計算機圖像處理技術及其在農業工程中的應用

楊曉雪，史曉剛

（1.晉中信息學院（原山西農業大學信息學院），山西 晉中 030800；2.太原江鈴動力有限責任公司，山西 太原 030032）

0 引言

隨著計算機技術的不斷發展，計算機和許多傳統行業形成了有效結合，為其發展提供了重要的科技發展動力。農業工程作為基礎產業之一，運用科技化的發展方式能夠更好地提升產量和質量，對于促進相關產業的進一步完善具有積極意義。圖像處理技術是用數字信號代替圖像信號，然后用計算機進行處理。它已在人們生活的各個方面受到廣泛的重視和應用，在計算機圖像處理技術和農業工程結合的過程中可以貫穿于篩種、種植和質檢等每一個環節，極具應用優勢和發展潛力。

1 計算機圖像處理技術的發展

圖像處理技術是在計算機識別和處理分析高度發展之下形成的一門新學科，能夠對其系統捕捉到的圖像進行灰度化處理和相應細節的增強，更好幫助使用者從圖像中分析獲取需要的相關數據信息。圖像處理技術的內容十分廣泛，包括了壓縮、增強和匹配識別等不同的功能，使用者可以根據圖像質量和實際需求進行優化處理，增強從單一圖像中獲取的信息量。圖像處理技術和許多行業都能有效結合，最常見的人臉識別就是根據當前采集的圖像信息進行特征定位，與已錄入的人臉信息展開逐一對比從而有效判斷圖像所包含的相應信息。

2 計算機圖像處理系統的軟硬件結構

在計算機圖像處理系統中包含了圖像拍攝元件、圖像顯示、信息存儲和一些計算機控制系統。該系統中還可以根據不同的需求串聯更多的原件來豐富其功能，但上述結構是圖像處理系統較為基礎的組成。在一些特殊的拍攝情況下還需要補充光源使圖像更加清晰，在農業工程中可盡量利用自然光源和補充光照的方式完成圖像的捕捉與拍攝。計算機控制系統是完成圖像處理和信息對比的重要元件，其中包含了一些軟件的編程設計，能夠使圖像處理系統按照使用者的需求進行有效的信息輸出。在應用該系統時要注意軟硬件結構的連接與安裝，更好地促進該系統在農業工程領域中的有效運用。

3 圖像處理技術的主要分類

壓縮是指在拍攝過程中取得了內存較大的圖像，為便于存儲和傳輸需要對其像素進行壓縮處理，刪減圖像中一些不重要的信息。壓縮技術主要是利用了像素點的識別與對比，當該像素點和其臨界像素點之間蘊含信息相同時則可通過取平均值的方式減少內存大小。圖像增強也是利用了像素點的取值特性對圖像中一些較為模糊的區域進行銳化處理，更好地恢復圖像中本身的紋理信息。

匹配識別是指通過提前錄入的數據庫和當前圖像所反映的信息進行逐一對比，從而獲得一定的信息判定和輸出。在實際使用中，這些圖像處理技術還能夠和不同的計算機技術形成有效結合，按照使用者的不同需求進行功能上的完善和提升。

4 圖像處理在農業工程中的實踐運用

計算機圖像處理技術就是把一些需要處理的圖像或信息做一個轉化，把它們換成某一種高速運算的功能，最后以一種最佳的結果表示出來的處理過程。主要是把圖像信息數字化或把圖像進行修復、加強、分析計算編碼化等。

（1）種子資源檢測。可以利用計算機圖像處理技術進行種子資源的檢測與篩選，使更多飽滿的良種能夠參與到農業工程種植中。在種植種子之前，可以先通過計算機圖像采集和處理明晰每一個種子的顆粒飽滿程度，若出現表皮皺縮、失水等問題時，可以及時將這些種子進行篩選和分類，確保在種植與育種的過程中能夠減少不必要的經濟損失。在育種篩選時要能夠根據不同作物的特性和種子的相關參數展開合理選擇，如部分種子因內部中空，其直徑尺寸明顯小于其他正常種子，則直徑尺寸也可作為種子資源檢測與篩選的重要參數之一。

（2）自動化的管理。自動化管理技術是貫穿在農作物生長的全過程中的一種有效的管控方式，能夠對當前種植區域內的作物生長情況和結果情況進行有效監測，及時調控其生長所需的各項補給和果實成熟度，有效促進了農業工程中時間規劃的合理性，避免了部分早熟果實過早衰落而不能及時采摘。利用計算機圖像處理技術能夠更好地了解當前種植區域內植被的生長狀況，是一種有效的遠程監督管理，并根據植被的不同狀態采用對應的處理方式，有利于提升管理工作的高效性和及時性。自動化管理工作可以和農作物的灌溉、噴藥和采摘管理等結合在一起，使現代化的農業工程形成一種更加科學合理的工作流程，并不斷提升農耕區域內的科技和自動化水平。

（3）農品熟度檢驗。可以利用圖像處理的方式對農品的熟度展開有效檢驗，使種植者能夠根據圖像處理的結果按照成熟順序進行采摘與運輸，不斷提升農耕區域的經濟效益。如番茄等農作物在成熟之后表面顏色會從青色變為紅色，在圖像處理的過程中能夠有效提取圖像中的顏色分布情況，經過色彩占比分析后能夠判斷當前農品的成熟情況。當其成熟度達到初級采摘標準時可以進行定位反饋，幫助種植者快速掌握當前農品的生長情況。這種計算機圖像處理的方式對于面積較大的種植區域來說極具應用優勢，且可以提前將農民采摘后進行長途運輸，幫助種植者有效擴大農品經營范圍，促進農業工程的有效發展。

（4）外形尺寸檢驗。在農產品成熟之后還需要對其品質進行進一步的檢驗和分類，特別是對于一些外形飽滿且尺寸較大的農產品其售賣價格明顯更高，這種自動化的分類方式能夠減少耕種者的工作量。采摘后的農產品在進行外觀尺寸檢驗時的工藝技術更為簡單，可以通過流水線逐一經過圖像識別與測距系統，達到設定的大果閾值范圍后則自動進行分類存儲，在流經完成后能夠按照尺寸大小將農品分為不同種類進行合理售賣。

（5）植物生長監測。在植物生長監測系統中可以通過錄取其生長過程中的不同圖像信息，合理判斷和預測農作物的有效產量，對于把控當前種植的經濟效益和畝產具有積極意義。霜降或冰雹等特殊天氣會對農作物的生長有很大影響，而通過圖像監測系統則能夠及時發現特殊天氣并通過警報提醒耕種者提前采取措施。在生長監測系統中可以通過圖像的實時對比和遠程警報減少人工參與的工作量，在農業工程的發展和公眾作業過程中引入更多的自動化與機械化設備，使耕種者的人均作物產出率得到了有效提升。由于GPS的成本較高和圖像檢索技術的不斷成熟，這就決定了動態圖像處理技術在今后的大面積農業作業中更為經濟實用。

圖1 動態圖像處理系統的組成

5 結束語

總之，在計算機技術的應用過程中，能夠有效通過外觀檢測的方式判斷種子質量，特別是一些皺縮失水的壞種可以及時清理，提升了耕種的育苗成功率。在作物的生長過程中也可以通過圖像探測進行實時監控，及時對其進行補光、撒藥等處理，使其能夠更好地生長。在作物成熟后，可以利用圖像處理來檢驗果子的外形尺寸和農品熟度，為其采摘運輸等環節做好合理的次序安排，有效促進農業種植收益的最大化，并在整個過程中實現高度自動化，節約了人工成本和勞動量。