機器視覺技術在農業機械中的運用

鈕亞平

本文首先闡述了機器視覺技術的概念、原理和系統組成，然后討論了機器視覺技術在農業機械中的運用狀況，最后對其未來的發展進行了展望，希望能對相關人士的工作和研究提供參考。

在改革開放之初，我國政府對經濟發展和社會建設提出了“三步走”的戰略目標。現在，人民的溫飽問題和人民生活總體上達到小康水平這兩個戰略目標已經提前實現了，但目前我國農村地區仍存在一部分人口沒有脫貧，“三農問題”仍是當前我國主要的問題。因此，當前我國扶貧工作的主要問題就是解決“三農問題”，而解決這一問題，首要的任務就是解決農業生產的機械化問題，推進農業生產的現代化。隨著我國社會經濟和科學技術的發展，在農業機械生產和管理自動化方面得到了極大的發展，其中，農業機器視覺技術就是一項十分有效的應用，能極大地提高我國的農業生產與管理自動化水平，不僅能節約大量的人力和物力的消耗，同時還能提高農業生產的質量與效率。

一、機器視覺技術概述

（一）基本概念

所謂的機器視覺，通常也被稱為計算機視覺，就是利用機器上的計算機系統替代人眼進行觀察、測量和判斷，這種技術就是機器視覺技術。在實際應用中，我們先借助機器上的攝像頭獲取相應目標的圖像，然后借助計算機算法，對圖像做數字化處理，然后對其形狀、顏色以及尺寸進行測量和判斷。

（二）系統組成和應用原理

機器視覺的系統組成主要是光源、攝像機、采集卡與計算機。其中，攝像機借助光電傳感器，把被測量物體的光形象轉化成為電信號，以圖像的形式進行記錄并保存;而圖像采集卡則是連接攝像機與計算機的主要紐帶，其主要的作用是將電信號轉化成為數字信號，然后把數字信號傳輸到計算機系統中;而計算機的主要功能是對數字信號進行保存并處理。而且，在實際的應用中，我們為了獲得亮度與對比度較高的圖像，往往需要采用一定的光源進行照明，以幫助攝像機獲取并處理圖像。

二、機器視覺技術在農業機械中的運用狀況

（一）在農業種子質量檢測機器方面的應用

要想實現農業增產，農民增收，首先要保證農作物種子的質量，可以說種子的質量優劣對農產品的產量和價格具有直接的影響，是農業生產過程中至關重要的環節。在傳統的農作物種子質量檢測中，一般都是農民用手和眼進行挑選。而將機械視覺技術引入到農業機械當中，采用機械隊農作物種子的質量進行檢測，不僅提高了檢測的速度，還有效地提高了檢測的準確率。例如我國的陳兵旗和孫旭東等人在2010年時就借助機器視覺技術開展了水稻種子質量的檢測，實驗的效果十分不錯，能對水稻種子的種類、發霉以及破損情況進行準確的判斷，具有極高的實用價值。

（二）在農業生產過程中的應用

在農業的生產中，我們還可以借助農業機械上的視覺技術對作物的生長信息、營養信息以及病蟲害和雜草信息進行監測。在農業生產過程中，借助機器視覺技術檢測農作物的生長信息，可以對其進行生長調控、缺素診斷以及產量的分析、預測，因此，將機器視覺技術應用在檢測農作物生長信息就成為當前研究的熱點之一。我國相關的研究者設計了相應的測量系統，通過機器視覺技術對相應農作物的生長信息進行了監測，根據監測獲取的參數進行了數據模擬建模，較為理想地預測了該農作物的質量和產量。同時，在農作物的病蟲害和雜草監測方面，我國的相關研究者也設計了基于機器視覺技術的農田病蟲害檢測系統和雜草檢測系統，通過采用神經網絡分類的方式，對我國農田中幾種常見的病蟲害和雜草進行了分類監測，在監測實驗中，這兩種監測檢測的視覺系統操作方法簡單可行，而且對病蟲害和雜草的識別率較高，能滿足病蟲害和雜草的識別，同時還能滿足智能化農藥噴施的需求。

（三）具體的應用

在農業生產中，將機器視覺技術應用到農業機械上，最受關注的課題就是農業機器人了。在實際的應用中，將機器視覺技術應用到農業機器人上，使其能夠進行自動除草、施肥、施藥以及對農作物的品級進行分級，效果比較理想。

我國的相關研究者，在綜合分析了農田自然環境的基礎上，通過AVR單片機中的下位機控制其中的4個電機速度，使其實現了與上位機串口進行通訊的功能，同時借助線性掃描以及最小二乘法，真正實現了農業機器人在視覺導航方面的算法，使農業機器人真正實現了在農作物間的行走，實現了自動除草、施肥。此外，在農藥噴灑方面，我國的相關研究者還采用了無人機噴灑的技術，借助無人機的視覺系統，智能識別農田中的病蟲害和雜草，實施定點噴灑，取得了較為理想的除病蟲害和雜草的效果。

三、農業機械視覺技術未來的展望

隨著我國社會經濟的發展，要想在2020年實現消除貧困，全面建成小康社會的宏偉目標，我們必須加強在“三農”方面的各種支持力度。而且隨著科學技術的發展，將機器視覺技術與農業生產自動化建設相結合，深入研究機器視覺技術在農業機械中的應用，對解決“三農問題”具有極其重要的作用和意義。但與此同時，我國農作物種類和形狀的多樣性、農作物生產環境的復雜性以及理論與實際之間存在的較大的差異性等因素，都直接制約著機器視覺技術在農業機械中的具體應用。因此。機器視覺技術在農業機械發展中未來的應用必須解決這些實際的問題，必須從實驗的條件、系統的軟件與硬件設計這幾個方面深入進行研究，從而設計出符合我國國情的農業機械視覺技術，促進我國農業生產的現代化建設。

綜上所述，當前的“三農”問題已經成為制約我國實現全面建成小康社會宏偉目標的主要制約因素。實現農業生產機械化、現代化是解決“三農”問題的重要手段和方法，將機器視覺技術引入農業機械的設計當中，能提高我國農業生產、發展和管理自動化的水平，同時還能將農民從繁重的農業勞動中解放出來，因此，具有極其廣闊的發展空間與應用前景。本文就闡述了機器視覺技術在農業機械中的運用狀況，并對其未來發展進行了展望，希望能對相關人士的工作和研究提供參考。

（作者單位：037006山西省大同市農機質量監督管理站）