然后利用智能識(shí)別技術(shù)對(duì)圖像信息的特征進(jìn)行識(shí)別與描述，最后將所得到的有價(jià)值的信息儲(chǔ)存起來并進(jìn)行識(shí)別事物的分析對(duì)比，由此得以實(shí)現(xiàn)事物的識(shí)別。

2 計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在農(nóng)業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在農(nóng)業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中的應(yīng)用可以說是再合適不過了，因?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品生長(zhǎng)環(huán)境的特殊性，計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)可以24 h對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，這樣更容易實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)的全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)。

2.1 在農(nóng)作物生長(zhǎng)過程中的監(jiān)控

國外很早就對(duì)應(yīng)用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在農(nóng)作物生長(zhǎng)過程中進(jìn)行檢測(cè)開展了相關(guān)研究，并取得了優(yōu)異的成就與效果。比如大棚生菜，通過圖像處理技術(shù)對(duì)其生長(zhǎng)階段初期的葉面積進(jìn)行測(cè)量；或同樣利用計(jì)算機(jī)的圖像處理技術(shù)對(duì)黃瓜的生長(zhǎng)狀態(tài)進(jìn)行分析，并通過圖像信息處理技術(shù)將植物與非植物進(jìn)行區(qū)分等。這些技術(shù)都為后面田間植保作業(yè)中雜草的精準(zhǔn)探測(cè)和施肥的精確程度提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

目前，國內(nèi)雖然在農(nóng)作物的生長(zhǎng)過程監(jiān)測(cè)技術(shù)方面起步較晚，但是近年來的發(fā)展可以說是非常迅速。當(dāng)前，已經(jīng)有不少學(xué)者完成了關(guān)于應(yīng)用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)監(jiān)測(cè)農(nóng)作物生長(zhǎng)過程的研究，比如黃瓜病害特征的提取、通過計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)將番茄葉的病害進(jìn)行識(shí)別與仿真對(duì)比研究以及通過圖像處理快速測(cè)量南瓜葉面積的研究等[2]。

2.2 在自動(dòng)化田間作業(yè)中的應(yīng)用

2.2.1 農(nóng)作物行列的識(shí)別

為了使農(nóng)用機(jī)器人可以得到更好的控制并實(shí)現(xiàn)在田間行走而不破壞農(nóng)作物，相關(guān)研究人員研發(fā)了一種通過在田地采集并傳輸回圖像信息，從而判斷機(jī)器人與農(nóng)作物之間位置的技術(shù)。這種技術(shù)是將攝像機(jī)所感受到的感光度與色彩進(jìn)行處理并將其設(shè)置為基本條件，由此可以對(duì)攝像機(jī)傳輸回來的圖像進(jìn)行處理和壓縮，進(jìn)而通過畫面中央至兩邊的距離得出便捷位置，從而判斷機(jī)器人與農(nóng)作物之間的相對(duì)位置。目前，這種技術(shù)的準(zhǔn)確率和實(shí)用性較高。

2.2.2 田間植保作業(yè)

為了將秧苗和雜草進(jìn)行更精準(zhǔn)的區(qū)分，從而確保在農(nóng)作物后期的生長(zhǎng)過程中噴灑農(nóng)藥的精確程度，以及清除雜草和施肥的準(zhǔn)確程度，目前我國已經(jīng)研究出能夠通過計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)分辨田地中的雜草和農(nóng)作物，并可以準(zhǔn)確定位雜草和確定雜草的密度、高度的方法，從而實(shí)現(xiàn)雜草的精準(zhǔn)清除。

2.3 在種子資源檢測(cè)中的應(yīng)用

農(nóng)作物種子的質(zhì)量在很大程度上直接影響到農(nóng)作物的生長(zhǎng)，而計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在農(nóng)業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過程中基本可以實(shí)現(xiàn)通過對(duì)種子外形參數(shù)數(shù)據(jù)的提取進(jìn)行農(nóng)作物種子完整程度的檢測(cè)，并達(dá)到了良好的效果。Zayas等人通過計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)從有關(guān)小麥的圖像信息中提取其形態(tài)參數(shù)，并根據(jù)這些形態(tài)特征對(duì)小麥不同品種進(jìn)行區(qū)分及對(duì)非小麥成分進(jìn)行區(qū)分。另外，Zayas等人利用小麥麥粒的長(zhǎng)度、寬度以及朝向和周長(zhǎng)等參數(shù)對(duì)麥粒進(jìn)行外形描述。

2.4 在農(nóng)產(chǎn)品自動(dòng)化收獲中的應(yīng)用

農(nóng)產(chǎn)品自動(dòng)采摘的機(jī)器人研究可以說是現(xiàn)階段最熱門的受關(guān)注話題之一，但是，目前我國在這方面的研究和相關(guān)文獻(xiàn)還不多，與國外很多國家相比差距較為明顯，尤其是日本、荷蘭等農(nóng)產(chǎn)品自動(dòng)化收獲起步較早的國家。根據(jù)為數(shù)不多的文獻(xiàn)資料課件，我國出現(xiàn)最早的計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品自動(dòng)化收獲中有所應(yīng)用的是周云山等研究的“計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在蘑菇采摘機(jī)器人上的應(yīng)用”。這篇文章不僅描述了蘑菇采摘機(jī)器人的工作原理，還重點(diǎn)介紹了計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在其中的應(yīng)用，尤其是圖像分析中所使用的算法。

3 計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的應(yīng)用問題及發(fā)展方向

我國在計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)方面起步較晚，相關(guān)專業(yè)的研究專家較少，而計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在農(nóng)業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中的應(yīng)用效果取決于相關(guān)專業(yè)研究者，所以專業(yè)人員的缺乏阻礙了我國計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在農(nóng)業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中的應(yīng)用。在日后的研究中，我國應(yīng)該重視并加大對(duì)相關(guān)專業(yè)技術(shù)專家的鼓勵(lì)和支持。

4 總結(jié)

雖然計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、航空航天等領(lǐng)域，甚至在農(nóng)業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域也已經(jīng)有了新的發(fā)展，但是作為一門新興的科學(xué)技術(shù)，相比之下仍存在許多需要關(guān)注和改進(jìn)的問題。除此之外，隨著計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的完善與改進(jìn)，農(nóng)業(yè)自動(dòng)化技術(shù)水平和自動(dòng)化程度將會(huì)不斷提高。

參考文獻(xiàn)：

［1］張勇.農(nóng)業(yè)機(jī)械新技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展［J］.農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，2017，37（29）：42.

［2］李錦龍.農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中計(jì)算機(jī)視覺與模式識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用［J］.鄉(xiāng)村科技，2016（26）：47.

［3］胡智禎，萬晉廷，王毓瑋.論計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在自動(dòng)化中的應(yīng)用［J］.南方農(nóng)機(jī)，2017，48（05）：125，128.