尹　魁

試論計算機視覺技術在農業(yè)自動化中的應用

尹魁

（湖南財經(jīng)工業(yè)職業(yè)技術學院湖南衡陽421002）

現(xiàn)如今，計算機視覺技術已經(jīng)越來越多地融入到生活中，文章對這一技術在農業(yè)方面的生產使用進行了介紹，對未來在農業(yè)生產中的應用前景進行了展望。

計算機視覺技術；農業(yè)生產；農業(yè)自動化；圖像處理

1 計算機視覺技術的基本內容

計算機視覺的英文釋義即Computervision，從字面可以看出計算機視覺也可以解釋為機器視覺。這是一門近些年來新興的類似于仿生學的學科，即利用計算機來試圖模擬人的感官所傳達的感受。目前大部分的計算機視覺系統(tǒng)是由以下幾個主要組成部分構成的（如圖1），專業(yè)的CCD攝像機主要負責將分析中所需要的圖像進行記錄的同時轉化成為數(shù)字信號，究其根本，CCD攝像機的本質即為一個光電傳感器，主要負責記錄它所感受到的變化并且將其以數(shù)字信號的方式轉換出去，而負責將記錄下來的感受轉換成數(shù)字化的是圖像采集卡，它位于計算機內部，負責將攝像機記錄下來的圖像轉換為數(shù)字信號，而后這些被記錄下來的數(shù)字信號將會由計算機進行進一步的處理與分析，得到相應的結論。圖中的光照系統(tǒng)顧名思義就是為了給攝像機工作過程中提供充足的光線，保證亮度來為后期的數(shù)據(jù)分析提供條件。

圖1　計算機視覺系統(tǒng)的組成

2 計算機視覺技術在農業(yè)自動化中的應用

2.1 田間作業(yè)時自動化技術的應用

2.1.1 農作物的行列識別

在農作物的種植過程中，需要農用機器人在田間行走,來替代農業(yè)勞動者進行繁復的農業(yè)勞動，因此為了將農用機器人在田間行走對作物造成的影響最小，所以研究人員開發(fā)出來了一種利用田地傳輸過來的圖像的方式來進行數(shù)據(jù)分析處理，而后根據(jù)得到的處理結果判斷農機器人與田間作物之間的相對距離與位置的技術。簡單來說，就是利用相應的數(shù)據(jù)處理方式將攝像機所感受到的圖像信息進行相應的后期處理之后設定對應的感光度和色彩值，并將其設定成為基本條件，之后處理農作物圖像設定相應的臨界值，從畫面中間出發(fā)至兩邊通過篩選得出邊界點，從而得出農用機器人和田間作物的位置關系，確定農用機器人在田間行走的位置，有效避開秧苗，避免對經(jīng)濟作為造成不必要的傷害。而這種技術，在進行了一定的實驗驗證之后，通過實際的實驗可以看出，這種方法的準確率和精度都較高，是一種十分有效的措施。

2.1.2 田間作業(yè)時的植株保護

在田間作業(yè)對農作物進行農藥噴灑時，為了精確的噴灑農藥需要精準的區(qū)分秧苗與雜草，以免勿噴農藥造成秧苗死亡、雜草消除不干凈等直接、間接的經(jīng)濟損失，因此需要精確的區(qū)分有效的經(jīng)濟作物和田間的雜草，因此針對這一具體的而又實際的問題，現(xiàn)今研究人員正在利用計算機視覺技術來通過數(shù)字圖像傳輸來區(qū)分田間作物與雜草。利用計算機處理過的圖像來精準區(qū)分玉米田中的玉米秧苗和其他雜草和更為精確的記錄單位面積田地中的雜草數(shù)量和種類，還可以準確的確定雜草的種類的數(shù)量、生長高度等相應的數(shù)據(jù)，可以對癥下藥在精確去除雜草的同時還能有效并且準確的避開經(jīng)濟作物的位置，將田間作業(yè)時的高效性與準確性發(fā)揮到最大的范圍，為經(jīng)濟作物提供一個良好舒適健康有效的生長環(huán)境，最大限度的提升農產品的產量。

2.2 在檢測種子資源時的應用

農作物的生長情況和最初的種子狀況有直接的聯(lián)系，作物種子的完整程度就是保證作物生長狀況的第一道關卡。因此，一部分研究人員開始利用計算機視覺這一技術手段來保證種子的完整度。Zayas和其他相應實驗人員通過計算機視覺系統(tǒng)來對一些小麥圖片進行數(shù)據(jù)分析和資料分類統(tǒng)計，在他們提取的一些相應的參數(shù)中可以區(qū)分來開小麥種子和其他植物的種子，并且根據(jù)種子長度、寬度色澤的區(qū)別可以判斷出小麥的生長狀況。

2.3 在對農產品進行分級和加工過程中的應用

2.3.1 對農產品進行分級

在對農產品進行主要是利用計算機視覺系統(tǒng)來對不同品質的種子進行無損的品質監(jiān)測和等級劃分，通過分析的到的相關數(shù)據(jù)來對種子的完整程度、生長狀況和預估品質進行初步的估算，從而做到預先對農產品進行相應的等級劃分。近十年來，農產品的監(jiān)測技術還是主要應用在對水果和蔬菜進行品質檢測和等級劃分上。研究人員通常利用計算機視覺識別出對應農產品的顏色、外觀、著色面積等相應的圖像，并將這些圖像轉換成與之對應的數(shù)字信號，利用這些數(shù)字信號進行產品篩查，這樣可以通過計算機視覺系統(tǒng)可以優(yōu)先選出外形優(yōu)秀并且符合農作物生長規(guī)律的果實，并以這些數(shù)據(jù)為基礎，對農作物的果實進行等級的劃分，分類培養(yǎng)，有效地減少勞動力，降低人工成本的同時并能準確的對農作物的果實等級進行劃分。根據(jù)進來的相關數(shù)據(jù)顯示，除去一級農產品，利用計算機視覺技術在農產品的各個等級之間的區(qū)分準確率高達90 %以上。

2.3.2 在農產品的加工方面

在過去的很長一段時間中，如何對農產品進行自動化的監(jiān)測和產品質量和反饋控制一直是一個難題。但是現(xiàn)如今，在計算機視覺技術的飛速發(fā)展的前提下，如何將計算機視覺技術用于農產品加工監(jiān)測使人們近些年來不斷考慮的問題之一。例如，Ling.p.p等人通過對新鮮蝦的身體構造進行了十分細致的研究并將結果運用在對鮮蝦進行機器化去頭處理上，利用研究得出的蝦的身體構造，然后將研究的結果進行精確反饋，確定在蝦在具體的身體部位下刀，這樣可以得到最多的蝦肉，并且在處理速度上，這種鮮蝦處理系統(tǒng)可以在一秒鐘內處理兩只鮮蝦，在確保完成速度的同時也可以保證蝦肉的質量。另外，在確定以及預估食品包裝運輸時所需要的包裝物質量的過程中，計算機視覺功能也在不斷的發(fā)揮發(fā)的功能與長處。例如，鋁罐裝的飲料十分方便食品的保存于運輸，但是由于鋁罐的特性導致它十分容易因外力而造成形狀的改變，所以目前在進行飲料的罐裝時會先把有一定形變的鋁罐剔除掉，而保證飲料灌裝過程中的順利，而早在1995年就有一些科學家如SeidaS等就對這一現(xiàn)象進行了相關的研究，證明計算機視覺功能足以提供這一功能來用于滿足罐裝前的飲料容器檢查。

3 小結

隨著如今科技在方方面面的進步與發(fā)展，大規(guī)模的集成電路板技術已經(jīng)不斷成熟，計算機硬件的配置也在不斷的增強與創(chuàng)新，現(xiàn)如今的技術中，與人們生活息息相關的方方面面都充斥著計算機信息處理技術，影響著我們的生活方式，改變著我們的生活習慣。如醫(yī)學、氣象、航空航天等這些與我們緊密相關的生活領域，而農產品的生產研究中，計算機信息處理技術也在不斷涉足，但是與發(fā)達國家相比，我們還存在著一定的劣勢。但是我們也有一些技術上的突破與創(chuàng)新，這些進步都是令我們欣喜的。但是現(xiàn)如今，仍舊有一些問題值得我們以及全世界的科學家與工程師們共同去努力解決和完善。

[1]張麗芬.基于計算機視覺技術的櫻桃自動分選系統(tǒng)設計[J].農機化研究,2017(09).

[2]胡智禎,萬晉廷,王毓瑋.論計算機視覺技術在自動化中的應用[J].南方農機,2017,048(005):125,128.

尹魁（1981- ），男，湖南衡陽人，碩士，講師，研究方向：計算機科學技術。

S126

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2095-1205(2019)11-47-02

10.3969/j.issn.2095-1205.2019.11.26