机器视觉技术在农业机械中的运用

钮亚平

本文首先阐述了机器视觉技术的概念、原理和系统组成，然后讨论了机器视觉技术在农业机械中的运用状况，最后对其未来的发展进行了展望，希望能对相关人士的工作和研究提供参考。

在改革开放之初，我国政府对经济发展和社会建设提出了“三步走”的战略目标。现在，人民的温饱问题和人民生活总体上达到小康水平这两个战略目标已经提前实现了，但目前我国农村地区仍存在一部分人口没有脱贫，“三农问题”仍是当前我国主要的问题。因此，当前我国扶贫工作的主要问题就是解决“三农问题”，而解决这一问题，首要的任务就是解决农业生产的机械化问题，推进农业生产的现代化。随着我国社会经济和科学技术的发展，在农业机械生产和管理自动化方面得到了极大的发展，其中，农业机器视觉技术就是一项十分有效的应用，能极大地提高我国的农业生产与管理自动化水平，不仅能节约大量的人力和物力的消耗，同时还能提高农业生产的质量与效率。

一、机器视觉技术概述

（一）基本概念

所谓的机器视觉，通常也被称为计算机视觉，就是利用机器上的计算机系统替代人眼进行观察、测量和判断，这种技术就是机器视觉技术。在实际应用中，我们先借助机器上的摄像头获取相应目标的图像，然后借助计算机算法，对图像做数字化处理，然后对其形状、颜色以及尺寸进行测量和判断。

（二）系统组成和应用原理

机器视觉的系统组成主要是光源、摄像机、采集卡与计算机。其中，摄像机借助光电传感器，把被测量物体的光形象转化成为电信号，以图像的形式进行记录并保存;而图像采集卡则是连接摄像机与计算机的主要纽带，其主要的作用是将电信号转化成为数字信号，然后把数字信号传输到计算机系统中;而计算机的主要功能是对数字信号进行保存并处理。而且，在实际的应用中，我们为了获得亮度与对比度较高的图像，往往需要采用一定的光源进行照明，以帮助摄像机获取并处理图像。

二、机器视觉技术在农业机械中的运用状况

（一）在农业种子质量检测机器方面的应用

要想实现农业增产，农民增收，首先要保证农作物种子的质量，可以说种子的质量优劣对农产品的产量和价格具有直接的影响，是农业生产过程中至关重要的环节。在传统的农作物种子质量检测中，一般都是农民用手和眼进行挑选。而将机械视觉技术引入到农业机械当中，采用机械队农作物种子的质量进行检测，不仅提高了检测的速度，还有效地提高了检测的准确率。例如我国的陈兵旗和孙旭东等人在2010年时就借助机器视觉技术开展了水稻种子质量的检测，实验的效果十分不错，能对水稻种子的种类、发霉以及破损情况进行准确的判断，具有极高的实用价值。

（二）在农业生产过程中的应用

在农业的生产中，我们还可以借助农业机械上的视觉技术对作物的生长信息、营养信息以及病虫害和杂草信息进行监测。在农业生产过程中，借助机器视觉技术检测农作物的生长信息，可以对其进行生长调控、缺素诊断以及产量的分析、预测，因此，将机器视觉技术应用在检测农作物生长信息就成为当前研究的热点之一。我国相关的研究者设计了相应的测量系统，通过机器视觉技术对相应农作物的生长信息进行了监测，根据监测获取的参数进行了数据模拟建模，较为理想地预测了该农作物的质量和产量。同时，在农作物的病虫害和杂草监测方面，我国的相关研究者也设计了基于机器视觉技术的农田病虫害检测系统和杂草检测系统，通过采用神经网络分类的方式，对我国农田中几种常见的病虫害和杂草进行了分类监测，在监测实验中，这两种监测检测的视觉系统操作方法简单可行，而且对病虫害和杂草的识别率较高，能满足病虫害和杂草的识别，同时还能满足智能化农药喷施的需求。

（三）具体的应用

在农业生产中，将机器视觉技术应用到农业机械上，最受关注的课题就是农业机器人了。在实际的应用中，将机器视觉技术应用到农业机器人上，使其能够进行自动除草、施肥、施药以及对农作物的品级进行分级，效果比较理想。

我国的相关研究者，在综合分析了农田自然环境的基础上，通过AVR单片机中的下位机控制其中的4个电机速度，使其实现了与上位机串口进行通讯的功能，同时借助线性扫描以及最小二乘法，真正实现了农业机器人在视觉导航方面的算法，使农业机器人真正实现了在农作物间的行走，實现了自动除草、施肥。此外，在农药喷洒方面，我国的相关研究者还采用了无人机喷洒的技术，借助无人机的视觉系统，智能识别农田中的病虫害和杂草，实施定点喷洒，取得了较为理想的除病虫害和杂草的效果。

三、农业机械视觉技术未来的展望

随着我国社会经济的发展，要想在2020年实现消除贫困，全面建成小康社会的宏伟目标，我们必须加强在“三农”方面的各种支持力度。而且随着科学技术的发展，将机器视觉技术与农业生产自动化建设相结合，深入研究机器视觉技术在农业机械中的应用，对解决“三农问题”具有极其重要的作用和意义。但与此同时，我国农作物种类和形状的多样性、农作物生产环境的复杂性以及理论与实际之间存在的较大的差异性等因素，都直接制约着机器视觉技术在农业机械中的具体应用。因此。机器视觉技术在农业机械发展中未来的应用必须解决这些实际的问题，必须从实验的条件、系统的软件与硬件设计这几个方面深入进行研究，从而设计出符合我国国情的农业机械视觉技术，促进我国农业生产的现代化建设。

综上所述，当前的“三农”问题已经成为制约我国实现全面建成小康社会宏伟目标的主要制约因素。实现农业生产机械化、现代化是解决“三农”问题的重要手段和方法，将机器视觉技术引入农业机械的设计当中，能提高我国农业生产、发展和管理自动化的水平，同时还能将农民从繁重的农业劳动中解放出来，因此，具有极其广阔的发展空间与应用前景。本文就阐述了机器视觉技术在农业机械中的运用状况，并对其未来发展进行了展望，希望能对相关人士的工作和研究提供参考。

（作者单位：037006山西省大同市农机质量监督管理站）