基于计算机视觉的农作物长势监控系统

邹培煜

摘要 近些年来，人们对计算机应用的不断深入，使计算机在农业领域发展中扮演着重要角色，利用计算机来对农作物长势进行监控，对于提高农民经济效益，促进现代化农业发展有着十分重要的意义。基于计算机视觉来研发一种用于农作物长势的监控系统，能够帮助农民更好的了解农作物的生长情况，使农民能够根据农作物的长势来采取更具针对性的种植或栽培技术，进而达到增产增收的目的。为此，本文便对基于计算机视觉的农作物长势监控系统进行深入的研究，以此探讨其在现代化农业发展中的相关应用。

[关键词]计算机视觉 现代化农业 农作物监控系统

我国现代化农业发展进程的不断推进，使国家对现代化农业发展日益关注，由于城市建设规模的不断扩大，农业用地正日趋减少，这也造成农业供需矛盾不断加剧，如何更好的对农业耕种土地进行合理利用，以更好的发展我国现代化农业，已经成为农业领域可持续发展的重要话题。而在现代化农业发展过程中，数字化技术的进步，为农业土地的高效利用提供了可靠的技术支持，特别是农作物长势监控系统的诞生，为农作物的智能化、信息化种植创造了有利条件。

1 基于计算机视觉的农作物长势监控系统原理及构成

1.1 系统原理分析

在农作物长势监控系统中，计算机视觉技术是系统中的核心技术，以计算机视觉技术來构建农作物长势系统，能够使农民更好的了解农作物的生长情况，并通过相关信息的处理与分析，来制定出科学的农作物种植策略。基于计算机视觉的农作物长势监控系统共由两个部分组成，分别是植物工厂与基站，在植物工厂中设置有视频采集系统与指令执行系统，在基站中则包含有数据处理器、无线数据传输系统及信息管理系统三个部分。在植物工厂中，利用视频采集系统来对农作物的生长过程图像进行拍摄，并生成相应的视频信号，利用无线传输系统发送到数据处理器当中，由数据处理器中的专业计算机视觉软件来对农作物的生长图像进行分析，进而提取出农作物的颜色与形态特征，然后将这些特征信息传输给信息处理器，信息处理器会对这些接收到的特征信息进行分析，以此判断农作物的生长潜力、病虫害发生情况及其健康情况，然后提出相应的控制命令来对农作物的生长环境进行调节，控制指令在传输到数据处理器以后，会由无线传输系统将这些指令发送到指令执行系统当中，由指令执行系统来执行控制指令，进而完成农作物长势的相关控制与调节，使农作物最终实现增产增收目的。

1.2 系统构成

在基于计算机视觉的农作物长势监控系统中，植物工厂是其重要主体，利用植物工厂来对农作物的温度、光照等生长条件进行精准控制，能够避免农作物受到不良环境的影响。在植物工厂中，其视频采集装置选用的是CT-CA501型CCD摄像机，该摄像机的成像清晰，其像素能够达到200万以上，并且性能也较为稳定，这使其能够在不同农作物的生长环境中进行有效使用。指令执行系统中则包含有不同类型的智能化调节设备，如智能化喷药设备、智能化光温调节设备、智能化施肥设备等，在该系统中，单片机能够根据控制指令来实现这些设备的控制功能。无线传输系统能够实现基站与植物工厂之间的视频数据或命令传递功能，在无线传输系统中采用了FPGA调制模式，该系统能够对可视数据及相关指令进行可靠连续的传递。在农作物长势监控系统中，其数据处理系统主要是利用计算机来进行数据处理工作的，在计算机中安装有专业的农作物生长数据分析软件，并设置有诊断决策数据库，以此确保计算机能够对农作物数据进行分类，同时根据控制指令对农作物在各个生长阶段的相关数据进行存储。

2 农作物长势图像的处理

在基于计算机视觉的农作物长势监控系统中，计算机中安装有MatLab工具箱，以便于计算机对摄像机拍摄的农作物图像进行处理。为了使农作物长势的图像能够更加清晰，应对摄像机拍摄的农作物图像进行预处理，预处理工作主要包括图像平滑处理与灰度化处理，对于农作物图像来说，图像中的颜色往往较多，这也使其会对目标的识别产生一定干扰，因此需要依据农作物的实际生产情况，利用RGB颜色模式中的加权平均数来充当灰度化值，需要确保摄像机在对农作物进行拍摄时，农作物自身处于静止状态，并且光照强度要适中，应通过2x2中值滤波法来对图像中的噪音点进行去除，以此实现图像的平滑处理。在对农作物图像进行预处理以后，还要根据预处理后的图像来建立相应的直方图，同时根据农作物区域和生长背景之间所产生的差异程度，通过分割闽值的方法来对图像进行灰度化分割，确定图像中的最佳阈值，以便于图像能够有一个良好的识别效果，然后根据图像中农作物的生长高度、生长颜色来进行分析，以判断农作物的长势。在对农作物生长图像进行识别时，应将农作物的最濯外接矩形长度当作株高，而农作物的生长颜色则可以GRB颜色模式中的颜色特征来作为参数，以此构建模型，从而实现对农作物生长情况的分析与预测。

3 结语

总而言之，基于计算机视觉技术来构建农作物长势监控系统，不仅能够使农民更好的掌握农作物的生长情况，提高了农作物种植的科学性，同时也在很大程度上节省了人力物力投入，实现了对农作物的科学种植，进而使农作物的产量大幅提升，增加了农民的收入。由此可见，在现代化农业发展中，基于计算机视觉的农作物长势监控系统必将具备广阔的发展前景。

参考文献

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