基于機(jī)器視覺(jué)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)

廣西廣播電視大學(xué)教育技術(shù)中心 劉鑄德

關(guān)鍵字：機(jī)器視覺(jué)；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)；自動(dòng)化控制系統(tǒng)

前言

隨著科技的發(fā)展，先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)在農(nóng)生產(chǎn)過(guò)程中的作用日益凸顯。農(nóng)業(yè)科技提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率，同時(shí)滿足了農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)的需求，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)需要對(duì)農(nóng)作物有正確的識(shí)別，很多國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始對(duì)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)自動(dòng)化上面的研究予以高度的重視，利用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)可以對(duì)農(nóng)作物的形狀、生長(zhǎng)位置和植物的種類進(jìn)行鑒別，進(jìn)而幫助農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者進(jìn)行一些自動(dòng)化的生產(chǎn)，可以有效地判斷果實(shí)的成熟，對(duì)于病蟲(chóng)進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)農(nóng)作物的狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，很大程度上減輕了農(nóng)民生產(chǎn)的壓力，解放了勞動(dòng)力，對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著積極的作用。

1 機(jī)器視覺(jué)技術(shù)

機(jī)器視覺(jué)技術(shù)就是利用機(jī)器代替人眼對(duì)事物進(jìn)行測(cè)量和判斷，利用光學(xué)裝置和自動(dòng)化非接觸傳感器獲取目標(biāo)對(duì)象的圖像。然后再利用圖像處理設(shè)備對(duì)圖像的像素分布、亮度和顏色進(jìn)行運(yùn)算處理并進(jìn)行判斷，根據(jù)自己的識(shí)別目標(biāo)選擇出滿足需求的特征信息，再根據(jù)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的一些設(shè)備進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的控制。機(jī)器視覺(jué)也叫計(jì)算機(jī)視覺(jué)，在農(nóng)作物生產(chǎn)過(guò)程中有很重要的作用。機(jī)械視覺(jué)技術(shù)的運(yùn)用給農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)提供了重要的參考，提高了農(nóng)產(chǎn)品的價(jià)值，提高了工作效率，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中有著十分重要的作用，推動(dòng)農(nóng)業(yè)不斷地向著機(jī)械自動(dòng)化的方向發(fā)展。

2 機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用

隨著機(jī)械化的不斷深入，機(jī)器視覺(jué)對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要作用日益凸顯，目前在我國(guó)也有很多成功的案例：如對(duì)水果進(jìn)行自動(dòng)篩選，對(duì)種子和糧食進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，對(duì)農(nóng)產(chǎn)品中的異物進(jìn)行自動(dòng)篩選等等在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中有著重要作用給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)了極大的便利，甚至還可以對(duì)農(nóng)作物的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行檢測(cè)。

2.1 對(duì)水果進(jìn)行自動(dòng)分選

隨著人們生活條件的不斷提高，人們對(duì)水果的品質(zhì)要求越來(lái)越高，這就促使水果生產(chǎn)者和水果經(jīng)銷商對(duì)水果進(jìn)行分類處理，把水果按照顏色、大小、形狀，甚至表面的缺陷狀態(tài)等外觀品質(zhì)，依據(jù)一定的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)水果進(jìn)行分類，從而提高水果的價(jià)值，人工分選的效率較低，而且人工進(jìn)行顏色鑒別時(shí)由于每個(gè)人和每個(gè)人的認(rèn)識(shí)不同可能造成分選的精度不高。利用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)就可以對(duì)水果表面的圖像進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)采集，將水果的大小、顏色、果形，甚至果面的缺陷等參數(shù)固定好之后，對(duì)水果進(jìn)行自動(dòng)分級(jí)。

目前機(jī)械視覺(jué)技術(shù)已經(jīng)在蘋(píng)果、橘子和西紅柿等農(nóng)產(chǎn)品種類中得到了廣泛的應(yīng)用，由于對(duì)水果的分類具有客觀性、精準(zhǔn)性，所以獲得了越來(lái)越多人的認(rèn)可。大大減少了勞動(dòng)強(qiáng)度，還可以得到更加客觀的分類，這是大家對(duì)機(jī)械視覺(jué)技術(shù)越來(lái)越重視的原因。水果的挑選有了更加精準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也為水果的分級(jí)提供了有效依據(jù)，這樣可以在一定的程度上提高水果的價(jià)值。

2.2 對(duì)種子和糧食品質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)

機(jī)械視覺(jué)技術(shù)應(yīng)用于種子和糧食品質(zhì)的檢測(cè)，主要是利用種子的圖像，對(duì)種子的顏色、形狀、尺寸等一些參數(shù)進(jìn)行有效提取，那樣就會(huì)對(duì)種子進(jìn)行分辨檢測(cè)，甚至可以對(duì)種子的裂紋和破損霉變情況進(jìn)行有效的檢測(cè)，進(jìn)而判斷出種子的發(fā)芽能力，最終選擇出比較優(yōu)質(zhì)的種子，對(duì)于種子后期茁壯成長(zhǎng)有很重要的作用。對(duì)于種子和糧食品質(zhì)的檢測(cè)主要利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和模式識(shí)別技術(shù)。利用這些技術(shù)我們可以快速地利用種子的圖像特征對(duì)種子進(jìn)行分級(jí)，利用機(jī)械視覺(jué)技術(shù)可以快速對(duì)種子進(jìn)行分類，這種方式大大提高了工作效率。對(duì)種子和糧食進(jìn)行分類就可以挑選出相對(duì)比較優(yōu)質(zhì)的種子，這樣可以提高生產(chǎn)，提高農(nóng)民的收益。

2.3 農(nóng)作物異物檢測(cè)

通常情況下農(nóng)作物生長(zhǎng)在自然環(huán)境下，田間容易生長(zhǎng)雜物，而大批量的生產(chǎn)和收割過(guò)程需要大量的機(jī)械作業(yè)，所以不可避免地就會(huì)摻雜一些雜物在農(nóng)作物中，這就會(huì)對(duì)農(nóng)作物的質(zhì)量造成很大的影響，尤其像棉花和煙草類的植物，一旦有雜物就會(huì)對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量造成一定的影響。所以機(jī)械視覺(jué)技術(shù)在這個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)有著十分重要的作用，利用這項(xiàng)技術(shù)我們可以有效對(duì)農(nóng)產(chǎn)品中的雜質(zhì)和劣質(zhì)部分進(jìn)行有效剔除，這樣在一定程度上提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，大大提高了工作效率。利用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)剔除農(nóng)作物異物得到了廣泛的應(yīng)用，也解決了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的一些難題。

2.4 農(nóng)田機(jī)械作業(yè)

而這之前我們?cè)谵r(nóng)田機(jī)械作業(yè)過(guò)程中常常依靠人工對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行識(shí)別，然后再操作機(jī)器來(lái)完成一系列的生產(chǎn)工作，在農(nóng)業(yè)迅速發(fā)展的今天，傳統(tǒng)的機(jī)械作業(yè)已經(jīng)滿足不了農(nóng)業(yè)發(fā)展的需求，不能做到更加精致的控制，尤其在農(nóng)作物生長(zhǎng)過(guò)程中我們無(wú)法對(duì)農(nóng)作物蟲(chóng)害情況和雜草的位置進(jìn)行有效的識(shí)別，按照固定的模式進(jìn)行盲目地噴灑，大大降低了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率，也會(huì)對(duì)空氣造成一定的污染。如果利用機(jī)械視覺(jué)技術(shù)就可以進(jìn)行精準(zhǔn)的噴灑，利用圖像處理技術(shù)可以有效對(duì)雜草和農(nóng)作物進(jìn)行精準(zhǔn)定位精準(zhǔn)噴灑，這樣不僅節(jié)約了農(nóng)藥還提高了施藥的效率，提高農(nóng)作物的生產(chǎn)效率。

自動(dòng)收獲機(jī)械在農(nóng)作物生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用還是比較廣泛的，即利用機(jī)械視覺(jué)系統(tǒng)來(lái)確定果實(shí)位置和是否成熟，控制機(jī)械進(jìn)行自主作業(yè)、自動(dòng)采摘，這項(xiàng)技術(shù)在農(nóng)作物生產(chǎn)過(guò)程中起到了很重要的作用，所以得到了廣泛的應(yīng)用。農(nóng)田機(jī)械作業(yè)在很多年以前就已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，機(jī)械視覺(jué)技術(shù)的到來(lái)更加完善了機(jī)械作業(yè)，提高了生產(chǎn)效率。

2.5 對(duì)植物生長(zhǎng)情況進(jìn)行有效檢測(cè)

在普通的機(jī)械生產(chǎn)過(guò)程中，傳統(tǒng)機(jī)械需要通過(guò)人眼進(jìn)行識(shí)別，所以農(nóng)作物的成熟也沒(méi)有明確的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于農(nóng)作物的生長(zhǎng)情況也不能有效進(jìn)行檢測(cè)，甚至需要花費(fèi)大量的人力物力。其實(shí)，農(nóng)作物的營(yíng)養(yǎng)狀況可以通過(guò)葉子反映出來(lái)，所以可以通過(guò)視覺(jué)技術(shù)對(duì)農(nóng)作物的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)了解具體情況就可對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行有效的灌溉和營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)給，這樣我們可以在一定程度上提高農(nóng)作物的生產(chǎn)率，提高農(nóng)民的生產(chǎn)效率，視覺(jué)技術(shù)目前在農(nóng)作物生產(chǎn)過(guò)程中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，在之前，植物生長(zhǎng)過(guò)程只能通過(guò)肉眼來(lái)識(shí)別，這樣出現(xiàn)小的問(wèn)題很不容易被發(fā)現(xiàn)，所以對(duì)于生長(zhǎng)情況不能及時(shí)掌握，對(duì)于植物就不能很及時(shí)地進(jìn)行改良。

2.6 在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用

機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中有了廣泛的應(yīng)用，在動(dòng)物生產(chǎn)中也得到了應(yīng)用，很多養(yǎng)殖場(chǎng)利用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)對(duì)雞蛋進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，并且可以在孵化的早期就對(duì)雞蛋進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)出雞蛋的生命力，在前期就可以去除一些壞蛋和死蛋，這樣在一定程度上提高了孵化率。對(duì)于孵化出的小雞進(jìn)行性別分類，對(duì)不同性別的小雞采取不同的喂養(yǎng)方式，這樣有利于提高喂養(yǎng)效率，在一定程度上節(jié)約生產(chǎn)成本，在之前我們可能需要通過(guò)人工來(lái)對(duì)小雞性別進(jìn)行分類，這樣不僅耗費(fèi)大量的人力，還會(huì)浪費(fèi)時(shí)間，所以對(duì)機(jī)械視覺(jué)技術(shù)在幼雞分類過(guò)程中的應(yīng)用也做了大量的研究，并取得了不錯(cuò)的成果。在動(dòng)物生產(chǎn)過(guò)程中，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)大大提高了孵化率，對(duì)于養(yǎng)殖場(chǎng)來(lái)說(shuō)也節(jié)省了成本，提高了生產(chǎn)率。

3 現(xiàn)狀和未來(lái)的展望

機(jī)械視覺(jué)技術(shù)的發(fā)展大大推動(dòng)了生產(chǎn)自動(dòng)化的發(fā)展，國(guó)家對(duì)機(jī)械自動(dòng)化也十分重視，投入了大量的人力、財(cái)力。目前農(nóng)作物的種類繁多，而且不同的區(qū)域地形和環(huán)境也存在著很大的不同，這些因素對(duì)機(jī)械視覺(jué)技術(shù)在一定程度上有所制約。為了解決這一問(wèn)題我們需要根據(jù)具體的環(huán)境從多個(gè)方面做出硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從多個(gè)方面進(jìn)行考察，充分利用國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的技術(shù)，使得機(jī)械更加智能化。

在農(nóng)業(yè)發(fā)展過(guò)程中我們有效地利用機(jī)械視覺(jué)技術(shù)不僅可以提高農(nóng)作物的生產(chǎn)，還可以推動(dòng)農(nóng)業(yè)的自動(dòng)化發(fā)展，可以大大減少勞動(dòng)力。人類可以利用機(jī)械進(jìn)行勞作，機(jī)械視覺(jué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)發(fā)展過(guò)程中有著很廣闊的發(fā)展前景，與人類視覺(jué)相比，機(jī)械視覺(jué)更加快速，減少了損害，大大提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率，推動(dòng)了農(nóng)業(yè)向自動(dòng)化方向發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

農(nóng)業(yè)發(fā)展不斷的走向自動(dòng)化，目前在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中不斷更新技術(shù)，結(jié)合了很多先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，順應(yīng)了時(shí)代發(fā)展的需求，機(jī)械視覺(jué)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化上有重要的作用，推動(dòng)了農(nóng)業(yè)向著更自動(dòng)化的方向發(fā)展。