試論計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用

鐘朝鷙

廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備研究所

試論計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用

鐘朝鷙

廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備研究所

目前，計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用是研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域，各類(lèi)應(yīng)用成果也不斷涌現(xiàn)。本文對(duì)計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)自動(dòng)化檢測(cè)機(jī)械、收獲機(jī)械、田間作業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用進(jìn)行了較為詳細(xì)的闡述，并對(duì)計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用前景提出了一些看法。

農(nóng)業(yè)機(jī)械；計(jì)算機(jī)視覺(jué)；圖像識(shí)別；圖像處理

計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)是目前計(jì)算機(jī)科學(xué)中的一個(gè)重點(diǎn)研究領(lǐng)域，其應(yīng)用范圍十分廣泛，是現(xiàn)代應(yīng)用技術(shù)的重點(diǎn)研究對(duì)象。計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)是對(duì)生物視覺(jué)的一種模擬技術(shù)，配合計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算能力，可以實(shí)現(xiàn)多領(lǐng)域內(nèi)對(duì)圖像信息的識(shí)別與處理。得益于計(jì)算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)在近年來(lái)的發(fā)展也取得了快速的進(jìn)步，在各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用也不斷增多，有些應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了大范圍實(shí)用階段，應(yīng)用前景十分廣闊。計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械上的研究與應(yīng)用始于20世紀(jì)70年代末期，并隨著計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展。計(jì)算機(jī)視覺(jué)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用主要有以下幾方面：一是自動(dòng)檢測(cè)機(jī)械，如對(duì)蔬菜、水果、農(nóng)作物種子資源等農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行分級(jí)檢測(cè)；二是智能收獲機(jī)械，如利用圖像處理技術(shù)對(duì)水果實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采摘；三是農(nóng)業(yè)智能加工機(jī)械，如利用機(jī)器視覺(jué)確定屠宰動(dòng)物的最佳位置；四是智能田間作業(yè)機(jī)械，如農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)導(dǎo)航控制、對(duì)田間的雜草進(jìn)行精確噴灑農(nóng)藥等。

一、計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)自動(dòng)檢測(cè)機(jī)械中的應(yīng)用

自動(dòng)檢測(cè)機(jī)械在農(nóng)業(yè)機(jī)械中是十分重要的一個(gè)類(lèi)別，主要是針對(duì)不同農(nóng)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)不同等級(jí)的分類(lèi)檢測(cè)。農(nóng)產(chǎn)品根據(jù)不同的品質(zhì)進(jìn)行分撿是生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中的一個(gè)重要流程。原始的產(chǎn)品分類(lèi)分撿主要是通過(guò)人工來(lái)完成，也就是根據(jù)分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)用人的視覺(jué)來(lái)完成分類(lèi)分撿，之后為提高工作效率，出現(xiàn)了機(jī)械式的自動(dòng)裝置來(lái)代替人工，但從生產(chǎn)效率以及完成質(zhì)量度來(lái)說(shuō)，都不盡如人意，人工分類(lèi)分撿效率太低，機(jī)械式的分類(lèi)分撿手段單一，只能通過(guò)農(nóng)產(chǎn)品的尺寸來(lái)進(jìn)行分撿，無(wú)法滿(mǎn)足對(duì)農(nóng)產(chǎn)品多種物理特征的識(shí)別，且對(duì)農(nóng)產(chǎn)品存在一定程度的損傷。計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)自動(dòng)檢測(cè)機(jī)械中的應(yīng)用是最早的，同時(shí)也是目前應(yīng)用最多的一個(gè)領(lǐng)域。利用該技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的無(wú)損自動(dòng)檢測(cè)，而且可以對(duì)農(nóng)產(chǎn)品表面的多種物理特征如顏色、形狀、亮度、尺寸、表面缺損狀態(tài)等進(jìn)行識(shí)別處理，根據(jù)對(duì)產(chǎn)品不同的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行品質(zhì)的評(píng)估與分級(jí)。目前來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)在水果類(lèi)、蔬菜類(lèi)以及谷物等自動(dòng)檢測(cè)機(jī)械中已經(jīng)有了較多的應(yīng)用成果且檢測(cè)效果十分顯著。其中，水果類(lèi)中在蘋(píng)果、桃、柑桔等的分級(jí)檢測(cè)中應(yīng)用效果明顯；蔬菜類(lèi)中應(yīng)用該技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了西紅柿、黃瓜、胡蘿卜等產(chǎn)品的品質(zhì)評(píng)估與分類(lèi)；玉米、大米、小麥等谷物的檢測(cè)、分類(lèi)和質(zhì)量評(píng)估應(yīng)用該技術(shù)也取得了不錯(cuò)的效果?？偟膩?lái)說(shuō)，目前在農(nóng)業(yè)自動(dòng)檢測(cè)機(jī)械及裝置中應(yīng)用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)，已經(jīng)取得了較好的實(shí)用效果，國(guó)內(nèi)一些研究機(jī)構(gòu)在此領(lǐng)域內(nèi)的研究成果較為突出，一些技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了大范圍的實(shí)用階段。

二、計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)收獲機(jī)械中的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)收獲機(jī)械中的應(yīng)用是近年來(lái)研究應(yīng)用的一大熱點(diǎn)，這與目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)智能機(jī)器人的研究熱潮有著重要的關(guān)系。智能收獲機(jī)器人是目前農(nóng)業(yè)智能機(jī)械研究的一個(gè)熱門(mén)課題，計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)在其中有著至關(guān)重要的地位與作用。計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)智能收獲機(jī)械中應(yīng)用的基本原理是在收獲機(jī)械上配備攝像系統(tǒng)，采集田間或果樹(shù)上作業(yè)區(qū)域圖像，運(yùn)用圖像處理與分析的方法判別圖像中是否有目標(biāo)位（水果、蔬菜等）出現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后引導(dǎo)機(jī)械手完成采摘。

就目前的應(yīng)用現(xiàn)狀來(lái)看，計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)收獲機(jī)械中，還存在著目標(biāo)信息判別速度較慢，識(shí)別的準(zhǔn)確率不高等問(wèn)題。從機(jī)械的角度來(lái)說(shuō)，要實(shí)現(xiàn)對(duì)果實(shí)的自動(dòng)采摘在技術(shù)上并沒(méi)有太大的困難，但對(duì)果實(shí)位置的識(shí)別、分析與判斷是難點(diǎn)。雖然在一些收獲機(jī)械如蘋(píng)果、桔子、西紅柿等的應(yīng)用中，計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)取得不錯(cuò)的應(yīng)用效果，可以對(duì)果實(shí)的位置進(jìn)行準(zhǔn)確的定位與判斷。但是由于田間或果園作業(yè)環(huán)境較為復(fù)雜，使得采集的圖像含有大量的背景信息或干擾信息，如田間或是果園的光照在不同時(shí)間、不同天氣條件下會(huì)時(shí)常發(fā)生變化；蔬菜或是水果的果實(shí)往往會(huì)被莖葉等遮擋或是覆蓋。這些都會(huì)在一定程度上使得系統(tǒng)對(duì)圖像信息的處理難度加大，對(duì)定位分析與判斷造成一定的影響?？偟膩?lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)收獲機(jī)械上的應(yīng)用前景是十分廣闊的，關(guān)鍵還在于如何提高目標(biāo)信息的判別速度以及識(shí)別的準(zhǔn)確率上，相信隨著技術(shù)的不斷提高，這一問(wèn)題會(huì)逐步得到解決，應(yīng)用效果也將會(huì)逐步提高。

三、計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)田間作業(yè)機(jī)械上的應(yīng)用

田間作業(yè)機(jī)械是農(nóng)業(yè)機(jī)械的重要組成類(lèi)別，具有十分重要的地位。計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)應(yīng)用于田間作業(yè)機(jī)械方面，相關(guān)的研究起步較晚，但隨著近年來(lái)“精確農(nóng)業(yè)”、“精細(xì)化農(nóng)業(yè)”思想與觀念的不斷發(fā)展以及人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視，計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)在田間作業(yè)機(jī)械上的應(yīng)用研究也逐漸成為熱點(diǎn)并迅速發(fā)展起來(lái)。目前，在農(nóng)田作業(yè)播種、施肥、植保機(jī)械中計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的研究和應(yīng)用開(kāi)展比較迅速。

計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)應(yīng)用于田間作業(yè)機(jī)械上，主要是識(shí)別雜草與作物、確定機(jī)械裝置與作物的相對(duì)位置等，為機(jī)械的精細(xì)化運(yùn)作提供基本的運(yùn)作信息與依據(jù)。我國(guó)一些農(nóng)業(yè)院校和研究院所也已開(kāi)展了利用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)進(jìn)行作業(yè)機(jī)械田間導(dǎo)向、精密播種、水和液肥的精密?chē)娛┑软?xiàng)目的研究。但總的來(lái)說(shuō)，我國(guó)在此方面的研究還處于初級(jí)階段，實(shí)踐應(yīng)用較少，這與我國(guó)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)粗放式的經(jīng)營(yíng)模式有關(guān)，在精確農(nóng)業(yè)尚沒(méi)有形成規(guī)模效應(yīng)之前，在田間作業(yè)機(jī)械上采用視覺(jué)技術(shù)的市場(chǎng)接受程度還比較低。但從發(fā)展的趨勢(shì)來(lái)看，計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)在此方面的應(yīng)用還是具有十分廣闊的前景，尤其是在農(nóng)藥噴灑、田間鋤草方面，該技術(shù)的應(yīng)用前景還是比較好的。

四、結(jié)束語(yǔ)

計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中還有一些其它方面的應(yīng)用研究，如在農(nóng)業(yè)智能加工機(jī)械中的應(yīng)用、在智能擠奶機(jī)器人中的應(yīng)用、在木材無(wú)損檢測(cè)機(jī)械中的應(yīng)用等，但目前這些研究基本還都處于試驗(yàn)階段，尚未進(jìn)入到大規(guī)模的實(shí)用階段。隨著精確農(nóng)業(yè)思想及概念在全球范圍內(nèi)的影響力不斷增強(qiáng)，農(nóng)機(jī)“三化”需求的不斷增長(zhǎng)，計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用相信也會(huì)越來(lái)越廣泛。

[1]倫冠德.農(nóng)業(yè)機(jī)械新技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展[J].農(nóng)機(jī)化研究,2007,05:247-249.