机器视觉农用案例：农药无人机系统

系统组成

• 无人机平台：作为整个系统的载体，负责在空中飞行并搭载相关设备。一般需要具备良好的飞行性能、稳定性和载重能力，以适应不同的农田环境和作业需求。
• 视觉识别系统：由摄像头、图像采集卡、处理器等组成，摄像头负责采集农田和作物的图像信息，图像采集卡将模拟信号转换为数字信号，处理器则对图像进行分析和处理，识别出作物的特征、病虫害情况、杂草分布等。
• 农药喷洒系统：包括药箱、喷头、泵、阀门等部件，用于储存和喷洒农药。根据视觉识别系统的分析结果，可实现精准的变量喷洒，提高农药的利用率，减少浪费和环境污染。
• 控制系统：是整个系统的核心控制单元，负责协调无人机的飞行、视觉识别和农药喷洒等操作。它接收视觉识别系统的信息，根据预设的规则和算法，制定飞行路径和喷洒策略，并控制无人机和农药喷洒系统的执行机构进行相应的动作 。
• 数据传输与存储系统：用于将无人机采集到的图像数据和作业数据传输到地面控制站或云端服务器，并进行存储和管理。方便用户随时查看和分析数据，为后续的决策提供依据。

工作原理

• 图像采集：无人机在农田上方按照预设的航线飞行，视觉识别系统中的摄像头实时采集农田和作物的图像信息，获取农作物的生长状况、病虫害迹象、杂草分布等原始数据。
• 图像预处理：对采集到的图像进行预处理，包括校正光照、消除噪声、增强对比度等操作，提高图像的质量和清晰度，以便后续的特征提取和分析。
• 目标识别与分析：利用机器学习、深度学习等算法，对预处理后的图像进行目标识别和分析，识别出作物、病虫害、杂草等目标物体，并提取其特征信息，如颜色、纹理、形状、大小等。同时，还可以分析作物的生长阶段、健康状况、密度等参数，为农药喷洒决策提供依据。
• 决策制定：根据目标识别与分析的结果，控制系统制定相应的农药喷洒决策，包括是否喷洒、喷洒的剂量、喷洒的范围等。例如，当识别到作物存在病虫害时，系统会根据病虫害的类型和严重程度，确定喷洒的农药种类和剂量，并控制无人机在病虫害区域进行精准喷洒。
• 农药喷洒：农药喷洒系统根据控制系统的指令，精确地将农药喷洒到目标区域。通过调节喷头的流量、喷雾角度和飞行速度等参数，实现变量喷洒，确保农药均匀地覆盖在作物表面，提高防治效果，同时减少农药的浪费和对环境的污染。

优势

• 提高农药喷洒精准度：能够准确识别作物和病虫害的位置、范围，实现精准施药，避免了传统喷洒方式中对非目标区域的无效喷洒，提高了农药的利用率，降低了农药使用量和成本，同时也减轻了环境污染。
• 提升病虫害防治效果：及时发现病虫害的早期迹象，有助于在病虫害发生初期进行干预和防治，提高防治效果，减少病虫害对作物的损害，保障农作物的产量和质量。
• 提高作业效率：无人机的快速飞行和自动化作业能力，大大提高了农药喷洒的效率，能够在短时间内完成大面积农田的喷洒任务，尤其适用于大规模农业生产。同时，减少了人工操作的劳动强度和时间成本。
• 保障作业安全：配备视觉避障系统的无人机能够感知周围环境中的障碍物，如电线杆、树木、建筑物等，及时自动悬停或规避，降低了碰撞风险，提高了作业的安全性，减少了因操作失误导致的设备损坏和人员伤亡事故。
• 数据支持决策：系统采集和存储的大量图像数据和作业数据，为农业生产提供了丰富的信息资源。通过对这些数据的分析和挖掘，可以了解农田的生态环境、作物生长趋势、病虫害发生规律等，为农业生产的精准管理和决策提供科学依据，有助于制定更加合理的种植计划、病虫害防治方案和农药使用策略。

应用案例

• 极飞科技的 “天目” 系统：融合了双目避障和地形视觉模块，可应用于极飞 P202017 款植保无人机上。其中双目避障模块基于视差原理，能感知水平 65°、距离 30 米范围内的物体，及时发现农田中的障碍物并自动规避；地形视觉模块则让无人机在磁场干扰或丢失 GPS 信号的情况下，仍能精准悬停和继续执行航线飞行，此外还采用 “风帘阻断技术” 保证镜头清洁，具备夜视能力，可在夜间正常作业。

• 基于机器视觉的无人机释迦果病虫害识别系统：无人机上的视觉识别系统采集释迦果植株图像，经图像增强、分割、特征提取等处理后，与预设的病虫害数据库对比，识别出病虫害类型，进而选择对应的药液进行精准喷洒，提高了释迦果的病虫害防治效果，降低了农业成本。