摘 要：本文分析了農(nóng)業(yè)機(jī)械機(jī)器視覺導(dǎo)航的結(jié)構(gòu)特點(diǎn), 結(jié)合農(nóng)業(yè)機(jī)械機(jī)器視覺導(dǎo)航的關(guān)鍵技術(shù), 如導(dǎo)航規(guī)劃技術(shù)、視覺信息處理技術(shù)、轉(zhuǎn)向控制技術(shù)等, 提出了農(nóng)業(yè)機(jī)械機(jī)器視覺研究中需要解決的問題, 包括圖像處理、控制算法和控制計(jì)算速度等多傳感器的信息融合等問題。

　　關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)機(jī)械機(jī)器; 視覺導(dǎo)航技術(shù)

　　前言

　　農(nóng)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航是現(xiàn)代智能農(nóng)業(yè)機(jī)械的重要組成部分, 廣泛應(yīng)用于農(nóng)藥和化肥的自動(dòng)噴施、收獲作業(yè)、間作除草、移栽耕作等領(lǐng)域, 該技術(shù)經(jīng)過計(jì)算機(jī)械接觸桿導(dǎo)航、電纜導(dǎo)航、地磁導(dǎo)航、無線電或激光導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航等方面的發(fā)展。農(nóng)作物通常是直線生長(zhǎng), 彼此平行。本文就國內(nèi)外直線檢測(cè)與車輛導(dǎo)航問題做出了系統(tǒng)的分析與討論。

　　1 農(nóng)業(yè)機(jī)械機(jī)器視覺導(dǎo)航的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

　　經(jīng)過實(shí)驗(yàn)與調(diào)查, 帶有視覺導(dǎo)航技術(shù)的農(nóng)機(jī)設(shè)備具有較強(qiáng)的自主性, 在規(guī)劃了明確的路徑后, 能夠自動(dòng)地按照設(shè)定來作業(yè), 而這一作業(yè)流程大致可以分為2大階段:農(nóng)機(jī)導(dǎo)航的基本狀態(tài);導(dǎo)航參考作業(yè)。而使農(nóng)業(yè)機(jī)械可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)的原因正是視覺導(dǎo)航系統(tǒng)這一系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分構(gòu)成:在農(nóng)業(yè)機(jī)械運(yùn)動(dòng)模型中, 可以采集到傳感器信號(hào);導(dǎo)航傳感器能夠?qū)崟r(shí)提供信息, 方便人們及時(shí)了解狀況;導(dǎo)航規(guī)劃器作為整個(gè)系統(tǒng)的重要組成部分, 對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)格外重要;利用轉(zhuǎn)向控制器來處理整個(gè)導(dǎo)航計(jì)劃的信號(hào)等問題, 方便一些農(nóng)業(yè)設(shè)備按照固定的進(jìn)行農(nóng)業(yè)操作。根據(jù)農(nóng)業(yè)機(jī)械機(jī)器視覺導(dǎo)航的結(jié)構(gòu)特點(diǎn), 人們認(rèn)為機(jī)器視覺導(dǎo)航主要可以應(yīng)用于以下場(chǎng)合:在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用。

　　農(nóng)產(chǎn)品分揀機(jī)是農(nóng)業(yè)機(jī)械中應(yīng)用最早、應(yīng)用最廣泛的機(jī)器視覺技術(shù)之一, 大多數(shù)時(shí)候用于檢測(cè)工作, 即通過研究農(nóng)產(chǎn)品表面的一些物質(zhì)與其特性, 根據(jù)一定的標(biāo)準(zhǔn)將其分類和處理。這一技術(shù)多用于農(nóng)產(chǎn)品加工過程中, 能夠有效提高農(nóng)產(chǎn)品檢測(cè)效率和反饋準(zhǔn)確度;機(jī)器視覺技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中的使用。動(dòng)植物的生長(zhǎng)過程是細(xì)微的, 所以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)需要隨時(shí)準(zhǔn)確地記錄下動(dòng)植物的生長(zhǎng)情況, 才能夠有效把控動(dòng)植物生長(zhǎng)環(huán)境與狀況, 更好地適應(yīng)動(dòng)植物的生長(zhǎng)需要;糧食識(shí)別與分類的應(yīng)用, 它利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、高速濾波等方法對(duì)水稻、小麥、玉米等谷物進(jìn)行識(shí)別和分類, 根據(jù)水稻、小麥、玉米等谷物的應(yīng)力裂紋、形態(tài)、染色后的顏色特征, 對(duì)水稻、小麥、玉米等谷類進(jìn)行識(shí)別和分類。它還可以檢測(cè)農(nóng)副產(chǎn)品的質(zhì)量, 如包裝、肉類、各種農(nóng)產(chǎn)品、蔬菜、瓜果制品的質(zhì)量等缺陷進(jìn)行檢測(cè)等。

　　2 農(nóng)業(yè)機(jī)械機(jī)器視覺導(dǎo)航的關(guān)鍵技術(shù)

　　2.1 導(dǎo)航規(guī)劃技術(shù)

　　導(dǎo)航技術(shù)是整個(gè)技術(shù)體系的重要組成部分, 對(duì)整個(gè)體系的正常運(yùn)轉(zhuǎn)起著不可替代的作用, 影響著農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)水平。所以, 在設(shè)計(jì)與規(guī)劃時(shí)就應(yīng)該密切關(guān)注這一環(huán)節(jié)的情況, 從以下幾個(gè)方面來把控整體。要清楚農(nóng)機(jī)設(shè)備的速度與其他的一般機(jī)械是不同的, 如拖拉機(jī)等。因此, 要根據(jù)不同的農(nóng)機(jī)設(shè)施的情況來規(guī)劃和安排才能真正保證導(dǎo)航信息的準(zhǔn)確性和有效性;在具體農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中, 需要考慮農(nóng)業(yè)機(jī)械的導(dǎo)航與運(yùn)轉(zhuǎn)情況。不同的農(nóng)業(yè)機(jī)械的導(dǎo)航參考狀態(tài)有很大的不同;農(nóng)業(yè)作業(yè)區(qū)域應(yīng)考慮農(nóng)機(jī)設(shè)備方向盤的角度, 使設(shè)計(jì)人員能夠根據(jù)實(shí)際情況制定航行規(guī)劃, 使導(dǎo)航規(guī)劃適應(yīng)農(nóng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài);必須準(zhǔn)確判斷農(nóng)機(jī)運(yùn)動(dòng)過程中可能出現(xiàn)的誤差, 并提出控制措施, 確保農(nóng)業(yè)機(jī)械能逐步完成導(dǎo)航目標(biāo)。然而, 在導(dǎo)航規(guī)劃過程中, 技術(shù)人員不僅要確定農(nóng)業(yè)機(jī)械的導(dǎo)航參考信息, 而且要盡可能地消除位置偏差, 使農(nóng)業(yè)機(jī)械能夠順利運(yùn)行。

　　2.2 視覺信息處理技術(shù)

　　在不同的農(nóng)業(yè)機(jī)械上使用視覺導(dǎo)航技術(shù), 需要有所調(diào)整。根據(jù)不同的環(huán)境, 及時(shí)傳遞信息, 準(zhǔn)確處理農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的具體內(nèi)容, 才能夠保證視覺導(dǎo)航技術(shù)的合理發(fā)展與合理應(yīng)用。而在運(yùn)行過程中, 最重要的是視覺信息的真實(shí)性, 真實(shí)的具體效果體現(xiàn)了整個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)的好壞程度, 所以在系統(tǒng)處理時(shí)要格外重視視覺信息處理技術(shù)。對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng), 大多是在室外自然環(huán)境中進(jìn)行的, 因此視覺圖像處理主要針對(duì)分散而復(fù)雜的自然對(duì)象, 在某一方面影響了視覺信息處理技術(shù)的處理。所以, 從多種因素考慮, 系統(tǒng)設(shè)計(jì)者需要考慮多個(gè)方面, 充分利用自然環(huán)境適應(yīng)技術(shù)來處理圖像, 增強(qiáng)圖像分辨率, 推動(dòng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的持續(xù)化發(fā)展。

　　2.3 轉(zhuǎn)向控制技術(shù)

　　轉(zhuǎn)向控制技術(shù)是一項(xiàng)對(duì)指令速度要求很高的技術(shù), 相關(guān)工作人員必須在要求范圍內(nèi)控制轉(zhuǎn)移速度, 保證農(nóng)業(yè)機(jī)械能夠及時(shí)而準(zhǔn)確地獲取信息, 得到指令, 完成農(nóng)業(yè)工作。此外, 裝有視覺導(dǎo)航技術(shù)的智能農(nóng)機(jī), 其運(yùn)動(dòng)區(qū)域不僅限于領(lǐng)域, 還應(yīng)根據(jù)要求能夠行駛。所以, 技術(shù)人員必須考慮農(nóng)機(jī)設(shè)備方向盤與地面的作用因素, 促進(jìn)農(nóng)機(jī)設(shè)備適應(yīng)野外、路面等多種環(huán)境。

　　3 農(nóng)業(yè)機(jī)械機(jī)器視覺研究中還需解決的問題

　　3.1 控制算法

　　面對(duì)復(fù)雜的自然環(huán)境, 車輛運(yùn)動(dòng)不可避免地存在隨機(jī)擾動(dòng)的可能性。根據(jù)數(shù)學(xué)模型, 可以發(fā)現(xiàn)這種方法能夠很好地控制整個(gè)系統(tǒng)。除此以外, 實(shí)際汽車試驗(yàn)的結(jié)果也證明, 在已知或可預(yù)測(cè)的環(huán)境中, 有效的模糊規(guī)則可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)、仿真和專家經(jīng)驗(yàn)來制定, 但由于實(shí)際環(huán)境的復(fù)雜性, 無法預(yù)測(cè)所有可能的情況。所以, 控制系統(tǒng)應(yīng)具有自我學(xué)習(xí)和自我適應(yīng)的能力。

　　3.2 圖像處理的計(jì)算速度

　　隨著人們采取圖像的環(huán)境變化和復(fù)雜度提升, 圖像處理所需要的時(shí)間也越來越多。在不清楚未來發(fā)展情況的背景下, 圖像處理速度越慢, 后期工作的進(jìn)展受到的影響就越大。無論是感性的反應(yīng)控制, 還是由感知到模型到制定計(jì)劃再實(shí)施的傳統(tǒng)方法, 都會(huì)因此不能及時(shí)而準(zhǔn)確的獲取信息, 從而不能得到有效的控制。

　　3.3 多傳感器的信息溶合

　　機(jī)器視覺導(dǎo)航具有靈活性和實(shí)時(shí)性的優(yōu)點(diǎn), 但該方法依賴于導(dǎo)航特性, 并與其他傳感器獲取的各種導(dǎo)航信息相結(jié)合。它能夠增強(qiáng)導(dǎo)航的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性, 合理處理地球轉(zhuǎn)彎等一些導(dǎo)航困難, 從而達(dá)到自主駕駛的水準(zhǔn)。

　　4 結(jié)語

　　農(nóng)業(yè)機(jī)械系統(tǒng)可以大致劃分為4個(gè)方面。分別為:收集圖像、處理圖像、機(jī)器視覺配件與系統(tǒng)報(bào)警。其中, 最為重要的便是圖像的收集和處理部分。在工作過程中, 機(jī)器視覺可以通過灰度和顏色的對(duì)比得到邊界點(diǎn)和邊線, 而有效的圖像處理算法可以提取出課程線。對(duì)于野外環(huán)境, 利用大視場(chǎng)獲得對(duì)比度清晰的圖像, 設(shè)置像素?cái)?shù)目的閾值, 并根據(jù)像素調(diào)整視場(chǎng);在處理過圖像之后, 可以憑借左右作物線來明確作業(yè)導(dǎo)航路線。因此, 機(jī)器的辨別與處理在于獲取作物線從而取得導(dǎo)航路線與憑據(jù)。只要優(yōu)化農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航系統(tǒng), 就能夠促進(jìn)農(nóng)業(yè)的機(jī)械化加工。

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