2021-09-10 08:57:39
“吳文俊人工智能科學技術獎”是我國人工智能領域“皇冠上的明珠”，其中的一顆就被中國農業(yè)大學團隊負責的“非結構環(huán)境下農業(yè)機器人機器視覺關鍵技術與應用”項目摘取——2020年度的吳文俊人工智能技術發(fā)明獎。記者在驚嘆我國農業(yè)科技日新月異的同時，也激起了心中的好奇：什么是“非結構環(huán)境”？機器視覺和人的視覺有何不同？該技術有哪些突破？近日，項目主要完成人、中國農業(yè)大學博士生導師張春龍副教授向記者一一拆解了這一農業(yè)領域的“黑科技”。
“對于農業(yè)機器人來說，非結構環(huán)境主要指農田自然環(huán)境。”張春龍開門見山。農田自然環(huán)境中光照條件復雜多變、作業(yè)空間不可預知、作業(yè)目標隨機分布、作業(yè)對象形態(tài)多樣、枝葉果實交錯遮擋、苗草簇生、地形起伏，壟溝縱橫……因此給農業(yè)機器人技術研發(fā)與應用帶來了很大挑戰(zhàn)。
“人的視覺是一個非常復雜的生物系統(tǒng)，可以直接和周圍環(huán)境進行信息交互，對環(huán)境具有較強的感知適應性。”張春龍說，而機器視覺一般指一個特定的信息感知系統(tǒng)，往往只針對單一特殊任務進行某種有效描述，而且其感知環(huán)境通常是可以被改造和控制的，因此很難建立一個“通用”的機器視覺系統(tǒng)。機器視覺的“用武之地”在哪兒呢？“它的任務主要是模擬人的視覺功能，來感知環(huán)境并有效解決人眼難以解決的問題。”張春龍告訴記者，特別是在高風險特種作業(yè)環(huán)境下，或執(zhí)行高精度、高效率、高強度作業(yè)任務等人眼難以滿足要求的場景，來輔助或代替人的視覺。
機器視覺是人工智能領域的重要技術組成，通過利用電子設備和光學感知技術獲取環(huán)境和目標圖像信息，利用處理器分析和解釋圖像，進而根據圖像處理結果來控制機器動作。當前，以機器視覺為主的作業(yè)信息感知已成為農業(yè)機器人智能化的研究熱點。談及其“熱度”高的原因，張春龍表示，機器視覺作為農業(yè)機器人最大的信息源，具有感知信息豐富、采集信息完整、識別信息直接等特點。但機器視覺信息感知的準確性和可靠性易受自然光照、風力、陰影、遮擋等非結構化環(huán)境因素，和作業(yè)對象隨機性、多樣性等個體特征的影響，從而影響農業(yè)機器人智能化作業(yè)效率和成功率，制約著農業(yè)機器人技術的推廣與應用。
該項目通過分析視覺信息對自然光照變化的敏感程度，構建光照波動控制模型，突破了自然光照變化對作物信息動態(tài)穩(wěn)定獲取的技術局限，增強了機器視覺對農田自然光照的適應能力。項目研究了集光譜檢測、可見光視覺技術和深度學習方法交叉融合的農業(yè)非結構環(huán)境作物信息獲取技術，對農業(yè)機器人末端執(zhí)行機構視覺伺服控制進行了技術創(chuàng)新，提高了自然環(huán)境下農作物信息獲取的精準度，破解了農業(yè)機器人精度與速度、效率與損傷之間辯證關系的協同控制難點問題。
記者了解到，該項目的技術成果目前已經在果蔬采摘機器人、精準噴藥機器人、大田鋤草機器人、植保無人機等農業(yè)智能裝備領域進行了應用。比如，果蔬采摘機器人有“眼睛”和“手臂”，不僅能自主采摘果實，還能辨別果實的成熟度，只對那些個頭大、品相好的目標“下手”。精準噴藥機器人，則能利用自己的“眼睛”識別田間病蟲草害，及時對重點區(qū)域精準噴灑農藥，降低化學農藥使用量，更加符合農業(yè)綠色生產的要求。
張春龍表示，相關機器人產品已經推廣到北京、江蘇、新疆、河南等地，覆蓋大田、溫室、果園等農業(yè)作業(yè)場景，可節(jié)省勞動力50％以上。
“未來，項目技術將應用到設施農業(yè)果蔬采摘、巡檢、運輸等系列機器人產品和大田田間管理到產后各生產環(huán)節(jié)作業(yè)機器人中。”張春龍告訴記者，在規(guī)模農業(yè)生產中，農業(yè)機器人不但可以解決農時集中用工緊張問題，還可以為精耕細作、綠色高效的農業(yè)可持續(xù)發(fā)展模式提供技術支撐，有很好的用武之地和巨大的市場需求。“隨著我國農業(yè)機械化、規(guī)模化發(fā)展，農業(yè)生產向智能化升級已經成為可能。”張春龍對未來農業(yè)機器人的規(guī)模應用充滿信心。
農民日報·中國農網記者 顏旭
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