同时也是哈电集团解放思想,机器视觉技术是运用光学设备获取真实图像

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2018年12月27日,哈电集团云南文山特色产品直营店在香坊区健康路60-1号开业。

12月20日,国家科技部重大专项司组织专家对哈电集团哈尔滨电气动力装备有限公司承担的国家科技重大专项开展蹲点调研。国家科技部重大专项司司长陈传宏、国家能源局核电司司长曾亚川、中国核电发展中心副主任荣健、中国科协原副主席张勤、国家电投集团总工程师王俊等20名领导、专家到哈电动装进行现场调研并与哈电集团相关人员进行了座谈交流。集团公司党委副书记、总经理吴伟章陪同调研并出席座谈会。

机器视觉技术是运用光学设备获取真实图像,通过图像处理技术进行图像分析获取所需信息或控制机械执行装置完成预设操作的一种非接触式测量技术,可以对目标物体的外形特征、位移尺寸等几何量进行实时、在线检测,具有准确可靠、高精度、高效率等优点,广泛应用于工业、农业、制造业、交通业、航空航天等领域。

这是哈电集团落实党中央打好三大攻坚战之一的“精准脱贫攻坚战”的重要举措,是中央企业履行央企政治责任和社会责任的重要实践。

吴伟章代表哈电集团对科技部和能源局多年来的支持表示感谢。他表示,哈电集团高度重视国家科技重大项目的实施,将认真总结多年来的经验、成果和教训,不断投入力量、配置资源,加大政策支持,确保后续任务高质量完成,为中国核电事业发展作出贡献。

图片 1机器视觉技术概述

同时也是哈电集团解放思想,落实黑龙江省委“解放思想推动高质量发展大讨论”,不断拓展精准脱贫思路和举措的最新成果,让精准脱贫沿着向更高的起点迈进。

陈传宏代表科技部对哈电集团全体参研人员表示慰问和感谢。他表示,国家科技重大专项是党中央、国务院对我国科技发展作出的重大战略部署,希望哈电集团提高政治站位,在习近平新时代中国特色社会主义思想的指引下,认真谋划,精心组织,出色完成党和国家交给的光荣任务。同时,认真梳理本次蹲点调研发现的问题和提出的意见,积极同其他部委沟通、协调,为科研人员全身心投入研究工作提供制度和政策保证。

机器视觉系统一般包括光源系统、图像捕捉系统、图像数字化模块、图像处理系统和控制执行模块。首先采用CCD摄像机获取图像,经采样量化后将模拟图像转换为数字影像或数字信号传送到图像处理系统。图像处理系统对这些信号运用各种运算进行目标特征的提取,如目标的颜色、位置、大小等,最后根据预设的判定标准输出所需结果、显示数据或控制执行模块完成预定操作。

集团公司党委副书记孙智勇、总经济师王德兴,文山市政府副市长黄绍科、孙宏双等出席开业仪式。

曾亚川代表能源局对哈电集团在主泵研制上取得的成绩给予充分肯定。他表示,主泵是各级领导都十分关注的重要设备,在一定程度上影响着核电的发展。希望哈电集团不忘初心,集中力量,攻坚克难,彻底解决主泵技术难题,国家能源局在主泵研制上将全力支持。

图片 2机器视觉在农业生产中的应用

哈电集团扶贫工作相关同志、文山市有关部门同志见证开业仪式。

座谈会上,哈电动装国家科技重大专项课题负责人对项目科研、财务、档案、知识产权管理等方面工作进行了汇报,调研组详细询问了参研人员团队建设、薪酬待遇、成果应用等情况,听取、整理了一线科研人员提出的意见和建议。

目前,机器视觉技术在农业生产中的应用研究范围很广,涉及农业生产的各个环节:在农业生产前期,可以利用机器视觉进行农作物种子的精选和质量检验;在农业生产环节,机器视觉可以被用来进行作物病虫害的监视、植物生长信息的监测、果蔬的检测等;在农业生产后期的应用包括水果分级、粮食无损检测等。机器视觉也被广泛应用在农业机械上,可以提高生产效率、节约劳动力、提高农业自动化水平。

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座谈会前,吴伟章陪同调研组参观了哈电动装核电产品生产现场,调研组详细询问了国家科技重大专项支持的AP1000及CAP1400屏蔽主泵电机的科研、生产、检验、试验情况。

图片 3农田视觉导航

据了解,哈电集团按照国务院扶贫办、中央组织部、国务院国资委等八部委印发的《关于做好新一轮中央、国家机关和有关单位定点扶贫工作的通知》(国开办发〔2012〕78号)要求,从2013年开始对云南省文山市进行定点扶贫。2018年,哈电集团积极将精准脱贫从“输血”向
“造血”转变,11月,建立1000万元产业扶贫基金,用于支持文山市产业发展,收益用于贫困村教育、卫生、环境和文化建设,以及改善贫困家庭和贫困人口生产生活条件。

国家电投重大专项办公室、上海核工程研究设计院、沈鼓核电公司、哈电集团科技管理部等相关负责同志一同参加了上述活动。

1)导路线检测

据了解,文山市位于云南文山州西部,是文山州委、州政府所在地,全州政治经济文化信息中心,2010年12月撤县设市。全市面积2977平方公里,设有7个乡7个镇3个街道137个村委会,常住人口48.9万人,境内居住着汉、壮、苗、彝、回、傣等10余种民族(少数民族占53.9%)。文山盛产三七,产量、质量、产值为世界之最,是全国最大的三七种植和加工基地。

农业车辆自动导航是当前和未来农业智能化研究的热点,基于机器视觉的导航路线检测算法是自动导航系统的核心。早在20世纪70年代就有研究者提出视觉导航的概念,在20世纪90年代,很多国家开始对农田视觉导航技术进行研究,提出了杂草检测、导航路线检测的方法。中国随后也开始进行相关的研究。对于农田导航路线检测,车辆或机器人工作环境主要分为水田和旱田,水田中的导航路线检测的重点是苗列线检测,陈兵旗对插秧机器人视觉系统进行了研究,提出了基于图像处理和Hough变换的目标苗列线检测,土田埂及水泥田埂的检测。随后,又研究了水田自动管理机器的行驶路线检测算法。首先以图像中的颜色分布来判断稻谷之间的空间作为行进路线,然后通过对水平线轮廓线的分析,检测出其运动方向的候选点,最后通过已知的点Hough变换检测移动方向线。其检测结果如图8所示,图中红线表示检测出的水田的导航路线,视觉系统根据红色导航线控制机器的行进方向,可以稳定行驶。该算法检测速度快、适应性强,对于复杂水田也可以有效提取导航路线。毛可骏等研究了基于机器视觉的自主插秧机导航信息的提取,提出了一种利用秧苗行分割线作为基准线提取导航参数的算法。Han等提出了基于图像分割的车辆导航算法,首先将彩色图像转换成灰度图像,然后计算出每个像素的标准偏差,将平均值和偏差值进行融合,作为支持向量机分割图像的新输入因子。最后对小波分析得到的低分辨率图像进行了处理,分割的结果克服了杂草等高频干扰的影响。张方明等研究了水田作业轮式自动农业机器人的路径规划方法,设计了矩形田块和梯形田块的自动插秧机路径规划方法。

图片 4存在问题及未来展望

机器视觉技术在农产品无损检测、植物生长信息检测、病虫害检测、农田视觉导航等方面的研究已有很大进步,但是由于农业研究对象的多样性和复杂性以及机器视觉技术自身的特点,机器视觉技术在农业领域的应用仍存在如下问题。

1)机器视觉技术对测量条件和环境要求较高,但是农业生产环境复杂,应用场合多变,针对不同的研究对象和生产环境需要开发不同的处理算法,使得机器视觉测量的环境适应性和可靠性较差。

2)由于农作物特征的多样化,机器视觉在农作物信息检测和特征提取方面还存在一些不足。对于一些颜色或形状特征不明显作物的检测还需要研究更高精度的检测算法。

3)目前包含末端执行机构的机器视觉系统还不成熟,未能进行大规模的农业生产应用。并且,由于机械控制系统存在的局限性,导致机器视觉在某些实时性要求较高的场合仍然达不到要求。

4)当前基于机器视觉的农业装备集成化和智能化程度不高,操作复杂。国内外很多对于农业生产的机器视觉应用研究仍处于试验阶段,农业智能装备的大规模应用还需要克服很多实际问题。

由于问题的复杂性和长期性,机器视觉系统在农业领域的应用还要经历一段很长的发展阶段,其未来的研究和发展方向主要集中在以下方面。

1)图像处理是机器视觉技术的核心,对现有的算法进行改进或者研究出更为高效的算法,提高机器视觉系统的处理效率和鲁棒性,仍然是未来机器视觉应用和发展的重要前提。当前,基于卷积神经网络的图像识别算法正处于研究阶段,训练后的卷积神经网络可以极大提高图像识别的准确性,应用卷积神经网络模型的机器视觉系统将成为未来发展趋势。

2)嵌入式视觉系统具有结构紧凑、处理速度快、成本低等特点,成为未来机器视觉系统发展的重要方向。也使得结合机器视觉系统的农机装备的大规模普及成为可能。

3)融合多种技术的机器视觉系统也是当前及未来研究热点。例如,融合机器视觉系统和北斗导航系统,可以实现农田导航系统的高精度和低成本;融合三维成像技术、神经网络技术、智能控制技术等,可以使农田作业机器人更加智能化。

结 论

机器视觉技术在农业生产中的应用研究范围很广,涉及农业生产的各个环节。在农作物种子的精选和质量检验、作物病虫害的监视、植物生长信息的监测、果蔬的检测、水果分级、粮食的无损检测及农业机械上都起着很重要的作用。机器视觉技术以其独有的优势,对实现农业的高度自动化和智能化有重要推动意义。目前,中国的机器视觉农机装备相比于国外仍有一些差距,精度及自动化水平较低,实际应用也存在可靠性问题,说明中国的农业智能化发展还有很长的一段路要走。当然,机器视觉技术本身的局限性和农业应用的复杂性也限制了机器视觉装备的大规模推广和使用。当前机器视觉技术仍处于高速发展阶段,随着现代智能化及相关技术的发展,机器视觉技术也将不断完善,现阶段的很多问题会得到解决,机器视觉技术在农业领域的应用也将进一步扩展。

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