Ứng dụng kỹ thuật thị giác máy tính trong sản xuất nông nghiệp

Tạp chí Khoa học và Phát triển 2010: Tập 8, số 2: 327 -334 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI<br /> <br /> <br /> <br /> øNG DôNG Kü THUËT THÞ GI¸C M¸Y TÝNH TRONG S¶N XUÊT N¤NG NGHIÖP<br /> Application of Computer Vision Technique in Agriculture<br /> <br /> Lê Vũ Quân1, Trịnh Gia Cường2, Châu Hồng Bình2<br /> 1<br /> Khoa Cơ điện, Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội<br /> 2<br /> Viện Cơ điện công trình, Trường Đại học Lâm nghiệp Nam Kinh,<br /> Nam Kinh - Giang Tô - Trung Quốc<br /> Địa chỉ email tác giả liên lạc: ttcitdhnni@yahoo.com<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Kỹ thuật thị giác máy tính liên quan đến việc nhận dạng và phân biệt đối tượng trong thực tế<br /> thông qua máy tính. Đây là một trong các lĩnh vực trọng yếu của trí tuệ nhân tạo, đã và đang được<br /> ứng dụng rộng khắp trong nhiều mặt của cuộc sống. Trong sản xuất nông nghiệp, kỹ thuật thị giác<br /> được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như tự động hóa, nông nghiệp chính xác. Bài viết này giới thiệu<br /> khái quát về các khái niệm cơ bản của thị giác máy tính và hệ thống cấu tạo của nó, tóm tắt tình hình<br /> ứng dụng kỹ thuật thị giác máy tính trong sản xuất nông nghiệp, đồng thời chỉ ra những vấn đề còn<br /> tồn tại và định hướng phát triển trong tương lai.<br /> Từ khóa: Kỹ thuật thị giác máy tính, tự động hóa nông nghiệp, xử lý ảnh.<br /> <br /> <br /> SUMMARY<br /> Computer vision concerns techniques that use computer to understand the objects from images.<br /> It is now one of the key areas of artificial intelligence, which have been widely applied in various<br /> aspects of life. In agricultural production, computer vision techniques are being applied in many<br /> fields, such as automation and precision agriculture. This paper concentrates on introducing the<br /> basic concepts of computer vision techniques and its structure system; summing up the situation of<br /> applying computer vision techniques in agricultural production and pointing out existing problems as<br /> well as growing direction in the future.<br /> Key words: Agricultural automation, computer vision techniques, image processing.<br /> <br /> <br /> <br /> 1. §ÆT VÊN §Ò nghiªn cøu vμ øng dông réng kh¾p trong<br /> Kü thuËt thÞ gi¸c m¸y tÝnh lμ mét kü nhiÒu lÜnh vùc nh− c«ng nghiÖp, n«ng<br /> thuËt míi xuÊt hiÖn, ®· vμ ®ang ph¸t triÓn nghiÖp, y häc, qu©n sù...<br /> m¹nh mÏ trªn thÕ giíi hiÖn nay. Kh¸i niÖm Kü thuËt thÞ gi¸c m¸y tÝnh ®−îc nghiªn<br /> vÒ thÞ gi¸c m¸y - Computer Vision - cã liªn cøu øng dông trong s¶n xuÊt n«ng nghiÖp tõ<br /> quan tíi nhiÒu ngμnh häc vμ cã nhiÒu h−íng thËp kû 80 cña thÕ kû 20, chñ yÕu dïng<br /> nghiªn cøu kh¸c nhau. KÓ tõ nh÷ng n¨m 70 trong gi¸m ®Þnh chñng lo¹i thùc vËt, kiÓm<br /> cña thÕ kû 20 khi mμ kh¶ n¨ng tÝnh to¸n cña tra chÊt l−îng s¶n phÈm vμ ph©n lo¹i n«ng<br /> c¸c m¸y tÝnh trë nªn m¹nh mÏ, nã cã thÓ gi¶i s¶n... Theo sù ph¸t triÓn cña c¸c thiÕt bÞ<br /> quyÕt ®−îc nh÷ng c«ng viÖc cÇn tíi tèc ®é cao phÇn cøng, c¸c kü thuËt phÇn mÒm m¸y<br /> nh− xö lý c¸c tËp ¶nh hay c¸c ®o¹n video th× tÝnh, kü thuËt xö lý ¶nh còng ph¸t triÓn rÊt<br /> thÞ gi¸c m¸y tÝnh ®−îc nh¾c ®Õn, nghiªn cøu nhanh, nghiªn cøu øng dông kü thuËt thÞ<br /> vμ ph¸t triÓn cho ®Õn ngμy nay. Nh÷ng n¨m gi¸c m¸y tÝnh trong s¶n xuÊt n«ng nghiÖp cã<br /> gÇn ®©y, kü thuËt thÞ gi¸c m¸y tÝnh ®−îc nhiÒu ph¸t triÓn. HiÖn nay lÜnh vùc nghiªn<br /> <br /> 327<br />  Ứng dụng kỹ thuật thị giác máy tính trong sản xuất nông nghiệp<br /> <br /> cøu nμy ®ang lμ mét vÊn ®Ò nãng hæi cña s¶n sù ph¸t triÓn cña m¸y tÝnh, kü thuËt xö lý<br /> xuÊt n«ng nghiÖp, ë mét sè n−íc ph¸t triÓn ¶nh, kü thuËt nhËn d¹ng, lý thuyÕt ®iÒu<br /> nh− NhËt B¶n, Mü... trong s¶n xuÊt n«ng khiÓn, trÝ tuÖ nh©n t¹o... thÞ gi¸c m¸y tÝnh<br /> nghiÖp ®· tõng b−íc øng dông hÖ thèng thÞ ®−îc øng dông trong ng−êi m¸y, kiÓm tra ®o<br /> gi¸c m¸y tÝnh, nh− qu¶n lý chñng lo¹i vμ l−êng c«ng nghiÖp, ph©n biÖt vËt thÓ, ph©n<br /> chÊt l−îng tμi nguyªn n«ng nghiÖp, thu tÝch h×nh ¶nh vÖ tinh, trî gióp chÈn ®o¸n y<br /> nhËn th«ng tin tr¹ng th¸i sinh tr−ëng cña häc, ®o vÏ b¶n ®å hμng kh«ng vμ kü thuËt<br /> c©y trång, tù ®éng hãa thu ho¹ch n«ng s¶n qu©n sù... Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu còng tõ<br /> phÈm, nghiªn cøu b¶o vÖ thùc vËt, kiÓm 2D chuyÓn sang 3D, tõ tuÇn tù ®Õn song<br /> ®Þnh chÊt l−îng n«ng s¶n phÈm... song, tõ trùc tiÕp dùa vμo tÝn hiÖu thu nhËn<br /> qua xö lý tÇng thÊp tíi xö lý tÇng cao dùa<br /> 2. THÞ GI¸C M¸Y TÝNH vμo ®Æc tr−ng, kÕt cÊu, quan hÖ vμ tri thøc.<br /> ThÞ gi¸c m¸y tÝnh ®«i khi cßn ®−îc gäi lμ CÊu t¹o hÖ thèng thÞ gi¸c m¸y tÝnh th«ng<br /> thÞ gi¸c b»ng m¸y, lμ sö dông camera thu th−êng ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 1. M¸y quay<br /> nhËn h×nh ¶nh tõ thùc tÕ, sau ®ã sö dông phim CCD (Charge-Coupled Device) cã thÓ<br /> m¸y tÝnh tù ®éng ph©n tÝch ¶nh. Qua ®ã ghi l¹i c¸c ®èi t−îng cÇn nhËn biÕt vμ ph©n<br /> nhËn biÕt c¸c ®èi t−îng, miªu t¶ c¶nh vËt tÝch d−íi d¹ng h×nh ¶nh. VÒ b¶n chÊt, m¸y<br /> hoÆc tiÕn hμnh ®iÒu khiÓn ho¹t ®éng hÖ quay phim CCD lμ mét c¶m biÕn quang ®iÖn,<br /> thèng theo mét sè d÷ kiÖn yªu cÇu nμo ®ã. thu nhËn c¸c tÝn hiÖu quang häc ph¶n ¸nh ®èi<br /> §©y lμ lÜnh vùc khoa häc vμ kü thuËt nghiªn t−îng, bèi c¶nh råi chuyÓn thμnh tÝn hiÖu<br /> cøu dïng m¸y tÝnh m« pháng bÒ ngoμi sinh ®iÖn ®Ó ghi l¹i. Bé phËn thu nhËn h×nh ¶nh cã<br /> vËt hoÆc c«ng n¨ng thÞ gi¸c vÜ m«. thÓ ho¹t ®éng ®éc lËp hoÆc ®−îc g¾n trùc tiÕp<br /> ThÞ gi¸c m¸y tÝnh lμ sù ®an xen vμ kÕt trong m¸y tÝnh ë d¹ng card thu nhËn h×nh<br /> hîp cña nhiÒu ngμnh häc, liªn quan tíi ¶nh cã thÓ chuyÓn tÝn hiÖu ®iÖn cña m¸y quay<br /> nhiÒu lÜnh vùc nh− to¸n häc, quang häc, trÝ phim thu nhËn ®−îc thμnh tÝn hiÖu sè, sè hãa<br /> tuÖ nh©n t¹o, thÇn kinh sinh vËt häc, t©m lý h×nh ¶nh, ®Ó m¸y tÝnh tiÕn hμnh xö lý c¸c<br /> vËt lý häc, khoa häc m¸y tÝnh, xö lý ¶nh, lo¹i yªu cÇu. HÖ thèng chiÕu s¸ng cho phÐp<br /> hiÓu h×nh ¶nh, ph©n biÖt mÉu... n©ng cao ®é chiÕu s¸ng phï hîp h×nh ¶nh thu<br /> ThÞ gi¸c m¸y tÝnh ®· cã qu¸ tr×nh ph¸t nhËn ®−îc, lμm lîi cho xö lý vμ ph©n tÝch<br /> triÓn nghiªn cøu vμ øng dông 40 n¨m. Theo h×nh ¶nh.<br /> <br /> <br /> <br /> Máy quay<br /> CCD Máy tính<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Đèn<br /> chiếu sáng<br /> Bộ phận thu<br /> nhận hình ảnh<br /> <br /> <br /> H×nh 1. CÊu t¹o hÖ thèng thÞ gi¸c m¸y tÝnh<br /> <br /> <br /> 328<br />  Lê Vũ Quân, Trịnh Gia Cường, Châu Hồng Bình<br /> <br /> <br /> 3. øNG DôNG THÞ GI¸C M¸Y TÝNH sinh tr−ëng cña c©y trång, bãn ph©n, phun<br /> thuèc trõ s©u, lμm cá d¹i, −¬m c©y, chiÕt<br /> TRONG N¤NG NGHIÖP<br /> cμnh vμ thu ho¹ch…<br /> 3.1. øng dông trong chän gièng n«ng nghiÖp 3.2.1. Gi¸m s¸t t×nh h×nh sinh tr−ëng cña<br /> Gièng c©y trång lμ yÕu tè c¬ b¶n cña s¶n quÇn thÓ c©y trång<br /> xuÊt n«ng nghiÖp, trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt Sinh tr−ëng c©y trång tiÕn hμnh trong<br /> n«ng nghiÖp nã gi÷ vÞ trÝ rÊt quan träng. Khi ®iÒu kiÖn cña quÇn thÓ, c¬ cÊu biÕn ®éng<br /> kü thuËt thÞ gi¸c m¸y tÝnh b¾t ®Çu ®−îc øng quÇn thÓ hîp lÝ c¬ b¶n lμ thu ®−îc ®iÒu kiÖn<br /> dông trong s¶n xuÊt n«ng nghiÖp, mét sè nhμ thuËn lîi nhÊt vÒ s¶n l−îng. Tõ tr−íc ®Õn<br /> nghiªn cøu khoa häc tiÕn hμnh nghiªn cøu nay, viÖc x¸c ®Þnh tÝnh tr¹ng quÇn thÓ c©y<br /> øng dông kü thuËt thÞ gi¸c m¸y tÝnh trong trång, lu«n lu«n lμ vÊn ®Ò nan gi¶i mμ c¸c<br /> lÜnh vùc gièng c©y trång. Thùc tiÔn chøng chuyªn gia n«ng nghiÖp vμ nh©n viªn qu¶n<br /> minh, ¸p dông kü thuËt thÞ gi¸c m¸y tÝnh lý sinh tr−ëng hy väng gi¶i quyÕt. Ph−¬ng<br /> th«ng qua lùa chän th«ng sè ®Æc tr−ng ngo¹i ph¸p ®o l−êng truyÒn thèng lμ th«ng qua<br /> h×nh ®Ó tiÕn hμnh ph©n lo¹i vμ kiÓm tra chÊt thiÕt lËp ®iÒu tra lÊy mÉu ®iÓm, tiÕn hμnh<br /> l−îng h¹t gièng mang l¹i hiÖu qu¶ rÊt cao. ®iÒu tra lÊy mÉu ®iÓm trªn c©y trång, c«ng<br /> Zayas vμ cs. (1985, 1986, 1989) sö dông nh©n ghi l¹i mÇm, chåi, th©n, b«ng tæng sè,<br /> hÖ thèng thÞ gi¸c m¸y tÝnh tõ h×nh ¶nh cña ®o ®¹c diÖn tÝch l¸, s¶n l−îng c©y trång, b»ng<br /> lóa m× lÊy ra th«ng sè ®Æc tr−ng h×nh th¸i m¾t ®o t×nh h×nh sinh tr−ëng, diÖn m¹o, ®é<br /> häc, øng dông c¸c ®Æc tr−ng nμy ph©n biÖt ®ång ®Òu cña quÇn thÓ… Ph−¬ng ph¸p ®o<br /> gièng lóa m× vμ thμnh phÇn kh«ng ph¶i lóa l−êng truyÒn thèng nμy cßn h¹n chÕ khi c«ng<br /> m×. Hä sö dông mét sè tham sè h×nh d¹ng viÖc cã c−êng ®é lao ®éng lín, tèc ®é ®iÒu tra<br /> nh− ®é dμi, ®é réng, sù ®Þnh h−íng vμ chu chËm, sai sè lín, tÝnh thêi gian thùc thÊp,<br /> vi... ®Ó miªu t¶ ngo¹i h×nh cña h¹t lóa m×. mμ hÇu hÕt quÇn thÓ sinh tr−ëng, diÖn m¹o,<br /> Liao cïng cs. (1994) ®Ò xuÊt sö dông kh«ng gian kÕt cÊu ®Æc tr−ng biÓu hiÖn khã<br /> m¸y ph©n lo¹i dïng ph−¬ng ph¸p m¹ng thÇn cã thÓ dïng sè liÖu m« t¶. Do tÝnh chÊt thu<br /> kinh nh©n t¹o. Hä tiÕn hμnh nhÞ ph©n hãa ho¹ch cña c©y mÉu, mét sè chØ tiªu khã thùc<br /> h×nh ¶nh, råi ®¬n gi¶n hãa chóng ra thμnh hiÖn ®o ®¹c liªn tôc, t¹o nªn th«ng tin kh«ng<br /> tÝn hiÖu sè mét chiÒu miªu t¶ ngo¹i h×nh h¹t ®Çy ®ñ vÒ quÇn thÓ c©y trång.<br /> ng«, th«ng qua ph©n tÝch ngo¹i h×nh h¹t ng« Nh÷ng ng−êi ®i tiªn phong trong nghiªn<br /> chän ra th«ng sè h×nh th¸i, vμ chuyÒn tíi bé cøu lÜnh vùc nμy lμ Meyer vμ cs. (1987) ®· sö<br /> phËn thuËt to¸n häc tËp ®Ó huÊn luyÖn nhËn dông biÖn ph¸p ®o l−êng kh«ng lμm ¶nh<br /> d¹ng h×nh th¸i h¹t sau khi bÞ tÏ khái b¾p. h−ëng ®Õn ®Õn c©y trång th«ng qua ph−¬ng<br /> Thùc nghiÖm chøng minh, víi 720 h¹t ng« ph¸p sè hãa c¸c h×nh ¶nh thu ®−îc cña c©y<br /> ®−îc dμn ph¼ng khi ph©n lo¹i ®é chÝnh x¸c trång ë c¸c giai ®o¹n kh¸c nhau, qua ®ã x©y<br /> ®¹t ®Õn 99%, ®èi víi 720 h¹t ng« bÞ tÏ khái dùng ®−îc m« h×nh sinh tr−ëng cña c©y<br /> b¾p ph©n lo¹i ®¹t ®é chÝnh x¸c 96%. trång. Tuy nhiªn, m« h×nh nμy cßn cã nh−îc<br /> ®iÓm lμ qu¸ tr×nh quan s¸t kh«ng liªn tôc.<br /> 3.2. øng dông trong tù ®éng hãa qu¸ tr×nh Kacira cïng cs. (2001) ®· nghiªn cøu vμ chÕ<br /> s¶n xuÊt ngoμi thùc ®Þa t¹o thμnh c«ng hÖ thèng quan tr¾c vμ ®iÒu<br /> Tr−íc ®©y, trong c«ng viÖc ngoμi ®ång khiÓn tõ xa cho phÐp tiÕn hμnh quan s¸t liªn<br /> ruéng, kü thuËt thÞ gi¸c m¸y tÝnh ®−îc øng tôc qu¸ tr×nh sinh tr−ëng cña c©y trång, hÖ<br /> dông chñ yÕu trong m¸y n«ng nghiÖp hoÆc thèng nμy cã kh¶ n¨ng liªn tôc ®o c¸c th«ng<br /> ng−êi m¸y n«ng nghiÖp ho¹t ®éng trong c¸c sè nh− nhiÖt ®é, ®é Èm m«i tr−êng, ®é Èm<br /> lÜnh vùc nh− gieo h¹t, gi¸m s¸t t×nh h×nh cña ®Êt, ®é Èm cña l¸ c©y, ®é chiÕu s¸ng, tèc<br /> <br /> 329<br />  Ứng dụng kỹ thuật thị giác máy tính trong sản xuất nông nghiệp<br /> <br /> ®é giã…, qua ®ã x©y dùng m« h×nh sinh bÖnh phÊn tr¾ng, ¸p dông ph−¬ng ph¸p tÝnh<br /> tr−ëng cña c©y trång gÇn víi thùc tÕ h¬n. to¸n h×nh th¸i häc tiÕn hμnh ph©n li, kÕt qu¶<br /> LÝ TiÓu C«n cïng cs. (2002) ë ViÖn Khoa thèng kª thu ®−îc 19 mÉu bÖnh. Trùc tiÕp<br /> häc N«ng nghiÖp Trung Quèc ®· nghiªn cøu ph©n chia h×nh ¶nh ®Ó tiÕn hμnh tÝnh to¸n<br /> thμnh c«ng “HÖ thèng chuyªn gia c¸ thÓ trïng phÊn tr¾ng ®¹t ®é chÝnh x¸c tíi<br /> multimedia nhËn thøc th«ng minh h×nh ¶nh 91,99%. Nh−ng phÐp to¸n xö lý ph©n ly cßn<br /> quÇn thÓ tiÓu m¹ch cao s¶n”, øng dông cÇn ph¶i c¶i tiÕn, bëi v× kü thuËt nμy cã b−íc<br /> m¹ng thÇn kinh ®èi víi h×nh ¶nh quÇn thÓ ph¸t triÓn mang tÝnh kh¶ thi trong lÜnh vùc<br /> tiÓu m¹ch tiÕn hμnh nhËn thøc vμ dù ®o¸n, nghiªn cøu sinh th¸i, viÖc nμy cho phÐp c«ng<br /> thùc hiÖn nhËn thøc nhanh trªn tiÓu m¹ch t¸c x¸c ®Þnh vμ ®iÒu tra sè l−îng quÇn thÓ<br /> chñ yÕu ®Æc tr−ng quÇn thÓ. c«n trïng nhá bÐ ngoμi ®ång ruéng ®−îc<br /> gi¶m thiÓu rÊt nhiÒu, ®ång thêi ®é chÝnh x¸c<br /> 3.2.2. C«ng t¸c phßng trõ s©u bÖnh vμ cá h¹i<br /> ®−îc n©ng cao râ rÖt.<br /> Trong qu¸ tr×nh sinh tr−ëng cña c©y Tõ Quý Li vμ cs. (2002) tiÕn hμnh<br /> trång, viÖc n¾m b¾t kÞp thêi t×nh h×nh ph¸ ho¹i nghiªn cøu ®−a ra mμu s¾c ®Æc tr−ng cña<br /> c©y trång cña s©u bÖnh vμ cá h¹i ®èi víi s¶n h×nh ¶nh phiÕn l¸ trong canh t¸c c©y cμ chua<br /> l−îng c©y trång cã ý nghÜa rÊt quan träng. s¹ch khi chÊt dinh d−ìng thiÕu hôt, ®· dïng<br /> Dùa vμo sù kh¸c biÖt gi÷a cá d¹i vμ c©y ph−¬ng ph¸p biÓu ®å tû lÖ phÇn tr¨m thÓ<br /> trång cã thÓ ¸p dông c¸c ph−¬ng ph¸p nh− hiÖn mμu s¾c ®Æc tr−ng cña h×nh ¶nh phiÕn<br /> ph©n tÝch mÇu s¾c, h×nh ¶nh, ®−êng biªn, l¸ thiÕu dinh d−ìng, ®ång thêi ®· tiÕn hμnh<br /> quang phæ … cña ®èi t−îng ®Ó nhËn biÕt lo¹i bá mμu nÒn tr¾ng cña h×nh ¶nh cã thÓ<br /> ®−îc cá d¹i vμ c©y trång. Robert vμ cs. g©y ¶nh h−ëng nghiªn cøu, dïng biÓu ®å tØ lÖ<br /> (1998a, 1998b) øng dông thÞ gi¸c m¸y tÝnh phÇn tr¨m thay thÕ c¸c biÓu ®å th«ng<br /> trong nghiªn cøu kü thuËt ph©n biÖt cá d¹i th−êng cã thÓ gi¶i quyÕt sù ¶nh h−ëng cña<br /> vμ c©y trång ®−îc øng dông trong hÖ thèng ®é to nhá phiÕn l¸ ®èi víi ®Æc tr−ng mμu s¾c<br /> m¸y phun thuèc trõ cá d¹i Detectspray, hÖ ®−a ra trong qu¸ tr×nh nghiªn cøu vμ x¸c<br /> thèng m¸y nμy cã kh¶ n¨ng ph¸t hiÖn vμ ®Þnh viÖc rót ra mμu s¾c c©y, vïng nghiªn<br /> diÖt cá d¹i ngoμi thùc ®Þa ®¹t ®é chÝnh x¸c cøu nh− thÕ nμo. Ph−¬ng ph¸p nμy ®−a ra<br /> tíi h¬n 70%. ®Æc tr−ng mμu s¾c lÝ t−ëng ph©n biÖt phiÕn<br /> TrÞnh Gia C−êng vμ cs. (2001, 2004 vμ l¸ cμ chua thiÕu chÊt dinh d−ìng ®é chÝnh<br /> 2006) ë Tr−êng §¹i häc L©m nghiÖp Nam x¸c trªn 70%.<br /> Kinh ®· øng dông kü thuËt thÞ gi¸c m¸y tÝnh 3.2.3. Tù ®éng hãa thu ho¹ch s¶n phÈm<br /> kÕt hîp víi hÖ thèng ®Þnh vÞ GPS nghiªn cøu Kü thuËt c¶m gi¸c b»ng m¸y tÝnh ®−îc<br /> vμ chÕ t¹o m¸y phun thuèc trõ s©u chÝnh øng dông trong tù ®éng hãa thu ho¹ch n«ng<br /> x¸c. M¸y ®· ®−îc ®−a vμo s¶n xuÊt vμ ®¹t s¶n phÈm tõ nh÷ng n¨m gi÷a thËp kû 80 cña<br /> ®−îc hiÖu qu¶ t−¬ng ®èi cao. thÕ kû 20, gÇn ®©y nã lμ lÜnh vùc nghiªn cøu<br /> ThÈm T¸ NhuÖ vμ Vu T©n V¨n (2001) rÊt ®−îc chó ý. N¨m 1996, Zhang Shuhai vμ<br /> øng dông kü thuËt thÞ gi¸c m¸y tÝnh tiÕn Takahashi T. th«ng qua m« h×nh ph©n biÖt<br /> hμnh nghiªn cøu vÒ kü thuËt tù ®éng tÝnh thùc hiÖn kiÓm tra ®o l−êng ®Þnh vÞ qu¶ t¸o,<br /> to¸n bÖnh phÊn tr¾ng trong nhμ kÝnh. ViÖc tiÕn tíi cã thÓ tù ®éng h¸i t¸o. Hä lîi dông<br /> chia nhá h×nh ¶nh bÖnh phÊn tr¾ng b»ng mét kiÓu tÝnh to¸n ®Ó thùc hiÖn ph©n biÖt<br /> ph−¬ng ph¸p cña Jonnhansen dùa trªn phÐp qu¶ t¸o, tõ h×nh ¶nh ban ®Çu cña c©y t¸o<br /> to¸n chia nhá cña entropy. §èi víi ¶nh sau tiÕn hμnh läc vμ t×m ra vÞ trÝ cña qu¶ t¸o,<br /> khi ph©n nhá , trªn c¸c vïng biÓu hiÖn bÖnh sau ®ã th«ng qua tÝnh to¸n x¸c ®Þnh h×nh<br /> c¸c t¸c gi¶ ®· tÝnh to¸n ®−îc sè l−îng c¸ thÓ d¹ng h×nh ¶nh t−¬ng quan cña ®−êng biªn<br /> trïng phÊn tr¾ng. Trªn phiÕn l¸ cïng bÞ d¹ng qu¶ t¸o.<br /> <br /> 330<br />  Lê Vũ Quân, Trịnh Gia Cường, Châu Hồng Bình<br /> <br /> Trong lÜnh vùc tù ®éng hãa thu ho¹ch thuËt c¶m gi¸c b»ng m¸y tÝnh tiÕn hμnh<br /> cam quÝt, Slaughter vμ Harrell (1989) ®Çu kiÓm tra ®o l−êng kh«ng tæn h¹i, dïng th«ng<br /> tiªn nghiªn cøu lîi dông th«ng tin vÒ ®é mμu sè bÒ mÆt vËt lý n«ng s¶n phÈm thu ®−îc ®Ó<br /> vμ ®é s¸ng cña h×nh ¶nh chôp ®−îc trong tiÕn hμnh ®¸nh gi¸ vμ ph©n cÊp chÊt l−îng<br /> ®iÒu kiÖn tù nhiªn ngoμi phßng thÝ nghiÖm n«ng s¶n phÈm. 20 n¨m trë l¹i ®©y, nghiªn<br /> tiÕn hμnh ®Þnh h−íng tay c¬ khÝ thu ho¹ch cøu kiÓm tra ®¸nh gi¸ n«ng s¶n phÈm chñ<br /> cam quÝt, thiÕt lËp m« h×nh ph©n lo¹i lîi yÕu tËp trung trong lÜnh vùc n«ng s¶n phô<br /> dông th«ng tin mμu s¾c h×nh ¶nh tõ c©y cam nh− hoa qu¶, rau mÇu.<br /> quÝt nhËn biÕt qu¶ cña nã. M¸y ph©n lo¹i Msrchant cïng cs. (1998) dùa vμo kü<br /> nμy tõ hoμn c¶nh tù nhiªn cña v−ên c©y thuËt thÞ gi¸c b»ng m¸y tÝnh nghiªn cøu vμ<br /> nhËn biÕt qu¶ cam quÝt cã ®é chÝnh x¸c 75%, chÕ t¹o thμnh c«ng hÖ thèng ph©n lo¹i cñ<br /> nhËn biÕt t©m h×nh qu¶ cã ®é sai sè lμ 6%, khoai t©y, hÖ thèng nμy mçi gi©y cã thÓ ph©n<br /> tèc ®é c¬ b¶n cã thÓ ®¸p øng ®−îc yªu cÇu lo¹i 40 cñ khoai t©y.<br /> s¶n xuÊt thùc tÕ, nh−ng ®é chÝnh x¸c t−¬ng B¨ng B©n vμ U«ng MËu Hoa (2002)<br /> ®èi thÊp. th«ng qua ph©n tÝch sù kh«ng ®ång ®Òu vÒ<br /> T¹i Trung Quèc, Ch©u V©n S¬n vμ cs. cÊp ®é mμu s¾c cña hoa qu¶, dïng kÝch th−íc<br /> (1995) øng dông kü thuËt c¶m gi¸c b»ng ph©n d¹ng cña c¸c s¾c ®é ph©n bè trªn bÒ<br /> m¸y tÝnh tiÕn hμnh nhËn biÕt nÊm trong mÆt hoa qu¶ thμnh ®Æc tr−ng tiÕn hμnh<br /> m¸y h¸i nÊm. HÖ thèng nμy chñ yÕu bao ph©n cÊp, sè liÖu ®Æc tr−ng nμy kh«ng nh÷ng<br /> gåm b¨ng t¶i nÊm, camera, tay h¸i m¸y, c¬ xÐt ®Õn ®iÓm ®Æc tÝnh tÝnh gép cña c¸c s¾c<br /> cÊu khÝ ®éng phô ba bËc tù do, hÖ thèng ®iÒu ®é, mμ cßn xÐt ®Õn ®Æc tÝnh kh«ng gian ph©n<br /> khiÓn tay m¸y thu nÊm vμ m¸y tÝnh t¹o bè s¾c ®é, lμm mμu s¾c ph©n cÊp cμng phï<br /> thμnh. Tay h¸i m¸y do c¬ cÊu khÝ ®éng phô hîp t×nh h×nh thùc tÕ. Hä ®· dïng kÝch th−íc<br /> ba bËc tù do c¨n cø vμo th«ng tin cña hÖ ph©n d¹ng c¸c s¾c ®é lμm mÉu xö lý, x©y<br /> thèng c¶m gi¸c b»ng m¸y tÝnh cung cÊp tíi dùng m« h×nh nhËn thøc m¹ng thÇn kinh<br /> x¸c ®Þnh vÞ trÝ. C«ng t¸c ng¾t nÊm do hÖ nh©n t¹o. Th«ng qua qu¸ tr×nh häc tËp huÊn<br /> thèng ®iÒu khiÓn ng¾t nÊm hoμn thμnh. Sau luyÖn cho m¹ng thÇn kinh nh©n t¹o, dïng<br /> khi tay h¸i m¸y ®Õn vÞ trÝ, èng hót cao su 120 mÉu t¸o kiÓm tra, trong ®ã qu¶ lo¹i<br /> cña tay m¸y nhê vμo ¸p lùc kh«ng khÝ hót th−îng h¹ng lμ 30 qu¶, lo¹i mét 30 qu¶, lo¹i<br /> nÊm vμo hép. HÖ thèng c¶m gi¸c b»ng m¸y hai 30 qu¶, c¸c lo¹i kh¸c lμ 30 qu¶, kÕt qu¶<br /> tÝnh cung cÊp c¸c th«ng tin ph©n lo¹i cÇn kiÓm tra nhËn ®−îc c¸c lo¹i: lo¹i th−îng<br /> thiÕt cho m¸y h¸i nÊm nh− kÝch th−íc, diÖn h¹ng 29 qu¶, lo¹i mét 32 qu¶, lo¹i hai 28<br /> tÝch vμ vÞ trÝ chÝnh x¸c trung t©m c©y nÊm qu¶, c¸c lo¹i kh¸c 31 qu¶. Tû suÊt chÝnh x¸c<br /> cÇn thu ho¹ch, ®¶m b¶o trong qu¸ tr×nh ho¹t cña viÖc kiÓm tra, lo¹i th−îng h¹ng lμ 96,7%,<br /> ®éng cña tay m¸y bÝnh th−êng, tr¸nh tr−êng lo¹i mét lμ 93,8%, lo¹i 2 lμ 93,3%, c¸c lo¹i<br /> hîp do th«ng tin kh«ng chÝnh x¸c t¹o thμnh kh¸c lμ 96,8%, b×nh qu©n tû suÊt chÝnh x¸c<br /> sai lÖch h¸i nÊm, lμm háng nÊm hoÆc lμm lμ 95,2%, cã thÓ tháa m·n yªu cÇu thùc tÕ sö<br /> t¾c èng hót nÊm vμo. dông thÞ gi¸c m¸y tÝnh ph©n cÊp hoa qu¶<br /> trong d©y chuyÒn s¶n xuÊt.<br /> 3.3. øng dông trong ph©n lo¹i vμ chÕ biÕn TriÖu TÜnh vμ Hμ §«ng KiÖn (2001) khi<br /> n«ng s¶n phÈm ph©n tÝch tæng hîp h×nh th¸i c¬ b¶n tr¸i c©y,<br /> ®· ®Ò xuÊt dïng 6 th«ng sè ®Æc tr−ng biÓu thÞ<br /> 3.3.1. Ph©n lo¹i n«ng s¶n phÈm<br /> h×nh th¸i tr¸i c©y, tham kh¶o ph−¬ng ph¸p<br /> §èi víi kiÓm ®Þnh vμ ph©n cÊp phÈm ph©n tÝch h×nh th¸i dïng ®Ó ph©n biÖt h×nh<br /> chÊt cña n«ng s¶n phÈn chñ yÕu lîi dông kü d¹ng tr¸i c©y, lîi dông m¹ng thÇn kinh nh©n<br /> <br /> 331<br />  Ứng dụng kỹ thuật thị giác máy tính trong sản xuất nông nghiệp<br /> <br /> t¹o ®èi víi h×nh d¹ng tr¸i c©y tiÕn hμnh nhËn 3.3.2. ChÕ biÕn n«ng s¶n phÈm<br /> thøc vμ ph©n cÊp, kÕt qu¶ biÓu minh, sö dông Tõ tr−íc ®Õn nay, tù ®éng ®¸nh gi¸<br /> tham sè ®Æc tr−ng vμ kü thuËt nhËn biÕt h×nh phÈm chÊt vμ khèng chÕ ph¶n håi lu«n lu«n<br /> d¹ng tr¸i c©y, thÞ gi¸c m¸y tÝnh vμ ph©n cÊp lμ vÊn ®Ò quan träng khã mμ thùc hiÖn trong<br /> nh©n t¹o b×nh qu©n cã ®é chÝnh x¸c lμ 93% viÖc tù ®éng hãa hoμn toμn chÕ biÕn n«ng<br /> trë lªn. Ninh Kû Phong vμ cs. (2001) lîi dông s¶n phÈm. Cïng víi sù ph¸t triÓn cña kü<br /> ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n h×nh ¶nh h×nh th¸i thuËt thÞ gi¸c m¸y tÝnh, con ng−êi ®· b¾t<br /> häc thùc hiÖn ®èi víi sù thiÕu hôt d¹ng trßn ®Çu t×m c¸ch øng dông kü thuËt thÞ gi¸c m¸y<br /> tr¸i c©y vμ kiÓm tra ®o l−êng h×nh d¹ng, khi tÝnh trong tù ®éng hãa chÕ biÕn n«ng s¶n<br /> thùc nghiÖm ph¸t hiÖn, nÕu coi s¶n phÈm lo¹i phÈm.<br /> th−îng h¹ng vμ lo¹i mét lμ mét lo¹i, cßn s¶n McConnell vμ Blau (1995) nghiªn cøu sö<br /> phÈm lo¹i hai vμ c¸c lo¹i kh¸c lμ mét lo¹i, th× dông kü thuËt thÞ gi¸c b»ng m¸y tÝnh, tiÕn<br /> ®é chÝnh x¸c khi ph©n cÊp ®¹t tíi 94,5%. hμnh ®o s¾c ®é mμu s¾c cña s¶n phÈm, c¨n<br /> §é chÝn cña qu¶ cμ chua vμ ®Æc tr−ng cø vμo ®ã ®Ó ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh sÊy vμ<br /> mμu s¾c bªn ngoμi cã mèi quan hÖ mËt thiÕt, n−íng thùc phÈm ®¶m b¶o chÊt l−îng, ®¹t<br /> cho nªn mÇu s¾c bªn ngoμi cña qu¶ cμ chua hiÖu qu¶ cao.<br /> ®· trë thμnh mét chØ tiªu träng yÕu cña ®¸nh<br /> gi¸ phÈm chÊt cμ chua. Tr−¬ng Tr−êng Lîi<br /> 4. KÕT LUËN<br /> vμ cs. (2001) dïng hÖ thèng thÞ gi¸c b»ng<br /> m¸y tÝnh thu thËp h×nh ¶nh qu¶ cμ chua, ThÞ gi¸c b»ng m¸y tÝnh øng dông trong<br /> sau ®ã chuyÓn ®æi tõ hÖ thèng mÇu RBG s¶n xuÊt c¬ khÝ n«ng nghiÖp ®· thu nhËn<br /> (Red-Blue-Green) sang hÖ thèng HIS (Hue- ®−îc nh÷ng b−íc tiÕn lín, nh−ng do lÝ luËn<br /> Saturation-Illumination), th«ng qua gi¸ trÞ thÞ gi¸c, ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch h×nh ¶nh vμ<br /> s¾c ®é H ®Ó ®Ò ra mÇu s¾c ®Æc tr−ng cña bÒ ®iÒu kiÖn vÒ thiÕt bÞ phÇn cøng cã giíi h¹n,<br /> mÆt qu¶ cμ chua, chän dïng ph−¬ng ph¸p di viÖc nghiªn cøu øng dông thÞ gi¸c m¸y tÝnh<br /> truyÒn nhiÒu líp trong m¹ng thÇn kinh nh©n trong c¬ khi n«ng nghiÖp cßn chñ yÕu trong<br /> t¹o thùc hiÖn tù ®éng ph©n biÖt ®é chÝn cña giai ®o¹n thö nghiÖm. Nh−ng cïng víi sù<br /> qu¶ cμ chua. KÕt qu¶ thùc nghiÖm cho thÊy ph¸t triÓn cña lÝ thuyÕt thÞ gi¸c m¸y tÝnh, kü<br /> sö dông dïng ph−¬ng ph¸p trªn ®é chÝnh thuËt xö lý m¸y tÝnh vμ kü thuËt tù ®éng<br /> x¸c ®¹t khi ph©n lo¹i ®Õn 94%. hãa, rÊt nhiÒu vÊn ®Ò tån t¹i ®· ®−îc gi¶i<br /> Tr−¬ng Th− TuÖ vμ cs. (2002) thiÕt kÕ hÖ quyÕt.<br /> thèng kiÓm tra ®¸nh gi¸ ph©n lo¹i h×nh ¶nh øng dông cña kü thuËt thÞ gi¸c m¸y tÝnh<br /> t¸o, ®μo… th«ng qua thμnh lËp kho l−u tr÷ sÏ gãp phÇn n©ng cao tÝnh n¨ng vμ tr×nh ®é c¬<br /> h×nh ¶nh vμ hÖ thèng ph©n tÝch c¸c mèi khÝ n«ng nghiÖp, ®−a c¬ khÝ n«ng nghiÖp tõng<br /> t−¬ng quan cho phÐp ph©n lo¹i chÝnh x¸c b−íc ph¸t triÓn h−íng tíi hiÖn ®¹i hãa, tù<br /> phÈm chÊt n«ng s¶n phÈm nh− mμu s¾c bªn ®éng hãa, th«ng minh hãa, ®©y còng chÝnh lμ<br /> ngoμi, h×nh d¸ng, c¸c thiÕu sãt,… Sö dông yªu cÇu ph¶i cã cña s¶n xuÊt n«ng nghiÖp<br /> hÖ thèng nμy, tiÕn hμnh ph©n cÊp 100 qu¶ chÝnh x¸c, hiÖu qu¶.<br /> t¸o, kÕt qu¶ ph©n lo¹i cã ®é chÝnh x¸c ®¹t Cho dï hiÖn nay ë c¸c n−íc ph¸t triÓn<br /> ®Õn 96%. §èi víi c¸c lo¹i n«ng phô phÈm lÜnh vùc øng dông thÞ gi¸c m¸y tÝnh vμo<br /> kh¸c còng cã thÓ th«ng qua thμnh lËp kho d÷ trong s¶n xuÊt n«ng nghiÖp ®· ®−îc tiÕn<br /> liÖu h×nh ¶nh mÉu, tiÕn hμnh tæng hîp ph©n hμnh nghiªn cøu kh«ng Ýt, nh−ng vÉn cßn<br /> tÝch c¸c th«ng tin vμ ph¸n ®o¸n, thùc hiÖn nhiÒu vÊn ®Ò kü thuËt cßn ch−a gi¶i quyÕt,<br /> ®èi kiÓm tra ®¸nh gi¸ ph©n lo¹i víi c¸c lo¹i cÇn tiÕp tôc ®i s©u nghiªn cøu. Cã thÓ kÓ ra<br /> n«ng s¶n phÈm kh¸c nhau. mét sè ®Þnh h−íng nghiªn cøu nh−:<br /> <br /> 332<br />  Lê Vũ Quân, Trịnh Gia Cường, Châu Hồng Bình<br /> <br /> Ph¸t triÓn kü thuËt nhËn d¹ng chÝnh Meyer G E, Davison D A. (1987). An<br /> x¸c c©y trång, cá d¹i trªn ®ång ruéng thùc tÕ, electronic image pant growth<br /> ®Ó øng dông trong m¸y tù ®éng phun thuèc measurement system. Transac tions of<br /> trõ s©u, trõ cá d¹i. ASAE, 30(1), 242 – 248.<br /> Trong lÜnh vùc tù ®éng hãa kiÓm tra Robert E. Blackshaw, Louis J. Molnar and<br /> ph©n lo¹i n«ng s¶n phÈm, hiÖn nay hÇu hÕt C. Wayne Lindwall (1998a). Merits of a<br /> c¸c nghiªn cøu ®Òu lμ nghiªn cøu c¸c ®èi Weed-Sensing Sprayer to Control Weeds<br /> t−îng ë tr¹ng th¸i tÜnh, do ®ã hiÖu qu¶ cßn in Conservation Fallow and Cropping<br /> thÊp. Lμm thÕ nμo ®Ó trong ®iÒu kiÖn lμm Systems. Weed Science, Vol. 46, No. 1, 120<br /> viÖc ®éng ë tèc ®é cao cã thÓ thu nhËn ®−îc – 126.<br /> h×nh ¶nh cña s¶n phÈm vμ tiÕn hμnh ph©n Robert E. Blackshaw, Louis J. Molnar,<br /> tÝch, c¨n cø vμo kÕt qu¶ ph©n tÝch tiÕn hμnh Duane F. Chevalier and C. Wayne<br /> ph©n lo¹i s¶n phÈm chÝnh lμ vÊn ®Ò cÇn ®−îc Lindwall (1998b). Factors Affecting the<br /> chó träng nghiªn cøu. Operation of the Weed-Sensing<br /> Detectspray System. Weed Science, Vol.<br /> TμI LIÖU THAM KH¶O 46, No. 1, 127 – 131.<br /> Slaughter D C， Harrell R C. (1989).<br /> Tμi liÖu tiÕng Anh<br /> Discriminating fruit for robotic harvest<br /> DanaH.Ballard, Christopher M. Brown. using color in natural outdoor scenes.<br /> (1983). Computer Vision. Prentice Hall. Transactions of the ASAE，，32 (2), 757-<br /> Forsyth D. (2003). Computer Vision: A 763.<br /> Modern Approach. Prentice Hall. .<br /> Sun, D.W. (2003). “Computer Vision: An<br /> KaciraM, Ling P P. (2001). Design and Objective, Rapid and Non-Contact Quality<br /> development of an automated and non - Evaluation Tool for the Food Industry”,<br /> contact sensing system for continuous Journal of Food Engineering, 61, 1-2.<br /> monitoring of plant health and growth.<br /> Timmermans, A.J.M. (1998). “Computer<br /> Transactions of the ASAE, , 44 (4), 989 –<br /> Vision System for Online Sorting of Pot<br /> 996.<br /> Plants Based on Learning Techniques”,<br /> Liao K，Paulsen M R，Reid J F，et al. Acta Horticulturae, 421, 91-98.<br /> (1994). Corn kernel breakage Wang, H.-H., Sun, D.-W. (2002). “Melting<br /> classification by machine vision using a characteristics of cheese: analysis of<br /> neutral network classifier. Transactions of effects of cooking conditions using<br /> the ASAE. ，36(6), 1949 – 1953 computer vision techniques”, Journal of<br /> Food Engineering, 52(3), 279-284.<br /> Marchant J A, Onyango C M, Street M J.<br /> (1998). High speed sorting of potatoes Zayas I，Pomeranz L Y，Lai F S. (1985).<br /> using computer vision. Transactions of the Discrimination between Arthur and<br /> ASAE, 41(9), 3528 – 3540. Arkan wheats by image analysis. Cereal<br /> McConnell R K Jr, Blau H H Jr. (1995). Chemistry， 62(2), 478 – 480<br /> Color classification of non-uniform baked<br /> and roasted foods. Proceedings of the Zayas I，Lai F S， Pomeranz L Y. (1986).<br /> FPAC IV Conference. Chicago, Illinois, Discrimination between wheat classes and<br /> 40- 46. varieties by image analysis. Cereal<br /> Chemistry, , 63 (1), 52 – 56.<br /> <br /> 333<br />  Ứng dụng kỹ thuật thị giác máy tính trong sản xuất nông nghiệp<br /> <br /> <br /> Zayas I， Pormeranz L Y， L ai F S. (1989). 农业工程学报，(2002). (4), 150 – 153<br /> Discrimination of wheat and non wheat 张书慧，陈晓光，张晓梅，等.<br /> components in grain samples by image<br /> analysis. Cereal Chemistry, 66(3), 233-237. 苹果、桃等农副产品品质检测与分级图像处<br /> <br /> Zhang Shuhai，Takahashi- T (1996). 理系统的研究. 农业工程学报 (1993).15(1),<br /> Studies on automation of work in orchards 201 – 204.<br /> (part 1). Detection of apple by pattern 张长利，房俊龙，潘伟.<br /> recognition. Journal of the Japanese Society<br /> 用遗传算法训练的多层前馈神经网络对番茄<br /> of Agricultural Machinery 58(1), 9- 16.<br /> 成熟度进行自动检测的研究. 农业工程学报<br /> Tμi liÖu tiÕng Trung (2001). 17(3), 153 – 156<br /> 冯斌，汪懋华. 赵静; 何东健. 果实形状的计算机识别方法研究.<br /> <br /> 基于颜色分形的水果计算机视觉分级技术. 农业工程学报 ( 2001). 17(2), 165-167<br /> <br /> 农业工程学报 (2002).18(2), 141 – 143. 郑加强、周宏平、赵茂程、胡晓亮、向海涛、<br /> <br /> 李少昆, 索兴梅，白中英, 祁之力, 刘晓鸿, 徐幼林等. 21世纪精确农药使用方法展望.<br /> <br /> 高世菊, 赵双宁. 基于BP 见：倪汉祥，成卓敏主编.面向21世纪植物保<br /> <br /> 神经网络的小麦群体图像特征识别. 护发展战略研讨会论文集.<br /> <br /> 中国农业科学 (2002). 35(6), 616 – 620 成都：2001年，北京：中国科学技术出版社,<br /> 415 – 419.<br /> 宁纪锋，何东健，张海亮.<br /> 郑加强．农药精确使用原理与实施原则研究．<br /> 基于图像形态学的球形果实品质检测研究 .农<br /> 科学技术与工程 (2004). 4 (7): 566 – 570<br /> 机化研究 (2001). (3), 28 – 29, 47<br /> 郑加强， 周宏平，徐幼林. 农药精确使用技术.<br /> 沈佐锐，于新文.<br /> 科学出版社，北京 (2006).<br /> 温室白粉虱自动计数计数技术研究初报.<br /> 生态学报，(2001). 21(1), 94 – 99 周云山，李强等<br /> .计算机视觉在蘑菇采摘机器上的应用.<br /> 徐贵力, 毛罕平, 李萍萍.<br /> 农业工程学报，(1995).11(4)，27 – 32.<br /> 缺素叶片彩色图像颜色特征提取的研究.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 334<br /> Lê Vũ Quân, Trịnh Gia Cường, Châu Hồng Bình<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 335<br />