■南農(nóng)制造機器人：能摘棉花又“識貨”

金秋時節(jié)，正是棉花收獲的季節(jié)，一片又一片白云般的棉田宛如一個個雪白的夢，為農(nóng)民鋪出一條條通向致富之門的道路。但是，“豐產(chǎn)”還得“豐收”，對農(nóng)民來說，收棉花卻是一件“苦差事”。如果請一個機器人幫忙收棉花呢？這不是在科幻片中出現(xiàn)的鏡頭。

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院姬長英教授團隊成功破解了采摘機器人對于棉花品級視覺識別的關(guān)鍵技術(shù)——田間籽棉成熟度、品級識別，可根據(jù)我國籽棉品級標(biāo)準(zhǔn)（籽棉的大小、白度、黃度和雜質(zhì)含量等特性），迅速、準(zhǔn)確地判斷出籽棉的品級，有望從源頭上嚴把棉花采摘、收購關(guān)，解決我國棉花的采摘質(zhì)量問題。

·人工采棉成本高

作為中國最大的產(chǎn)棉區(qū)，新疆的棉花一直靠人工來收獲。每年秋季，有近百萬名拾花工進入新疆千萬畝棉田，收獲著自己的豐收希望。

課題組的王玲副教授介紹說：“人工采棉耗費的成本相當(dāng)大。與其他國家相比，我國的棉花種植地域遼闊，生產(chǎn)規(guī)模多元化，棉花品種多、收獲期長，蟲害多，地膜碎片多，而棉花采摘屬于勞動密集型作業(yè)，既耗時，又費力，所投入的勞動力約占整個生產(chǎn)過程的50%。例如，在新疆建設(shè)兵團，種植700萬畝棉花，每年付出拾花采摘費近4億元，還要承擔(dān)社會治安、食宿、醫(yī)療、交通等諸多壓力和經(jīng)濟成本。”

而且，機械采棉的效果也并不能盡如人意。王玲說，“目前的機械采摘雖然效率能提高不少，但是容易造成優(yōu)劣并收的尷尬。采棉機作業(yè)時，通常不分種植早晚，催熟后一次性采收，早期成熟的高品級棉花會因為延誤了采摘時機，造成掛絮降級，有時還需要按照采棉機的要求，在收獲前對棉株進行化學(xué)調(diào)控，這難免會降低棉花品質(zhì)，造成葉屑、地膜碎片等雜質(zhì)多，降低采棉質(zhì)量。”

·“南農(nóng)制造”機器人能辨優(yōu)劣

我國人工采棉和機械采棉的方法一直存在各種缺陷，在采摘、收購中識別棉花的好壞也往往以主觀感官檢驗為主，儀器測試為輔。為了提高棉花采摘質(zhì)量，特別是解決機械化采摘方式下的采棉質(zhì)量問題，2005年起，課題組便開始了“基于圖像特征選擇識別田間籽棉成熟度、品級”的研究，并在此期間成功申報了國家“863”計劃項目。

據(jù)課題組介紹，這種新研制的配有視覺識別技術(shù)的棉花采摘機器人能夠模擬人工實時采摘籽棉并分級，能夠適應(yīng)棉花品種的多樣性，降低生產(chǎn)成本，使采收的高、中、低檔棉花分倉歸類。此項技術(shù)的突破，也將使我國的棉花質(zhì)量檢測由收獲后檢測轉(zhuǎn)變?yōu)槭斋@前檢測。請機器人幫忙，在采摘前就能知道，哪片地里的棉花質(zhì)量好，哪片地里的棉花質(zhì)量差，從而避免重復(fù)或無謂勞動，實現(xiàn)采棉作業(yè)的精細化。

·視覺系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)獲突破

據(jù)介紹，制造摘棉花機器人的關(guān)鍵是視覺系統(tǒng)技術(shù)的突破。研究人員先使用CCD數(shù)碼相機采集早、中、晚三期“蘇棉12”1～7級籽棉的正面圖像共計350幅，然后通過技術(shù)處理，把籽棉圖像從復(fù)雜的背景中分離出來，利用反映籽棉白度、黃度和雜質(zhì)含量的14個紋理特征以及反映棉瓣大小、結(jié)構(gòu)的16個形狀特征，對籽棉進行成熟度判別和品級分級識別，識別率可分別達到85.3%和88.4%。

機器人在實際采摘時，可運用雙目視覺攝像機和圖像采集卡采集棉花圖像，并進行圖像處理，定位棉花坐標(biāo)位置?？拷仓旰?，機器人通過機械臂關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動完成采摘。而在棉花種植時，只需讓棉花植株的種植間距滿足機器人的寬度，在棉田留予一定的條寬來滿足采摘機械手的工作幅寬即可，由于機器人的“手臂”可以升降自如，因此，對棉花的生長高度也沒有特殊要求。

·機器摘棉指日可待

此項技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)關(guān)鍵性突破，課題組將在姬長英教授的帶領(lǐng)下，將棉花品級、成熟度識別程序移植到機器人的視覺系統(tǒng)，完成實驗室整合試驗，并在新疆建設(shè)兵團開展進一步的田間試驗。田間試驗一旦取得成功，課題組將向國內(nèi)主要產(chǎn)棉區(qū)推廣應(yīng)用此技術(shù)，并針對不同地域的棉花品種建立判別棉花品級、成熟度的數(shù)學(xué)模型，因地制宜地設(shè)計相應(yīng)的應(yīng)用程序并移植到機器人的視覺系統(tǒng)中。

目前我國還沒有完全符合國情的棉花定級儀器，為此，棉花采摘機器人視覺系統(tǒng)中籽棉成熟度和品級表征研究的深入開展，也將有利于符合國情的棉花定級儀器早日問世，填補空白。

（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)）