手机彩信与图像处理相结合的农业推广系统设计

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论文摘要

  计算机技术不断发展进步,应用领域不断拓宽,图像处理技术就是在计算机技术的发展下兴起,并逐步地被应用在广泛的领域,农业领域就是其中之一。自古以来,我国是农业大国,随着生活与技术的进步,提高农作物品质、远离病虫侵害也成为关注的焦点,但农作物总是会受到各种病害的侵袭。在实际生产中,生产人员最先获得的是病害图像信息,因此,运用图像处理技术获取作物完整的病斑,再提取病斑的颜色、形状和纹理等部分特征,然后对这些特征进行学习和分析,最后给出处理策略。

  图像处理技术在农业专家系统中的应用平台主要依靠计算机系统,我国农村计算机的普及率低,加上资金、条件、培训对象文化程度差异和电脑的普及率不是很广泛等诸多因素的限制,基于图像处理技术的农业专家系统,在应用的推广上遇到了一定的难度。考虑到我国手机的普及率高于电脑普及率,研究一种可以在手机操作的环境下完成的农业专家系统,用手机操作来弥补电脑在农村普及率低的不足。

  时鸿涛等提及基于短消息的农业专家系统,但是基于短消息是基于文字,文字描述受到文化程度的影响,可能会得到不准确或者完全错误的信息.为此,笔者提出一种基于手机彩信通信技术和图像处理技术的农业专家系统策略,保留图像处理在农业专家系统中的优势,同时通过手机通信功能解决农业专家系统推广性的问题。

  1 图像处理技术
  
  20 世纪 20 年代图像处理技术诞生,也称计算机图像处理,是将图像信号转换成计算机可以识别的数字信号,利用计算机对数字图像信号进行去除噪声、增强、复原、分割、特征提取等,将原始资料清晰化和改善图像质量.

  图像采集办法: ①数码相机等拍摄的静态图片。该办法简单,图像清晰,移动性强,方便野外图像采集。但是存在稳定性差的不足,容易使得图像倾斜和畸形,引起图像预处理的难度加大。②摄像机采集的动态图像。摄像头固定在支架上,速度快、图像小,通过不同角度放置光源,来消除阴影,但是需标准参照物。③扫描仪扫描图像。通过扫描仪扫描放在上面的物体直接获取图像,这种方法分辨率高,不易畸变,但速度慢。

  图像处理有预处理、分割、提取、分类识别等阶段过程:①预处理阶段: 将质量不高的图像进行增强和复原处理,方便提取主要信息; ②分割阶段: 检测图像中的对象,分离出研究对象和图像背景; ③提取阶段: 分割后进行度量,产生图像特征,形成可识别的特征向量; ④分类识别阶段: 该阶段输出决策,决定图像归属类别.

  2 农业专家系统
  
  农业专家系统基于人工智能技术,也可叫农业智能系统。从20 世纪70 年代末,农业专家系统开始得到注意,以美国最为先进和成熟; 我国 80 年代开始研究,取得骄人的成果。农业专家系统具有大量农业专门知识与经验,依据一个或多个农业专家在某些特殊领域知识和经验为据,进行推理和判断,使系统具有模拟专家的智能技术,能够就生产中遇到的复杂农业问题进行分析和制定解决策略.

  知识库管理系统、独立的知识库、数据库、推理机、解释器、知识获取模块和用户界面等部分是农业专家系统几个主要组成部分。知识库和推理机是农业专家系统中最核心的部分。

  知识库存储相关农业原理性知识,以及农业专家的经验性知识等,决定专家系统主要功能,对农业专家系统质量和系统可信度起着举足轻重的作用; 推理机控制和协调整个系统,以及负责数据调用和过程推理,是农业专家系统的运行动力.
  
  3 新型专家系统研究
  
  农业专家系统应用的是计算机技术,通过计算机完成各种专家工作。而就目前我国的电脑在农村的普及情况看,在农村用电脑来解决实际生产中的问题是不方便的。然而据调查,手机的普及率在我国已经达到 90%多,如果用手机来解决电脑要解决的问题,在农村则可以成为可能,而智能手机的发展更是飞速,功能齐全堪比掌上小电脑.

  结合数字图像处理技术、专家系统和手机通信网络技术,组成新型的农业专家系统。该系统不是专一的文字描述的农业专家系统,而是将手机通信技术和图像处理技术应用到农业专家系统中。用户在应用过程中,可避免输入文字的繁琐过程,系统集图、文于一体,操作起来方便快捷。也可以通过该新型的农业专家系统,方便地查询和防御农业病害。

  新型专家系统工作过程中主要应用手机的通信技术以及手机自带的摄像头。首先,农业生产者在发现植物病害时,用随身携带的手机中的照相机,将病害部位拍摄下来。其次,通过手机的彩信通信功能,将该含有病害的图片,借助手机的通信功能发送至农业专家系统( 在农业专家系统中,添加一个图像接收服务平台,用来接收农业生产者发送过来的图片) ,农业生产者在发送图像之前,在下面文字一栏中写上植物名称,以方便系统提取到关键字,更迅速地推理出应对策略。农业专家系统在收到农业生产者发送的图片以后,再应用数字图像处理技术对接收到的图像进行去除噪声、增强、复原、分割等处理,提取图像特征,与农业专家系统知识库中储藏的病害图片进行匹配,从而诊断出植物的病害名称和病害原因,并附加一些补救措施和解决办法。推理机推理出结论以后,也就是系统诊断完毕图像以后,系统会将这些信息自动发送到生产者的手机上,生产者借鉴于这些信息作出相应的措施,从而达到弥补或减小生产中损失的目的。系统框图如图 1 所示。【图1】
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  如此,生产者脱离计算机操作,直接用手机中的通信功能,将图片发送到系统的接收平台,其他的一切工作由系统自行完成,不需要生产者的介入。生产者不需要进行繁杂的计算机操作和文字输入,发送完图片以后,生产者可以继续其他作业,只需要等待系统回复信息,以此来了解生产中的植物病害问题。因此该系统还有节省生产者时间和提高生产者工作效率的优点.系统流程如图2 所示。【图2】
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  4 新型专家系统应用中应注意的问题
  
  ( 1) 生产者最好身上携带一张白纸或者白手绢,作为拍摄时的图像背景,这样便于系统在做图像处理时能够方便地识别图像和获取图像的特征信息。

  ( 2) 该系统中有大量的植物知识库,包含各种植物,如玉米库、小麦库和黄豆库等,库中含有各种病害图片,每个病害图2 系统流程图片都附加有相关的信息,包括图片中植物所患有的病害名称、解决该病害的办法等。

  ( 3) 生产者在发送图片时,最好在手机彩信的文字一栏中输入所拍摄的植物的名称,这样便于系统在读取时直接进入到该植物知识库,在该知识库中进行识别匹配,提升系统的工作速度。

  ( 4) 系统不仅仅是接收植物的图片,生产者也可以发送一些害虫的图片,系统将帮助生产者识别出该害虫的名称,给出消灭该种害虫的措施,以及植物生此种害虫的原因。

  ( 5) 生产者在田间生产过程中,发现植物叶片颜色不正常时,也可以将该图片发送到该系统,系统将会帮助生产者分析植物叶片颜色是缺乏元素还是旱情所致,从而指导生产者进行肥料施加或灌溉补救。

  ( 6) 系统汇集同一种植物的不同称呼; 不同地区的农业生产者,对相同的植物会有不同的称呼,在发送语言上对植物的称呼可能会不一致,例如高粱( 称呼为蜀黍) 、玉米( 称呼为棒子) 、花生( 称呼为果子、果仁子) .这样系统的知识面会变得更加全面。

  5 结语
  
  农业专家系统是一种建立在计算机网络环境中的智能化的农业信息系统,然而农业专家系统要充分发挥作用,农村互联网普及应用是非常重要的一个方面。我国农村互联网普及率很低,因此,通过计算机操作来应用农业专家系统解决问题,较为困难。但是,随着通信技术的发展,农村手机的普及率远远超过电脑的普及率,现今智能手机的功能亦堪称完美,相当于掌上电脑,通过智能化的手机代替电脑操作在农业专家系统中的作用,则完全有可能。

  参考文献
  [1]潘振赣,龚声蓉。 浅谈数字图像处理技术的基本原理[J]. 电脑知识与技术,2010,6(6) :1452 -1453.

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