圖像識別技術(shù)在藍(lán)莓病蟲害診斷中的應(yīng)用研究

引 言

我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)對社會經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展有著重要影響，病蟲害是導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)降質(zhì)的一個(gè)主要原因。傳統(tǒng)的農(nóng)作物病蟲害檢測往往通過人的肉眼去觀察，然后根據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率低下，而且容易造成誤判。如何快速、準(zhǔn)確地識別農(nóng)作物病蟲害已成為迫切需要解決的問題。圖像識別技術(shù)具有便捷、快速、準(zhǔn)確等特點(diǎn)，可以很好地解決現(xiàn)有問題

1 圖像識別技術(shù)

計(jì)算機(jī)圖像識別技術(shù)主要利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對目標(biāo)圖像進(jìn)行處理與分析，進(jìn)而識別圖像?？蓪⒂?jì)算機(jī)圖像識別技術(shù)理解為圖像處理與識別的總和，在計(jì)算機(jī)的支持下完成對目標(biāo)圖像的處理，具體包括處理分辨率、清晰度等。再由掃描部分展開對圖像的識別、對比和篩選，從而獲取較為準(zhǔn)確的圖像并取得有效的數(shù)據(jù)信息，滿足相關(guān)行業(yè)的基本需求，其技術(shù)特征為處理量大、精確度高、靈活度大 [1]

作為智能領(lǐng)域的重要組成部分，圖像識別的發(fā)展先后經(jīng)歷了文字識別、數(shù)字圖像處理與識別、物體識別三個(gè)發(fā)展階段 [2]。近年來圖像識別技術(shù)發(fā)展飛速，新的創(chuàng)新技術(shù)不斷涌現(xiàn)[3]，不僅能夠在其應(yīng)用領(lǐng)域中代替人工完成工作，達(dá)到比人工更好的效果，而且其所具備的某些功能是人工達(dá)不到的

隨著社會的發(fā)展，對圖像進(jìn)行智能化處理越來越重要圖像識別技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。例如，醫(yī)療診斷中各種醫(yī)學(xué)圖片的分析與識別、天氣預(yù)報(bào)中的衛(wèi)星云圖識別、遙感圖片識別、指紋識別、臉譜識別等，圖像識別技術(shù)被越來越多地應(yīng)用到日常生活中 [4]。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，圖像識別技術(shù)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及科學(xué)研究等方面將發(fā)揮關(guān)鍵作用。同時(shí)計(jì)算機(jī)智能化圖像識別技術(shù)在不斷運(yùn)用和發(fā)展的過程中也將會越來越成熟 [5]

2 基于圖像識別技術(shù)的藍(lán)莓病蟲害診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

藍(lán)莓（Blueberry）又稱越桔或藍(lán)漿果，屬杜鵑花科越桔屬落葉叢生灌木植物。果實(shí)為深藍(lán)色漿果，單果重 0.5 ～5 g, 3月開花，6—9月成熟。越桔屬植物在全世界有 450余種，中國已知有 91 種，南北方均有分布，但主要分布在東北、西南及華南地區(qū)[6-7]。藍(lán)莓果實(shí)具有觀賞性、食用性俱佳的特點(diǎn)是集營養(yǎng)、保健功能于一身的新型水果，含有人體必需的多種營養(yǎng)物質(zhì)，其天然活性物質(zhì)、抗氧化酶本身具有預(yù)防衰老提高免疫力等功能，所以售價(jià)昂貴，在歐美及日本等高端市場價(jià)格一直處于所有水果類商品的頂端，有“世界水果之王”“黃金漿果”的美譽(yù) [8]。藍(lán)莓馴化和商業(yè)化栽培時(shí)間不長，規(guī)?；N植初期病蟲害較少，但隨著藍(lán)莓種植面積急劇增大，病原物日積月累，病蟲害造成的危害將日益嚴(yán)重 [9]。貴州藍(lán)莓栽培區(qū)都有病蟲害發(fā)生 ：病害共分為 11 種，其中生理性病害有4種，侵染性病害有 7種，蟲害共 12種[10]。藍(lán)莓的病蟲害種類多，危害大，是造成藍(lán)莓減產(chǎn)的一個(gè)主要原因

目前在藍(lán)莓種植業(yè)中，主要依靠傳統(tǒng)的人工識別診斷藍(lán)莓病蟲害，效率很低，而且培訓(xùn)專業(yè)農(nóng)技人員的時(shí)間成本、經(jīng)濟(jì)成本都較高，無法大量推廣。傳統(tǒng)的識別方法主要依賴個(gè)人經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷，誤判率高。因此，利用圖像識別技術(shù)識別藍(lán)莓病蟲害，將會使藍(lán)莓病蟲害的防治工作變得高效、準(zhǔn)確

利用圖像識別技術(shù)建立藍(lán)莓病蟲害診斷系統(tǒng)，為廣大藍(lán)莓種植戶以及技術(shù)人員提供一個(gè)可以對藍(lán)莓病蟲害進(jìn)行智能識別的平臺，有助于及時(shí)防治藍(lán)莓病蟲害?；趫D像識別技術(shù)的藍(lán)莓病蟲害診斷系統(tǒng)可以分為圖像預(yù)處理、特征提取、病蟲害識別三部分，基于圖像識別技術(shù)的藍(lán)莓病蟲害診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1 所示

(1) 圖像預(yù)處理包括噪聲過濾和圖像分割兩部分。在實(shí)際應(yīng)用中，農(nóng)作物病蟲害圖像在采集過程中往往會受到各種外界因素的干擾，通過各種硬件設(shè)備進(jìn)行傳輸時(shí)也會受到不同程度噪聲的影響，導(dǎo)致圖像質(zhì)量下降以及信息丟失。要保證病蟲害識別的準(zhǔn)確性，就必須在特征提取以及圖像識別之前對圖像進(jìn)行噪聲過濾處理，提高圖像質(zhì)量，保證后續(xù)識別的準(zhǔn)確率。圖像分割可以將藍(lán)莓病蟲害的病斑與正常葉片分離開來從而將病斑提取出來，為后續(xù)特征提取做好準(zhǔn)備

(2) 特征提取是進(jìn)行圖像識別前的一個(gè)重要步驟，病蟲害識別時(shí)會依據(jù)提取到的病斑顏色特征、紋理特征對病蟲害進(jìn)行分類，所以特征提取將直接影響到分類的精確度和效率

(3) 病蟲害識別是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，也是最終要達(dá)到的目的，利用圖像識別技術(shù)對圖像特征進(jìn)行分析，構(gòu)成分類器，從而對病蟲害進(jìn)行識別診斷

藍(lán)莓病蟲害診斷系統(tǒng)流程如圖 2 所示

可利用數(shù)碼相機(jī)或帶有照相功能的智能手機(jī)采集藍(lán)莓病蟲害圖像，原始圖像經(jīng)過濾波后可以消除噪聲，保證圖像質(zhì)量圖像分割提取病斑圖像用來進(jìn)行特征提取，從而完成圖像識別前的圖像處理工作。通過對各種方法進(jìn)行比較，選擇支持向量機(jī)（SVM）分類器對病蟲害進(jìn)行分類和識別，最后判別出藍(lán)莓所患的病蟲害種類，并輸出診斷結(jié)果

3 結(jié) 語

為了更高效、準(zhǔn)確地防治藍(lán)莓病蟲害，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于圖像識別技術(shù)的藍(lán)莓病蟲害診斷系統(tǒng)。該系統(tǒng)可幫助藍(lán)莓種植戶以及技術(shù)人員對藍(lán)莓病蟲害進(jìn)行診斷，及時(shí)針對病蟲害采取防治措施，降低病蟲害造成的危害，對加速實(shí)現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)自動(dòng)化亦有所幫助

圖 2 藍(lán)莓病蟲害診斷系統(tǒng)流程圖