李東洋，謝琳

（南陽職業(yè)學(xué)院，河南 南陽 474500）

我國是一個(gè)名副其實(shí)的農(nóng)業(yè)大國，加強(qiáng)自動(dòng)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(shí)也能夠降低工人勞作強(qiáng)度。近幾年來，我國充分重視農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的引進(jìn)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)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(jì)算機(jī)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(qiáng)計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在農(nóng)業(yè)自動(dòng)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(dòng)化水平，并促使其朝向智能化方向發(fā)展，同時(shí)也可以節(jié)省人力，降低生產(chǎn)成本。隨著農(nóng)業(yè)自動(dòng)化技術(shù)研究工作的不斷進(jìn)行，已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)與圖像處理技術(shù)的完美結(jié)合，可以自動(dòng)進(jìn)行農(nóng)作物的采摘、分揀等工作，同時(shí)還擁有較高的識別率和穩(wěn)定性。

1 計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)概述

計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)是當(dāng)代社會非常先進(jìn)的技術(shù)，在自動(dòng)生產(chǎn)與制造、機(jī)器人等領(lǐng)域發(fā)揮了重大作用，涵蓋了機(jī)械自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)、圖像、光學(xué)以及傳感器等多個(gè)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(shí)現(xiàn)機(jī)器視覺代替人類視覺[1]。計(jì)算機(jī)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(jìn)行分析和處理，并將影像信息中的關(guān)鍵特征進(jìn)行提煉，之后將處理后的信息傳達(dá)給處理器，最終獲得對外界圖像信息的實(shí)時(shí)反饋[2]。計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在發(fā)展過程中，初始階段只能夠達(dá)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(jì)算機(jī)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(shí)也可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，獲得各個(gè)目標(biāo)的準(zhǔn)確位置。

2 基于計(jì)算機(jī)視覺的農(nóng)業(yè)自動(dòng)化技術(shù)研究

2.1 在農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化導(dǎo)航上的應(yīng)用

將計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)融入到農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化導(dǎo)航上，主要實(shí)現(xiàn)三個(gè)方面的功能：首先，通過計(jì)算機(jī)視覺能夠精準(zhǔn)的獲取和反饋?zhàn)詣?dòng)化機(jī)械產(chǎn)品運(yùn)行的具體路線。當(dāng)下，為了確保自動(dòng)化農(nóng)業(yè)機(jī)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(jì)算機(jī)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(dòng)化機(jī)械設(shè)備在農(nóng)田與果田中運(yùn)行時(shí)，如果只采用GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)，無法獲取植物的實(shí)際生長狀況，容易造成運(yùn)動(dòng)路線偏航，而通過計(jì)算機(jī)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(jìn)行提取和分析，輔助自動(dòng)化機(jī)械正常行駛[3]。其次，通過計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)業(yè)自動(dòng)化設(shè)備的自動(dòng)識別障礙物。計(jì)算機(jī)視覺能夠?qū)ψ詣?dòng)化設(shè)備前進(jìn)路線上的地面情況進(jìn)行檢測，當(dāng)識別到路線上存在障礙物時(shí)，立即將數(shù)據(jù)信息反饋給自動(dòng)化系統(tǒng)，并采取有效的措施，防止自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備碰撞到障礙物[4]。最后，和農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化系統(tǒng)共同實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)過程中的某些功能控制。比如說，在進(jìn)行農(nóng)業(yè)植物保護(hù)作業(yè)過程中，利用計(jì)算機(jī)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(jī)械自動(dòng)化程度和效果。

2.2 在農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化果蔬采摘中的應(yīng)用

在以往的果蔬收獲時(shí)期，一般需要人工來進(jìn)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(jì)效益，同時(shí)還會增加工人勞動(dòng)強(qiáng)度。通過在農(nóng)業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中引入計(jì)算機(jī)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(dòng)化設(shè)備完成采摘工作，不僅具有較好的采摘效率，同時(shí)也推動(dòng)了自動(dòng)化無人采摘技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。在開展果蔬自動(dòng)摘取過程中，通過計(jì)算機(jī)視覺的攝像頭可以獲得環(huán)境圖片，在對圖片信息進(jìn)行分析以后，能夠識別出果實(shí)和植物莖葉等，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化采摘[5]。如圖1所示為利用計(jì)算機(jī)視覺摘取圣女果的過程，計(jì)算機(jī)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(shí)和莖葉顏色比較相近時(shí)，會干擾到計(jì)算機(jī)視覺識別，不適合運(yùn)用計(jì)算機(jī)識別來進(jìn)行自動(dòng)采摘。在進(jìn)行農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)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(jī)械自動(dòng)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(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的運(yùn)用，可以對農(nóng)作物的生長環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)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(shí)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(shí)間，從而保證采摘的果實(shí)處于最佳狀態(tài)[6]。如圖2所示為基于計(jì)算機(jī)視覺對玉米生長狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的運(yùn)用，能夠獲取農(nóng)作物生長圖像信息，并通過對圖像信息進(jìn)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(jìn)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。可以將計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)運(yùn)用到農(nóng)作物病蟲害預(yù)防與治療工作中，將計(jì)算機(jī)視覺獲取的圖像與數(shù)據(jù)庫中已有的正常圖像特征進(jìn)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(shí)可以對獲取的圖像信息進(jìn)行分析，預(yù)測出農(nóng)作物病蟲害的程度，為后期進(jìn)行噴藥工作提供數(shù)據(jù)支持[7]。然而，在實(shí)際應(yīng)用過程中，病蟲害的種類非常多，同時(shí)一些害蟲與農(nóng)作物較為相似，增加了計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)識別的難度，相關(guān)技術(shù)難題還需要進(jìn)一步研究。

3 結(jié)語

當(dāng)下，將計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)引入到農(nóng)業(yè)自動(dòng)化技術(shù)研究中，對于提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械自動(dòng)化與智能化水平有著重要的作用，然而在實(shí)際運(yùn)用中，計(jì)算機(jī)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(jìn)我國農(nóng)業(yè)自動(dòng)化水平發(fā)展到更高層次。