厲害了!機器視覺在農業中的應用
機器視覺是一門涉及模式識別、神經生物學、電腦科學、人工智慧、影象處理、心理物理學等諸多領域的交叉學科。主要是通過計算機對人類某些視覺方面的智慧行為的模擬和再現,再處理並理解從客觀事物的影象中提取到的資訊,最終達到在實際檢測和控制中應用的目的。近年來,隨著農業的智慧化發展,使得機器視覺越來越多的應用於農業之中。
1機器視覺的主要結構
1.1照明
照明是機器視覺系統裡的一個非常重要的部分。它直接影響著攝像機採集到的資料的質量,所以,在選擇照明裝置的事情上,要非常的謹慎。一個好的光源的判別標準是:
(1)能夠突出對比被測物體的特徵。
(2)保證穩定性和亮度。
(3)物體的位移不會對成像質量有影響。
生活中常見的光源主要有白熾燈、氙燈、熒光燈、LED等幾種型別。在照明上,有兩種方法可以來增強需要的目標特徵:
(1)利用光譜。選取合適的照明光源反射呈現出希望看到的光譜範圍。
(2)利用照明的方向性。有兩種方法:其中一種是具利用光源本身的照射效果。光進行漫反射時,光的照射強度在每個方向上基本相同。而當光直射時,光源的光會集中在一個狹小的範圍內。特定的環境下,光源會發出單向平行光。
(3)可以從被測物、光源、攝像機三個部分的相對位置入手。有正面光、背光、明場照明、暗場照明四種相互獨立的方法。
1.2鏡頭
攝像鏡頭是一種光學裝置。具有把光轉換為攝像機內部成像的功能。鏡頭是機器視覺中舉足輕重的部分,對判斷影象的質量好壞有著很客觀的作用。鏡頭效能的引數主要有工作距離、角度、視場、景深、解析度等幾個方面。工作距離指的是鏡頭的前部到被測物體的距離。視場表示攝像頭能觀察到的最大的範圍。景深指的是在物體在攝像機照射到清晰影象的情況下能移動的前後距離範圍。
1.3攝像機
攝像機是可是將光線轉換成影象的裝置。攝像機又分CCD和CMOS感測器攝像機兩種。兩者主要的區別是讀出資料的方式。CCD的成本高,工藝複雜,耗電高,但是效果好。CMOS製造成本低,製造工藝簡單,消耗的電力小,但是CMOS的通透性和對色彩的還原能力都比較差。CCD可分為兩類,面陣式和線陣式。在速度較高的情況下一般採用線陣式,速度低的情況下采用面陣式。面陣式價格也比較便宜。
1.4 影象採集卡
把攝像機採集到的資料通過影象採集卡轉存到電腦中。
2機器視覺在農業中的應用
2.1機器視覺在棉花氮素營養診斷中的應用
農作物生長髮育程序和產量形成受肥料影響很大,基於機器視覺的作物生長監測與診斷技術是近地面遙感監測的方法之一,其優質清晰的數字影象既能方便地對作物生長髮育的季節性變化進行評估,也能實時高效、快速準確、自動無損地提供作物長勢資訊和營養狀態診斷,在資訊化精準農業生產中扮演著極其重要的角色,還可以幫助農戶適時採取農藝措施(施肥、灌水、耕作、收割以及病、蟲、草、鼠害防治等),從而提高農作物產量與品質。
2.2機器視覺在嫁接苗移栽實時定位中的應用
為了降低嫁接苗培育整個環節的工作強度、提高嫁接苗存活率以及生長質量,嫁接苗的全自動培育是未來發展的趨勢。嫁接苗的全自動培育包括精密定向自動播種、自動育苗、自動供苗、自動嫁接、嫁接苗自動移栽以及溫室自動管理幾個步驟,每個環節都有大量的研究人員深入研究。其中,嫁接苗的自動移栽主要完成從嫁接機上取苗再到穴盤上進行種苗的過程。移栽效果一般取決於穴孔定位的精度、穩定性以及末端執行器的設計。針對移栽過程中基於機器視覺的穴孔位置的定位研究是目前的研究熱點。
2.3機器視覺在茶隴識別與採茶機導航中的應用
中國是茶葉的主要原產地,也是世界上茶葉種植、消費、出口最大的國家之一。目前,我國茶葉採摘和用工的矛盾已經成為茶葉產業發展的瓶頸,加快發展茶葉採摘機械化勢在必行。採用機械化作業替代人工,不僅可以降低成本,而且能夠提高採茶質量和生產效率。機器視覺在茶隴識別與採茶機導航中的應用,給茶產業帶來了新的春天。利用計算機視覺系統識別茶樹嫩芽並實現定位採摘的方法,不僅可以保證葉片的完整性,還能使整個採摘過程完全自動化,節省大量的人力物力,但機器視覺的識別效率還有待提高。
3總結與展望
機器視覺在農業中的應用為精細農業和農業生產自動化奠定了基礎,不僅有助於解放勞動力,還有助於提高農作物產品的品質和產量。
另外,植物生長過程的三維重構是目前國內外的研究熱點,機器視覺技術是改過程中不可或缺的重要環節。植物生長週期長,利用三維重構技術可將作物在虛擬空間中結構的發育與生長過程進行模擬,並以三維影象進行展現,不僅能夠直觀、精確地呈現植物的三維生長過程,還可對植物的生長進行預測,為生物育種、育苗提供高效便捷的實驗方法。
深圳辰視智慧科技有限公司是一家集機器視覺、工業智慧化於一體的高新技術企業,是由一支中國科學院機器視覺技術研究的精英團隊在深圳創立。
辰視智慧擁有基於深度學習的三維視覺引導、機器人運動控制、視覺檢測、三維建模等方面的核心技術,並研發了機器人三維視覺引導系統 、機器人二維視覺引導系統、三維檢測系統、產品外觀檢測系統等可根據客戶需求定製化的智慧產品。以高效·低成本·模組化的方式為自動化整合商、自動化裝置廠商、機器人廠家提供機器視覺的相關解決方案。
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