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

尹　魁

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

尹魁

（湖南財(cái)經(jīng)工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院湖南衡陽421002）

現(xiàn)如今，計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)已經(jīng)越來越多地融入到生活中，文章對(duì)這一技術(shù)在農(nóng)業(yè)方面的生產(chǎn)使用進(jìn)行了介紹，對(duì)未來在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)；農(nóng)業(yè)自動(dòng)化；圖像處理

1 計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的基本內(nèi)容

計(jì)算機(jī)視覺的英文釋義即Computervision，從字面可以看出計(jì)算機(jī)視覺也可以解釋為機(jī)器視覺。這是一門近些年來新興的類似于仿生學(xué)的學(xué)科，即利用計(jì)算機(jī)來試圖模擬人的感官所傳達(dá)的感受。目前大部分的計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)是由以下幾個(gè)主要組成部分構(gòu)成的（如圖1），專業(yè)的CCD攝像機(jī)主要負(fù)責(zé)將分析中所需要的圖像進(jìn)行記錄的同時(shí)轉(zhuǎn)化成為數(shù)字信號(hào)，究其根本，CCD攝像機(jī)的本質(zhì)即為一個(gè)光電傳感器，主要負(fù)責(zé)記錄它所感受到的變化并且將其以數(shù)字信號(hào)的方式轉(zhuǎn)換出去，而負(fù)責(zé)將記錄下來的感受轉(zhuǎn)換成數(shù)字化的是圖像采集卡，它位于計(jì)算機(jī)內(nèi)部，負(fù)責(zé)將攝像機(jī)記錄下來的圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，而后這些被記錄下來的數(shù)字信號(hào)將會(huì)由計(jì)算機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步的處理與分析，得到相應(yīng)的結(jié)論。圖中的光照系統(tǒng)顧名思義就是為了給攝像機(jī)工作過程中提供充足的光線，保證亮度來為后期的數(shù)據(jù)分析提供條件。

圖1　計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)的組成

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

2.1 田間作業(yè)時(shí)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用

2.1.1 農(nóng)作物的行列識(shí)別

在農(nóng)作物的種植過程中，需要農(nóng)用機(jī)器人在田間行走,來替代農(nóng)業(yè)勞動(dòng)者進(jìn)行繁復(fù)的農(nóng)業(yè)勞動(dòng)，因此為了將農(nóng)用機(jī)器人在田間行走對(duì)作物造成的影響最小，所以研究人員開發(fā)出來了一種利用田地傳輸過來的圖像的方式來進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，而后根據(jù)得到的處理結(jié)果判斷農(nóng)機(jī)器人與田間作物之間的相對(duì)距離與位置的技術(shù)。簡(jiǎn)單來說，就是利用相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理方式將攝像機(jī)所感受到的圖像信息進(jìn)行相應(yīng)的后期處理之后設(shè)定對(duì)應(yīng)的感光度和色彩值，并將其設(shè)定成為基本條件，之后處理農(nóng)作物圖像設(shè)定相應(yīng)的臨界值，從畫面中間出發(fā)至兩邊通過篩選得出邊界點(diǎn)，從而得出農(nóng)用機(jī)器人和田間作物的位置關(guān)系，確定農(nóng)用機(jī)器人在田間行走的位置，有效避開秧苗，避免對(duì)經(jīng)濟(jì)作為造成不必要的傷害。而這種技術(shù)，在進(jìn)行了一定的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證之后，通過實(shí)際的實(shí)驗(yàn)可以看出，這種方法的準(zhǔn)確率和精度都較高，是一種十分有效的措施。

2.1.2 田間作業(yè)時(shí)的植株保護(hù)

在田間作業(yè)對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行農(nóng)藥噴灑時(shí)，為了精確的噴灑農(nóng)藥需要精準(zhǔn)的區(qū)分秧苗與雜草，以免勿噴農(nóng)藥造成秧苗死亡、雜草消除不干凈等直接、間接的經(jīng)濟(jì)損失，因此需要精確的區(qū)分有效的經(jīng)濟(jì)作物和田間的雜草，因此針對(duì)這一具體的而又實(shí)際的問題，現(xiàn)今研究人員正在利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)來通過數(shù)字圖像傳輸來區(qū)分田間作物與雜草。利用計(jì)算機(jī)處理過的圖像來精準(zhǔn)區(qū)分玉米田中的玉米秧苗和其他雜草和更為精確的記錄單位面積田地中的雜草數(shù)量和種類，還可以準(zhǔn)確的確定雜草的種類的數(shù)量、生長(zhǎng)高度等相應(yīng)的數(shù)據(jù)，可以對(duì)癥下藥在精確去除雜草的同時(shí)還能有效并且準(zhǔn)確的避開經(jīng)濟(jì)作物的位置，將田間作業(yè)時(shí)的高效性與準(zhǔn)確性發(fā)揮到最大的范圍，為經(jīng)濟(jì)作物提供一個(gè)良好舒適健康有效的生長(zhǎng)環(huán)境，最大限度的提升農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量。

2.2 在檢測(cè)種子資源時(shí)的應(yīng)用

農(nóng)作物的生長(zhǎng)情況和最初的種子狀況有直接的聯(lián)系，作物種子的完整程度就是保證作物生長(zhǎng)狀況的第一道關(guān)卡。因此，一部分研究人員開始利用計(jì)算機(jī)視覺這一技術(shù)手段來保證種子的完整度。Zayas和其他相應(yīng)實(shí)驗(yàn)人員通過計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)來對(duì)一些小麥圖片進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和資料分類統(tǒng)計(jì)，在他們提取的一些相應(yīng)的參數(shù)中可以區(qū)分來開小麥種子和其他植物的種子，并且根據(jù)種子長(zhǎng)度、寬度色澤的區(qū)別可以判斷出小麥的生長(zhǎng)狀況。

2.3 在對(duì)農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行分級(jí)和加工過程中的應(yīng)用

2.3.1 對(duì)農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行分級(jí)

在對(duì)農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行主要是利用計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)來對(duì)不同品質(zhì)的種子進(jìn)行無損的品質(zhì)監(jiān)測(cè)和等級(jí)劃分，通過分析的到的相關(guān)數(shù)據(jù)來對(duì)種子的完整程度、生長(zhǎng)狀況和預(yù)估品質(zhì)進(jìn)行初步的估算，從而做到預(yù)先對(duì)農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行相應(yīng)的等級(jí)劃分。近十年來，農(nóng)產(chǎn)品的監(jiān)測(cè)技術(shù)還是主要應(yīng)用在對(duì)水果和蔬菜進(jìn)行品質(zhì)檢測(cè)和等級(jí)劃分上。研究人員通常利用計(jì)算機(jī)視覺識(shí)別出對(duì)應(yīng)農(nóng)產(chǎn)品的顏色、外觀、著色面積等相應(yīng)的圖像，并將這些圖像轉(zhuǎn)換成與之對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，利用這些數(shù)字信號(hào)進(jìn)行產(chǎn)品篩查，這樣可以通過計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)可以優(yōu)先選出外形優(yōu)秀并且符合農(nóng)作物生長(zhǎng)規(guī)律的果實(shí)，并以這些數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)農(nóng)作物的果實(shí)進(jìn)行等級(jí)的劃分，分類培養(yǎng)，有效地減少勞動(dòng)力，降低人工成本的同時(shí)并能準(zhǔn)確的對(duì)農(nóng)作物的果實(shí)等級(jí)進(jìn)行劃分。根據(jù)進(jìn)來的相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，除去一級(jí)農(nóng)產(chǎn)品，利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品的各個(gè)等級(jí)之間的區(qū)分準(zhǔn)確率高達(dá)90 %以上。

2.3.2 在農(nóng)產(chǎn)品的加工方面

在過去的很長(zhǎng)一段時(shí)間中，如何對(duì)農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行自動(dòng)化的監(jiān)測(cè)和產(chǎn)品質(zhì)量和反饋控制一直是一個(gè)難題。但是現(xiàn)如今，在計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的飛速發(fā)展的前提下，如何將計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)用于農(nóng)產(chǎn)品加工監(jiān)測(cè)使人們近些年來不斷考慮的問題之一。例如，Ling.p.p等人通過對(duì)新鮮蝦的身體構(gòu)造進(jìn)行了十分細(xì)致的研究并將結(jié)果運(yùn)用在對(duì)鮮蝦進(jìn)行機(jī)器化去頭處理上，利用研究得出的蝦的身體構(gòu)造，然后將研究的結(jié)果進(jìn)行精確反饋，確定在蝦在具體的身體部位下刀，這樣可以得到最多的蝦肉，并且在處理速度上，這種鮮蝦處理系統(tǒng)可以在一秒鐘內(nèi)處理兩只鮮蝦，在確保完成速度的同時(shí)也可以保證蝦肉的質(zhì)量。另外，在確定以及預(yù)估食品包裝運(yùn)輸時(shí)所需要的包裝物質(zhì)量的過程中，計(jì)算機(jī)視覺功能也在不斷的發(fā)揮發(fā)的功能與長(zhǎng)處。例如，鋁罐裝的飲料十分方便食品的保存于運(yùn)輸，但是由于鋁罐的特性導(dǎo)致它十分容易因外力而造成形狀的改變，所以目前在進(jìn)行飲料的罐裝時(shí)會(huì)先把有一定形變的鋁罐剔除掉，而保證飲料灌裝過程中的順利，而早在1995年就有一些科學(xué)家如SeidaS等就對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)行了相關(guān)的研究，證明計(jì)算機(jī)視覺功能足以提供這一功能來用于滿足罐裝前的飲料容器檢查。

3 小結(jié)

隨著如今科技在方方面面的進(jìn)步與發(fā)展，大規(guī)模的集成電路板技術(shù)已經(jīng)不斷成熟，計(jì)算機(jī)硬件的配置也在不斷的增強(qiáng)與創(chuàng)新，現(xiàn)如今的技術(shù)中，與人們生活息息相關(guān)的方方面面都充斥著計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)，影響著我們的生活方式，改變著我們的生活習(xí)慣。如醫(yī)學(xué)、氣象、航空航天等這些與我們緊密相關(guān)的生活領(lǐng)域，而農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)研究中，計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)也在不斷涉足，但是與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我們還存在著一定的劣勢(shì)。但是我們也有一些技術(shù)上的突破與創(chuàng)新，這些進(jìn)步都是令我們欣喜的。但是現(xiàn)如今，仍舊有一些問題值得我們以及全世界的科學(xué)家與工程師們共同去努力解決和完善。

[1]張麗芬.基于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的櫻桃自動(dòng)分選系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].農(nóng)機(jī)化研究,2017(09).

[2]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),2017,048(005):125,128.

尹魁（1981- ），男，湖南衡陽人，碩士，講師，研究方向：計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)。

S126

A

2095-1205(2019)11-47-02

10.3969/j.issn.2095-1205.2019.11.26