计算机视觉技术在智能化农业机械中的应用探析_李德川.pdf

742023 年 5 月下Agricultural 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探析李德川（甘肃省临洮县中铺镇人民政府农机站，甘肃 定西 730512）摘要：【目的】在智能化农业机械中合理应用计算机视觉技术，为农业现代化生产提供强有力的技术支撑。【方法】笔者通过分析计算机视觉技术在智能化农业机械中的应用优势，从田间作业机械、农业收获机械、农业导航机械、农产品加工与分选机械、病虫害防治农业喷洒机械这5个方面阐述了计算机视觉技术在智能化农业机械中的具体应用，并提出加大政府支持力度、注重专业人才培养等对策提高计算机视觉技术在智能化农业机械中的应用效果。【结果】智能化农业机械与计算机视觉技术的有机结合，可以有效调整和优化农业生产模式，减少生产成本投入，促进农民增收，节能环保，助推我国农业可持续、高质量发展。关键词：计算机视觉技术；智能化；农业机械中图分类号：TP391.41；S126 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-3872.2023.10.023智能化农业机械技术的不断发展和广泛应用，为我国农业机械行业可持续发展提供了强有力的技术支撑。其中，计算机视觉技术与智能化农业机械有机结合，不仅可以满足当前农业生产现代化需求，而且对进一步提高农业机械化、自动化以及智能化水平也有着重要作用。在智能化农业机械中，如何有效应用计算机视觉技术是目前各相关人员需要考虑的问题。1 计算机视觉技术在智能化农业机械中的应用优势分析1.1 利用图像获取与识别能力，提高田间作业效率较强的图像获取与识别能力是计算机视觉技术在智能化农业机械中明显的应用优势，将其与智能化农业机械有机结合，可以实现对田间复杂作业环境的快速识别，并满足自动化、智能化作业操作需求。例如，利用该项技术的图像识别能力对烦琐的作业流程进行分析，可以省去不必要的田间作业环节，有效缩短田间作业耗时，进一步提高农业机械作业效率。此外，计算机视觉技术还能满足依靠图像获取与识别能力的多种作业操作要求，实现精细化管理农业生产过程。1.2 利用数据处理与计算能力，提升农业机械操作准确性短时间内快速处理和计算数据的能力是计算机视觉技术在各行业领域中得到广泛应用的基础，快速处理和计算前期所获取到的图像数据信息，再结合实际需求选择性使用最终计算结果，并为后续操作程序优化提供参考依据1。基于此，在智能化农业机械中合理应用计算机视觉技术，发挥该项技术在数据快速处理与计算方面的优势，获得准确率更高的分析结果，在此基础上优化原有农业机械作业全过程，提升农业机械操作准确性，进一步提高农业机械自动化、智能化水平，最大程度地满足现代农业生产需求。1.3 有利于解决环境污染与资源浪费问题农业机械在计算机视觉技术应用的支持下，可以进一步提高智能化水平，同时还能更加智能化地分析农业生产各环节操作要点与注意事项，打破传统农业生产模式束缚，更为合理地使用各类资源，避免资源的严重浪费，并减少农业生产对周边生态环境的影响。2 智能化农业机械中计算机视觉技术的具体应用2.1 田间作业机械中计算机视觉技术的应用通过对智能化农业机械中计算机视觉技术应用情况进行调研与分析，发现农业播种、田间施肥、农药喷洒以及除草等田间作业均适合应用计算机视觉技术。近年来，环保工作的深入推进以及“金山银山不如绿水青山”等农业发展理念的落实，积极促进着我国农业机械智能化发展。智能化农业机械技术的普及应用，不仅能够减少农业生产过程中对周边环境的负面影响，也能有效缩短田间作业耗时2。利用计算机视觉技术可视化特性，可以实现农业机械作业可视化管理，提高机械作业效率。以田间除草作业为例，传统机械作业模式下，难以保证不会将农作物清除，田间机械除草作业缺乏针对性。因此，发挥计算机视觉技术优势，对田间杂草进行精准识别，达到差异化除草作业效果的同时，也作者简介：李德川（1986），男，甘肃临洮人，本科，助理工程师，研究方向为农业机械。2023 年 5 月下75Agricultural Machinery and Agronomy农机与农艺能进一步提高田间除草作业效率和质量，并实现对有益植株的有效保护，减少除草作业对农业生产效益的负面影响3。另外，将计算机视觉技术与喷洒除草剂作业相结合，通过该项技术的图像采集功能对比分析田间植物形态，以此实现精准喷洒除草剂，解决传统农业喷洒技术存在的局部过量喷洒农药的问题，减少农药喷洒对周边生态环境的污染，在一定程度上为我国环境保护工作落实提供助力4。2.2 农业收获机械中计算机视觉技术的应用随着农业机械化水平提高，其农业收获环节也会涉及机械设备的使用，在该环节合理应用计算机视觉技术，并发挥该项技术优势，不仅有利于促进农业机械信息化建设，也能实现智能化农业机械技术具体化应用，满足高效率收获农作物的需求，在一定程度上还能极大地提升农业生产便捷性。以果类农作物田间采摘作业为例，人工采摘是传统农业收获阶段主要运用的方式，不仅采摘作业效率低，而且无法满足大面积农作物高效率采摘的作业要求，还增加了额外种植成本，直接影响种植户经济收益。而在智能化农业机械中应用计算机视觉技术，能将应用对象精确到一个单位，利用摄像功能获取田间环境图像信息，对果实及植物茎叶等进行识别，综合分析田间果类农作物生长情况，再通过对比大数据，为果农判断果实成熟度提供有价值的参考，实现更加智能化地开展采摘作业5。该项技术的应用，既能充分体现农业收获精准度，又能有效提升采摘作业效率，提高果农经济收益，但在实际应用中仍存在一定缺陷。例如，应用计算机视觉技术辅助开展圣女果采摘作业时，该项技术可以识别出色彩特征较为鲜明的圣女果，精准区分果实与茎叶。但当果实与茎叶颜色相近时，计算机视觉识别准确率将降低，无法实现智能化采摘。因此，在未来技术应用发展过程中，需要注重技术改进，提升视觉识别精准度。现阶段，将Root AI采摘机器人与计算机视觉技术相结合，可以满足室内农场采摘农作物的需求。首先，Root AI采摘机器人对高度混乱和复杂的生长环境有着较强的适应性，能够保证自身在该环境下正常稳定运行。其次，对于室内农场种植蔬果是否成熟的实时检测，运用计算机视觉技术中的视觉算法可以对已成熟的果实进行准确识别，同时判断并精准定位果实所在空间位置。最后，利用Root AI采摘机器人带有多个传感器的机械手，在3D环境感知的基础上，对室内空间信息进行收集，并规划正确的采摘路线，可以完成蔬果采摘作业6。2.3 农业机械导航中计算机视觉技术的应用农业机械导航中对计算机视觉技术的应用，具体涉及以下几方面内容：1）充分利用计算机视觉技术的特性，为田间机械设备运行路线精准获取和反馈提供技术支持。随着农业机械化水平不断提高，各类农业机械设备被广泛应用于农业生产中，为了实现农业机械设备在运行过程中能够按照既定路线在田间行驶，可在原有卫星导航定位系统的基础上与计算机视觉技术相结合，发挥二者互补优势，避免农业机械行驶过程中出现路线偏航等问题。其原理是利用计算机视觉技术对田间农作物的形状、色彩特征等信息进行识别，再获取与分析相应的图像信息，达到为农业机械按照规定路线在田间行驶提供辅助的效果。2）计算机视觉技术也能对农业机械设备前进路线的地面上是否存在障碍物进行识别，再将从地面上获取的数据信息向农业机械设备的控制系统进行反馈，即可采取相应措施规避前进路线地面上的障碍物，解决农业机械设备与障碍物发生碰撞的问题，避免设备受到严重损坏7。2.4 农产品加工与分选机械中计算机视觉技术的应用因相关政策的出台，经济贸易在近些年来发展得愈加迅速，积极带动了我国对外贸易经济增长，也为农产品向海外销售提供了有利条件。基于此，为了实现更加高效的农产品运输以及提高农产品加工质量，可在农产品加工机械中应用计算机视觉技术，利用该项技术的图像处理算法实现农产品加工与装箱过程自动化操作。以果蔬类农产品装箱入库流程为例，人力装箱方式不仅作业效率低，而且会因耗时过长而导致果蔬类农产品错失最佳保鲜期，极有可能面临产品变质风险，造成严重资源浪费的同时影响农户经济收益。因此，在果蔬类农产品加工机械中合理引入计算机视觉技术的图像处理算法，对果蔬类农产品所在位置的水平方向与主轴的中心位置及夹角进行准确计算，可以实现对其最优装箱位置的确定，并充分满足农产品加工智能化、自动化需求。另外，也可以在农产品分选机械中应用计算机视觉技术，通过该项技术可以全面检测农产品的外形、品质等，确认农产品是否存在损伤情况，并对农产品的品质等级进行合理分选8。以芒果分选为例，将计762023 年 5 月下Agricultural Machinery and Agronomy农机与农艺算机视觉技术融入相应的农业机械设备中，借助图像处理功能分解处理和综合评估芒果的表面图像信息，再按照规定标准划分芒果品质等级，以此实现精准化分选不同品质等级的芒果。与此同时，计算机视觉技术也满足分类和获取农产品特征参数的需求，其目的是对农产品的品质多次分类处理后，进一步提升分选结果准确性，帮助农户筛选出最优质的农产品，促进农产品销售利润提升。2.5 病虫害防治农业喷洒机械中计算机视觉技术的应用病虫害防治是农业生产过程中最为关键的环节，其防治工作是否有效直接关系着农作物最终产量和经济效益。将计算机视觉技术与现代化病虫害防治工作相结合，利用该项技术较强的图像获取与识别能力对存在病虫害农作物与健康农作物的生态特征差异进行深入分析，为制定针对性病虫害防治方案提供参考依据。例如，应用计算机视觉技术对玉米农作物是否存在灰斑、锈病、蚜虫等病虫害进行识别，再对获取的数据信息进行处理和计算，采用特定的算法和数据模型，对农业病虫害的图像进行广泛挖掘和深度匹配，以获得准确有效的数据特征，实现对玉米常见病虫害类型的快速、准确识别，评估当前农作物病虫害严重程度，为后续配合农业喷洒机械使用的病虫害防治方案制定提供有效的参考依据9。将田间作物的病虫害及生长情况数据信息反馈给智能化农业喷洒机械，可在田间实现药剂高效喷洒，解决原有农业喷洒机械由于载药量小、喷洒方向不适合等因素仍需人工在地面进行喷洒药液的问题。3 提高计算机视觉技术在智能化农业机械中应用效果的措施为了进一步提高计算机视觉技术在智能化农业机械中的应用效果，可采取以下措施：1）政府及企业加大支持力度。农业机械智能化发展是实现计算机视觉技术在基层农业中推广应用的重要基础，关系着我国农业可持续发展战略的落实。地方政府应发挥自身职能作用，对智能化农业机械项目加大支持力度，并结合各地区农业机械发展水平，出台针对性福利政策，既能有效减轻农户生产经济负担，又能为智能化农业机械中计算机视觉技术保障体系的建立奠定基础10。就大型企业而言，需要做好模范带头作用，在地方政府牵头下大力支持计算机视觉技术在智能化农业机械工程中的全面推广，实现在整个农业生产过程中充分应用计算机视觉技术，并助力新型智能化农业机械研发，促进基层农业生产水平进一步提高。2）注重专业人才培养。计算机视觉技术是一种较为新颖的技术手段，专业的技术人才是在智能化农业机械中有效应用与持续推广计算机视觉技术的重要支撑。因此，需要注重此方面专业技术人才的培养，并结合当前情况，加快相关研究工作室的建立以及配套设施的建设，为技术人员进行技术交流和技术创新提供平台，促进计算机视觉技术体系更加完善化发展。鼓励本地高校设立相关专业，为对计算机视觉技术感兴趣的高校学生提供参与实践的机会，以此为计算机视觉技术在智能化农业机械中的持续推进注入动力，助推基层农业经济健康发展。4 结束语综上所述，智能化农业机械与计算机视觉技术相结合，有利于进一步提高我国农业发展水平，并积极推动农业机械智能化、自动化发展，充分发挥计算机视觉技术优势，在保证农业产量的前提下，最大化减少生产成本投入，促进农民增收，降低农业生产全过程对周边生态环境的负面影响，切实满足农业现代化生产的各种要求，助推我国农业经济高质量发展。参考文献：1 王铁胜.计算机视觉技术的发展及应用J.信息系统工程，2022(4)：63-66.2 王森，刘一冰.农业机械自动化在现代农业中的实践应用J.南方农业，2021，15(5)：184-185.3 吴越.浅析智能化技术在农业机械中的应用与发展J.南方农机，2020，51(23)：78-79.4 李东洋，谢琳.基于计算机视觉的农业自动化技术研究J.农村实用技术，2020(12)：19-20.5 杨叶.农业机械自动化发展现状及对策分析J.南方农机，2020，51(22)：3-4+59.6 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