图像处理技术在农机测试中的应用

范广权

【摘 要】图像处理技术可在农机测试工作中进行大量的推广和应用，通过图像采集和图像处理手法来实现农业机械的正常、快速检测，以保证农机的正常运行。本篇文章从图像处理技术的概念、特点和功能入手，对其在农机测试中的应用进行论述，详细介绍和分析了图像处理技术在土壤耕作机、种植施肥机等多种农业机械中的应用情况，并认为图像处理技术可在农机测试中进行广泛的应用和推广，以助推我国农业经济积极发展。

【关键词】图像处理技术；农机；农机测试；应用

测试技术，是一种利用现代化信息技术来分析产品质量以及工作性能的技术。测试技术应用于农业机械的初始时间是上世纪90年代，后来随着计算机信息技术的不断发展，图像处理技术逐渐成形，并被作为一种可视化现代信息技术被引入到农业机械测试中，因测试效果良好而得到了农机测试研究人员的高度重视。尽管目前图像处理技术在农业测试中的应用实例并不多见，但从其技术所具有的优势来看，图像处理技术在农机测试中的应用前景是极为广阔的。

1.图像处理技术

1.1图像处理技术的概念

计算机图像处理是通过计算机实现人类视觉功能，将所测的图像信号转换成数字信号并利用计算机模拟识得判别标准对其进行理解和识别的过程。其主要原理是用图像采集卡和摄像机将外界图像转换成以红（R）、绿（G）、蓝（B）三原色灰度值表示的数字图像，然后运用相应软件进行分析、加工、处理和输出。狭义的图像处理是消除图像劣化因素，改善图像质量，即完成“图像一图像”的转换；而广义的图像处理概念是分析给定图像，提取有效特征，完成“图像一描述”的过程。

1.2图像处理系统的组成

根据计算机图像处理技术的特点来，与之配套的计算机图像管理系统在组成上必须要有光源、高速摄像机、图像采集卡或采集器，4个必不可少的计算机系统图像输出器等等。需要注意的是，在图像采集处理系统中，最最重要的一个系统元件是高速摄像机。我国目前所使用的高速摄像机主要可分为两类，一类是CCD阵列摄像机，另一类则是基于是CMOS技术常的摄像机。

1.3图像处理技术的特点

比起其他类型的图像再现，本文中所介绍的图像处理技术不仅可以实现图像文字的再现，且能够保证图像在转换过程中的再现质量，能尽量维持数字化后图像的原稿质量，不会在转换过程中因为存储、传输或复制等过程中出现图像质量的改变和退化。

图像处理技术处理精度高，现代扫描仪可以把每个像素的灰度等级量化为16位甚至更高，所以计算机几乎可将一幅模拟图像数字化为任意大小的二维数组，这意味着图像的数字化精度可以达到满足任一应用需求。不论数组大小，也不论每个像素的位数多少，其处理过程几乎是一样的。换言之，从原理上讲不论图像的精度有多高，处理总是能实现的，只要在处理时改变程序中的数组参数就可以了。图像处理技术处理精度高，现代扫描仪可以把每个像素的灰度等级量化为16位甚至更高，所以计算机几乎可将一幅模拟图像数字化为任意大小的二维数组，这意味着图像的数字化精度可以达到满足任一应用需求。不论数组大小，也不论每个像素的位数多少，其处理过程几乎是一样的。换言之，从原理上讲不论图像的精度有多高，处理总是能实现的，只要在处理时改变程序中的数组参数就可以了。

2.图像处理技术在农机测试中的应用情况

农业机械测试一般分为两种类型，即室内测试和室外测试（或田间测试）。在这两种测试方法中，室内测试所存在的局限性相对较大，所以在具体测试时很容易对随机因素产生忽略。另外，如果采用室内测试方法来进行农机机械的测试，那么在具体的测试过程中，由于受到农机过快的运行速度以及过大的运行变化的影响，经由试验研究所得到的农机具的性能参数并不准确，更无法做到对农机测试关键环节的观测和记录。为了解决这一难题，建议在农机性能测试阶段引进图像处理技术，通过图像采集、记录和情景再现等连续性操作来监控农机具运行过程中瞬时变化，进而实现农机具测试系统的设计优化。

2.1土壤耕作机械

土壤耕作机械的主要功能为，负责对土地土壤进行翻耕、松碎等操作，是土壤耕作时需要使用的一种的基础性操作机械。常见的土壤耕作机械类型有桦式犁、凿式犁和旋耕机等。在所例举的几种耕作机械中，使用最为频繁的耕作机是旋耕机。旋耕机在设计和制造过程中，需要对该机械的性能参数作全面认真的动态测试和定量分析，通过研究旋耕机的抛土性能与其结构参数的关系，确定优化的结构参数和运动参数，但常用的手段难以精确测量抛土率。为解决这一难题，李伯全等利用基于时间序列的动态图像处理技术定量地描述了抛土率，并对抛土率理论模型进行了验证，还利用摄像机获得了旋耕机抛土过程中土粒的运动参数，为进一步提高旋耕机的性能研究奠定了基础。

图像处理技术在其他的土壤耕作机械中的应用还处在初级阶段，图像处理技术在研究铧式犁中为解决犁铧和犁壁的形状和参数与机组的行进速度的关系同样具有广阔的发展前景。

2.2种植施肥机械

种植机械按照种植对象和工艺过程的不同，可分为播种机、栽种机和秧苗栽植机3大类。为改进和设计更合理的精播机结构，中国农业大学研制了精播机虚拟仪器检测系统。此系统利用先进的图像处理系统来捕捉和检测种子的运动轨迹，再通过计算机技术模拟确定种子的运动速度和运动方程，得到了改进和设计精播机的相关参数。

排种器是播种机的关键部件，在台架上检测和对比排种器性能是个繁重而费时的工作。目前，测试排种器性能大部分都停留在人工测量和光电检测阶段。人工测量即人工在黄油粘胶带上测试。此种方式性能比较直观地在一定程度上反映种子的着落性能，但浪费种子、污染环境、效率低。光电检测只适合于测试漏播，对于重播准确性差，特别当种子体积较小、速度快时，误差更容易产生。

随着现代科学技术的日益发展，农业机器的机件的类别和应用范围都已扩大，又因为栽种机的专用性，对机件的要求就更加严格。传统的栽种机机件变形测试方法在很多情况下都受到限制，因此设计一种方便、实用的检测系统迫在眉睫。应用图像处理技术设计的变形测试系统。通过试验对象在整个受力过程中状态的变化，实时存储试验数据，经分析得到测试结果，从而达到测试的目的，显著提高了栽种机机件的测试水平。

2.3作物收获机械

作物收获机械指用于收取各种农作物或农产品的各种机械。玉米收获机是主要的收获机械之一，在设计玉米收获机的过程中，常用的路径获取源于人工驾驶，这种方式难在真正的提高机械化程度，收割效率与人操纵机械的熟练程度密切相关，具有不稳定性。因此提高玉米收获机性能的关键在于玉米智能收获机器人路径的识别。

3.结束语

综上所述，基于图像处理技术的农机测试，其测试的研究范围比普通研究方式的研究范围更广，不仅涵盖了测量、仪表、计算机、控制和电子工程，还包括了提高农机测试准确度、解决传统农机测试开发周期长、开发成本高以及操作复杂困难等内容。由此来看，我国图像处理技术的先进不仅可提高农机测试的精确度和准确性，还可在一定程度上促进我国农业机械经济的发展与增长，进而全面实现我国农业机械化的最终目的。

【参考文献】

[1]崔红光，任文涛，杨懿，韩双.图像处理技术在农业机器人中的应用[J].农机化研究，2008（01）.

[2]姜忠爱，张晓辉，秦军伟.计算机图像处理技术及其在农业检测中的应用[J].农机化研究，2004（06）.