程鐵生

數(shù)字圖像處理技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用及發(fā)展

程鐵生

（荊楚理工學(xué)院湖北荊門448000）

隨著互聯(lián)網(wǎng)思維與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字圖像處理技術(shù)被廣泛運(yùn)用在了生產(chǎn)生活的各個(gè)方面，特別在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，圖像技術(shù)不但促進(jìn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)化，也極大地提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，對(duì)此，文章探討了數(shù)字圖像處理技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀與未來發(fā)展，對(duì)發(fā)展科技化新農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的研究有著重要意義。

數(shù)字圖像；處理技術(shù)；農(nóng)業(yè)；應(yīng)用；發(fā)展

計(jì)算機(jī)設(shè)備性能的提升日新月異，數(shù)字圖像捕獲及處理技術(shù)依托于此亦高速發(fā)展，在原有技術(shù)的基礎(chǔ)上取得了巨大的技術(shù)進(jìn)步，如今，數(shù)字圖像處理技術(shù)被廣泛運(yùn)用到了農(nóng)業(yè)工程、醫(yī)學(xué)工程、生物工程以及通訊工程等各個(gè)領(lǐng)域，研究數(shù)字圖像處理技術(shù)，利用技術(shù)發(fā)展優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)社會(huì)生產(chǎn)進(jìn)步，為社會(huì)生活帶來更加便捷的生活方式。

1 數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展

1.1 數(shù)字圖像處理技術(shù)的概念

早在20世紀(jì)60年代，數(shù)字圖像處理技術(shù)已然正式成為一門學(xué)科進(jìn)入人們視野，相較于對(duì)語言文字的處理，對(duì)圖像的處理分析技術(shù)更為復(fù)雜，主要過程就是對(duì)圖像增強(qiáng)、分割、復(fù)原、編碼以及壓縮，進(jìn)而呈現(xiàn)圖像信息，以滿足對(duì)圖像的多元化需求。

1.2 數(shù)字圖像處理技術(shù)的特點(diǎn)與運(yùn)用

圖像是很直觀與主觀的信息再現(xiàn)形式，人類主觀評(píng)價(jià)對(duì)于圖像技術(shù)的推動(dòng)影響巨大，人們亟需從圖像中獲取哪些訊息，數(shù)字圖像處理技術(shù)便會(huì)自主向該方面進(jìn)行技術(shù)研發(fā)；再者，圖像處理技術(shù)依托于良好的硬件設(shè)施，對(duì)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度與內(nèi)存大小要求較高，在進(jìn)行圖像二維數(shù)據(jù)時(shí)，計(jì)算機(jī)性能成為數(shù)字圖像處理技術(shù)施展的基礎(chǔ)；最后，比起文字處理，圖像處理技術(shù)更多維，無論是圖像像素還是可壓縮性都是在處理圖像中需要納入考慮的點(diǎn)。

圖像數(shù)據(jù)處理技術(shù)在現(xiàn)代社會(huì)的運(yùn)用非常廣泛，以在醫(yī)學(xué)上的運(yùn)用為例，我們常見的彩超、胸透等儀器來輸出X光圖像、心電分析以及超聲波圖都是以圖像為主，醫(yī)生通過圖像診斷病情，確保診斷結(jié)果更加準(zhǔn)確，方便開展針對(duì)性治療；在通訊工程中，電視畫面的呈現(xiàn)的過程是由發(fā)出影響信息的端口進(jìn)行圖像信息進(jìn)行編碼壓縮處理，通過數(shù)據(jù)傳輸后再次進(jìn)行轉(zhuǎn)化，數(shù)據(jù)出現(xiàn)在電視以及網(wǎng)絡(luò)上時(shí)便為圖像畫面。

2 農(nóng)業(yè)中運(yùn)用的數(shù)字圖像處理技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展

2.1 數(shù)字圖像處理技術(shù)再農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

2.1.1 產(chǎn)品收獲中的數(shù)字圖像處理

受光照、土壤、種子質(zhì)量等多方面因素的影響，農(nóng)產(chǎn)品果實(shí)成熟時(shí)點(diǎn)不盡相同，如若在果實(shí)采集過程中精準(zhǔn)定位，準(zhǔn)確地捕捉成熟果實(shí)定位，為采集過程提供參數(shù)，能極大地促進(jìn)采集環(huán)節(jié)的順利進(jìn)行，故在農(nóng)產(chǎn)品收獲過程中對(duì)作物的圖像檢測(cè)，自動(dòng)識(shí)別篩選成熟果實(shí)的圖像處理技術(shù)顯得尤為重要，為滿足此項(xiàng)需求，不少研發(fā)單位研制自動(dòng)采摘識(shí)別儀器來優(yōu)化成長(zhǎng)采收流程（見圖1），數(shù)字圖像處理技術(shù)難題在其中主要提現(xiàn)在以下兩方面：① 準(zhǔn)確定位成熟農(nóng)作物，儀器捕捉成像，室外作業(yè)通常受天氣因素限制，無論是陽光充裕的晴天，還是小雨綿綿的陰天，對(duì)儀器采像靈活便提出了要求，在此類常態(tài)天氣情況下儀器處理圖像的成功率都是目前技術(shù)需要攻克的難題，避免外部光源的干擾，對(duì)農(nóng)作物輪廓捕捉成功率提高，在技術(shù)上有更進(jìn)一步的要求；②區(qū)分障礙物，采摘儀器在運(yùn)行過程中通過顏色識(shí)別技術(shù)區(qū)分果實(shí)和其他事物，而市面上大多數(shù)水果果實(shí)顏色鮮艷，儀器辨認(rèn)技術(shù)需求較為簡(jiǎn)單，涉及顏色較深不易與枝干區(qū)分的部分則要獲得更高水準(zhǔn)的技術(shù)支持，在識(shí)別時(shí)對(duì)儀器數(shù)字圖像處理要求能夠?qū)⑼瞪珘K作更加細(xì)膩的區(qū)分。

圖1

2.1.2 識(shí)別農(nóng)作物顏色

顏色是最容易給農(nóng)作物品質(zhì)分級(jí)的外表特征，通過數(shù)字圖像技術(shù)采集以及分析顏色性狀成為區(qū)分作物是否優(yōu)質(zhì)的一道檢測(cè)機(jī)制，以檢測(cè)玉米品質(zhì)為例，分析玉米粒顏色飽和度以及感光度等多個(gè)圖像指標(biāo)，可以作為玉米粒甜度、細(xì)膩度的質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，為玉米質(zhì)檢系統(tǒng)化規(guī)范化發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。通過視覺效果系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別作物表面色彩，所識(shí)別的色彩精細(xì)化程度越高，對(duì)后期大數(shù)據(jù)匹配分析的精確度提升越強(qiáng)，但在此過程中，色度并數(shù)字非圖像中唯一反應(yīng)出來的衡量因素，其中反應(yīng)出來的色彩通透性、光影飽和度等都可以成為數(shù)字圖像上反饋的變量對(duì)象，在實(shí)例中，李慶中老師就通過此原理編制了蘋果顏色自動(dòng)分級(jí)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠在相同的檢測(cè)時(shí)段內(nèi)取得對(duì)象四面的可見光以及紅外光譜的匯集信息，特征參數(shù)為7個(gè)頻度的平均數(shù)值，借助bp-神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行識(shí)別，將精準(zhǔn)度提高到了90 %。

2.1.3 監(jiān)測(cè)農(nóng)作物形狀與尺寸，識(shí)別缺陷損傷作物。

技術(shù)的突破使得數(shù)字圖像不再拘泥于靜態(tài)圖像，對(duì)圖像的處理技術(shù)運(yùn)用在動(dòng)態(tài)圖像中使得對(duì)農(nóng)產(chǎn)品生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)有著深遠(yuǎn)的影響。作物長(zhǎng)勢(shì)是每個(gè)農(nóng)業(yè)種植者時(shí)刻關(guān)注的重要因素，作物的關(guān)鍵生長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)決定著最終收成的好壞，這就需要農(nóng)產(chǎn)品種植者利用技術(shù)手段來進(jìn)行這一生產(chǎn)活動(dòng)，其中數(shù)字圖像處理技術(shù)能夠很好得做到這一點(diǎn)：監(jiān)控儀器保持全天記錄候作物長(zhǎng)勢(shì)情況，作物形狀和大小被及時(shí)錄入圖像系統(tǒng)（見圖表2），遙感技術(shù)對(duì)閾值外的數(shù)值保持警惕，時(shí)刻提醒種植人員作物種植環(huán)境變化，亦利于后期人員回顧、總結(jié)種植經(jīng)驗(yàn)。我國(guó)在1998年已經(jīng)建立了國(guó)家級(jí)農(nóng)情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要就會(huì)依托于數(shù)字圖像處理技術(shù)和遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)。

圖表2

玉米粒顏色略帶紅色的黃玉米種皮為白色，包括略帶淡黃色或粉紅色外觀烏黑發(fā)亮 玉米種類黃玉米白玉米黑玉米

傳統(tǒng)檢查作物病害方式為人工手查法，該手段所耗費(fèi)的人力資源巨大，且花費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)，統(tǒng)計(jì)反饋數(shù)據(jù)不能及時(shí)更新，基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的現(xiàn)代化儀器的研發(fā)，識(shí)別缺陷作物的及時(shí)性與準(zhǔn)確性得到大幅提升，我國(guó)技術(shù)學(xué)者利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與圖像處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)了青菜葉部的病蟲監(jiān)測(cè)，在實(shí)驗(yàn)過程中，該技術(shù)的識(shí)別精準(zhǔn)度能夠達(dá)到96 %，實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)表明作物圖像經(jīng)技術(shù)化手段處理后能夠明顯得突出病斑部分，對(duì)于病變的部位、大小以及其他性狀能夠呈現(xiàn)得更為直觀。

2.2 未來數(shù)字圖像處理技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的發(fā)展

軟件硬件同步發(fā)展，計(jì)算機(jī)硬件設(shè)施是數(shù)字圖像處理技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，更高清晰度、更高傳輸速度和多維化成像是未來數(shù)字圖像處理技術(shù)的追求，只有硬件系統(tǒng)的提高才能滿足軟件系統(tǒng)的發(fā)展，這就需要計(jì)算機(jī)處理速度要快，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化率要提高，成像才能更精確；二維圖像已經(jīng)不能滿足當(dāng)前的現(xiàn)實(shí)需要，三維成像技術(shù)在醫(yī)學(xué)、計(jì)算機(jī)領(lǐng)域已經(jīng)有初步進(jìn)展，這一技術(shù)同樣適用于農(nóng)業(yè)發(fā)展，將三維圖像廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)，將利于農(nóng)業(yè)實(shí)際操作，虛擬農(nóng)業(yè)將農(nóng)業(yè)科學(xué)與信息技術(shù)相結(jié)合，開辟了農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究和應(yīng)用的新領(lǐng)域，增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)人員用戶體驗(yàn)，這將會(huì)是之后農(nóng)業(yè)信息發(fā)展的重要方向。

3 小結(jié)

數(shù)字圖像處理技術(shù)被廣泛地運(yùn)用在了農(nóng)業(yè)的方方面面，對(duì)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)水平現(xiàn)代化有著重要意義，該技術(shù)不是被運(yùn)用在哪一個(gè)環(huán)節(jié)，而是始終貫穿在農(nóng)業(yè)種植整個(gè)過程，對(duì)作物生長(zhǎng)、病變蟲害、果實(shí)收獲等方面都能實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，但目前看來我國(guó)數(shù)字圖像處理技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用起步較晚，這需要加緊對(duì)農(nóng)業(yè)與科學(xué)技術(shù)結(jié)合的雙向人才培養(yǎng)以及對(duì)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)項(xiàng)目理論水平與實(shí)驗(yàn)水平的重點(diǎn)關(guān)注，進(jìn)而使我國(guó)在農(nóng)業(yè)技術(shù)上躋身技術(shù)強(qiáng)國(guó)之列。

[1]袁長(zhǎng)斌.數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)探析[J].電子技術(shù)與軟件工程,2016(02):83.

[2]李冬,薛齡季軒,姜珊,等.數(shù)字圖像處理技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用及發(fā)展前景[J].黑龍江科技信息,2016(30):165-166.

[3]景學(xué)紅.數(shù)字圖像處理技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)分析[J].數(shù)字通信世界,2019(06)32-33.

[4]解睿.數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀問題研究[J].數(shù)字通信世界,2019(06):130.

程鐵生（1996- ），男，漢族，湖北大冶人，本科在讀，研究方向：數(shù)字圖像處理。

S126

C

2095-1205(2019)09-68-02

10.3969/j.issn.2095-1205.2019.09.38