機器視覺技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械中的運用

鈕亞平

本文首先闡述了機器視覺技術(shù)的概念、原理和系統(tǒng)組成，然后討論了機器視覺技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械中的運用狀況，最后對其未來的發(fā)展進行了展望，希望能對相關(guān)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(jīng)濟發(fā)展和社會建設(shè)提出了“三步走”的戰(zhàn)略目標?，F(xiàn)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(zhàn)略目標已經(jīng)提前實現(xiàn)了，但目前我國農(nóng)村地區(qū)仍存在一部分人口沒有脫貧，“三農(nóng)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(nóng)問題”，而解決這一問題，首要的任務(wù)就是解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的機械化問題，推進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化。隨著我國社會經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在農(nóng)業(yè)機械生產(chǎn)和管理自動化方面得到了極大的發(fā)展，其中，農(nóng)業(yè)機器視覺技術(shù)就是一項十分有效的應(yīng)用，能極大地提高我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與管理自動化水平，不僅能節(jié)約大量的人力和物力的消耗，同時還能提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量與效率。

一、機器視覺技術(shù)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(tǒng)替代人眼進行觀察、測量和判斷，這種技術(shù)就是機器視覺技術(shù)。在實際應(yīng)用中，我們先借助機器上的攝像頭獲取相應(yīng)目標的圖像，然后借助計算機算法，對圖像做數(shù)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(tǒng)組成和應(yīng)用原理

機器視覺的系統(tǒng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)化成為數(shù)字信號，然后把數(shù)字信號傳輸?shù)接嬎銠C系統(tǒng)中;而計算機的主要功能是對數(shù)字信號進行保存并處理。而且，在實際的應(yīng)用中，我們?yōu)榱双@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(shù)在農(nóng)業(yè)機械中的運用狀況

（一）在農(nóng)業(yè)種子質(zhì)量檢測機器方面的應(yīng)用

要想實現(xiàn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)，農(nóng)民增收，首先要保證農(nóng)作物種子的質(zhì)量，可以說種子的質(zhì)量優(yōu)劣對農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和價格具有直接的影響，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。在傳統(tǒng)的農(nóng)作物種子質(zhì)量檢測中，一般都是農(nóng)民用手和眼進行挑選。而將機械視覺技術(shù)引入到農(nóng)業(yè)機械當中，采用機械隊農(nóng)作物種子的質(zhì)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(shù)開展了水稻種子質(zhì)量的檢測，實驗的效果十分不錯，能對水稻種子的種類、發(fā)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用

在農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)中，我們還可以借助農(nóng)業(yè)機械上的視覺技術(shù)對作物的生長信息、營養(yǎng)信息以及病蟲害和雜草信息進行監(jiān)測。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，借助機器視覺技術(shù)檢測農(nóng)作物的生長信息，可以對其進行生長調(diào)控、缺素診斷以及產(chǎn)量的分析、預(yù)測，因此，將機器視覺技術(shù)應(yīng)用在檢測農(nóng)作物生長信息就成為當前研究的熱點之一。我國相關(guān)的研究者設(shè)計了相應(yīng)的測量系統(tǒng)，通過機器視覺技術(shù)對相應(yīng)農(nóng)作物的生長信息進行了監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測獲取的參數(shù)進行了數(shù)據(jù)模擬建模，較為理想地預(yù)測了該農(nóng)作物的質(zhì)量和產(chǎn)量。同時，在農(nóng)作物的病蟲害和雜草監(jiān)測方面，我國的相關(guān)研究者也設(shè)計了基于機器視覺技術(shù)的農(nóng)田病蟲害檢測系統(tǒng)和雜草檢測系統(tǒng)，通過采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類的方式，對我國農(nóng)田中幾種常見的病蟲害和雜草進行了分類監(jiān)測，在監(jiān)測實驗中，這兩種監(jiān)測檢測的視覺系統(tǒng)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(nóng)藥噴施的需求。

（三）具體的應(yīng)用

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，將機器視覺技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)機械上，最受關(guān)注的課題就是農(nóng)業(yè)機器人了。在實際的應(yīng)用中，將機器視覺技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)機器人上，使其能夠進行自動除草、施肥、施藥以及對農(nóng)作物的品級進行分級，效果比較理想。

我國的相關(guān)研究者，在綜合分析了農(nóng)田自然環(huán)境的基礎(chǔ)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(xiàn)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(xiàn)了農(nóng)業(yè)機器人在視覺導(dǎo)航方面的算法，使農(nóng)業(yè)機器人真正實現(xiàn)了在農(nóng)作物間的行走，實現(xiàn)了自動除草、施肥。此外，在農(nóng)藥噴灑方面，我國的相關(guān)研究者還采用了無人機噴灑的技術(shù)，借助無人機的視覺系統(tǒng)，智能識別農(nóng)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(nóng)業(yè)機械視覺技術(shù)未來的展望

隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展，要想在2020年實現(xiàn)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(nóng)”方面的各種支持力度。而且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，將機器視覺技術(shù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動化建設(shè)相結(jié)合，深入研究機器視覺技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械中的應(yīng)用，對解決“三農(nóng)問題”具有極其重要的作用和意義。但與此同時，我國農(nóng)作物種類和形狀的多樣性、農(nóng)作物生產(chǎn)環(huán)境的復(fù)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(shù)在農(nóng)業(yè)機械中的具體應(yīng)用。因此。機器視覺技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械發(fā)展中未來的應(yīng)用必須解決這些實際的問題，必須從實驗的條件、系統(tǒng)的軟件與硬件設(shè)計這幾個方面深入進行研究，從而設(shè)計出符合我國國情的農(nóng)業(yè)機械視覺技術(shù)，促進我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化建設(shè)。

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

（作者單位：037006山西省大同市農(nóng)機質(zhì)量監(jiān)督管理站）