計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在農(nóng)作物病蟲害檢測(cè)中的運(yùn)用研究

摘要：現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展更趨集約化、信息化，這為計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的運(yùn)用提供了空間。以算機(jī)視覺技術(shù)在農(nóng)作物病蟲害檢測(cè)中的運(yùn)用優(yōu)勢(shì)為切入點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上分析其具體運(yùn)用方法，包括建設(shè)信息作業(yè)系統(tǒng)、強(qiáng)調(diào)信息采集、運(yùn)用可視化技術(shù)、重視信息復(fù)用等內(nèi)容。最后就該技術(shù)在農(nóng)作物病蟲害檢測(cè)中的未來運(yùn)用進(jìn)行展望，一方面客觀呈現(xiàn)技術(shù)優(yōu)勢(shì)、特點(diǎn)，另一方面為其發(fā)揮價(jià)值提供必要參考。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)農(nóng)作物病蟲害檢測(cè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

中圖分類號(hào)：TP391.41

ResearchontheApplicationofComputerVisionTechnologyinCropDiseaseandPestDetection

LIUYi

HunanVocationalCollegeofScienceandTechnology，Changsha，HunanProvince，410004China

Abstract：Thedevelopmentofmodernagricultureisbecomingmoreintensiveandinformation-based，whichprovidesspacefortheapplicationofComputerVisiontechnology.ThisarticletakestheadvantagesofComputerVisiontechnologyincroppestanddiseasedetectionasthestartingpoint，andanalyzesitsspecificapplicationmethodsonthisbasis，includingtheconstructionofinformationoperationsystems，emphasisoninformationcollection，applicationofvisualizationtechnology，andemphasisoninformationreuse.Finally，thefutureapplicationofthistechnologyincroppestanddiseasedetectionisprospected.Ontheonehandobjectivelypresentingitsadvantagesandcharacteristics，andontheotherhandprovidingnecessaryreferencesforitsvalue.

KeyWords：ComputerVisiontechnology;Crops;Diseaseandpestdetection;Agriculturalproduction

計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)（ComputerVisionTechnology）是指用攝影機(jī)和電腦代替人眼對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別、跟蹤和測(cè)量等機(jī)器視覺，并進(jìn)一步做圖形處理，使電腦處理成為更適合人眼觀察或傳送給儀器檢測(cè)的圖像?，F(xiàn)代社會(huì)持續(xù)發(fā)展使計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的價(jià)值更顯突出，也在更多領(lǐng)域得到運(yùn)用、關(guān)注，包括農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工作在內(nèi)。現(xiàn)狀上看，農(nóng)作物病蟲害檢測(cè)工作影響其生產(chǎn)效益，是需要關(guān)注的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)能夠在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮作用，也可應(yīng)用于農(nóng)作物病蟲害檢測(cè)[1]。以促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展為目標(biāo)，分析計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在農(nóng)作物病蟲害檢測(cè)中的運(yùn)用優(yōu)勢(shì)、方法等，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1視覺技術(shù)在病蟲害檢測(cè)中的運(yùn)用優(yōu)勢(shì)

1.1效率高

計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在農(nóng)作物病蟲害檢測(cè)中的運(yùn)用，直接優(yōu)勢(shì)在于效率較高。從特點(diǎn)上看，傳統(tǒng)的農(nóng)作物病蟲害檢測(cè)需要現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，由技術(shù)人員根據(jù)常見病蟲害特點(diǎn)進(jìn)行分析，逐一查看農(nóng)作物是否染病、出現(xiàn)蟲害，效率相對(duì)有限。借助計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)組織農(nóng)作物病蟲害檢測(cè)，可以遠(yuǎn)程進(jìn)行信息采集和分析，同步進(jìn)行多個(gè)農(nóng)作物植株的信息采集，快速完成大范圍內(nèi)信息初步分析，對(duì)疑似病株、蟲害進(jìn)行檢查時(shí)，也能利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)提前做好標(biāo)示、實(shí)時(shí)跟蹤，提升農(nóng)作物病蟲害檢測(cè)的基本效率[2]。值得注意的是，利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)組織農(nóng)作物病蟲害檢測(cè)時(shí)，形成的工作資料可以反復(fù)應(yīng)用，免去了重復(fù)收集信息的困擾，也能提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工作的綜合效率[3]。

1.2直觀性強(qiáng)

直觀性強(qiáng)是計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的基本特點(diǎn)，以現(xiàn)場(chǎng)采集形式對(duì)各類原始信息進(jìn)行收集后，可通過計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)化，由技術(shù)人員根據(jù)數(shù)字化信息進(jìn)行分析判斷，以了解農(nóng)作物是否受到病蟲害侵襲[4]。與常規(guī)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)相比，計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的效率高，可以遠(yuǎn)程開展，與文字描述、二維圖片檢測(cè)技術(shù)相比，計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的直觀性更高，可以同步對(duì)多類信息進(jìn)行分析和處理，快速完成農(nóng)作物病蟲害檢測(cè)。一些清晰度較高的現(xiàn)場(chǎng)采集終端、多鏈路工作系統(tǒng)，能夠向多個(gè)主體提供直觀清晰的現(xiàn)場(chǎng)信息，以服務(wù)農(nóng)作物病蟲害檢測(cè)[5]。

1.3適用性廣泛

在農(nóng)作物病蟲害檢測(cè)工作中運(yùn)用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，可以發(fā)揮其適用性較廣泛的優(yōu)勢(shì)，為各地、各區(qū)域的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)提供支持。從原理上看，計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)主要關(guān)注現(xiàn)場(chǎng)終端采集技術(shù)、遠(yuǎn)程端數(shù)字化處理技術(shù)、可視化技術(shù)的聯(lián)動(dòng)，形成可以滿足農(nóng)作物生長(zhǎng)、健康態(tài)勢(shì)實(shí)時(shí)分析的工作系統(tǒng)，這意味著針對(duì)玉米、水稻病蟲害檢測(cè)需求建設(shè)的計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)系統(tǒng)，也滿足小麥、大豆、馬鈴薯等農(nóng)作物的生產(chǎn)工作需要。此外，農(nóng)作物病蟲害檢測(cè)所需的技術(shù)系統(tǒng)雖然復(fù)雜，但計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的實(shí)現(xiàn)難度并不高，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、遠(yuǎn)程跟蹤所需的技術(shù)設(shè)備要求相對(duì)不高，各地基本均可滿足技術(shù)、經(jīng)濟(jì)方面的工作需要，進(jìn)一步為計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在農(nóng)作物病蟲害檢測(cè)中的運(yùn)用提供了保障。

2視覺技術(shù)在農(nóng)作物病蟲害檢測(cè)中的運(yùn)用

2.1建設(shè)信息作業(yè)系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在農(nóng)作物病蟲害檢測(cè)中的運(yùn)用應(yīng)強(qiáng)調(diào)來自信息技術(shù)的支持，這要求在組織檢測(cè)前，建設(shè)信息作業(yè)系統(tǒng)，包括遠(yuǎn)程作業(yè)系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)工作系統(tǒng)在內(nèi)。遠(yuǎn)程作業(yè)系統(tǒng)主要面向農(nóng)田或試驗(yàn)田無(wú)差別開展檢測(cè)，重點(diǎn)為保證信息采集全面化，現(xiàn)場(chǎng)工作系統(tǒng)主要面向疑似出現(xiàn)病蟲害的植物開展檢測(cè)，重點(diǎn)為提升檢測(cè)的針對(duì)性和清晰化視頻。

按照?qǐng)D1所示模式，農(nóng)作物信息通過不同的采集設(shè)施進(jìn)行收集，包括田間傳感器、監(jiān)控器等，所有信息以遠(yuǎn)程通信的方式提供給遠(yuǎn)程端，由后者進(jìn)行可視化檢測(cè)并處理檢測(cè)結(jié)果。例如：檢測(cè)對(duì)象為水稻，檢測(cè)目標(biāo)為根腐病，需要通過監(jiān)控器提供水稻根莖區(qū)域的一般信息，并利用傳感器收集濕度信息，相關(guān)參數(shù)提供給遠(yuǎn)程端后，可由技術(shù)人員借助影像資料進(jìn)行病蟲害（根腐病病害）分析，以評(píng)估其是否出現(xiàn)根腐病，或跟蹤根腐病的進(jìn)展、控制情況。

現(xiàn)場(chǎng)工作系統(tǒng)的框架與此相似，但更關(guān)注精細(xì)化、針對(duì)化，能夠結(jié)合病蟲害一般信息，完成精準(zhǔn)辨識(shí)和處理。

按照?qǐng)D2所示模式，利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)針對(duì)單株農(nóng)作物進(jìn)行病蟲害檢測(cè)時(shí)，需要借助現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備，對(duì)目標(biāo)農(nóng)作物進(jìn)行信息采集，形成的檢測(cè)結(jié)果可直接利用設(shè)備完成數(shù)字轉(zhuǎn)化，形成可視化資源，分析是否存在病蟲害，做病蟲害類別的判斷。技術(shù)人員也可以根據(jù)單株農(nóng)作物的基本信息進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)分析，將結(jié)果錄入數(shù)據(jù)庫(kù)。如針對(duì)馬鈴薯蚜蟲的檢測(cè)，可以利用現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施形成三維或二維的信息圖像，并加以保存，根據(jù)圖像資源判斷蟲害是否為蚜蟲，分析病害嚴(yán)重情況，形成分析報(bào)告，服務(wù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和未來蟲害控制工作。

2.2強(qiáng)調(diào)信息采集

計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在農(nóng)作物病蟲害檢測(cè)中的運(yùn)用，需要關(guān)注信息的高質(zhì)量采集，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)信息采集質(zhì)量和全面性。

以提升信息采集質(zhì)量為目標(biāo)，需要加強(qiáng)信息化設(shè)施、技術(shù)的運(yùn)用，遠(yuǎn)程端的信息采集，應(yīng)保證傳感器、監(jiān)控器等裝置的性能，如監(jiān)控器所獲取的圖像，其清晰度應(yīng)達(dá)到480p以上，如果條件允許應(yīng)達(dá)到720p以上，以便工作人員根據(jù)圖像信息判斷農(nóng)作物是否出現(xiàn)病蟲害，早期加以干預(yù)?，F(xiàn)場(chǎng)端的信息采集也應(yīng)關(guān)注全面化。由于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)針對(duì)性已經(jīng)較強(qiáng)，以提升信息采集質(zhì)量為目標(biāo)，需要關(guān)注使用性能比較優(yōu)越的計(jì)算機(jī)，以快速對(duì)原始信息進(jìn)行整合，形成完善的三維化檢測(cè)圖像。要求計(jì)算機(jī)的虛擬內(nèi)存達(dá)到32GB以上，顯存達(dá)到16GB以上，以快速處理采集設(shè)施獲取的現(xiàn)場(chǎng)信息，完成模型搭建。如果計(jì)算機(jī)需要獨(dú)立承擔(dān)檢測(cè)結(jié)果的保存任務(wù)，其磁盤空間也應(yīng)達(dá)到2TB以上。反之達(dá)到512GB即可。此外，現(xiàn)場(chǎng)信息采集應(yīng)使用高精度的光學(xué)設(shè)備，以滿足真菌病害信息的采集質(zhì)量。

2.3運(yùn)用獨(dú)立的可視化技術(shù)

可視化技術(shù)本身屬于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)范圍內(nèi)的一個(gè)分支，出于提升農(nóng)作物病蟲害檢測(cè)質(zhì)量的目的，還應(yīng)運(yùn)用獨(dú)立的可視化技術(shù)，形成多維度檢測(cè)模式，包括現(xiàn)場(chǎng)多主體檢測(cè)、獨(dú)立遠(yuǎn)程可視化檢測(cè)兩個(gè)方面。

現(xiàn)場(chǎng)多主體檢測(cè)的重點(diǎn)，在于配置滿足病蟲害檢測(cè)的多臺(tái)設(shè)備，并保證每臺(tái)設(shè)備均可獨(dú)立完成工作?？梢越柚F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)進(jìn)行設(shè)備處理，以總線設(shè)備分別為可視化設(shè)施（如計(jì)算機(jī)或便攜設(shè)施）提供通信線路，在現(xiàn)場(chǎng)組織農(nóng)作物病蟲害檢測(cè)時(shí)，不同設(shè)備分別提供不同視角的檢測(cè)信息，包括植物根系、葉片、莖部等，以便檢測(cè)人員有針對(duì)性地進(jìn)行不同區(qū)域病害、蟲害的分析。獨(dú)立遠(yuǎn)程可視化檢測(cè)與此不同，部分農(nóng)作物可能面臨高傳染性病害、蟲害的威脅，現(xiàn)場(chǎng)工作人員不能準(zhǔn)確進(jìn)行判斷，可以將檢測(cè)工作形成的原始信息或結(jié)構(gòu)化三維信息，以數(shù)字化形式提供給遠(yuǎn)程端權(quán)威工作者，如上級(jí)農(nóng)業(yè)部門、專業(yè)性較強(qiáng)的檢測(cè)中心等，由后者以獨(dú)立可視化技術(shù)進(jìn)行信息分析，出具更高質(zhì)量的檢測(cè)報(bào)告，精準(zhǔn)完成農(nóng)作物病蟲害檢測(cè)。

2.4建設(shè)數(shù)據(jù)庫(kù)

為進(jìn)一步發(fā)揮計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在農(nóng)作物病蟲害檢測(cè)中的運(yùn)用價(jià)值，還應(yīng)在工作中加強(qiáng)數(shù)據(jù)局建設(shè)，以實(shí)現(xiàn)信息的保存和復(fù)用。

數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)建議采用分庫(kù)制度，建設(shè)以年份、月份、日期、檢測(cè)對(duì)象為分層標(biāo)準(zhǔn)的信息庫(kù)。年份即“2024年”“2023年”等總庫(kù)，在此之下根據(jù)月份、日期建設(shè)二級(jí)庫(kù)、三級(jí)庫(kù)，考慮到農(nóng)作物病蟲害檢測(cè)的對(duì)象各有不同，還應(yīng)建設(shè)四級(jí)分庫(kù)，如玉米檢測(cè)結(jié)果、南瓜檢測(cè)結(jié)果等。所有數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)包括至少三類信息：一是文字信息，即檢測(cè)對(duì)象編號(hào)、結(jié)果、檢測(cè)人員等；二是圖像信息，如病害的典型表現(xiàn)、蟲害規(guī)模和害蟲外觀等；三是視頻資源，以檢測(cè)工作過程、成果等作為基礎(chǔ)，通過視頻更客觀、全面地呈現(xiàn)農(nóng)作物病害、蟲害信息。分層數(shù)據(jù)庫(kù)以及豐富的資源有助于數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)信息的反復(fù)使用。

3視覺技術(shù)在病蟲害檢測(cè)中的運(yùn)用展望

3.1智能檢測(cè)

未來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)作物病蟲害檢測(cè)依然需要來自計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的支持，但技術(shù)的進(jìn)度可能帶來更多變化，使該技術(shù)的運(yùn)用更具效率、質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)，尤其是智能技術(shù)的運(yùn)用。實(shí)際工作中，可建立智能檢測(cè)模式，利用計(jì)算機(jī)程序完成常見病蟲害信息的記錄，在檢測(cè)過程中通過對(duì)照分析的方式快速完成信息匹配，精準(zhǔn)進(jìn)行病蟲害判斷、辨識(shí)，其過程則以計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)加以呈現(xiàn)，便于技術(shù)人員組織干預(yù)和人工分析，改善計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)應(yīng)用效率，服務(wù)農(nóng)作物病蟲害檢測(cè)。

3.2信息共享

出于改善農(nóng)作物病蟲害檢測(cè)工作效益的目的，應(yīng)在應(yīng)用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)時(shí)關(guān)注信息采集和共享。各地完成檢測(cè)后，應(yīng)對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行數(shù)字化處理，形成數(shù)字化資源，在本地以及臨時(shí)地區(qū)共享，以計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)呈現(xiàn)本地的檢測(cè)工作成果、經(jīng)驗(yàn)，改善各地運(yùn)用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)進(jìn)行農(nóng)作物病蟲害檢測(cè)的能力，減少重復(fù)性工作的困擾，積極助力農(nóng)業(yè)技術(shù)運(yùn)用和產(chǎn)業(yè)建設(shè)。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在農(nóng)作物病蟲害檢測(cè)中的運(yùn)用優(yōu)勢(shì)突出，具有效率高、直觀性強(qiáng)、適用性廣特點(diǎn)，且符合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展特點(diǎn)，未來工作中應(yīng)予以更多重視。方法施工看，農(nóng)作物病蟲害檢測(cè)中運(yùn)用算機(jī)視覺技術(shù)，應(yīng)首先建設(shè)信息作業(yè)系統(tǒng)，同時(shí)強(qiáng)調(diào)信息采集、運(yùn)用可視化技術(shù)，確保技術(shù)優(yōu)勢(shì)得到發(fā)揮。未來算機(jī)視覺技術(shù)在農(nóng)作物病蟲害檢測(cè)中的運(yùn)用可能更趨智能化，并關(guān)注提升信息共享效應(yīng)，提升農(nóng)作物病蟲害檢測(cè)質(zhì)量，服務(wù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)。

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