農業機器視覺的技術論文(2)
農業機器視覺的技術論文
農業機械視覺技術論文篇二
機器視覺技術及其應用概況
摘要：介紹了機器視覺的系統組成及工作原理、相對于人類視覺優勢所在，闡述了機器視覺在我國工業、農業、醫學、機器人導航、衛星遙感等領域的應用，指出了機器視覺的未來走向。
關鍵詞：機器視覺;應用;圖像處理
中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2007)18-31701-02
Machine Vision Technology and Application Profiles
CHEN Fa-dong,ZHANG Xiao-fang,ZHAO Huan-yu,ZHANG Tao,YU Guo-ying
(Hebei Jinniu Energy Co.,Xingtai 054001,China)
Abstract:The paper introduced the machine vision system structure and working principle and the superiorities compared to human vision, the applications of machine vision are expounded in our industry, agriculture, medical, robotics, navigation, satellite remote sensing fields, the future direction of machine vision is stated.
Key words:Machine vision; Application; Image Procession
1 引言
機器視覺技術是20世紀70年代在遙感圖像處理和醫學圖像處理技術成功應用的基礎上逐漸興起的，并應用于多種領域。在我國，機器視覺仍屬新興行業，但是隨著產業化的發展對機器視覺技術的需求必將呈上升趨勢。
2 機器視覺技術
機器視覺是研究用計算機來模擬生物外顯或宏觀視覺功能的科學和技術，用圖像來創建和恢復現實世界模型, 最終用于實際檢測、測量和控制，是一門涉及人工智能、神經生物學、心理物理學、計算機科學、圖像處理及模式識別等多個領域的交叉學科[1]。
機器視覺系統一般由攝像機、圖像采集卡、計算機、光源、光照箱、載物臺等組成，如圖1所示。
圖1 機器視覺系統結構示意圖
工作原理是：在一定光照條件下, 用攝像機把三維場景的被攝取目標圖像采集到計算機內部形成原始圖像;然后，運用圖像處理技術對原始圖像進行預處理以改善圖像質量，分割圖像，提取特征要素，構成對圖像的描述;最后，采用模式識別技術進行特征分類，并根據預設條件輸出結果。
機器視覺具有與被觀測的對象無接觸，對被攝物體無損傷，觀測過程客觀，判別結果可靠性高的特點;同時機器視覺也拓寬了人類視覺范圍，在許多人類視覺無法感知的場合，如工業環境下高危險場景的感知、不可見物體感知等等，機器視覺更具優勢;而且機器視覺可以快速獲取大量信息，而且易于自動處理，也易于實現信息集成，是實現計算機集成制造的基礎技術。
2 機器視覺技術應用
隨著電子技術、計算機軟硬件技術、圖像處理及與人類視覺相關技術的迅速發展，機器視覺技術在理論和實踐上都取得了重大的發展，在我國工業、農業、醫學、機器人導航、衛星遙感等領域的應用越來越廣泛，下面就機器視覺技術在這些領域的應用概況進行闡述。
2.1 工業
在大批量工業生產過程中，生產過程的高度自動化和產品質量的日益提高，要求有更有效、更精確和高速度的檢測手段，機器視覺技術能夠保證工業現場環境下的可靠性，提高生產自動化程度，大大提高生產效率。因此，在現代自動化生產過程中，機器視覺系統被廣泛地用于產品測量、檢驗、質量控制等領域。
機器視覺在工業中的具體應用主要有：汽車整車尺寸測量，零件邊緣及平面尺寸檢測，螺紋幾何參數檢測，帶鋼表面缺陷檢測，電機換向片偏移檢測，玻璃制品裂紋檢測，煙包包裝檢測，飲料行業的容器質量檢測，半導體集成塊封裝質量檢測，印刷電路板疵病檢查，彈性力學照片的應力分析、流體力學圖片的阻力和升力分析，郵政信件的自動分揀等。機器視覺可以在一些有毒、放射性環境內識別工件及物體的形狀和排列狀態[2]。在制藥生產線上，機器視覺技術還可以對藥品包裝進行檢測，以確定是否裝入正確數量的藥粒。
2.2 農業
機器視覺技術在農業機械上的研究與應用始于20世紀70年代末期，主要集中于農產品品質檢測與分級的自動檢測機械的研究[3]。
農產品的生產過程受到自然和人為等復雜因素的影響，產品品質差異很大，機器視覺技術可以檢測農產品的大小、形狀、顏色、表面裂紋和表面缺陷及損傷。它的優點是：速度快，信息量大，可一次完成多個品質指標的綜合檢測，還可完成定量指標的測量，精確度高，能夠克服人眼的差異和視覺疲勞，實現無損檢測。能夠檢測的農產品有蔬菜、水果、谷物、煙草、茶葉、禽蛋等，其中部分研究已從理論走向實際應用，并取得了較大的經濟效益。其中，計算機圖像處理技術發揮了主力軍作用。此外，人工神經網絡等高新技術也開始引入到機器視覺識別與分級中，應用該技術有利于設計制造自動分級流水線，大大提高工作效率。
隨著計算機技術及數字圖像處理分析理論的成熟，機器視覺技術也逐漸滲透到農作物長勢監測、病蟲及草害的監測與防治、自動化收獲，以及農產品加工、儲糧害蟲檢測等領域。
2.3 醫學
在醫學領域，機器視覺的應用也越來越廣泛，主要用于醫學輔助診斷。首先采集核磁共振、超聲波、激光、X射線、γ射線等對人體檢查記錄的圖像，再利用數字圖像處理技術、信息融合技術對這些醫學圖像進行分析、描述和識別，最后得出相關信息，對輔助醫生診斷人體病源大小、形狀和異常，并進行有效治療發揮了重要的作用。
利用機器視覺技術還可對其它醫學影像數據進行統計和分析，如利用數字圖像的邊緣提取與分割技術，自動統計細胞個數，不僅節省人力，還大大提高了準確率和效率。另外，基于CT圖像的內部器官的重建，DSA(數字減影)技術等也是機器視覺技術在醫學領域的應用實例。
2.4 機器人導航
機器人導航包含道路規劃、避免碰撞、自適應位置控制和機器人相對于特定目標在三維空間中精確方位定位。在制造業，機器人被廣泛地應用于零件的裝配和檢驗，機器視覺應用于機器人使其柔性大大增加，使大批量使用裝配、檢驗機器人成為可能。工業機器人系統是一種基于視覺測量并進行制導和控制的系統，例如機械手在一定范圍內抓取和移動工件，攝像機利用動態圖像識別與跟蹤算法，跟蹤被移動工件，始終保持其處于視野的正中位置。相對于室內的工業機器人而言, 農業機械的機器視覺導航的工作環境和工作對象更加復雜。
農業機械的自動導航是現代智能農業機械的一個重要組成部分，有著廣闊的發展前景，在自動噴灑農藥肥料、收割作業、中耕除草、插秧耕作等許多方面有著廣泛的用途。在農業機械自動導航系統中，采用機器視覺導航除具有靈活、實時性和導航精度高等優點外，在采集導航信息的同時還能采集有關農作物、病蟲害以及農田狀況的圖像，隨著以信息化技術為核心的精細農業的興起，機器視覺導航必然會有更大的發展空間。
2.5 衛星遙感
衛星遙感圖像信息量大，數據存在多種干擾和誤差，處理和分析的工作量、難度都很大。在衛星遙感系統中，機器視覺技術被用于分析各種遙感圖像，進行環境監測、地理測量，根據地形、地貌的圖像和圖形特征，對地面目標進行自動識別、理解和分類等。具體來說有自動制圖，衛星圖像與地形圖對準，自動測繪地圖;對國土資源管理，如森林、水面、土壤的管理等;還可以對環境、火警自動監測。
2.6 其它方面
在交通管理系統中，機器視覺技術被用于車輛識別、調度，向交通管理與指揮系統提供相關信息;在閉路電視監控系統中，機器視覺技術被用于增強圖像質量，捕捉突發事件，監控復雜場景，鑒別身份，跟蹤可疑目標等，它能大幅度地提高監控效率，減少危險事件發生的概率;在航天及軍事方面，機器視覺技術被用于衛星照片的自動分析與判讀，景物識別，目標檢測，識別和定位，目標跟蹤，成像精確制導等。
3 結束語
綜上所述，機器視覺在工業、農業、醫學等領域的應用研究得到了廣泛開展，但我們應當看到，機器視覺從誕生到今天這短短三十多年時間中，其相關研究、發展和應用還遠沒有達到成熟的程度。在未來的幾年內，隨著中國加工制造業的發展，對于機器視覺的需求必將逐漸增多，隨著機器視覺產品的增多，技術的提高，國內機器視覺的應用狀況也將由初期的低端轉向高端。實現實時在線、智能化、高精度檢測與控制必將成為我國機器視覺的發展趨勢。
參考文獻：
[1]劉曙光，劉明遠.機器視覺及其應用[J]. 河北科技大學學報，2000，21(4)：11-15.
[2]席斌，王振雷，錢鋒. 機器視覺工業檢測系統的應用與發展[J]. 控制工程，2006，5(13)：220-222.
[3]劉中合等.計算機視覺技術在農業機械中的應用[J]. 農業裝備與車輛工程，2005，12(4)：37-39.
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