基于机器视觉的农业生产自动化控制系统

广西广播电视大学教育技术中心 刘铸德

关键字：机器视觉；农业生产；自动化控制系统

前言

随着科技的发展，先进的科学技术在农生产过程中的作用日益凸显。农业科技提高了农业生产的效率，同时满足了农业现代化生产的需求，农业生产自动化的实现需要对农作物有正确的识别，很多国家已经开始对机器视觉技术在农业自动化上面的研究予以高度的重视，利用机器视觉技术可以对农作物的形状、生长位置和植物的种类进行鉴别，进而帮助农业生产者进行一些自动化的生产，可以有效地判断果实的成熟，对于病虫进行检测，对农作物的状态进行检测，很大程度上减轻了农民生产的压力，解放了劳动力，对于农业生产有着积极的作用。

1 机器视觉技术

机器视觉技术就是利用机器代替人眼对事物进行测量和判断，利用光学装置和自动化非接触传感器获取目标对象的图像。然后再利用图像处理设备对图像的像素分布、亮度和颜色进行运算处理并进行判断，根据自己的识别目标选择出满足需求的特征信息，再根据数据的分析结果对现场的一些设备进行运动的控制。机器视觉也叫计算机视觉，在农作物生产过程中有很重要的作用。机械视觉技术的运用给农业的生产提供了重要的参考，提高了农产品的价值，提高了工作效率，机器视觉技术在农业生产过程中有着十分重要的作用，推动农业不断地向着机械自动化的方向发展。

2 机器视觉技术在农业生产过程中的应用

随着机械化的不断深入，机器视觉对于农业生产的重要作用日益凸显，目前在我国也有很多成功的案例：如对水果进行自动筛选，对种子和粮食进行自动检测，对农产品中的异物进行自动筛选等等在农业生产过程中有着重要作用给农业生产带来了极大的便利，甚至还可以对农作物的生产过程进行检测。

2.1 对水果进行自动分选

随着人们生活条件的不断提高，人们对水果的品质要求越来越高，这就促使水果生产者和水果经销商对水果进行分类处理，把水果按照颜色、大小、形状，甚至表面的缺陷状态等外观品质，依据一定的标准对水果进行分类，从而提高水果的价值，人工分选的效率较低，而且人工进行颜色鉴别时由于每个人和每个人的认识不同可能造成分选的精度不高。利用机器视觉技术就可以对水果表面的图像进行有效的数据采集，将水果的大小、颜色、果形，甚至果面的缺陷等参数固定好之后，对水果进行自动分级。

目前机械视觉技术已经在苹果、橘子和西红柿等农产品种类中得到了广泛的应用，由于对水果的分类具有客观性、精准性，所以获得了越来越多人的认可。大大减少了劳动强度，还可以得到更加客观的分类，这是大家对机械视觉技术越来越重视的原因。水果的挑选有了更加精准的标准，同时也为水果的分级提供了有效依据，这样可以在一定的程度上提高水果的价值。

2.2 对种子和粮食品质进行检测

机械视觉技术应用于种子和粮食品质的检测，主要是利用种子的图像，对种子的颜色、形状、尺寸等一些参数进行有效提取，那样就会对种子进行分辨检测，甚至可以对种子的裂纹和破损霉变情况进行有效的检测，进而判断出种子的发芽能力，最终选择出比较优质的种子，对于种子后期茁壮成长有很重要的作用。对于种子和粮食品质的检测主要利用计算机视觉检测技术、自动控制技术和模式识别技术。利用这些技术我们可以快速地利用种子的图像特征对种子进行分级，利用机械视觉技术可以快速对种子进行分类，这种方式大大提高了工作效率。对种子和粮食进行分类就可以挑选出相对比较优质的种子，这样可以提高生产，提高农民的收益。

2.3 农作物异物检测

通常情况下农作物生长在自然环境下，田间容易生长杂物，而大批量的生产和收割过程需要大量的机械作业，所以不可避免地就会掺杂一些杂物在农作物中，这就会对农作物的质量造成很大的影响，尤其像棉花和烟草类的植物，一旦有杂物就会对产品的质量造成一定的影响。所以机械视觉技术在这个生产环节有着十分重要的作用，利用这项技术我们可以有效对农产品中的杂质和劣质部分进行有效剔除，这样在一定程度上提高了产品的质量，大大提高了工作效率。利用机器视觉技术剔除农作物异物得到了广泛的应用，也解决了农业生产上的一些难题。

2.4 农田机械作业

而这之前我们在农田机械作业过程中常常依靠人工对农作物进行识别，然后再操作机器来完成一系列的生产工作，在农业迅速发展的今天，传统的机械作业已经满足不了农业发展的需求，不能做到更加精致的控制，尤其在农作物生长过程中我们无法对农作物虫害情况和杂草的位置进行有效的识别，按照固定的模式进行盲目地喷洒，大大降低了农业生产的效率，也会对空气造成一定的污染。如果利用机械视觉技术就可以进行精准的喷洒，利用图像处理技术可以有效对杂草和农作物进行精准定位精准喷洒，这样不仅节约了农药还提高了施药的效率，提高农作物的生产效率。

自动收获机械在农作物生产过程中的应用还是比较广泛的，即利用机械视觉系统来确定果实位置和是否成熟，控制机械进行自主作业、自动采摘，这项技术在农作物生产过程中起到了很重要的作用，所以得到了广泛的应用。农田机械作业在很多年以前就已经被广泛应用，机械视觉技术的到来更加完善了机械作业，提高了生产效率。

2.5 对植物生长情况进行有效检测

在普通的机械生产过程中，传统机械需要通过人眼进行识别，所以农作物的成熟也没有明确的检测标准，对于农作物的生长情况也不能有效进行检测，甚至需要花费大量的人力物力。其实，农作物的营养状况可以通过叶子反映出来，所以可以通过视觉技术对农作物的营养状态进行监测，及时了解具体情况就可对农作物进行有效的灌溉和营养补给，这样我们可以在一定程度上提高农作物的生产率，提高农民的生产效率，视觉技术目前在农作物生产过程中已经得到了广泛的应用，在之前，植物生长过程只能通过肉眼来识别，这样出现小的问题很不容易被发现，所以对于生长情况不能及时掌握，对于植物就不能很及时地进行改良。

2.6 在动物生产中的应用

机器视觉技术在农业生产过程中有了广泛的应用，在动物生产中也得到了应用，很多养殖场利用机器视觉技术对鸡蛋进行质量检测，并且可以在孵化的早期就对鸡蛋进行检测，检测出鸡蛋的生命力，在前期就可以去除一些坏蛋和死蛋，这样在一定程度上提高了孵化率。对于孵化出的小鸡进行性别分类，对不同性别的小鸡采取不同的喂养方式，这样有利于提高喂养效率，在一定程度上节约生产成本，在之前我们可能需要通过人工来对小鸡性别进行分类，这样不仅耗费大量的人力，还会浪费时间，所以对机械视觉技术在幼鸡分类过程中的应用也做了大量的研究，并取得了不错的成果。在动物生产过程中，机器视觉技术大大提高了孵化率，对于养殖场来说也节省了成本，提高了生产率。

3 现状和未来的展望

机械视觉技术的发展大大推动了生产自动化的发展，国家对机械自动化也十分重视，投入了大量的人力、财力。目前农作物的种类繁多，而且不同的区域地形和环境也存在着很大的不同，这些因素对机械视觉技术在一定程度上有所制约。为了解决这一问题我们需要根据具体的环境从多个方面做出硬件系统设计，从多个方面进行考察，充分利用国内外先进的技术，使得机械更加智能化。

在农业发展过程中我们有效地利用机械视觉技术不仅可以提高农作物的生产，还可以推动农业的自动化发展，可以大大减少劳动力。人类可以利用机械进行劳作，机械视觉技术在农业发展过程中有着很广阔的发展前景，与人类视觉相比，机械视觉更加快速，减少了损害，大大提高了农业生产的效率，推动了农业向自动化方向发展。

4 结语

农业发展不断的走向自动化，目前在农业生产过程中不断更新技术，结合了很多先进的科学技术，顺应了时代发展的需求，机械视觉在农业生产自动化上有重要的作用，推动了农业向着更自动化的方向发展。