计算机视觉技术在智能化农业机械中的应用研究_王莎莎.pdf

2023 年 5 月下47Agricultural Machinery and Agronomy农机与农艺计算机视觉技术在智能化农业机械中的应用研究王莎莎（黑龙江工商学院，黑龙江 哈尔滨 150025）摘要：计算机视觉技术是当前各领域普遍应用的一项现代化技术，其应用前景比较广阔。随着农业机械逐渐走向智能化和自动化，计算机视觉技术应用于智能化农业机械之中已经成为一种趋势，对农业机械自动化、智能化生产的实现发挥重要作用。为了研究计算机视觉技术在智能化农业机械中的科学应用，笔者首先对计算机视觉技术进行简要介绍；其次，分析了智能化农业机械所包含的主要技术类型，即绿色维修、人机协同以及机械自动化；最后，探讨智能化农业机械中计算机视觉技术的具体运用，将计算机视觉技术应用于田间作业机械、农作物收获机械以及农产品加工机械等机械之中，可产生较高的经济效益和环境效益。研究结果表明，在智能化农业机械中合理运用计算机视觉技术，可以进一步提升农业机械的精准度和自动化水平，对提升智能化农业机械的整体质量以及作业效率发挥着重要作用；科学运用计算机视觉技术，将极大地降低农业机械对生态环境的影响，满足绿色农业的发展需求，促进农业产业现代化。关键词：计算机视觉技术；智能化；自动化；农业机械中图分类号：TP391.4；F323.3 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-3872.2023.10.014计算机视觉技术的图像识别分析以及数据处理能力非常强大，对于推动智能化农业机械发展发挥着重要作用。作为全球农业大国，我国对智能化农业机械的开发和创新关系到农业的可持续发展。将智能化农业机械运用到农业生产之中，不仅可以对农业生态环境和资源实施有效保护，还有利于发展我国现代化农业，提升农业生产力1。现阶段，我国在开展农业生产时，所耗用的人力和物力仍比较多，即便我国农业已经实现了机械化生产，但很多农业机械仍需要通过人力辅助的方式来完成操作，智能化农业机械的出现彻底改变了这一现状，而将计算机视觉技术应用于智能化农业机械之中，可进一步提升农业机械自动化、智能化水平。因此，需要加强该技术在智能化农业机械领域中的运用研究，为农业机械创新发展提供技术支撑。1 计算机视觉技术概述1.1 技术组成计算机视觉技术涉及的范围比较广泛，人工智能、心理物理学、图像处理学、神经生物学等均在其范围之中，其主要是通过计算机技术对生物外显或宏观视觉功能进行模拟的一项科技。该技术主要是通过计算机视觉系统实现的，该系统的组成如图1所示2。其中，光照条件主要是在测量物体特征时，需要先创造条件，从而获取清晰且便于分析和处理的一类图像，图像通常是客观存在的三维物体在光线反射作用下向光电传感器投射所成的影像。因此，光照条件是满足图像要求的基本前提，需要通过光照条件获取清晰图像。图像采集方面，常用的摄像机通常属于电耦合器件，其输出图像属于模拟电信号，通过A/D转换器可将模拟电信号转换为数字信号，然后再通过平滑以及滤波等处理产生PC机能够有效分析的可利用信息3。实验平台和目标物摄像机组图像采集元件光照条件图像监视器PC 机图1计算机视觉系统的组成1.2 基于计算机视觉技术的图像处理利用计算机视觉技术开展图像处理的整体体系结构如图2所示。在这一体系结构之中，Shape from X表示图像纹理、边缘点、轮廓、直线、灰度以及颜色等特征中的一种，通过该特征可以将物体三维形状进行恢复。利用摄像机可通过图像形式将需要识别的对象进行记录，经特征检测对图像基本特征进行提取，然后利用计算机图像处理技术对图像的特征进行进一步处理，对有用信息进行恢复、识别和分析，然后得出结论4。在智能化农业机械之中，计算机视觉技术可以通过摄像机对农作物进行图像记录，然后提取图像特征，并借助计算机对图像进行准确识别和处作者简介：王莎莎（1997），女，山西吕梁人，硕士研究生，助教，研究方向为农业、食品机械关键技术与装备。482023 年 5 月下Agricultural Machinery and Agronomy农机与农艺理。例如，将该技术应用于农作物收获机械中，可以锁定农作物果实，准确收获果实。2 智能化农业机械的主要技术类型2.1 绿色维修简而言之，绿色维修主要是当农业机械在开展农业作业时出现故障问题的情况下，在不对自然环境、农业生态环境产生破坏的基础上，尽量降低能源消耗，并采用现代化技术对出现故障问题的机械零部件进行更换和维修的一项技术类型5。通过实施绿色维修，不仅能够合理地规避材料浪费问题，而且能够避免农业生态环境以及自然环境遭受破坏，在维修过程中还能够减少废弃物排放量，使农业机械得到稳定、健康发展。2.2 人机协同人机协同通常是指在开展农业生产时，利用互联网技术使终端设备与生产者之间实现互联，通过人机互联发挥协同作用，从而完成农业生产任务6。利用人机协同不仅能够使农业机械的生产质量以及工作速度明显提升，而且还能够使农业机械在实际运行中出现的各类故障问题得到实时监控和诊断，将数据库、GPS定位以及人工智能等现代化技术融入智能化农业机械之中，可以通过计算机对信息进行收集整理，并将整理后的信息反馈给生产者，然后会对给定的操作指令进行分析，从而使农业机械的整体工作效率得到提升。2.3 机械自动化机械自动化主要是借助当前智能技术的优势，使农业机械设备可以通过预先设定的程序将既定的农业生产任务自动完成，从而达到少用人工或者不用人工便能完成既定农业生产任务的目的。机械自动化的运用和实现有利于提升农业生产的效率，并在此基础上减少农业作业人员的数量，降低农业生产所耗用的人工成本7。农业机械研发设计单位以及生产单位必须与当前农业生产的实际情况相结合，重视对农业机械设备的改良和创新，将机械自动化相关技术持续引入农业机械的设计和制造之中，从而提升农业机械的运行效率，使农业生产质量以及速度均能够得到持续改善。3 智能化农业机械中计算机视觉技术的具体应用从上述内容可知，计算机视觉技术能够通过图像处理实现在农业机械中的有效应用，发挥了重要的辅助作用，可以进一步提升智能化农业机械参与农业生产的精准度和运行效率。而智能化农业机械又是当前农业自动化生产的主流趋势。因此，在使用智能化农业机械开展农业生产时，可以将计算机视觉技术有效地运用到智能化农业机械之中，从而发挥计算机视觉技术的作用，促进智能化农业机械的发展。3.1 计算机视觉技术在田间作业机械中的具体应用长期以来，我国一直采用传统人工方式开展农业生产，包括耕整地、播种、农作物养护、农作物收获等，每一个环节均需要借助人工完成农作任务，导致农业大规模种植的目标难以实现，农业生产效率低下，农户劳动强度大，阻碍了我国农业经济的可持续发展。在开展农业生产时，既要重视对农作物的播种和收获，又要重视日常除草以及病虫害防治工作。改革开放以来尤其是近20年，在党和政府的高度重视下，我国农业机械化发展迅猛，当今我国农业机械化水平已经比较高，基本实现了田间作业机械化，并取代了传统人工作业方式，这无疑使农业作业的效率得到较大程度的提升，同时明显降低农业从业人员的工作强度，实现了农业高效率生产8。将计算机视觉技术运用到智能化农业机械设备之中，可以实现农业生产力的二次解放，无论是农作物播种和收获，还是农田除虫除草，均能够利用该技术实现自动化作业9。将该技术融入智能化农业机械设备中，可以通过计算机视觉技术对农田图像信息进行精准获取，然后对这些图像信息进行分析和处理，从而了解农作物的生长态势以及病虫害情况，便于农作物的日常管理。这不仅能够改善农业机械在田间作业的效率和速度，而且还能够为农业管理提供准确的数据信息支持。例如，在对农作物病虫害进行防治时，可借助计算机视觉技术对农田中的农作物生长态势、病虫害情况、杂草生长情况等信息进行获取，通过科学计算分析，可以对图像特征检测基本特征Shape from X位置形状识别物体描述图2基于计算机视觉技术的图像处理体系结构2023 年 5 月下49Agricultural Machinery and Agronomy农机与农艺农药的使用种类、使用量以及使用浓度进行确定，并自动、精准地喷洒农药，科学使用农药，有效避免农药过量使用问题的发生，从而降低农药对农业生态环境造成的污染。3.2 计算机视觉技术在农作物收获机械中的具体应用计算机视觉技术还可以有效应用到农业收获机械之中，使农业收获机械的自动化及信息化水平得到全面提升。同时，在对农作物进行收获的过程中，计算机视觉技术也可发挥重要作用，能够有效提升农作物收获的质量和效率，不仅可以提高单位时间内农作物的收获量，而且还可以减少收获过程中对农作物果实造成的损伤，从而提升收获效果，提升农作物收获效率10。例如，使用智能化农业机械对果树上的果实进行采摘，可以利用计算机视觉技术中的图像识别技术，对果实的成熟情况进行准确分析，并通过计算得出采摘区域果实的成熟情况，从而能够准确、快速地判定水果是否达到采摘标准，再使用智能化收获机械对水果进行针对性采摘。采用计算机视觉技术不仅可以缩减农作物收获时间，提升采摘速度，而且还可以对果实成熟情况进行准确分析和判定，避免采摘未成熟的果实，实现精准采摘，同时也保证了采摘的合理性。此外，采用计算机视觉技术还能够实现对农作物的精细化管理，通过采集的统计数据可以对农作物的实际情况做出科学评估，使农作物收获作业得以准确、有序开展，提升农作物收获的质量和效率。3.3 计算机视觉技术在农产品加工机械中的具体应用近年来，随着人们生活水平的不断提高，消费者对农产品的质量要求越来越高，不仅要求吃得饱，而且要求吃得好。农产品在未加工之前属于初级农产品，虽然也具有一定的价值，但农产品的附加价值比较低，甚至没有附加价值11。只有对农产品进行加工处理之后，方可将其附加价值充分体现，才能够进一步提升农产品的品质和市场竞争力，满足人们对美好生活的需求。基于此，合理应用计算机视觉技术能够进一步改进智能化农产品加工机械的性能，提升农产品加工的质量，实现农产品加工自动化、智能化处理，提升农产品加工水平12。例如，在对苹果进行分拣和包装时，可以利用计算机视觉技术准确、快捷地完成苹果划分任务，按照苹果的大小以及色泽进行分拣，然后使用加工设备对划分好的苹果进行包装，从而完成苹果的精准分拣和包装，并提升分拣和包装的速度，减少人为因素对分拣和包装质量和效率造成的影响。此外，在开展农产品加工作业时，智能化加工机械有时会因机械化故障导致农产品加工受到影响，通过计算机视觉技术可以对智能化加工机械设备存在的机械化故障进行监控，第一时间预警机械设备出现的故障问题，及时提醒操作人员对智能化农产品加工机械设备出现的故障问题进行处理，保证机械设备能够正常运行，降低农业机械维护成本。4 结束语综上所述，将计算机视觉技术应用于智能化农业机械之中是当前农业机械化发展的一大趋势，也是实现农业机械自动化、智能化及信息化的重要条件。计算机视觉技术的应用能够提升智能化农业机械使用的准确性和高效性，降低农户劳动强度，提高农作物的产量和质量，有力地提高农户的经济收益，促进我国农业机械化水平的持续提升，助推乡村振兴。参考文献：1 崔海珍，郝永冰.智能化技术在农业机械中的应用与发展J.河北农机，2022(2)：100-102.2 李凤红.现代农业机械中智能化技术的运用探析J.农村实用技术，2022(3)：110-111.3 邓建岭.农业工程机械技术现状及智能化信息化分析J.中国科技期刊数据库 工业A，2022(6)：242-245.4 马玉玲.现代农业机械中智能化技术的发展应用J.农业工程技术，2022，42(27)：16-17.5 卢建勤，赵彦鸿.物联网技术在智能农业中的运用初探J.电脑知识与技术，2022，18(15)：123-124.6 高明亮.农业机械新技术在农村生产中的应用研究J.农民致富之友，2022(23)：87-89.7 伊海.农业机械设计制造中自动化技术的应用J.河北农机，2022(3)：19-21.8 裴凤雀，杨开伟，王淼，等.智能制造在农业机械领域的应用现状分析J.智能化农