趙欣+王戰(zhàn)勝+王永勝

摘要：機(jī)器視覺(jué)是一個(gè)快速發(fā)展的計(jì)算機(jī)智能技術(shù)，其主要原理是通過(guò)采集目標(biāo)物信息的物理特征對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行識(shí)別、分析。作為計(jì)算機(jī)技術(shù)中的重要部分，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)現(xiàn)已成為促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展智能化進(jìn)程中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，在我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。本文分析了機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的原理、機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)中應(yīng)用以及機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的未來(lái)發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：機(jī)器視覺(jué)技術(shù)；農(nóng)業(yè)應(yīng)用；智能控制

中圖分類號(hào)：G646 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）33-0273-02

一、機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的原理

機(jī)器視覺(jué)技術(shù)是一項(xiàng)涉及人工智能、智能控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、神經(jīng)生物學(xué)及圖形圖像處理學(xué)等眾多學(xué)科的綜合技術(shù)。20世紀(jì)60年代，開(kāi)始出現(xiàn)機(jī)器視覺(jué)的概念，我國(guó)有關(guān)機(jī)器視覺(jué)的概念從20世紀(jì)80年代起步，開(kāi)始主要應(yīng)用于PCB印刷、組裝電路、半導(dǎo)體元器件制作等半導(dǎo)體及電子行業(yè)。

機(jī)器視覺(jué)技術(shù)通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真模擬人類具備的視覺(jué)本能，其原理主要是利用CCD（CMOS）照相機(jī)將計(jì)算機(jī)識(shí)別到的目標(biāo)進(jìn)行圖像信息采集，變?yōu)橛?jì)算機(jī)CPU可識(shí)別的圖像信號(hào)，然后傳送給計(jì)算機(jī)專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)采集目標(biāo)的像素分布及物體顏色、亮度分布等，將目標(biāo)物的物理信息轉(zhuǎn)變?yōu)槎M(jìn)制數(shù)字信號(hào)。之后計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)識(shí)別、提取計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)的數(shù)字化信號(hào)，根據(jù)信號(hào)特點(diǎn)及之前設(shè)定輸出目標(biāo)物的顏色、亮度、位置等物理特征。

二、機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)中應(yīng)用

機(jī)器視覺(jué)技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要以農(nóng)業(yè)型機(jī)器人為載體。國(guó)家“十二五規(guī)劃”提出要全面推進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化進(jìn)程。隨著計(jì)算機(jī)圖形圖像處理及智能制技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)逐漸滲透到農(nóng)業(yè)生活的方方面面。通過(guò)分析機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用實(shí)例可發(fā)現(xiàn)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的研究應(yīng)用主要集中在獲取目標(biāo)物圖像信息、圖像處理與算法識(shí)別、智能視覺(jué)定位導(dǎo)航及機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)集成等方面。

（一）獲取目標(biāo)物圖像方法研究

機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的基本就是獲取目標(biāo)物圖像信息，獲取的圖像信息直接會(huì)影響到機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的判斷精度，并且采集圖像的像素直接影響到機(jī)器的處理速度。由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境復(fù)雜多變且采集的目標(biāo)物差異較大，因此機(jī)器視覺(jué)技術(shù)獲取目標(biāo)物圖像信息的方法需要根據(jù)目標(biāo)物及所需信息的變化而有所不同。目前對(duì)農(nóng)產(chǎn)品信息采集的方法主要為采用CCD（CMOS）照相機(jī)或攝像機(jī)拍攝，并結(jié)合紅外光譜信息或高光譜信息進(jìn)行目標(biāo)物信息的采集，用來(lái)進(jìn)行下一步的分析處理。利用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)及近紅外光譜的有效結(jié)合可實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤含水率的快速檢測(cè)，并能對(duì)不同地區(qū)的土壤進(jìn)行成分分析，從而為不同農(nóng)作物選擇更適合自身的生存環(huán)境。

（二）圖像處理與算法識(shí)別

機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)自然場(chǎng)景中進(jìn)行農(nóng)作物信息提取時(shí)，由于環(huán)境光照的變化以及農(nóng)作物在顏色、位置、形狀上等差異導(dǎo)致機(jī)器視覺(jué)識(shí)別、特征提取帶來(lái)了不小的障礙，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)能否于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中高效率、高準(zhǔn)確率地提取到目標(biāo)物的特征直接導(dǎo)致機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的可靠性。因此，機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的精確圖像處理與算法識(shí)別是機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵一步。有學(xué)者提出基于加速魯棒特征（Speeded up robust features，SURF）的綠色作物特征提取與圖像匹配算法，這種算法為精確獲取自然環(huán)境下農(nóng)作物的各項(xiàng)生長(zhǎng)參數(shù)提供了很大的參考價(jià)值。

（三）智能視覺(jué)定位導(dǎo)航

智能視覺(jué)定位導(dǎo)航是系統(tǒng)可自動(dòng)采集農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自然環(huán)境特征，以此分析出機(jī)器人行走路徑所需的參數(shù)，從而控制智能機(jī)器人的導(dǎo)航路徑?；跈C(jī)器視覺(jué)的智能視覺(jué)定位導(dǎo)航算法是機(jī)器視覺(jué)導(dǎo)航定位系統(tǒng)的核心，決定著導(dǎo)航定位的精準(zhǔn)性。

三、機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)上發(fā)展前景

根據(jù)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀以及在農(nóng)業(yè)中所發(fā)揮的作用，我們可以將機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的未來(lái)發(fā)展分為以下幾個(gè)方向：

（一）研究圖像處理技術(shù)相關(guān)硬件的研發(fā)

主機(jī)的運(yùn)行速度是一定的，一旦有大量的圖像信息都需要主機(jī)來(lái)進(jìn)行處理，勢(shì)必會(huì)影響主機(jī)的處理速度。為了加快圖像信息的處理速度，需要應(yīng)用一種可以幫助主機(jī)進(jìn)行圖像處理的硬件，圖像處理采集卡正是為了解決這個(gè)問(wèn)題研發(fā)而成。圖像處理采集卡不但能夠?qū)D像進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)化，還能夠?qū)?shù)字化的圖像信息分門別類，可以像主機(jī)一樣對(duì)圖像信息進(jìn)行分析處理，大大提高了圖像信息的處理速度。

（二）大力推廣神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用主要是用于處理機(jī)器人通過(guò)視覺(jué)系統(tǒng)探測(cè)到的圖像，可以根據(jù)周圍環(huán)境的特征進(jìn)行識(shí)別，同時(shí)能夠快速實(shí)現(xiàn)內(nèi)部坐標(biāo)與全局坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換。因此，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)的優(yōu)勢(shì)在于提高機(jī)器人的智能開(kāi)發(fā)程度，使得農(nóng)業(yè)型機(jī)器人能夠更快地適應(yīng)多變的周邊環(huán)境。

（三）研究出更為新型的圖像處理技術(shù)

由于農(nóng)田所處的環(huán)境復(fù)雜多變，嚴(yán)重影響到農(nóng)業(yè)型機(jī)器人對(duì)圖像的采集與處理，為了提高機(jī)器人對(duì)圖像信息的處理效率，必須研究出一種更為高效的圖像處理技術(shù)。在圖像處理與識(shí)別分析方面，算法是否快速是目前需要解決的重要難點(diǎn)，此外，算法的有效程度也是目前解決圖像處理技術(shù)不成熟的關(guān)鍵。

（四）三維成像的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用

目前的機(jī)器視覺(jué)二維圖像采集方法會(huì)導(dǎo)致機(jī)器視覺(jué)技術(shù)判斷不精確，三維成像技術(shù)的原理類似于人眼，將機(jī)器人打造成超智能機(jī)器人，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)與智能控制等技術(shù)的有效結(jié)合，從而使農(nóng)業(yè)機(jī)器人更加智能化的完成農(nóng)產(chǎn)品的管理、采摘、分類及包裝等日常農(nóng)業(yè)活動(dòng)。

四、結(jié)語(yǔ)

隨著機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的日益成熟，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛。提高機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)的可靠性以及算法的魯棒性和實(shí)時(shí)性是未來(lái)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的主要研究方向。機(jī)器視覺(jué)技術(shù)可在農(nóng)業(yè)生長(zhǎng)過(guò)程中節(jié)省人力物力，大大提高工作效率，因此，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)將在我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程中發(fā)揮不可替代的作用。

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Machine Vision Technology and Its Application in Agriculture

ZHAO Xin1，WANG Zhan-sheng2，WANG Yong-sheng3

（1.Henan Institute of Science and Technology，Xinxiang，Henan 453003，China；

2. State Grid Xinxiang Power Supply Company，Xinxiang，Henan 453003，China；

3.Henan University of Science and Technology，Luoyang，Henan 471000，China）

Abstract：Machine vision is a rapid development of computer intelligence technology，its main principle is to collect the object information of the physical characteristics of the target object identification and analysis.As an important part of computer technology，machine vision technology has become one of the key technologies to promote the development of Agriculture，which is more and more widely used in China's agricultural production. This paper analyzes the principle of machine vision technology，the application of machine vision technology in agriculture and the future development direction of machine vision technology in agriculture.

Key words：machine vision technology；agricultural application；intelligent control