鄒培煜

摘要 近些年來，人們對計算機(jī)應(yīng)用的不斷深入，使計算機(jī)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域發(fā)展中扮演著重要角色，利用計算機(jī)來對農(nóng)作物長勢進(jìn)行監(jiān)控，對于提高農(nóng)民經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展有著十分重要的意義?；谟嬎銠C(jī)視覺來研發(fā)一種用于農(nóng)作物長勢的監(jiān)控系統(tǒng)，能夠幫助農(nóng)民更好的了解農(nóng)作物的生長情況，使農(nóng)民能夠根據(jù)農(nóng)作物的長勢來采取更具針對性的種植或栽培技術(shù)，進(jìn)而達(dá)到增產(chǎn)增收的目的。為此，本文便對基于計算機(jī)視覺的農(nóng)作物長勢監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行深入的研究，以此探討其在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展中的相關(guān)應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞]計算機(jī)視覺 現(xiàn)代化農(nóng)業(yè) 農(nóng)作物監(jiān)控系統(tǒng)

我國現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展進(jìn)程的不斷推進(jìn)，使國家對現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展日益關(guān)注，由于城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，農(nóng)業(yè)用地正日趨減少，這也造成農(nóng)業(yè)供需矛盾不斷加劇，如何更好的對農(nóng)業(yè)耕種土地進(jìn)行合理利用，以更好的發(fā)展我國現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)，已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域可持續(xù)發(fā)展的重要話題。而在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中，數(shù)字化技術(shù)的進(jìn)步，為農(nóng)業(yè)土地的高效利用提供了可靠的技術(shù)支持，特別是農(nóng)作物長勢監(jiān)控系統(tǒng)的誕生，為農(nóng)作物的智能化、信息化種植創(chuàng)造了有利條件。

1 基于計算機(jī)視覺的農(nóng)作物長勢監(jiān)控系統(tǒng)原理及構(gòu)成

1.1 系統(tǒng)原理分析

在農(nóng)作物長勢監(jiān)控系統(tǒng)中，計算機(jī)視覺技術(shù)是系統(tǒng)中的核心技術(shù)，以計算機(jī)視覺技術(shù)來構(gòu)建農(nóng)作物長勢系統(tǒng)，能夠使農(nóng)民更好的了解農(nóng)作物的生長情況，并通過相關(guān)信息的處理與分析，來制定出科學(xué)的農(nóng)作物種植策略?；谟嬎銠C(jī)視覺的農(nóng)作物長勢監(jiān)控系統(tǒng)共由兩個部分組成，分別是植物工廠與基站，在植物工廠中設(shè)置有視頻采集系統(tǒng)與指令執(zhí)行系統(tǒng)，在基站中則包含有數(shù)據(jù)處理器、無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)及信息管理系統(tǒng)三個部分。在植物工廠中，利用視頻采集系統(tǒng)來對農(nóng)作物的生長過程圖像進(jìn)行拍攝，并生成相應(yīng)的視頻信號，利用無線傳輸系統(tǒng)發(fā)送到數(shù)據(jù)處理器當(dāng)中，由數(shù)據(jù)處理器中的專業(yè)計算機(jī)視覺軟件來對農(nóng)作物的生長圖像進(jìn)行分析，進(jìn)而提取出農(nóng)作物的顏色與形態(tài)特征，然后將這些特征信息傳輸給信息處理器，信息處理器會對這些接收到的特征信息進(jìn)行分析，以此判斷農(nóng)作物的生長潛力、病蟲害發(fā)生情況及其健康情況，然后提出相應(yīng)的控制命令來對農(nóng)作物的生長環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制指令在傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理器以后，會由無線傳輸系統(tǒng)將這些指令發(fā)送到指令執(zhí)行系統(tǒng)當(dāng)中，由指令執(zhí)行系統(tǒng)來執(zhí)行控制指令，進(jìn)而完成農(nóng)作物長勢的相關(guān)控制與調(diào)節(jié)，使農(nóng)作物最終實現(xiàn)增產(chǎn)增收目的。

1.2 系統(tǒng)構(gòu)成

在基于計算機(jī)視覺的農(nóng)作物長勢監(jiān)控系統(tǒng)中，植物工廠是其重要主體，利用植物工廠來對農(nóng)作物的溫度、光照等生長條件進(jìn)行精準(zhǔn)控制，能夠避免農(nóng)作物受到不良環(huán)境的影響。在植物工廠中，其視頻采集裝置選用的是CT-CA501型CCD攝像機(jī)，該攝像機(jī)的成像清晰，其像素能夠達(dá)到200萬以上，并且性能也較為穩(wěn)定，這使其能夠在不同農(nóng)作物的生長環(huán)境中進(jìn)行有效使用。指令執(zhí)行系統(tǒng)中則包含有不同類型的智能化調(diào)節(jié)設(shè)備，如智能化噴藥設(shè)備、智能化光溫調(diào)節(jié)設(shè)備、智能化施肥設(shè)備等，在該系統(tǒng)中，單片機(jī)能夠根據(jù)控制指令來實現(xiàn)這些設(shè)備的控制功能。無線傳輸系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)基站與植物工廠之間的視頻數(shù)據(jù)或命令傳遞功能，在無線傳輸系統(tǒng)中采用了FPGA調(diào)制模式，該系統(tǒng)能夠?qū)梢晹?shù)據(jù)及相關(guān)指令進(jìn)行可靠連續(xù)的傳遞。在農(nóng)作物長勢監(jiān)控系統(tǒng)中，其數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)主要是利用計算機(jī)來進(jìn)行數(shù)據(jù)處理工作的，在計算機(jī)中安裝有專業(yè)的農(nóng)作物生長數(shù)據(jù)分析軟件，并設(shè)置有診斷決策數(shù)據(jù)庫，以此確保計算機(jī)能夠?qū)r(nóng)作物數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，同時根據(jù)控制指令對農(nóng)作物在各個生長階段的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲。

2 農(nóng)作物長勢圖像的處理

在基于計算機(jī)視覺的農(nóng)作物長勢監(jiān)控系統(tǒng)中，計算機(jī)中安裝有MatLab工具箱，以便于計算機(jī)對攝像機(jī)拍攝的農(nóng)作物圖像進(jìn)行處理。為了使農(nóng)作物長勢的圖像能夠更加清晰，應(yīng)對攝像機(jī)拍攝的農(nóng)作物圖像進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理工作主要包括圖像平滑處理與灰度化處理，對于農(nóng)作物圖像來說，圖像中的顏色往往較多，這也使其會對目標(biāo)的識別產(chǎn)生一定干擾，因此需要依據(jù)農(nóng)作物的實際生產(chǎn)情況，利用RGB顏色模式中的加權(quán)平均數(shù)來充當(dāng)灰度化值，需要確保攝像機(jī)在對農(nóng)作物進(jìn)行拍攝時，農(nóng)作物自身處于靜止?fàn)顟B(tài)，并且光照強(qiáng)度要適中，應(yīng)通過2x2中值濾波法來對圖像中的噪音點進(jìn)行去除，以此實現(xiàn)圖像的平滑處理。在對農(nóng)作物圖像進(jìn)行預(yù)處理以后，還要根據(jù)預(yù)處理后的圖像來建立相應(yīng)的直方圖，同時根據(jù)農(nóng)作物區(qū)域和生長背景之間所產(chǎn)生的差異程度，通過分割閩值的方法來對圖像進(jìn)行灰度化分割，確定圖像中的最佳閾值，以便于圖像能夠有一個良好的識別效果，然后根據(jù)圖像中農(nóng)作物的生長高度、生長顏色來進(jìn)行分析，以判斷農(nóng)作物的長勢。在對農(nóng)作物生長圖像進(jìn)行識別時，應(yīng)將農(nóng)作物的最濯外接矩形長度當(dāng)作株高，而農(nóng)作物的生長顏色則可以GRB顏色模式中的顏色特征來作為參數(shù)，以此構(gòu)建模型，從而實現(xiàn)對農(nóng)作物生長情況的分析與預(yù)測。

3 結(jié)語

總而言之，基于計算機(jī)視覺技術(shù)來構(gòu)建農(nóng)作物長勢監(jiān)控系統(tǒng)，不僅能夠使農(nóng)民更好的掌握農(nóng)作物的生長情況，提高了農(nóng)作物種植的科學(xué)性，同時也在很大程度上節(jié)省了人力物力投入，實現(xiàn)了對農(nóng)作物的科學(xué)種植，進(jìn)而使農(nóng)作物的產(chǎn)量大幅提升，增加了農(nóng)民的收入。由此可見，在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展中，基于計算機(jī)視覺的農(nóng)作物長勢監(jiān)控系統(tǒng)必將具備廣闊的發(fā)展前景。

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