基于機(jī)器視覺的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動化控制系統(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；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)；自動化控制系統(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)自動化的實(shí)現(xiàn)需要對農(nóng)作物有正確的識別，很多國家已經(jīng)開始對機(jī)器視覺技術(shù)在農(nóng)業(yè)自動化上面的研究予以高度的重視，利用機(jī)器視覺技術(shù)可以對農(nóng)作物的形狀、生長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)行一些自動化的生產(chǎn)，可以有效地判斷果實(shí)的成熟，對于病蟲進(jìn)行檢測，對農(nóng)作物的狀態(tài)進(jìn)行檢測，很大程度上減輕了農(nóng)民生產(chǎn)的壓力，解放了勞動力，對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著積極的作用。

1 機(jī)器視覺技術(shù)

機(jī)器視覺技術(shù)就是利用機(jī)器代替人眼對事物進(jìn)行測量和判斷，利用光學(xué)裝置和自動化非接觸傳感器獲取目標(biāo)對象的圖像。然后再利用圖像處理設(shè)備對圖像的像素分布、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)果對現(xiàn)場的一些設(shè)備進(jìn)行運(yùn)動的控制。機(jī)器視覺也叫計算機(jī)視覺，在農(nóng)作物生產(chǎn)過程中有很重要的作用。機(jī)械視覺技術(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)品的價值，提高了工作效率，機(jī)器視覺技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中有著十分重要的作用，推動農(nóng)業(yè)不斷地向著機(jī)械自動化的方向發(fā)展。

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

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

2.1 對水果進(jìn)行自動分選

隨著人們生活條件的不斷提高，人們對水果的品質(zhì)要求越來越高，這就促使水果生產(chǎn)者和水果經(jīng)銷商對水果進(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)對水果進(jìn)行分類，從而提高水果的價值，人工分選的效率較低，而且人工進(jìn)行顏色鑒別時由于每個人和每個人的認(rèn)識不同可能造成分選的精度不高。利用機(jī)器視覺技術(shù)就可以對水果表面的圖像進(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，對水果進(jìn)行自動分級。

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

2.2 對種子和糧食品質(zhì)進(jìn)行檢測

機(jī)械視覺技術(shù)應(yīng)用于種子和糧食品質(zhì)的檢測，主要是利用種子的圖像，對種子的顏色、形狀、尺寸等一些參數(shù)進(jìn)行有效提取，那樣就會對種子進(jìn)行分辨檢測，甚至可以對種子的裂紋和破損霉變情況進(jìn)行有效的檢測，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，對于種子后期茁壯成長有很重要的作用。對于種子和糧食品質(zhì)的檢測主要利用計算機(jī)視覺檢測技術(shù)、自動控制技術(shù)和模式識別技術(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種子進(jìn)行分級，利用機(jī)械視覺技術(shù)可以快速對種子進(jìn)行分類，這種方式大大提高了工作效率。對種子和糧食進(jìn)行分類就可以挑選出相對比較優(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

通常情況下農(nóng)作物生長在自然環(huán)境下，田間容易生長雜物，而大批量的生產(chǎn)和收割過程需要大量的機(jī)械作業(yè)，所以不可避免地就會摻雜一些雜物在農(nóng)作物中，這就會對農(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，一旦有雜物就會對產(chǎn)品的質(zhì)量造成一定的影響。所以機(jī)械視覺技術(shù)在這個生產(chǎn)環(huán)節(jié)有著十分重要的作用，利用這項技術(shù)我們可以有效對農(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)

而這之前我們在農(nóng)田機(jī)械作業(yè)過程中常常依靠人工對農(nóng)作物進(jìn)行識別，然后再操作機(jī)器來完成一系列的生產(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)作物生長過程中我們無法對農(nóng)作物蟲害情況和雜草的位置進(jìn)行有效的識別，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，也會對空氣造成一定的污染。如果利用機(jī)械視覺技術(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。

自動收獲機(jī)械在農(nóng)作物生產(chǎn)過程中的應(yīng)用還是比較廣泛的，即利用機(jī)械視覺系統(tǒng)來確定果實(shí)位置和是否成熟，控制機(jī)械進(jìn)行自主作業(yè)、自動采摘，這項技術(shù)在農(nóng)作物生產(chǎn)過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)械視覺技術(shù)的到來更加完善了機(jī)械作業(yè)，提高了生產(chǎn)效率。

2.5 對植物生長情況進(jìn)行有效檢測

在普通的機(jī)械生產(chǎn)過程中，傳統(tǒng)機(jī)械需要通過人眼進(jìn)行識別，所以農(nóng)作物的成熟也沒有明確的檢測標(biāo)準(zhǔn)，對于農(nóng)作物的生長情況也不能有效進(jìn)行檢測，甚至需要花費(fèi)大量的人力物力。其實(shí)，農(nóng)作物的營養(yǎng)狀況可以通過葉子反映出來，所以可以通過視覺技術(shù)對農(nóng)作物的營養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，及時了解具體情況就可對農(nóng)作物進(jìn)行有效的灌溉和營養(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，視覺技術(shù)目前在農(nóng)作物生產(chǎn)過程中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，在之前，植物生長過程只能通過肉眼來識別，這樣出現(xiàn)小的問題很不容易被發(fā)現(xiàn)，所以對于生長情況不能及時掌握，對于植物就不能很及時地進(jìn)行改良。

2.6 在動物生產(chǎn)中的應(yīng)用

機(jī)器視覺技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中有了廣泛的應(yīng)用，在動物生產(chǎn)中也得到了應(yīng)用，很多養(yǎng)殖場利用機(jī)器視覺技術(shù)對雞蛋進(jìn)行質(zhì)量檢測，并且可以在孵化的早期就對雞蛋進(jìn)行檢測，檢測出雞蛋的生命力，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。對于孵化出的小雞進(jìn)行性別分類，對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人工來對小雞性別進(jìn)行分類，這樣不僅耗費(fèi)大量的人力，還會浪費(fèi)時間，所以對機(jī)械視覺技術(shù)在幼雞分類過程中的應(yīng)用也做了大量的研究，并取得了不錯的成果。在動物生產(chǎn)過程中，機(jī)器視覺技術(shù)大大提高了孵化率，對于養(yǎng)殖場來說也節(jié)省了成本，提高了生產(chǎn)率。

3 現(xiàn)狀和未來的展望

機(jī)械視覺技術(shù)的發(fā)展大大推動了生產(chǎn)自動化的發(fā)展，國家對機(jī)械自動化也十分重視，投入了大量的人力、財力。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，這些因素對機(jī)械視覺技術(shù)在一定程度上有所制約。為了解決這一問題我們需要根據(jù)具體的環(huán)境從多個方面做出硬件系統(tǒng)設(shè)計，從多個方面進(jìn)行考察，充分利用國內(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)展過程中我們有效地利用機(jī)械視覺技術(shù)不僅可以提高農(nóng)作物的生產(chǎn)，還可以推動農(nóng)業(yè)的自動化發(fā)展，可以大大減少勞動力。人類可以利用機(jī)械進(jìn)行勞作，機(jī)械視覺技術(shù)在農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中有著很廣闊的發(fā)展前景，與人類視覺相比，機(jī)械視覺更加快速，減少了損害，大大提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率，推動了農(nóng)業(yè)向自動化方向發(fā)展。

4 結(jié)語

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