王怡欣　謝銘涵

摘 要 機(jī)器視覺主要是通過計(jì)算機(jī)對人類的某些視覺方面的智能行為所進(jìn)行的模擬和再現(xiàn)，將從客觀事物中提取的信息進(jìn)行理解和處理，最終應(yīng)用于實(shí)際控制和檢測。本文首先介紹了機(jī)器視覺系統(tǒng)的重要構(gòu)成，然后介紹了目前機(jī)器視覺技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的一些應(yīng)用，以及目前較為先進(jìn)的應(yīng)用方法。

關(guān)鍵詞 機(jī)器視覺 農(nóng)業(yè) 具體應(yīng)用

中圖分類號：R471 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0引言

機(jī)器視覺是一門涉及模式識別、神經(jīng)生物學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、人工智能、圖像處理、心理物理學(xué)等諸多領(lǐng)域的交叉學(xué)科。主要是通過計(jì)算機(jī)對人類某些視覺方面的智能行為的模擬和再現(xiàn)，再處理并理解從客觀事物的圖像中提取到的信息，最終達(dá)到在實(shí)際檢測和控制中應(yīng)用的目的。近年來，隨著農(nóng)業(yè)的智能化發(fā)展，使得機(jī)器視覺越來越多的應(yīng)用于農(nóng)業(yè)之中。

1機(jī)器視覺的主要結(jié)構(gòu)

1.1照明

照明是機(jī)器視覺系統(tǒng)里的一個非常重要的部分。它直接影響著攝像機(jī)采集到的數(shù)據(jù)的質(zhì)量，所以，在選擇照明設(shè)備的事情上，要非常的謹(jǐn)慎。一個好的光源的判別標(biāo)準(zhǔn)是：

（1）能夠突出對比被測物體的特征。

（2）保證穩(wěn)定性和亮度。

（3）物體的位移不會對成像質(zhì)量有影響。

生活中常見的光源主要有白熾燈、氙燈、熒光燈、LED等幾種類型。在照明上，有兩種方法可以來增強(qiáng)需要的目標(biāo)特征：

（1）利用光譜。選取合適的照明光源反射呈現(xiàn)出希望看到的光譜范圍。

（2）利用照明的方向性。有兩種方法：其中一種是具利用光源本身的照射效果。光進(jìn)行漫反射時，光的照射強(qiáng)度在每個方向上基本相同。而當(dāng)光直射時，光源的光會集中在一個狹小的范圍內(nèi)。特定的環(huán)境下，光源會發(fā)出單向平行光。

（3）可以從被測物、光源、攝像機(jī)三個部分的相對位置入手。有正面光、背光、明場照明、暗場照明四種相互獨(dú)立的方法。

1.2鏡頭

攝像鏡頭是一種光學(xué)設(shè)備。具有把光轉(zhuǎn)換為攝像機(jī)內(nèi)部成像的功能。鏡頭是機(jī)器視覺中舉足輕重的部分，對判斷圖像的質(zhì)量好壞有著很客觀的作用。鏡頭性能的參數(shù)主要有工作距離、角度、視場、景深、分辨率等幾個方面。工作距離指的是鏡頭的前部到被測物體的距離。視場表示攝像頭能觀察到的最大的范圍。景深指的是在物體在攝像機(jī)照射到清晰圖像的情況下能移動的前后距離范圍。

1.3攝像機(jī)

攝像機(jī)是可是將光線轉(zhuǎn)換成圖像的裝置。攝像機(jī)又分CCD和CMOS傳感器攝像機(jī)兩種。兩者主要的區(qū)別是讀出數(shù)據(jù)的方式。CCD的成本高，工藝復(fù)雜，耗電高，但是效果好。CMOS制造成本低，制造工藝簡單，消耗的電力小，但是CMOS的通透性和對色彩的還原能力都比較差。CCD可分為兩類，面陣式和線陣式。在速度較高的情況下一般采用線陣式，速度低的情況下采用面陣式。面陣式價格也比較便宜。

1.4 圖像采集卡

把攝像機(jī)采集到的數(shù)據(jù)通過圖像采集卡轉(zhuǎn)存到電腦中。

2機(jī)器視覺在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

2.1機(jī)器視覺在棉花氮素營養(yǎng)診斷中的應(yīng)用

農(nóng)作物生長發(fā)育進(jìn)程和產(chǎn)量形成受肥料影響很大，基于機(jī)器視覺的作物生長監(jiān)測與診斷技術(shù)是近地面遙感監(jiān)測的方法之一，其優(yōu)質(zhì)清晰的數(shù)字圖像既能方便地對作物生長發(fā)育的季節(jié)性變化進(jìn)行評估，也能實(shí)時高效、快速準(zhǔn)確、自動無損地提供作物長勢信息和營養(yǎng)狀態(tài)診斷，在信息化精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中扮演著極其重要的角色，還可以幫助農(nóng)戶適時采取農(nóng)藝措施（施肥、灌水、耕作、收割以及病、蟲、草、鼠害防治等），從而提高農(nóng)作物產(chǎn)量與品質(zhì)。

2.2機(jī)器視覺在嫁接苗移栽實(shí)時定位中的應(yīng)用

為了降低嫁接苗培育整個環(huán)節(jié)的工作強(qiáng)度、提高嫁接苗存活率以及生長質(zhì)量，嫁接苗的全自動培育是未來發(fā)展的趨勢。嫁接苗的全自動培育包括精密定向自動播種、自動育苗、自動供苗、自動嫁接、嫁接苗自動移栽以及溫室自動管理幾個步驟，每個環(huán)節(jié)都有大量的研究人員深入研究。其中，嫁接苗的自動移栽主要完成從嫁接機(jī)上取苗再到穴盤上進(jìn)行種苗的過程。移栽效果一般取決于穴孔定位的精度、穩(wěn)定性以及末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)。針對移栽過程中基于機(jī)器視覺的穴孔位置的定位研究是目前的研究熱點(diǎn)。

2.3機(jī)器視覺在茶隴識別與采茶機(jī)導(dǎo)航中的應(yīng)用

中國是茶葉的主要原產(chǎn)地，也是世界上茶葉種植、消費(fèi)、出口最大的國家之一。目前，我國茶葉采摘和用工的矛盾已經(jīng)成為茶葉產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸，加快發(fā)展茶葉采摘機(jī)械化勢在必行。采用機(jī)械化作業(yè)替代人工，不僅可以降低成本，而且能夠提高采茶質(zhì)量和生產(chǎn)效率。機(jī)器視覺在茶隴識別與采茶機(jī)導(dǎo)航中的應(yīng)用，給茶產(chǎn)業(yè)帶來了新的春天。利用計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)識別茶樹嫩芽并實(shí)現(xiàn)定位采摘的方法，不僅可以保證葉片的完整性，還能使整個采摘過程完全自動化，節(jié)省大量的人力物力，但機(jī)器視覺的識別效率還有待提高。

3總結(jié)與展望

機(jī)器視覺在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用為精細(xì)農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動化奠定了基礎(chǔ)，不僅有助于解放勞動力，還有助于提高農(nóng)作物產(chǎn)品的品質(zhì)和產(chǎn)量。

另外，植物生長過程的三維重構(gòu)是目前國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)，機(jī)器視覺技術(shù)是改過程中不可或缺的重要環(huán)節(jié)。植物生長周期長，利用三維重構(gòu)技術(shù)可將作物在虛擬空間中結(jié)構(gòu)的發(fā)育與生長過程進(jìn)行仿真，并以三維圖像進(jìn)行展現(xiàn)，不僅能夠直觀、精確地呈現(xiàn)植物的三維生長過程，還可對植物的生長進(jìn)行預(yù)測，為生物育種、育苗提供高效便捷的實(shí)驗(yàn)方法。

參考文獻(xiàn)

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