農(nóng)業(yè)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)論文
機(jī)器視覺(jué)是一門涉及人工智能、計(jì)算機(jī)科學(xué)、圖像處理、模式識(shí)別、神經(jīng)生物學(xué)、心理物理學(xué)等諸多領(lǐng)域的交叉學(xué)科。下面是學(xué)習(xí)啦小編整理了農(nóng)業(yè)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)論文，有興趣的親可以來(lái)閱讀一下!
農(nóng)業(yè)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)論文篇一
機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的應(yīng)用研究
【摘要】闡述了機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、交通領(lǐng)域的研究應(yīng)用狀況，指出了機(jī)器視覺(jué)的未來(lái)走向。
【關(guān)鍵詞】機(jī)器視覺(jué);應(yīng)用研究
機(jī)器視覺(jué)是一門涉及人工智能、計(jì)算機(jī)科學(xué)、圖像處理、模式識(shí)別、神經(jīng)生物學(xué)、心理物理學(xué)等諸多領(lǐng)域的交叉學(xué)科。機(jī)器視覺(jué)主要利用計(jì)算機(jī)來(lái)模擬人或再現(xiàn)與人類視覺(jué)有關(guān)的某些智能行為，從客觀事物的圖像中提取信息進(jìn)行處理，并加以理解，最終用于實(shí)際檢測(cè)和控制。隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)也日臻成熟，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的各行業(yè)。
1.機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)組成
一個(gè)典型的機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用系統(tǒng)包括圖像捕捉、光源系統(tǒng)、圖像數(shù)字化模塊、數(shù)字圖像處理模塊、智能判斷決策模塊和機(jī)械控制執(zhí)行模塊，如圖1所示。首先采用CCD攝像機(jī)獲得被測(cè)目標(biāo)的圖像信號(hào)，然后通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布、亮度和色彩等信息，進(jìn)行各種運(yùn)算來(lái)抽取目標(biāo)的特征，然后再根據(jù)預(yù)設(shè)的判別標(biāo)準(zhǔn)輸出判斷結(jié)果，去控制驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)處理。
總之，隨著機(jī)器視覺(jué)技術(shù)自身的成熟和發(fā)展，可以預(yù)計(jì)它將在現(xiàn)代和未來(lái)制造企業(yè)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。
2.機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的應(yīng)用
在國(guó)外，機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在半導(dǎo)體及電子行業(yè)，其中大概40%-50%都集中在半導(dǎo)體行業(yè)。具體如PCB印刷電路;SMT表面貼裝;電子生產(chǎn)加工設(shè)備;機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)還在質(zhì)量檢測(cè)的各個(gè)方面已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，并且其產(chǎn)品在應(yīng)用中占據(jù)著舉足輕重的地位。
而在中國(guó)，以上行業(yè)本身就屬于新興的領(lǐng)域，再加之機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)品技術(shù)的普及不夠，導(dǎo)致機(jī)器視覺(jué)在以上各行業(yè)的應(yīng)用幾乎空白。目前隨著我國(guó)隨著配套基礎(chǔ)建設(shè)的完善，技術(shù)、資金的積累，各行各業(yè)對(duì)采用圖像和機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的工業(yè)自動(dòng)化、智能化需求開(kāi)始廣泛出現(xiàn)，國(guó)內(nèi)有關(guān)大中專院校、研究所和企業(yè)近兩年在圖像和機(jī)器視覺(jué)技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行了積極思索和大膽的嘗試，逐步開(kāi)始了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和其它領(lǐng)域的應(yīng)用。
(1)工業(yè)中的應(yīng)用
雖然機(jī)器視覺(jué)技術(shù)從20世紀(jì)80年代才開(kāi)始起步，但由于其突出的優(yōu)點(diǎn)，在各種工業(yè)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，特別是近幾年發(fā)展十分迅速，國(guó)內(nèi)外的成果也是層出不窮。
在國(guó)外，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)廣泛應(yīng)用于機(jī)器零部件的裝配、非接觸測(cè)量、產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)、在線過(guò)程控制、數(shù)控機(jī)床加工、過(guò)程監(jiān)控等領(lǐng)域。英國(guó)ROVER汽車公司800系列汽車車身輪廓尺寸精度的100%在線檢測(cè)，是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)用于工業(yè)檢測(cè)中的一個(gè)較為典型的例子，該系統(tǒng)由62個(gè)測(cè)量單元組成，每個(gè)測(cè)量單元包括一臺(tái)激光器和一個(gè)CCD攝像機(jī)，用以檢測(cè)車身外殼上288個(gè)測(cè)量點(diǎn)。汽車車身置于測(cè)量框架下，通過(guò)軟件校準(zhǔn)車身的精確位置。測(cè)量單元的校準(zhǔn)將會(huì)影響檢測(cè)精度，因而受到特別重視。每個(gè)激光器/攝像機(jī)單元均在離線狀態(tài)下經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)。同時(shí)還有一個(gè)在離線狀態(tài)下用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)校準(zhǔn)過(guò)的校準(zhǔn)裝置，可對(duì)攝像頂進(jìn)行在線校準(zhǔn)。檢測(cè)系統(tǒng)以每40秒檢測(cè)一個(gè)車身的速度，檢測(cè)三種類型的車身。系統(tǒng)將檢測(cè)結(jié)果與人、從CAD模型中撮出來(lái)的合格尺寸相比較，測(cè)量精度為±0。1mm。ROVER的質(zhì)量檢測(cè)人員用該系統(tǒng)來(lái)判別關(guān)鍵部分的尺寸一致性，如車身整體外型、門、玻璃窗口等。實(shí)踐證明，該系統(tǒng)是成功的，并將用于ROVER公司其它系列汽車的車身檢測(cè)。
機(jī)器視覺(jué)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用主要集中于檢測(cè)與定位等幾個(gè)方面，這樣的工業(yè)產(chǎn)品占據(jù)了中國(guó)市場(chǎng)的絕大部分。機(jī)器視覺(jué)在工業(yè)檢測(cè)中的應(yīng)用最為常見(jiàn)的是對(duì)各種機(jī)械零件的幾何尺寸進(jìn)行測(cè)量，在半導(dǎo)體及電子行業(yè)，國(guó)內(nèi)高等院校和科研單位也研究出基于機(jī)器視覺(jué)的管腳尺寸自動(dòng)檢測(cè)裝置。此外，機(jī)器視覺(jué)還被用于對(duì)于如刀具等工業(yè)設(shè)備的檢測(cè)和數(shù)控機(jī)床的加工。在很多工業(yè)領(lǐng)域存在著高精度定位的問(wèn)題，如鉆床數(shù)控系統(tǒng)鉆頭定位、金屬板材數(shù)控加工軌跡坐標(biāo)定位等。目前機(jī)器視覺(jué)技術(shù)由于其高精度的優(yōu)點(diǎn)在這方面得到廣泛的應(yīng)用。華中科技大學(xué)在金屬板材數(shù)控加工中利用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)對(duì)加工軌跡坐標(biāo)定位。提出一種基于機(jī)器視覺(jué)的非接觸式加工軌跡坐標(biāo)定位方法，完成了金屬板材數(shù)字化成形中支撐模型的非接觸式高精度快速定位。湖南大學(xué)進(jìn)行了鉆頭視覺(jué)定位研究，在視覺(jué)定位中采用間接定位方式，間接實(shí)現(xiàn)鉆頭刃磨初始狀態(tài)的定位。中國(guó)計(jì)量學(xué)院等單位進(jìn)行了基于機(jī)器視覺(jué)的PCB數(shù)控鉆機(jī)定位研究。大量的實(shí)踐證明采用機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)進(jìn)行定位并且綜合運(yùn)用數(shù)控伺服傳動(dòng)技術(shù)以及各種先進(jìn)控制技術(shù)能夠有效實(shí)現(xiàn)精確定位。利用機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)節(jié)約了大量的人力和物力，降低了產(chǎn)品生產(chǎn)成本。
(2)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用
計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用研究，起始于20世紀(jì)70年代末期，主要應(yīng)用于植物種類的鑒別、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測(cè)與分級(jí)等。隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、圖形圖像處理技術(shù)的迅猛發(fā)展，它在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用研究有了較大的突破，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的生產(chǎn)前、生產(chǎn)中、收獲時(shí)和產(chǎn)后的各個(gè)環(huán)節(jié)中，均可以利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)這些農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的視覺(jué)化。計(jì)算機(jī)視覺(jué)在產(chǎn)前的應(yīng)用主要是檢驗(yàn)種子質(zhì)量;在產(chǎn)中的應(yīng)用包括田間雜草識(shí)別、植物生長(zhǎng)信息的監(jiān)測(cè)、病蟲(chóng)害的監(jiān)視和營(yíng)養(yǎng)脅迫診斷等方面;在農(nóng)作物收獲時(shí)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研制與開(kāi)發(fā)上;在產(chǎn)后的應(yīng)用包括水果分級(jí)和農(nóng)產(chǎn)品的加工等。在農(nóng)田作業(yè)機(jī)械上，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)被不斷的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。農(nóng)藥的粗放式噴灑正是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中效率最低、污染最嚴(yán)重的環(huán)節(jié)。利用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥的精量噴灑，近年來(lái)，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在播種機(jī)械方面的應(yīng)用主要是檢測(cè)播種質(zhì)量;在自動(dòng)收獲機(jī)等農(nóng)田自動(dòng)作業(yè)機(jī)械上，更需要依靠機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)來(lái)確定作物行與機(jī)械的相對(duì)位置，以控制自動(dòng)作業(yè)機(jī)械在作物行間自動(dòng)行進(jìn)，
機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用可提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平，解放勞動(dòng)力，具有良好的應(yīng)用前景。同時(shí)還應(yīng)看到，由于農(nóng)業(yè)對(duì)象的特點(diǎn)，機(jī)器視覺(jué)理論和技術(shù)的局限性以及硬件條件的限制，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用距離實(shí)用和普及還有相當(dāng)長(zhǎng)的距離。相信隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，很多問(wèn)題會(huì)得到好的解決，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用會(huì)極大地加快農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)程。 (3)醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用
隨著藥品和醫(yī)療器械安全性問(wèn)題重要性的不斷提升，越來(lái)越多的生產(chǎn)廠商將機(jī)器視覺(jué)技術(shù)引入實(shí)際生產(chǎn)中來(lái)，以達(dá)到提高生產(chǎn)效率，加強(qiáng)產(chǎn)品品質(zhì)保障的目的。同樣，在醫(yī)療系統(tǒng)中機(jī)器視覺(jué)也得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。
機(jī)器視覺(jué)科技醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用主要分為醫(yī)學(xué)與藥物兩部分。機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在醫(yī)學(xué)疾病診斷方面的應(yīng)用主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是對(duì)(X射線成像、顯微圖片、B超、CT、MRI)圖像增強(qiáng)、標(biāo)記、渲染處理，主要利用數(shù)字圖像處理技術(shù)、信息融合技術(shù)對(duì)X射線透視圖、核磁共振圖像、CT圖像進(jìn)行適當(dāng)疊加，然后進(jìn)行綜合分析協(xié)助醫(yī)生診斷;二是利用專家知識(shí)和3D重構(gòu)對(duì)物體三維信息與運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行分析并給出形象準(zhǔn)確的解釋，如診斷與手術(shù)等。機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的應(yīng)用不僅節(jié)省了人力，而且大大提高了準(zhǔn)確率和效率。在藥物方面，機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)藥用瓶的缺陷檢測(cè)，也包括了藥用玻璃瓶范疇，也就是說(shuō)機(jī)器視覺(jué)也涉及到了醫(yī)藥領(lǐng)域，其主要檢測(cè)包括尺寸檢測(cè)、瓶身外觀缺陷檢測(cè)、瓶肩部缺陷檢測(cè)、瓶口檢測(cè)等。除此之外，對(duì)藥劑雜質(zhì)的檢測(cè)、對(duì)醫(yī)學(xué)用具質(zhì)量的檢測(cè)、對(duì)藥物外包裝泄露的檢測(cè)等等都在保障著藥物的質(zhì)量安全，保障著人們的生命健康。
(4)交通領(lǐng)域的應(yīng)用
隨著計(jì)算機(jī)的普及和相關(guān)軟件的不斷更新升級(jí)，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在交通領(lǐng)域所發(fā)揮的作用愈為重要。機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在交通領(lǐng)域的應(yīng)用范圍較廣，主要包括視頻檢測(cè)系統(tǒng)、智能車輛的安全保障系統(tǒng)、車牌識(shí)別和交通指揮等。
視覺(jué)技術(shù)應(yīng)用于視頻檢測(cè)時(shí)，視頻檢測(cè)系統(tǒng)的目標(biāo)就是用數(shù)字圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)，通過(guò)分析交通圖像序列來(lái)對(duì)車輛、行人等交通目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)、定位、識(shí)別和跟蹤，
并對(duì)目標(biāo)的交通行為進(jìn)行分析、理解和判斷，從而完成各種交通流數(shù)據(jù)的采集、交通事件的檢測(cè)，并盡快進(jìn)行相應(yīng)處理。視頻的交通事件和參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)有高度的網(wǎng)絡(luò)化和智能化，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和設(shè)置。視覺(jué)技術(shù)應(yīng)用于智能車輛安全保障系統(tǒng)，主要用于路徑識(shí)別與跟蹤、障礙物識(shí)別、駕駛員狀態(tài)監(jiān)測(cè)、駕駛員視覺(jué)增強(qiáng)等。德國(guó)UBM大學(xué)Dick-manns教授領(lǐng)導(dǎo)的智能車輛研究小組一直致力于動(dòng)態(tài)機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域的研究，研制的EMS-Vision視覺(jué)可較好地模擬人眼功能。車牌識(shí)別技術(shù)(VLPR)是計(jì)算機(jī)視覺(jué)和模式識(shí)別技術(shù)在現(xiàn)代智能交通系統(tǒng)中的一項(xiàng)重要研究課題，是實(shí)現(xiàn)交通管理智能化的重要環(huán)節(jié)。隨著圖像處理技術(shù)的日趨成熟，更多算法的融入綜合，使得車牌識(shí)別技術(shù)逐漸成熟。單一算法很難達(dá)到良好的識(shí)別效果，只有多種方法結(jié)合，才能實(shí)現(xiàn)車牌識(shí)別的高效性和準(zhǔn)確性。過(guò)去的10多年里，有些國(guó)家已經(jīng)成功開(kāi)發(fā)了一些基于視覺(jué)的道路識(shí)別和跟蹤系統(tǒng)。其中，具有代表性的系統(tǒng)有：LOIS系統(tǒng)、GOLD系統(tǒng)、RALPH系統(tǒng)、SCARF系統(tǒng)和ALVINN系統(tǒng)等。
機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在交通各領(lǐng)域都發(fā)揮著越來(lái)越重要的不可替代的作用。在取得較大成績(jī)的同時(shí)仍有不足。其一應(yīng)盡快開(kāi)發(fā)出具有高性價(jià)比的實(shí)用化的激光距離成像系統(tǒng)，能夠獲取高質(zhì)量的原始圖片至關(guān)重要;其二，處理各種交通事件的及時(shí)性決定了所有的圖像處理的速度應(yīng)盡可能的快，目前的各種算法都各有優(yōu)劣，如何能在最短的時(shí)間內(nèi)完成圖像的識(shí)別工作成為我們下一步要努力的方向。
3.發(fā)展趨勢(shì)
在機(jī)器視覺(jué)賴以普及發(fā)展的諸多因素中，有技術(shù)層面的，也有商業(yè)層面的，但制造業(yè)的需求是決定性的。制造業(yè)的發(fā)展，帶來(lái)了對(duì)機(jī)器視覺(jué)需求的提升;也決定了機(jī)器視覺(jué)將由過(guò)去單純的采集、分析、傳遞數(shù)據(jù)，判斷動(dòng)作，逐漸朝著開(kāi)放性的方向發(fā)展，這一趨勢(shì)也預(yù)示著機(jī)器視覺(jué)將與自動(dòng)化更進(jìn)一步的融合。未來(lái)，中國(guó)機(jī)器視覺(jué)發(fā)展主要表現(xiàn)為以下一些特性：
(l)隨著產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展對(duì)機(jī)器視覺(jué)的需求將呈上升趨勢(shì)。
(2)統(tǒng)一開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)是機(jī)器視覺(jué)發(fā)展的原動(dòng)力。
(3)基于嵌入式的產(chǎn)品將取代板卡產(chǎn)品。
(4)標(biāo)準(zhǔn)化一體化解決方案是機(jī)器視覺(jué)發(fā)展的必經(jīng)之路。
(5)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)價(jià)格持續(xù)下降、功能逐漸增多。
4.結(jié)語(yǔ)
機(jī)器視覺(jué)技術(shù)經(jīng)過(guò)20年的發(fā)展，已成為一門新興的綜合技術(shù)，在社會(huì)諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。大大提高了裝備的智能化、自動(dòng)化水平，提高了裝備的使用效率、可靠性等性能。隨著新技術(shù)、新理論在機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中的應(yīng)用，機(jī)器視覺(jué)將在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。
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作者簡(jiǎn)介：張紅霞(1982—)，女，湖北孝感人，華中科技大學(xué)碩士，武漢商學(xué)院講師，研究方向：自動(dòng)控制技術(shù)、高等教育。
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