计算机视觉与图像处理论文

教师、职称：何金成副教授计算机视觉在农业工程中的应用专业年级：2011级农业电气化与自动化姓名：卢瑞辉学号：1111264001

本论文主要讲述这几年计算机视觉在农业工程农产品的分级检测、作物营养的监测、病虫草害的防治等方面的一些典型应用，以及存在问题和未来的发展方向。

关键词：农业工程；分级检测；计算机视觉主要内容论文结构第一部分引言第二部分农产品的分级检测第三部分作物营养的监测第四部分病虫草害的防治第五部分存在的问题第六部分未来展望0引言

计算机视觉是使用计算机及相关设备对生物视觉的一种模拟。它是一门综合性很强的学科，涵盖了包括计算机科学和工程、应用数学和统计学、信号处理、物理学以及神经生理学和认知科学等众多领域的知识。其主要任务是通过对采集到的图片或视频进行处理以获得相应场景的三维信息，并存储于计算机中以供人们的研究应用。

近年来，计算机视觉的研究与应用已扩展到了空间探索、地球资源勘探、工业、农业、医学和军事等诸多领域，尤其在农业工程领域更为突出。随着计算机软硬件技术、图形图像处理技术等的迅猛发展，无论在农产品的分级检测、作物营养的监测、病虫草害的防治等方面，都有较为细致地研究[1]。我将就此介绍计算机视觉在农业工程领域中的一些最新的典型应用，并讨论其存在的问题和未来的发展方[1]。1农产品的分级检测

利用计算机视觉技术，可以对产品进行无接触检测，并获得大量的图像参数信息。它具有标准统一、识别率高、效率高并且无损害等一系列优点，特别适合于动植物等农产品质量的检测与综合评定，为农产品的分级提供有利可靠的依据。

云南农业大学的宋兰霞，杨毅在“云南省农业科技创新工程项目”中以计算机视觉技术为基础，针对主观性强、准确率低、成本高的大理石花纹含量测定的传统方法，运用统计学中的最大方差法去除图像黑色背景，使用二值法对大理石花纹进行提取，并对其含量进行测定。其研究结果表明，计算机视觉技术对于实现胴体图像中大理石花纹区域的分割和大理石花纹含量的测定具有很高的准确性，为肉质自动分级打下良好的基础[2]。

淮阴工学院电子与电气工程学院的王亚琴在“江苏省高校自然科学研究项目”中提出了基于计算机视觉的鸭蛋重量智能检测方法，实现了计算机视觉称重。该方法首先要构造出鸭蛋图像的灰度梯度共生矩阵，以最大熵原理为依据求出最佳灰度和梯度分割阈值，从而实现二维阈值的分割。然后采用数学形态学方法对分割后的图像进行处理，去除蛋壳表面的伪目标，并统计出鸭蛋区域的像素点。最后利用多项式拟合方法求出鸭蛋重量与面积的关系式。其检测误差在正负2g以内波动，平均误差为负0.13353g，检测精度基本满足生产加工的需求[3]。

赵海波，周向红在“光电子应用安徽省工程技术研究中心资助项目”中设计出了催熟番茄识别硬件组成系统，其计算机视觉装置能够有效的获取番茄透射光颜色参数（R、G、B）的值，并将其转换成HIS值，采用多层前馈神经网络自动识别催熟番茄。该系统识别正确率高达91.7%，可有效的阻止用乙烯催熟的番茄进入瓜果市场危害食用者的身体健康[4]。2作物营养的监测20世纪末期，计算机视觉技术开始应用于对作物营养状况的信息监测之中。不管是人为因素，还是自然因素的影响，作物在生长过程中常会出现缺素的状况，这对于作物的健康成长是极为不利的。传统的植物营养诊断方法主要有化学分析和人眼经验目测这两种。此两种方法既耗时费力，又容易受到实验环境或气候条件的影响，不适合于农业生产的实际。计算机视觉技术的应用实现了农作物营养信息的快速、准确地判断，从而可以及时精确地补充作物缺少的肥料[5]。这就大大减少了资源的浪费，提高了农业生产的效率。

湖南农业大学的陈诚，廖桂平等在“国家自然科学基金项目”中利用计算机视觉技术，获取了水稻叶片DGCI、Hv、I2、I3、(2G-R-B)/L*和Hv*Diff的颜色指标，然后结合BP网络、多元回归模型以及遗传算法，建立了叶绿素相对含量(SPAD值)的预测模型，利用所建立的数学模型对叶绿素相对含量进行预测，相对误差率仅为3.3557%[6]。

石河子大学的董鹏，危常州等在“农业部行业公益性专项”中通过棉花需氮量吸收模型、棉花吸氮量计算机视觉识别模型和土壤无机氮供应估算模型建立了FertiEXP软件系统。这是一款基于计算机视觉和土壤(Nmin)软件系统，可对棉花氮素营养进行诊断并推荐氮肥施肥方案[7]。从小区实验和大田示范结果我们可以看出，采用FertiEXP软件推荐施肥，可以优化肥料在作物全生育期的分配比例，经济效益十分显著。3病虫草害得防治

作物在整个生长期过程中病虫害时有发生，每年带来的损失也是相当的惊人[8]。化学农药的施用一方面可以大大减轻农业经济损失，另一方面也引起了化学药剂除治植物病虫害的致突变（诱变）、致畸、致癌这“三致”问题以及残留量、抗药性、再增猖獗这“三R”问题。随着信息科学技术的迅猛发展，计算机视觉技术已涉及到植物病虫草害防治方面，并取得了一系列的成果。

竺乐庆，张真等在“国家高技术研究发展计划(‘863’计划)项目”中提出了一种新颖的基于图像颜色及纹理特征的昆虫图像识别方法[9]。鳞翅目昆虫翅面识别算法在包含了100类鳞翅目昆虫的图像库中进行试验验证，其识别率为76%，其中前翅识别率则高达92%，在时间性能上也十分理想，为生产单位害虫管理的普通技术人员提供了简便易操作的昆虫鉴别方法。

陈丽君，李永奎在“沈阳市科学技术计划资助项目”中以穴播玉米为研究对象提出了一种可以实现穴间杂草的识别的方法[10]。该方法以作物位置特征的过分割区块投影来定位作物株心，并据此统计判别穴间喷雾操作区块像素。其杂草识别率在87.7%以上，具有较好的实时性，且可适用于作物苗期各阶段的杂草识别。4存在的问题

目前计算机视觉在农业工程中的应用大部分都是静态的，即先采集静态图像，再用计算机对图像进行处理。而在实际生产应用中，由于田间天气、风速、光照、土壤、昆虫等复杂环境因素处于不断变化之中，加之各农作物及产品的形态差异较大，生长背景复杂，而且同一作物在不同的环境所表现出来的特征也不同，这就给数字图像的分割以及特征的提取，带来不少的困难。所以通常情况下我们需要进行动态图像的采集及实时处理，这就要有图像获取与处理设备良好配合，即快速获取图像后立即进行处理并得出精确的结果加以控制。要做到这一点，有待我们作出更加深入的探索和研究。

还有就是现在的大多数算法缺乏可扩展性，通用性不够强，容易受研究对象复杂性及环境多变性的影响。5未来展望

计算机视觉技术应用到农业工程中可实现农业生产与管理的自动化和智能化，从而提高劳动生产率，增加经济效益。为了更好地推广和普及计算机视觉在农业工程中的应用，我们必须克服现有技术的不足之处，并对其进一步优化改进。这就要求我们要加大经费的投入，培养更多更优秀的人才。谢谢大家第一节活塞式空压机的工作原理第二节活塞式空压机的结构和自动控制第三节活塞式空压机的管理复习思考题单击此处输入你的副标题，文字是您思想的提炼，为了最终演示发布的良好效果，请尽量言简意赅的阐述观点。第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor压缩空气在船舶上的应用：

1.主机的启动、换向；

2.辅机的启动；

3.为气动装置提供气源；

4.为气动工具提供气源；

5.吹洗零部件和滤器。

排气量:单位时间内所排送的相当第一级吸气状态的空气体积。单位：m3/s、m3/min、m3/h第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor空压机分类：按排气压力分：低压0.2～1.0MPa；中压1～10MPa；高压10～100MPa。按排气量分：微型<1m3/min；小型1～10m3/min；中型10～100m3/min；大型>100m3/min。第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor第一节活塞式空压机的工作原理容积式压缩机按结构分为两大类：往复式与旋转式两级活塞式压缩机单级活塞压缩机活塞式压缩机膜片式压缩机旋转叶片式压缩机最长的使用寿命-

----低转速（1460RPM），动件少（轴承与滑片），润滑油在机件间形成保护膜，防止磨损及泄漏，使空压机能够安静有效运作；平时有按规定做例行保养的JAGUAR滑片式空压机，至今使用十万小时以上，依然完好如初，按十万小时相当于每日以十小时运作计算，可长达33年之久。因此，将滑片式空压机比喻为一部终身机器实不为过。滑(叶)片式空压机可以365天连续运转并保证60000小时以上安全运转的空气压缩机1.进气2.开始压缩3.压缩中4.排气1.转子及机壳间成为压缩空间，当转子开始转动时，空气由机体进气端进入。2.转子转动使被吸入的空气转至机壳与转子间气密范围，同时停止进气。3.转子不断转动，气密范围变小，空气被压缩。4.被压缩的空气压力升高达到额定的压力后由排气端排出进入油气分离器内。4.被压缩的空气压力升高达到额定的压力后由排气端排出进入油气分离器内。1.进气2.开始压缩3.压缩中4.排气1.凸凹转子及机壳间成为压缩空间，当转子开始转动时，空气由机体进气端进入。2.转子转动使被吸入的空气转至机壳与转子间气密范围，同时停止进气。3.转子不断转动，气密范围变小，空气被压缩。螺杆式气体压缩机是世界上最先进、紧凑型、坚实、运行平稳，噪音低，是值得信赖的气体压缩机。螺杆式压缩机气路系统：

A

进气过滤器

B

空气进气阀

C

压缩机主机

D

单向阀

E

空气/油分离器

F

最小压力阀

G

后冷却器

H

带自动疏水器的水分离器油路系统：

J

油箱

K

恒温旁通阀

L

油冷却器

M

油过滤器

N

回油阀

O

断油阀冷冻系统：

P

冷冻压缩机

Q

冷凝器

R

热交换器

S

旁通系统

T

空气出口过滤器螺杆式压缩机涡旋式压缩机

涡旋式压缩机是20世纪90年代末期开发并问世的高科技压缩机，由于结构简单、零件少、效率高、可靠性好，尤其是其低噪声、长寿命等诸方面大大优于其它型式的压缩机，已经得到压缩机行业的关注和公认。被誉为“环保型压缩机”。由于涡旋式压缩机的独特设计，使其成为当今世界最节能压缩机。涡旋式压缩机主要运动件涡卷付，只有磨合没有磨损，因而寿命更长，被誉为免维修压缩机。

由于涡旋式压缩机运行平稳、振动小、工作环境安静，又被誉为“超静压缩机”。

涡旋式压缩机零部件少，只有四个运动部件,压缩机工作腔由相运动涡卷付形成多个相互封闭的镰形工作腔，当动涡卷作平动运动时，使镰形工作腔由大变小而达到压缩和排出压缩空气的目的。活塞式空气压缩机的外形第一节活塞式空压机的工作原理一、理论工作循环（单级压缩）工作循环：4—1—2—34—1吸气过程

1—2压缩过程

2—3排气过程第一节活塞式空压机的工作原理一、理论工作循环（单级压缩）

压缩分类：绝热压缩：1—2耗功最大等温压缩：1—2''耗功最小多变压缩：1—2'耗功居中功＝P×V（PV图上的面积）加强对气缸的冷却，省功、对气缸润滑有益。二、实际工作循环（单级压缩）1.不存在假设条件2.与理论循环不同的原因：1）余隙容积Vc的影响Vc不利的影响—残存的气体在活塞回行时，发生膨胀，使实际吸气行程（容积）减小。Vc有利的好处—

（1）形成气垫，利于活塞回行；（2）避免“液击”（空气结露）；（3）避免活塞、连杆热膨胀，松动发生相撞。第一节活塞式空压机的工作原理表征Vc的参数—相对容积C、容积系数λv合适的C：低压0.07-0.12

中压0.09-0.14

高压0.11-0.16

λv＝0.65—0.901）余隙容积Vc的影响C越大或压力比越高，则λv越小。保证Vc正常的措施：余隙高度见表6-1压铅法—保证要求的气缸垫厚度2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理2）进排气阀及流道阻力的影响吸气过程压力损失使排气量减少程度，用压力系数λp表示：保证措施：合适的气阀升程及弹簧弹力、管路圆滑畅通、滤器干净。λp

（0.90-0.98）2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理3）吸气预热的影响由于压缩过程中机件吸热，所以在吸气过程中，机件放热使吸入的气体温度升高，使吸气的比容减小，造成吸气量下降。预热损失用温度系数λt来衡量（0.90-0.95）。保证措施：加强对气缸、气缸盖的冷却，防止水垢和油污的形成。2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理4）漏泄的影响内漏：排气阀（回漏）；外漏：吸气阀、活塞环、气缸垫。漏泄损失用气密系数λl来衡量（0.90-0.98）。保证措施：气阀的严密闭合，气缸与活塞、气缸与缸盖等部件的严密配合。5）气体流动惯性的影响当吸气管中的气流惯性方向与活塞吸气行程相反时，造成气缸压力较低，气体比容增大，吸气量下降。保证措施：合理的设计进气管长度，不得随意增减进气管的长度，保证滤器的清洁。2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理上述五条原因使实际与理论循环不同。4）漏泄的影响5）气体流动惯性的影响1）余隙容积Vc的影响2）进排气阀及流道阻力的影响3）吸气预热的影响2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理3.排气量和输气系数理论排气量Vt----单位时间内活塞所扫过的气缸容积。实际排气量Q：Q=Vt

λ输气系数λ

：λ＝λtλv

λ

pλl漏泄的影响余隙容积Vc的影响进排气阀及流道阻力的影响吸气预热的影响二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理指示功率pi

：按示功图计算的功率理论功率Ps、PT：按理论循环计算的功率

Ps(PT)<pi轴功率P：压缩机轴的输入功率绝