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        基于計算機視覺的農(nóng)業(yè)自動化技術(shù)研究

        2020-12-28 07:45:30李東洋謝琳
        農(nóng)村實用技術(shù) 2020年12期
        關(guān)鍵詞:計算機農(nóng)業(yè)信息

        李東洋,謝琳

        (南陽職業(yè)學(xué)院,河南 南陽 474500)

        我國是一個名副其實的農(nóng)業(yè)大國,加強自動化技術(shù)在農(nóng)業(yè)種植中的應(yīng)用非常有必要,既能夠有效提高農(nóng)作物種植的效率和品質(zhì),同時也能夠降低工人勞作強度。近幾年來,我國充分重視農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械自動化技術(shù)的引進,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動化程度越來越高,為更多新功能的開發(fā)與應(yīng)用做好了準(zhǔn)備。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)水平的不斷發(fā)展,計算機視覺技術(shù)得到了較大突破,并應(yīng)用到了許多行業(yè)領(lǐng)域中,加強計算機視覺技術(shù)在農(nóng)業(yè)自動化生產(chǎn)中的應(yīng)用,一方面可以顯著改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動化水平,并促使其朝向智能化方向發(fā)展,同時也可以節(jié)省人力,降低生產(chǎn)成本。隨著農(nóng)業(yè)自動化技術(shù)研究工作的不斷進行,已經(jīng)初步實現(xiàn)了計算機視覺技術(shù)與圖像處理技術(shù)的完美結(jié)合,可以自動進行農(nóng)作物的采摘、分揀等工作,同時還擁有較高的識別率和穩(wěn)定性。

        1 計算機視覺技術(shù)概述

        計算機視覺技術(shù)是當(dāng)代社會非常先進的技術(shù),在自動生產(chǎn)與制造、機器人等領(lǐng)域發(fā)揮了重大作用,涵蓋了機械自動化、計算機、圖像、光學(xué)以及傳感器等多個方面的內(nèi)容與技術(shù),將這些技術(shù)結(jié)合起來,通過相互之間的共同合作實現(xiàn)機器視覺代替人類視覺[1]。計算機視覺技術(shù)的工作原理如下:第一步利用自身的傳感器設(shè)備獲取外界環(huán)境的影像信息,緊接著基于成像技術(shù)對獲得的影像進行分析和處理,并將影像信息中的關(guān)鍵特征進行提煉,之后將處理后的信息傳達給處理器,最終獲得對外界圖像信息的實時反饋[2]。計算機視覺技術(shù)在發(fā)展過程中,初始階段只能夠達到一維成像水平,在經(jīng)歷了二維成像技術(shù)的過渡發(fā)展之后,當(dāng)下的計算機視覺技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)三維成像,既可以準(zhǔn)確辨別目標(biāo)的外部形狀以及顏色等重要信息,同時也可以實現(xiàn)精準(zhǔn)定位,獲得各個目標(biāo)的準(zhǔn)確位置。

        2 基于計算機視覺的農(nóng)業(yè)自動化技術(shù)研究

        2.1 在農(nóng)業(yè)機械自動化導(dǎo)航上的應(yīng)用

        將計算機視覺技術(shù)融入到農(nóng)業(yè)機械自動化導(dǎo)航上,主要實現(xiàn)三個方面的功能:首先,通過計算機視覺能夠精準(zhǔn)的獲取和反饋自動化機械產(chǎn)品運行的具體路線。當(dāng)下,為了確保自動化農(nóng)業(yè)機械設(shè)備在工作過程中能夠嚴(yán)格按照規(guī)劃的路線行駛,在常用的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)基礎(chǔ)上,再結(jié)合計算機視覺技術(shù),通過兩者的相互結(jié)合能夠取得很好的導(dǎo)航效果。當(dāng)自動化機械設(shè)備在農(nóng)田與果田中運行時,如果只采用GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng),無法獲取植物的實際生長狀況,容易造成運動路線偏航,而通過計算機視覺技術(shù)的應(yīng)用,能夠準(zhǔn)確識別出植物的形狀、距離以及色彩等,并將獲取的圖像信息進行提取和分析,輔助自動化機械正常行駛[3]。其次,通過計算機視覺技術(shù)的應(yīng)用,能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)業(yè)自動化設(shè)備的自動識別障礙物。計算機視覺能夠?qū)ψ詣踊O(shè)備前進路線上的地面情況進行檢測,當(dāng)識別到路線上存在障礙物時,立即將數(shù)據(jù)信息反饋給自動化系統(tǒng),并采取有效的措施,防止自動化機械設(shè)備碰撞到障礙物[4]。最后,和農(nóng)業(yè)機械自動化系統(tǒng)共同實現(xiàn)運動過程中的某些功能控制。比如說,在進行農(nóng)業(yè)植物保護作業(yè)過程中,利用計算機視覺技術(shù),可以精準(zhǔn)識別行駛路徑上各處植物的生長情況,然后指導(dǎo)噴霧作業(yè)依照農(nóng)作物的稀疏程度來調(diào)整噴霧量,提高農(nóng)業(yè)機械自動化程度和效果。

        2.2 在農(nóng)業(yè)機械自動化果蔬采摘中的應(yīng)用

        在以往的果蔬收獲時期,一般需要人工來進行果蔬的采摘,但是這樣的工作方式存在較大的弊端,一方面人工采摘的效率非常低,不利于果蔬的大面積種植,另一方面也會增加種植成本,降低經(jīng)濟效益,同時還會增加工人勞動強度。通過在農(nóng)業(yè)自動化生產(chǎn)中引入計算機視覺技術(shù),能夠?qū)崿F(xiàn)對采摘對象的精準(zhǔn)識別,再結(jié)合自動化設(shè)備完成采摘工作,不僅具有較好的采摘效率,同時也推動了自動化無人采摘技術(shù)的進一步發(fā)展。在開展果蔬自動摘取過程中,通過計算機視覺的攝像頭可以獲得環(huán)境圖片,在對圖片信息進行分析以后,能夠識別出果實和植物莖葉等,進而實現(xiàn)自動化采摘[5]。如圖1所示為利用計算機視覺摘取圣女果的過程,計算機視覺能夠很好的分辨出色彩特征比較鮮明的果蔬,當(dāng)果實和莖葉顏色比較相近時,會干擾到計算機視覺識別,不適合運用計算機識別來進行自動采摘。在進行農(nóng)業(yè)機械自動化采摘過程中,會受到光照、風(fēng)力等因素的影響,當(dāng)下我國農(nóng)業(yè)機械自動化采摘成功率大約在66%,伴隨著我國科學(xué)技術(shù)水平的不斷發(fā)展,采摘成功率會越來越高。

        2.3 在農(nóng)作物生長環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

        通過計算機視覺技術(shù)的運用,可以對農(nóng)作物的生長環(huán)境進行實時監(jiān)測,充分了解種植區(qū)域土壤含水量、光照情況以及營養(yǎng)條件等,為確保農(nóng)作物規(guī)劃的合理性提供幫助,同時利用智能監(jiān)測,能夠準(zhǔn)確掌握農(nóng)作物的成長情況,預(yù)算出農(nóng)作物的成熟和收獲時間,從而保證采摘的果實處于最佳狀態(tài)[6]。如圖2所示為基于計算機視覺對玉米生長狀況進行實時監(jiān)測。計算機視覺技術(shù)的運用,能夠獲取農(nóng)作物生長圖像信息,并通過對圖像信息進行分析,得到農(nóng)作物生產(chǎn)狀況與環(huán)境信息。比如說,通過對比田地土壤的顏色可以得出土壤含水量的高低;通過比對農(nóng)作物莖葉的顏色可以得出農(nóng)作物健康狀況;通過對光照數(shù)據(jù)與農(nóng)作物長勢數(shù)據(jù)進行綜合分析,可以得到光照因素對農(nóng)作物生長的影響。

        2.4 在農(nóng)作物病蟲害預(yù)防與治療中的應(yīng)用

        病蟲害預(yù)防與治療是農(nóng)作物種植中非常重要的一部分,直接影響到農(nóng)作物的品質(zhì)和產(chǎn)量??梢詫⒂嬎銠C視覺技術(shù)運用到農(nóng)作物病蟲害預(yù)防與治療工作中,將計算機視覺獲取的圖像與數(shù)據(jù)庫中已有的正常圖像特征進行比對,可以很好的改善病蟲害預(yù)防和治療的準(zhǔn)確性。當(dāng)下,計算機視覺技術(shù)對玉米灰斑、銹病等問題的識別率超過了79%;另外,計算機視覺技術(shù)還可以有效發(fā)現(xiàn)農(nóng)作物上的蚜蟲等害蟲,同時可以對獲取的圖像信息進行分析,預(yù)測出農(nóng)作物病蟲害的程度,為后期進行噴藥工作提供數(shù)據(jù)支持[7]。然而,在實際應(yīng)用過程中,病蟲害的種類非常多,同時一些害蟲與農(nóng)作物較為相似,增加了計算機視覺技術(shù)識別的難度,相關(guān)技術(shù)難題還需要進一步研究。

        3 結(jié)語

        當(dāng)下,將計算機視覺技術(shù)引入到農(nóng)業(yè)自動化技術(shù)研究中,對于提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械自動化與智能化水平有著重要的作用,然而在實際運用中,計算機視覺還存在一些弊端和不穩(wěn)定性,還需要加大研發(fā)力度,解決各種問題,促進我國農(nóng)業(yè)自動化水平發(fā)展到更高層次。

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