试析计算机视觉技术在杂草识别中的应用研究

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1、河北农业大学硕士学位论文计算机视觉技术在杂草识别中的应用研究姓名：张健钦申请学位级别：硕士专业：农业机械化工程指导教师：邝朴生;王秀2003.6.1摘要化学除草是目前最主要的除草方式，但由于除草剂的使用方式都是大面积喷洒，不仅造成了浪费，也带来了许多负面的影响，如对水源、土壤和空气的污染等。提高除草剂的有效利用率是当务之急，研制用于化学除草的智能化变量喷药机是～条很有发展前景的新途径。智能化变量喷药机是指借助于计算机视觉技术，识别出杂草覆盖率井确定杂草的位置，有针对性地喷洒除草剂，这不仅能有效的减轻草害，而

2、且能大大节约除草剂的使用，降低投入，还能保护生态环境。计算机视觉技术用于杂草识别是一个相当新的研究应用领域，目前理论和技术尚不成熟。智能化的变量喷药机能够做到利用计算机视觉技术实时根据杂草的生长密度变跫喷洒药液，但是药液的浓度配制还不能实时进行。只能喷药前根据杂草的长势配制相应的药液浓度。杂草叶面积是评估杂草长势的重要指标，也是目前配制除草剂药液浓度的主要依据。论文应用计算机视觉理论和方法开发了一套包含测量叶面积的图像采集和调整模块、图像处理模块、叶面积数据库模块、叶面积曲线图显示和分析模块的软件系统，设计

3、实现了既可用于采摘的叶片又可用于活体原位叶面积测量的硬件系统。整个系统既可用于测量杂草叶面积和分析杂草长势。也可用于其他绿色植物。针对户外采集的杂草图像论文研究实现了一种快速杂草识别算法，使其能够满足后续实时变量控制对信号的要求。根据这种算法设计了一种用于变量喷药机的杂草识别和信号控制系统，为进一步的研究工作打下了一定的基础。关键词：计算机视觉；杂草识别；图像处理；变量控制；精准农业独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方

4、外。论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得塑!旦叁i缝或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意．学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解闺』垦焦些兰釜有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权遵i§叁巡可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学

5、位论文．(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名：掀霉乏签字日期：丑)心年6月l，日学位论文作者毕业后去向工作单位：通讯地址：导师签名：。产_斜?导师签名：。厂碍料苫签字日期：丑一声易月l?日f电话邮编河北农业大学硕上学位论文第l页共52负引言杂草的生长对农作物的生长很不利，它与农作物争夺土壤，阳光和养分，而且极易蔓延生长，如不及时控制，会导致作物的产量下降，质量降低。根据统计，目前世界上共有杂草近5万种，严重危害类有260多种。在我国，杂草的分布也十分广泛，种类多达200余种，危害面积也十分

6、惊人。其中，春麦杂草多分布于青海、甘肃，旱作冬麦杂草多分布在河南、河北、山东地区，而稻茬冬麦杂草则多发生于四川、湖北、湖南。上述区域的革害面积达1000万公顷，其中严重危害面积约260万公顷【ll。据国家农业部植保总站统计，我国每年用在除草上的劳动量高达20～30亿个劳动日，农田除草用工占田闻总工作量的1／3～1／2。即便如此，我国草害造成的粮食损失仍平均达13．4％．年损失粮食产量约17500ktt“。愿对如此严重的杂草危害，目前的除草方法主要有机械除革、化学除草、静电除草、生物除草以及综合治草等13．4

7、l。机械除草虽然效率较高，对环境污染小，但机械除草需消耗大量的能源，并且容易造成土壤压实。抑制下茬作物的生长。静电除草能除掉部分杂草，但同时可能造成作物烧伤，甚至影响土壤结构，降低土壤的生产能力。生物除草是从分子生物学角度进行研究。但还没有真正应用于生产．综合治草主要着眼于减少环境污染，通过轮作和复种等手段来抑制杂草生长．但除草效果不明显。只有配合其它除草方法，如化学除草，才能更有效地控制杂草。化学除草由于高效的除草能力而备受广大农民的青睐，己成为目前最主要的除草方式。化学除草剂虽然能够有效地控制杂草危害，

8、增加作物产量，提高生产率，但是除草剂的过量使用，也带来了许多负面的影响，如对水源、土壤和空气的污染。对当茬或后茬作物的药害，除草剂在作物中的残留对人类身体健康造成了一定的危害，还能诱导杂草群落迅速发生演变，产生抗药性口’61等．在我国，虽然化学除草剂的用量不及发达国家，但每年使用的除草剂仍达45种，消耗总量近47万吨17J。由于使用方式都是大面积喷洒．针对性不强，利用率不高，所带来的负面影响同样日趋严重。研制用于