近日，我國智能科學(xué)技術(shù)重要獎項“吳文俊人工智能科學(xué)技術(shù)獎”頒發(fā)。其中“非結(jié)構(gòu)環(huán)境下農(nóng)業(yè)機器人機器視覺關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用”項目獲得2020年度吳文俊人工智能技術(shù)發(fā)明獎。

什么是機器視覺？什么是非結(jié)構(gòu)環(huán)境？農(nóng)業(yè)機器人視覺技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域有哪些？5月14日，該項目主要完成人，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)副教授張春龍、袁挺對以上問題進行了解答。

農(nóng)業(yè)機器人對視覺系統(tǒng)要求很高

什么是機器視覺？袁挺解釋，機器視覺就是用傳感器代替人眼來做檢測和判斷。

“作為智能農(nóng)業(yè)機器人的外部傳感器，機器視覺是機器人作業(yè)裝備的眼睛，是最大的信息源，具有感知信息豐富、采集信息完整等優(yōu)勢。”張春龍說。

袁挺介紹，機器視覺是通過視覺產(chǎn)品（即圖像采集裝置）將被拍攝的目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號，并傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，系統(tǒng)得到目標(biāo)的形態(tài)信息，再將像素分布和亮度、顏色等信息轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號。隨后圖像處理系統(tǒng)對這些信號進行各種運算來提取目標(biāo)特征，進而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場裝備的動作。”

“機器視覺最基本的特點就是可以提高生產(chǎn)的靈活性和智能化程度。在一些不適于人工作業(yè)的危險工作環(huán)境或者人工視覺難以滿足要求的場合，常用機器視覺來替代人工視覺。同時，在大批量重復(fù)性工業(yè)生產(chǎn)過程中，機器視覺技術(shù)可以大大提高生產(chǎn)的效率和自動化程度。”袁挺說。

“對于農(nóng)業(yè)機器人來說，非結(jié)構(gòu)環(huán)境主要指農(nóng)田自然環(huán)境。非結(jié)構(gòu)環(huán)境對于農(nóng)業(yè)機器人作業(yè)來說存在諸多不確定因素，如自然光照多變、待作業(yè)空間復(fù)雜多變、作業(yè)對象千姿百態(tài)、枝葉果實相互遮擋等，這都成為機器人作業(yè)中信息視覺感知的技術(shù)難題。”張春龍說。

“目前，以機器視覺為主的作業(yè)信息感知技術(shù)已成為農(nóng)業(yè)機器人智能化的關(guān)鍵技術(shù)和研究熱點。”張春龍說。

 新技術(shù)可用于多項農(nóng)業(yè)領(lǐng)域

“非結(jié)構(gòu)環(huán)境下農(nóng)業(yè)機器人機器視覺關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用”項目成果集成了非結(jié)構(gòu)環(huán)境下自然光照補償?shù)碾p目視覺處理器、機器人柔性作業(yè)末端視覺伺服控制等技術(shù)，實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)植株狹窄作業(yè)空間中的機器人精準(zhǔn)采收，助農(nóng)業(yè)機器人“占領(lǐng)”果園、農(nóng)田，目前已在多種農(nóng)業(yè)機器人中實現(xiàn)應(yīng)用。

比如，黃瓜采摘機器人有一雙“大眼睛”和一支靈活的機械手臂，它不僅能自主完成黃瓜的采摘作業(yè)，還能自己辨別黃瓜的成熟度，只采摘那些個頭大飽滿的黃瓜；智能施藥機器人，能利用自己的“眼睛”獲取田間病蟲草害信息，及時對重點部位或區(qū)域噴灑農(nóng)藥，實現(xiàn)精準(zhǔn)噴灑，降低化學(xué)農(nóng)藥使用量，更加符合農(nóng)業(yè)綠色生產(chǎn)的要求；農(nóng)田鋤草機器人，基于非結(jié)構(gòu)環(huán)境下機器人作業(yè)目標(biāo)視覺感知與機器人末端執(zhí)行機構(gòu)自適應(yīng)伺服控制技術(shù)，實現(xiàn)了鋤草機器人自動對行和作物株間鋤草作業(yè)。

農(nóng)業(yè)機器人機器視覺關(guān)鍵技術(shù)也可應(yīng)用于農(nóng)業(yè)植保無人機，它集成了作業(yè)目標(biāo)雙目視覺信息智能感知方法、自主仿地飛行自適應(yīng)控制方法、實時地塊邊界識別與避障飛行控制方法等技術(shù)，實現(xiàn)了植保無人機仿地飛行、高速避障、精準(zhǔn)噴灑作業(yè)。

“未來，項目團隊將繼續(xù)推進人工智能+機器視覺技術(shù)研究，借助人工智能技術(shù)促進農(nóng)業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)無人化生產(chǎn)提質(zhì)、增效、賦能。”張春龍說。

（據(jù)《科技日報》）