高速攝像技術在我國農業機械領域的應用探討

鄔培生 章小勤 孫榮

摘 要：高速攝像技術在現代社會中的應用范圍逐漸擴大，其能夠將高速運動變化過程中的空間信息和時間緊密聯系在一起，從而對圖像進行記錄。在數十年的發展過程中，高速攝像技術已經從單純的軍事應用方面擴展到民用生產的各個方面，在農業機械領域也具有廣泛的應用空間，并且取得了較高的技術成就。

關鍵詞：高速攝像技術;農業機械;應用

中圖分類號：S23文獻標識碼：ADOI：10.19754/j.nyyjs.20191030018

1 高速攝像技術的概念及其工作原理

1.1 高速攝像技術的概念

高速攝像技術是通過相應的技術設備，將處于高速運動變動過程中的物體所產生的空間和時間信息密切的結合在一起，從而將瞬息萬變、高速運轉的過程連續記錄下來，之后再采用對應的圖像分析設備對采集的內容進行定量計算。當采用正常速度對記錄目標進行播放時，就能夠將采集到的變化過程清晰、緩慢的呈現在人們面前。

1.2 高速攝像的工作原理

處于高速運動中的目標自身會發光，或者在自然光及人工輔助照明方式的照射下，會產生反射光的現象。這些光的一部分會在透過高速成像系統的成像物鏡后落在光電成像器件的像感面上，對應的光電器件在驅動電路的控制下，會對像感面上的目標像及時予以相應，也就是根據像感面上目標光能量分布在對應的像素點上產生一致性的電荷包，從而完成圖像的光電轉換過程。這些帶有圖像信息的電荷包會被迅速存儲到寄存器中，然后把信號傳輸至電腦中，在電腦對圖像進行顯示和判讀的情況下，進而完成整個高速攝像和初步應用的過程。由于高速攝像具有拍攝精度高、相應速度快、對工作環境要求低、存儲信息量大等多方面的優點，在農業機械的生產和工作領域中，具有廣泛的應用空間。

2 在農業機械領域的研究與應用

2.1 高速攝像技術在農業機械領域的研究現狀

通過對相關的文獻進行查詢，基于高速攝像技術在農業機械領域的研究起始于2003年左右，最初的研究內容多是從精密排種器的應用中開始，經過數年的發展，逐漸延伸到充種、輪播和脫粒等不同農業機械生產和應用領域。就目前的研究范圍而言，其具體的研究范圍已經精確到各種不同的農作物的農業機械領域。從這些文獻的研究水平而言，70%以上的研究是屬于高水平的研究，并且在實際應用過程中得以廣泛的推廣。但是就整體上而言，這些研究內容范圍還比較狹窄，對農業機械生產和應用技術的研究還不夠深入，尤其是近些年高速攝像技術不斷提升的情況下，相關研究人員沒能夠將這些熱點技術及時與農業機械研究的內容深入結合在一起，不能不說是這一研究領域中的缺憾之一。

2.2 高速攝像技術在農業機械領域的應用

雷小龍博士[1]通過將高速攝像技術與相關理論結合在一起，深入分析了集排器氣流場和種子在集排器中的運動特性、遷移軌跡等工作原理，從而設計出1種具有高利用率、能夠滿足油菜和小麥兩用的氣送式集排器。通過科學設計，不僅能夠極大的提高機械化播種的效率，降低農業生產企業的生產成本，提升企業的經濟效益，還能夠極大的提升我國農業機械化的生產水平，為農業科技的發展做出貢獻。朱忠祥[2]等通過將虛擬仿真技術與高速攝像技術結合在一起，精確分析出玉米果穗在剝皮機構中的運動，在證明其仿真數據能夠與高速攝像試驗結果保持較高程度一致的情況下，為剝皮機的設計和生產提供了較為準確的理論依據。此外在相關技術的應用研究中，不同學者還針對玉米脫粒機、玉米秸稈皮穰分離裝置、辣椒的機械化收獲機械、春葡萄挖藤機、牧草的撿拾機械等做出了深入的研究。在這些研究內容中不僅為現在已經投入運行的機械設備在性能方面進行了提升，而且對新型設備的研發提供了較高水平的理論支持。

3 高速攝像技術應用中存在的問題和解決對策

3.1 在農業機械領域應用中的范圍不夠廣泛

我國的農業生產類型多種多樣，南方和北方地區、東部和西部地區的農業類型之間存在較大的差異，這些作物的成長季節和生長特點等方面具有諸多不同，對于機械應用的類型也有不同要求，但是目前農業機械科技化的研究過程中，應用高速攝像技術的方面大多是集中在玉米、小麥和水稻3種種植范圍最為廣泛的作物種類上，對于經濟作物的機械化設備研究則有很大局限性。由于經濟作物更加重視單產的效率，所以加強高速攝像在這類農業機械的研究和生產中的應用，是未來的發展方向之一，只有強化這方面的技術研究，才能將農業技術的應用范圍不斷擴展。

3.2 在農業機械領域應用中的研究不夠深入

目前已經開展的高速攝像技術在農業領域內的試驗，大多是基于試驗臺進行研究，與實際要求之間還存在較大的差距，產生這方面問題的原因主要有2個方面：農業產業本身是屬于第一產業，其所創造的單產價值有限，進行相關設備研發的經濟效益和投入之間不成正比，造成國家相關部門和經營企業對這方面的研究投入力度不夠，甚至還存在較為嚴重的人才流失現象;我國的高速攝像技術相對還比較落后，在實際應用過程中無法達到設計目標的需求，在進行相關研究時，研究者不能將最新的技術成果與相關的理論研究結合在一起，將研究內容繼續深入。要解決這方面的問題，需要各相關部門加大對農業機械科學化水平的認識，不斷提升資金投入力度，從根本上解決高速攝像等相關技術在農業機械領域應用的限制。

3.3 農業機械研究人員水平不足

將高速攝像技術應用于農業機械領域的研究中，屬于跨行業研究范圍，在進行研究過程中，需要研究者或研究團隊對2方面的應用技術都有著深厚的理解。但是就農業人才的培養體系而言，目前我國在這方面的建設還比較落后，多數農業人才在培養過程完成之后，由于各方面的原因開始逐漸脫離行業研究的范圍，這就使得農業機械行業的整體研究水平無法得到科學的提升[3]。農業發展的問題始終是我國社會發展中需要解決的重要問題之一，在未來的發展過程中，農業機械化的應用水平的不斷提高，是解決這一問題的核心方法，只有不斷加大在這方面的資金和人力資源投入力度，吸引更多的人才投入到這方面的研究之中，建立起老中青相結合的研究團隊，逐步建立和完善具有階梯式發展的研究隊伍，緊跟時代發展的潮流，將高速攝像技術研究的最新成果與農業機械研究的內容深入結合在一起，從而不斷提升農業機械的科技化的研究水平。

4 結束語

高速攝像技術本身的飛速發展，使其在社會生產生活的各個方面都取得了廣泛的應用，但是就目前而言，其在農業機械領域的應用還無法達到實際應用的需求，在未來的發展過程中，各相關部門必須不斷加大在這方面的投入程度，提升高速攝像技術在農業機械中的研究水平，通過高速攝影技術的應用，不斷完善農業機械的研究體系，研究出更加適合農業生產需要，能夠真正提升農業生產水平的農業機械。

參考文獻

[1] 雷小龍. 油麥兼用型氣送式集排器設計及其工作機理[D].武漢：華中農業大學，2017.

[2]朱忠祥，岳小微，杜岳峰，宋正河，毛恩榮，王波.玉米果穗剝皮的運動仿真與高速攝像試驗[J].農業工程學報，2015，31（06）：42-48.

[3]孔照興.簡析農業機械自動化、信息化和智能化的路徑選擇[J].南方農機，2019，50（11）：57-58.

作者簡介：

鄔培生（1963-），男，本科，工程師。研究方向：農機水利管理與技術推廣。