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农业机械中高速摄像技术的应用

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摘要:高速摄像技术在现代社会中的应用范围逐渐扩大,其能够将高速运动变化过程中的空间信息和时间紧密联系在一起,从而对图像进行记录。在数十年的发展过程中,高速摄像技术已经从单纯的军事应用方面扩展到民用生产的各个方面,在农业机械领域也具有广泛的应用空间,并且取得了较高的技术成就。

关键词:高速摄像技术;农业机械;应用

1高速摄像技术的概念及其工作原理

1.1高速摄像技术的概念

高速摄像技术是通过相应的技术设备,将处于高速运动变动过程中的物体所产生的空间和时间信息密切的结合在一起,从而将瞬息万变、高速运转的过程连续记录下来,之后再采用对应的图像分析设备对采集的内容进行定量计算。当采用正常速度对记录目标进行播放时,就能够将采集到的变化过程清晰、缓慢的呈现在人们面前。

1.2高速摄像的工作原理

处于高速运动中的目标自身会发光,或者在自然光及人工辅助照明方式的照射下,会产生反射光的现象。这些光的一部分会在透过高速成像系统的成像物镜后落在光电成像器件的像感面上,对应的光电器件在驱动电路的控制下,会对像感面上的目标像及时予以相应,也就是根据像感面上目标光能量分布在对应的像素点上产生一致性的电荷包,从而完成图像的光电转换过程。这些带有图像信息的电荷包会被迅速存储到寄存器中,然后把信号传输至电脑中,在电脑对图像进行显示和判读的情况下,进而完成整个高速摄像和初步应用的过程。由于高速摄像具有拍摄精度高、相应速度快、对工作环境要求低、存储信息量大等多方面的优点,在农业机械的生产和工作领域中,具有广泛的应用空间。

2在农业机械领域的研究与应用

2.1高速摄像技术在农业机械领域的研究现状

通过对相关的文献进行查询,基于高速摄像技术在农业机械领域的研究起始于2003年左右,最初的研究内容多是从精密排种器的应用中开始,经过数年的发展,逐渐延伸到充种、轮播和脱粒等不同农业机械生产和应用领域。就目前的研究范围而言,其具体的研究范围已经精确到各种不同的农作物的农业机械领域。从这些文献的研究水平而言,70%以上的研究是属于高水平的研究,并且在实际应用过程中得以广泛的推广。但是就整体上而言,这些研究内容范围还比较狭窄,对农业机械生产和应用技术的研究还不够深入,尤其是近些年高速摄像技术不断提升的情况下,相关研究人员没能够将这些热点技术及时与农业机械研究的内容深入结合在一起,不能不说是这一研究领域中的缺憾之一。

2.2高速摄像技术在农业机械领域的应用

雷小龙博士[1]通过将高速摄像技术与相关理论结合在一起,深入分析了集排器气流场和种子在集排器中的运动特性、迁移轨迹等工作原理,从而设计出1种具有高利用率、能够满足油菜和小麦两用的气送式集排器。通过科学设计,不仅能够极大的提高机械化播种的效率,降低农业生产企业的生产成本,提升企业的经济效益,还能够极大的提升我国农业机械化的生产水平,为农业科技的发展做出贡献。朱忠祥[2]等通过将虚拟仿真技术与高速摄像技术结合在一起,精确分析出玉米果穗在剥皮机构中的运动,在证明其仿真数据能够与高速摄像试验结果保持较高程度一致的情况下,为剥皮机的设计和生产提供了较为准确的理论依据。此外在相关技术的应用研究中,不同学者还针对玉米脱粒机、玉米秸秆皮穰分离装置、辣椒的机械化收获机械、春葡萄挖藤机、牧草的捡拾机械等做出了深入的研究。在这些研究内容中不仅为现在已经投入运行的机械设备在性能方面进行了提升,而且对新型设备的研发提供了较高水平的理论支持。

3高速摄像技术应用中存在的问题和解决对策

3.1在农业机械领域应用中的范围不够广泛

我国的农业生产类型多种多样,南方和北方地区、东部和西部地区的农业类型之间存在较大的差异,这些作物的成长季节和生长特点等方面具有诸多不同,对于机械应用的类型也有不同要求,但是目前农业机械科技化的研究过程中,应用高速摄像技术的方面大多是集中在玉米、小麦和水稻3种种植范围最为广泛的作物种类上,对于经济作物的机械化设备研究则有很大局限性。由于经济作物更加重视单产的效率,所以加强高速摄像在这类农业机械的研究和生产中的应用,是未来的发展方向之一,只有强化这方面的技术研究,才能将农业技术的应用范围不断扩展。

3.2在农业机械领域应用中的研究不够深入

目前已经开展的高速摄像技术在农业领域内的试验,大多是基于试验台进行研究,与实际要求之间还存在较大的差距,产生这方面问题的原因主要有2个方面:农业产业本身是属于第一产业,其所创造的单产价值有限,进行相关设备研发的经济效益和投入之间不成正比,造成国家相关部门和经营企业对这方面的研究投入力度不够,甚至还存在较为严重的人才流失现象;我国的高速摄像技术相对还比较落后,在实际应用过程中无法达到设计目标的需求,在进行相关研究时,研究者不能将最新的技术成果与相关的理论研究结合在一起,将研究内容继续深入。要解决这方面的问题,需要各相关部门加大对农业机械科学化水平的认识,不断提升资金投入力度,从根本上解决高速摄像等相关技术在农业机械领域应用的限制。

3.3农业机械研究人员水平不足

将高速摄像技术应用于农业机械领域的研究中,属于跨行业研究范围,在进行研究过程中,需要研究者或研究团队对2方面的应用技术都有着深厚的理解。但是就农业人才的培养体系而言,目前我国在这方面的建设还比较落后,多数农业人才在培养过程完成之后,由于各方面的原因开始逐渐脱离行业研究的范围,这就使得农业机械行业的整体研究水平无法得到科学的提升[3]。农业发展的问题始终是我国社会发展中需要解决的重要问题之一,在未来的发展过程中,农业机械化的应用水平的不断提高,是解决这一问题的核心方法,只有不断加大在这方面的资金和人力资源投入力度,吸引更多的人才投入到这方面的研究之中,建立起老中青相结合的研究团队,逐步建立和完善具有阶梯式发展的研究队伍,紧跟时代发展的潮流,将高速摄像技术研究的最新成果与农业机械研究的内容深入结合在一起,从而不断提升农业机械的科技化的研究水平。

4结束语

高速摄像技术本身的飞速发展,使其在社会生产生活的各个方面都取得了广泛的应用,但是就目前而言,其在农业机械领域的应用还无法达到实际应用的需求,在未来的发展过程中,各相关部门必须不断加大在这方面的投入程度,提升高速摄像技术在农业机械中的研究水平,通过高速摄影技术的应用,不断完善农业机械的研究体系,研究出更加适合农业生产需要,能够真正提升农业生产水平的农业机械。

参考文献

[1]雷小龙.油麦兼用型气送式集排器设计及其工作机理[D].武汉:华中农业大学,2017.

[2]朱忠祥,岳小微,杜岳峰,宋正河,毛恩荣,王波.玉米果穗剥皮的运动仿真与高速摄像试验[J].农业工程学报,2015,31(06):42-48.

[3]孔照兴.简析农业机械自动化、信息化和智能化的路径选择[J].南方农机,2019,50(11):57-58.

作者:邬培生 章小勤 孙荣 单位:嘉兴市秀洲区新塍镇农业服务中心

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