計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)及其在農(nóng)業(yè)工程中的應(yīng)用

陳 姍

（青島酒店管理職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266100）

目前，計(jì)算機(jī)技術(shù)日益完善，圖像處理技術(shù)也得到廣泛應(yīng)用。圖像處理技術(shù)主要對(duì)圖像數(shù)字化、圖像編碼、圖像增強(qiáng)、圖像分析等內(nèi)容進(jìn)行研究。圖像可以用于信息交換，圖像處理和人們的生活、工作等各個(gè)方面有很大的聯(lián)系。圖像處理、圖像分析廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域中，以形態(tài)數(shù)學(xué)、集合論等為理論基礎(chǔ)。圖像處理雖然可以通過(guò)光學(xué)方法、模擬技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，但計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的效率和質(zhì)量更加良好。在農(nóng)業(yè)工程中，可以應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，該技術(shù)的應(yīng)用可以降低人工投入的成本，確保數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，使用效果比較明顯。

1 計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)分析

計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)就是對(duì)圖像進(jìn)行數(shù)字化處理，將真實(shí)的圖像轉(zhuǎn)變?yōu)榭纱鎯?chǔ)的格式。數(shù)字化處理的過(guò)程中，要進(jìn)行采樣處理和量化處理。從本質(zhì)上來(lái)看，采樣處理就是采用點(diǎn)的方式描述圖像，如圖像的分辨率為640×480 像素，則組成圖像的點(diǎn)為307 200 個(gè)[1]。可見(jiàn)，要提高圖像的清晰度，就要使用更多的點(diǎn)。但是，大分辨率圖像會(huì)占據(jù)較大的存儲(chǔ)空間。采樣結(jié)果也就是圖像的分辨率的體現(xiàn)。量化就是采用范圍較大的數(shù)值進(jìn)行采樣，在采樣結(jié)束后，數(shù)字范圍涵蓋所有顏色總數(shù)。例如，存儲(chǔ)一個(gè)點(diǎn)使用了4bit的空間，則圖像顏色只有16 種。數(shù)值范圍的大小和圖像顏色有直接關(guān)系，范圍越大，顏色越多，圖像效果也會(huì)更加細(xì)膩，當(dāng)然也會(huì)占據(jù)更大的存儲(chǔ)空間。量化結(jié)果就是圖像可容納的顏色總數(shù)，不論是采樣還是量化，本質(zhì)上都存在視覺(jué)效果與存儲(chǔ)空間之間的矛盾。在采樣量化處理后，才能獲得相應(yīng)的數(shù)字化圖像，然后利用各種圖像處理軟件和技巧進(jìn)行更進(jìn)一步的處理，包括外觀調(diào)整、格式轉(zhuǎn)換等等，進(jìn)而得到想要的圖片效果。

數(shù)字化圖像數(shù)據(jù)通常采用位映射和向量處理兩種存儲(chǔ)方式，前者是架構(gòu)圖像各點(diǎn)數(shù)值存放在矩陣之中，矩陣將字節(jié)作為單位。如果圖像只有一個(gè)顏色，1bit的存儲(chǔ)空間可以存放一張8點(diǎn)圖像數(shù)據(jù)。16色圖像兩個(gè)點(diǎn)需要1bit存儲(chǔ)；256色圖像每個(gè)點(diǎn)都需要1bit存儲(chǔ)。通過(guò)這種方式，可對(duì)不同顏色模式的圖像畫(huà)面進(jìn)行精確地描述。向量處理存儲(chǔ)出圖像數(shù)據(jù)的各點(diǎn)，主要對(duì)輪廓部分進(jìn)行存儲(chǔ)。例如，如果是一個(gè)圓形圖案，則會(huì)對(duì)圓心坐標(biāo)位置進(jìn)行存儲(chǔ)，也會(huì)對(duì)半徑長(zhǎng)度、邊線等進(jìn)行存儲(chǔ)。這種存儲(chǔ)方式時(shí)間需求較長(zhǎng)，壓縮方式比較復(fù)雜。但是圖片的顯示精度不會(huì)受到圖片縮放的影響，與位圖方式相比，這種方式對(duì)存儲(chǔ)空間的需求更小。所以，向量處理是一種適應(yīng)性較強(qiáng)的圖表存儲(chǔ)、工程設(shè)計(jì)工具，其他圖像文件很少采用向量處理的方式，包括攝影圖片等?？偟貋?lái)看，圖像就是對(duì)像素顏色值進(jìn)行記錄，然后組合各個(gè)像素點(diǎn)，進(jìn)而形成圖畫(huà)。矢量圖是對(duì)節(jié)點(diǎn)位置、曲線、顏色算法的保存，位圖占用的存儲(chǔ)空間相對(duì)較大，矢量圖顯示速度相對(duì)較慢。

2 計(jì)算機(jī)圖像處理在農(nóng)業(yè)工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀

在農(nóng)業(yè)工程中應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，可以監(jiān)測(cè)農(nóng)作物的生長(zhǎng)情況，也可以對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，進(jìn)而全面了解農(nóng)作物的生長(zhǎng)情況，根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行生產(chǎn)條件的調(diào)整和完善，確保農(nóng)作物產(chǎn)量的提高、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的提升。目前為止，農(nóng)業(yè)工程中雖然廣泛應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，且應(yīng)用效果比較明顯，但仍舊存在一些問(wèn)題，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行全面有效地分析，了解出現(xiàn)這些問(wèn)題的原因，并采取有效的改進(jìn)措施，這樣才能促進(jìn)農(nóng)業(yè)工程和計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

在果實(shí)采摘的過(guò)程中，可以使用識(shí)別技術(shù)，也可以采用精準(zhǔn)定位等技術(shù)。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程中，需要面對(duì)復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境，溫度、濕度、土壤等條件都會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成影響，通過(guò)圖像采集、精準(zhǔn)定位等技術(shù)可以對(duì)農(nóng)作物的長(zhǎng)勢(shì)進(jìn)行分析判斷，了解農(nóng)作物的需求，然后采取對(duì)應(yīng)的種植技術(shù)[2]。在技術(shù)應(yīng)用的過(guò)程中，可能還會(huì)受到各種干擾，造成識(shí)別系統(tǒng)無(wú)法正常發(fā)揮作用，進(jìn)而影響果實(shí)采摘的效率。遇到這些問(wèn)題，就需要從圖像識(shí)別的精準(zhǔn)度方面入手。在捕獲設(shè)備方面，主要對(duì)采摘時(shí)間、果實(shí)飽滿度、色澤等信息進(jìn)行整理分析，然后編制具體可靠的采摘程序，促進(jìn)采摘精準(zhǔn)度的提高。

采用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)可以了解果實(shí)表面情況、生長(zhǎng)形狀等參數(shù)，然后根據(jù)這些參數(shù)對(duì)作物質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)估，并且進(jìn)行等級(jí)劃分，判斷作物是否符合采摘要求。目前，果實(shí)采摘后主要采用人工分級(jí)的方式，需要投入大量的人工勞動(dòng)力，然后分類擺放各種果實(shí)，這會(huì)浪費(fèi)大量勞動(dòng)力資源。雖然已經(jīng)有了分選設(shè)備，但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，可能會(huì)受到表皮破損等因素的影響，無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確分析，因而需要配合人工挑選的方式。所以，在技術(shù)研究的過(guò)程中，要對(duì)智能化分級(jí)挑選進(jìn)行研究，促進(jìn)技術(shù)的突破。

3 計(jì)算機(jī)自動(dòng)化技術(shù)在農(nóng)業(yè)工程中的應(yīng)用

目前，在農(nóng)業(yè)工程中，計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)發(fā)揮了十分重要的作用，且主要是在生產(chǎn)設(shè)備中應(yīng)用。例如，我國(guó)西北地區(qū)廣泛種植農(nóng)作物，在農(nóng)作物種植的過(guò)程中，為了預(yù)防病蟲(chóng)害，需要噴灑農(nóng)藥。在這個(gè)過(guò)程中，如果采用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)噴灑農(nóng)藥，這樣既可以提升作物的產(chǎn)量，也能提高農(nóng)藥噴灑的效率，具有較高的性價(jià)比。在農(nóng)產(chǎn)品設(shè)備加工的過(guò)程中，對(duì)質(zhì)量有較高的要求，要對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，全面檢測(cè)。利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)線的各個(gè)工序進(jìn)行自動(dòng)化控制，除了特殊環(huán)節(jié)采用手動(dòng)設(shè)置的方式，其他環(huán)節(jié)都可以采用計(jì)算機(jī)控制的方式。該系統(tǒng)中需要設(shè)置反饋系統(tǒng)，根據(jù)生產(chǎn)線反饋結(jié)果，利用計(jì)算機(jī)處理技術(shù)控制各個(gè)環(huán)節(jié)。從水產(chǎn)品生產(chǎn)加工的方面來(lái)說(shuō)，通過(guò)視覺(jué)處理技術(shù)精準(zhǔn)定位切割技術(shù)，可以使產(chǎn)品外形更加均勻，提升產(chǎn)品外觀質(zhì)量，增加產(chǎn)品的附加價(jià)值[3]。此外，在果蔬包裝的過(guò)程中，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，可以自動(dòng)化控制烘烤溫度。由于烘烤溫度存在差異，所以加工食品顏色、口感也存在差異。如果要確保產(chǎn)品良好的外觀包裝，就要對(duì)產(chǎn)品色澤進(jìn)行調(diào)整。圖像處理技術(shù)正在向高速化、立體化的方向發(fā)展，完善的技術(shù)可以使圖像傳輸速度更快，也能提高圖像的清晰度。所以，要提高圖像刷新率，確保計(jì)算機(jī)可以對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別，根據(jù)指令操作，還要建立圖像處理標(biāo)準(zhǔn)，確保處理數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。在這個(gè)過(guò)程中，需要硬件設(shè)備、軟件設(shè)施之間的相互協(xié)調(diào)，為此，要建立一個(gè)良好的平臺(tái)，確保軟件可以不斷更新和完善。

4 計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)在農(nóng)業(yè)工程中的應(yīng)用

4.1 監(jiān)測(cè)農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程中，農(nóng)作物的生長(zhǎng)情況與農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量有直接關(guān)系。采用圖像處理技術(shù)，可以準(zhǔn)確掌握農(nóng)作物生長(zhǎng)趨勢(shì)，也能掌握周邊環(huán)境情況，包括土壤、水源等。通過(guò)這種方式對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行管理，可以保證農(nóng)作物擁有良好的生長(zhǎng)環(huán)境，有利于提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量，人們可以在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中存在的問(wèn)題，并采取有效的處理措施。

4.2 病蟲(chóng)害診斷

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程中，應(yīng)用圖像處理技術(shù)，可以對(duì)農(nóng)作物的病蟲(chóng)害問(wèn)題進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。與人工監(jiān)測(cè)進(jìn)行對(duì)比，圖像處理技術(shù)可以更加準(zhǔn)確、快捷地捕獲病蟲(chóng)害問(wèn)題，使診斷更加精準(zhǔn)有效。不僅如此，圖像處理技術(shù)也能降低監(jiān)測(cè)成本，結(jié)合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，可以促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)質(zhì)效的提升。

4.3 農(nóng)作物缺素識(shí)別

農(nóng)作物在生長(zhǎng)過(guò)程中需要各種微量元素以保障健康生長(zhǎng)，雖然農(nóng)作物可以在土壤、水分、空氣中獲取養(yǎng)分，但很多時(shí)候自然環(huán)境中的養(yǎng)分并不能完全滿足農(nóng)作物的生長(zhǎng)需求。所以，可以以圖像處理技術(shù)為基礎(chǔ)準(zhǔn)確獲取農(nóng)作物中的各個(gè)微量元素成分，了解農(nóng)作物中缺少的微量元素，進(jìn)而對(duì)農(nóng)作物的養(yǎng)分進(jìn)行合理調(diào)節(jié)，確保農(nóng)作物的健康生長(zhǎng)。

4.4 農(nóng)作物自動(dòng)收獲

目前，農(nóng)用機(jī)械種類在不斷增多，機(jī)械在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用也愈加廣泛，很大程度提升了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)質(zhì)效。以圖像處理技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，進(jìn)而達(dá)到自動(dòng)獲取農(nóng)作物的效果，這樣不僅可以減少人力成本的投入，還能提高農(nóng)作物收獲的效率。技術(shù)人員可以在機(jī)械設(shè)備上安裝攝像頭，通過(guò)攝像頭獲取作物圖像，然后利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行圖像分割、邊緣化處理，在圖像中提取有用的信息數(shù)據(jù)，根據(jù)分析結(jié)果選擇可收獲的農(nóng)作物，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化農(nóng)作物收獲[4]。例如，農(nóng)業(yè)專業(yè)的學(xué)者研究了一款以圖像處理技術(shù)為基礎(chǔ)的作物獲取系統(tǒng)，既可以進(jìn)行自動(dòng)采摘，也能在采摘的過(guò)程中自動(dòng)躲避障礙物。

4.5 農(nóng)作物加工存儲(chǔ)

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程中，不但要保障農(nóng)作物產(chǎn)量符合要求，還要做好農(nóng)產(chǎn)品的加工、存儲(chǔ)、運(yùn)輸?shù)裙ぷ?，保障農(nóng)業(yè)工程環(huán)節(jié)的完整性和完善性，促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)工程的整體進(jìn)步，增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益。為此，在農(nóng)產(chǎn)品存儲(chǔ)加工的過(guò)程中，可以采用計(jì)算機(jī)圖像處理的技術(shù)，發(fā)揮該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)作用，優(yōu)化加工處理環(huán)節(jié)，保證農(nóng)產(chǎn)品加工的質(zhì)量和效率。例如，利用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)設(shè)計(jì)自動(dòng)檢測(cè)裝置，對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的精度進(jìn)行精準(zhǔn)檢測(cè)，在加工的過(guò)程中可以發(fā)揮挑揀、分類的作用，提高加工效率和提升加工質(zhì)量。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)應(yīng)用十分廣泛，在農(nóng)業(yè)工程中發(fā)揮巨大的作用。從目前的情況來(lái)看，雖然該技術(shù)在應(yīng)用中還存在一定的缺陷，但也有很大的發(fā)展空間。因此，現(xiàn)實(shí)中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的研究，結(jié)合圖像處理技術(shù)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)工程向自動(dòng)化、智能化的方向發(fā)展，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效益。