农产品行业作为国民经济的基础, 当前市场规模庞大且持续增长, 该行业产业链结构复杂而完善, 涵盖了从农业生产资料供应 (如种子、化肥、农药等)、农作物种植与养殖、农产品加工、流通到最终消费的全过程。随着农业现代化进程的加快和消费者对食品安全、品质要求的提高, 农产品行业正朝着规模化、标准化、品牌化方向发展。未来, 农产品行业将更加注重科技创新和可持续发展, 利用物联网、大数据、人工智能等现代信息技术提升农业生产效率和管理水平, 同时推动农产品深加工和品牌建设, 满足市场多元化需求。在农产品行业中,AI 视觉检测技术的应用为产品质量检测与分选定级带来了革命性变化。AI 视觉检测凭借其强大的图像识别与处理能力, 能够自动识别农产品的缺陷、病虫害、成熟度等关键信息, 实现快速、准确地检测与分选定级。此外,AI 视觉检测还能根据农产品的外观特征进行精细化分级, 满足不同市场需求。这些优势使得 AI 视觉检测成为农产品行业提升产品质量、增强市场竞争力的重要手段。
点击文末“阅读原文”可免费下载十大行业案例合辑一、农产品行业进行视觉检测的特点在农产品进行视觉检测的众多特点中, 本文提炼几个关键点, 列举如下。
01多样性
农产品种类繁多, 包括水果、蔬菜、谷物、坚果、肉类等, 每种产品都有独特的形状、颜色、纹理和大小。这要求视觉检测系统能够适应不同类型的农产品, 并且具备高度的灵活性和可配置性。
02复杂性
农产品的表面特征可能非常复杂, 例如不规则的外形、复杂的色彩模式、自然的瑕疵 (如斑点、裂缝) 以及病虫害造成的损伤。这些都增加了视觉检测系统的识别难度。
03环境敏感性
农产品在收获后可能会因为温度、湿度等环境因素发生变化, 影响其外观。因此, 视觉检测系统需要能够在不同的环境下保持稳定性和准确性。
04降低运营成本
通过减少对大量人工检测的依赖,AI 视觉检测系统可以降低劳动力成本。同时, 还能减少不合格产品的产生, 降低废品率和返工率, 进一步降低生产成本。
二、视觉检测中出现的难点
01农产品自身特性带来的挑战
品种繁多: 农产品种类丰富多样, 涵盖了水果、蔬菜、谷物、肉类、蛋类、奶类等众多品类, 每类又包含多种具体品种。如水果就有苹果、梨、香蕉、葡萄等, 每种水果又有不同的品种和亚种, 它们在形状、大小、颜色、纹理等方面存在巨大差异。以苹果为例, 红富士苹果果形圆润, 颜色鲜艳且红中带黄; 而国光苹果相对较小, 颜色偏绿黄, 表面纹理也有所不同。这使得视觉检测系统需要具备强大的适应性和识别能力, 才能够准确区分不同品种的农产品。个体差异明显: 即使是同一品种的农产品, 个体之间也会存在明显差异。例如, 同一批次种植的西红柿, 有的可能个头较大、形状规则, 有的则可能较小且形状不规则; 颜色上也会有深浅之分。这种个体差异增加了视觉检测的难度, 需要系统能够精准捕捉和分析每个农产品的独特特征。
生长环境影响外观: 农产品在生长过程中, 光照、温度、湿度、土壤肥力等环境因素会对其外观产生显著影响。光照充足的地方生长的水果, 颜色会更加鲜艳均匀; 而温度过高或过低可能导致农产品出现畸形、色泽不均等问题。例如, 冬季低温可能使柑橘表皮出现冻伤斑点, 这些环境因素导致的外观变化增加了视觉检测的复杂性。存储运输过程中的变化: 农产品采摘后, 在存储和运输过程中, 环境条件如温度、湿度、通风情况等的变化也会使其外观发生改变。比如, 蔬菜在高湿度环境下容易腐烂, 表面出现水渍、霉斑; 水果在运输过程中可能因碰撞而产生瘀伤。这些变化可能会干扰视觉检测系统的判断, 使其难以准确识别农产品的原始品质和潜在问题。
02检测技术面临的棘手问题
首先, 图像采集难度较大。光照条件不稳定: 农产品检测场景中的光照条件往往难以控制, 自然光的强度和角度会随时间和天气变化, 而人工光源也可能存在分布不均匀的问题。例如, 在农产品仓库中, 不同位置的光照强度不同, 会导致采集到的农产品图像出现阴影、反光等现象, 影响图像质量和特征提取的准确性。背景干扰复杂: 农产品在采集图像时, 背景可能较为复杂, 如农田中的土壤、杂草, 仓库中的货架、包装箱等。这些背景元素可能与农产品的颜色、纹理相似, 增加了图像分割和目标识别的难度。例如, 绿色的蔬菜在绿色的田地背景中, 视觉检测系统可能难以准确区分蔬菜和背景, 从而影响检测效果。其次, 算法准确性与效率之间的平衡。复杂特征提取与识别: 农产品的质量和品质特征往往较为复杂, 不仅包括外观上的缺陷 (如水果的虫眼、疤痕、腐烂部分), 还涉及到内部品质的间接判断 (如通过外观颜色判断水果的成熟度)。要准确提取这些特征并进行识别, 需要设计复杂的算法。实时性要求高与算法复杂度的矛盾: 农产品在生产、加工和流通环节中, 往往需要快速检测以保证效率。然而, 一些高精度的视觉检测算法由于计算复杂度高, 难以满足实时性要求。例如, 在农产品分拣线上, 每分钟可能需要处理上百个农产品, 如果检测算法耗时过长, 会导致生产线堵塞, 影响生产效率。因此, 如何在保证检测准确性的前提下, 提高算法的运行效率, 是农产品视觉检测面临的一个重要难题。
03数据样本的问题
海量数据标注需求: 为了训练视觉检测模型, 需要对大量的农产品图像进行标注, 标注内容包括农产品的类别、缺陷类型、缺陷位置等。例如, 对于一个包含多种水果的图像数据集, 每种水果都需要准确标注其边界框和类别信息, 这是一项非常繁琐且耗时的工作。而且农产品的种类繁多, 不同品种的标注标准可能也有所差异, 进一步增加了标注的难度和工作量。标注精度影响模型性能: 标注的精度直接影响到视觉检测模型的训练效果和最终性能。如果标注不准确, 例如将农产品的正常纹理误标注为缺陷, 或者标注的缺陷位置不准确, 会导致模型在学习过程中产生偏差, 从而影响其在实际检测中的准确性和可靠性。因此, 需要专业的标注人员和严格的标注流程来确保数据标注的质量, 但这也增加了数据准备的成本和时间。训练数据的样本不足: 农产品在不同的地理环境、气候条件和种植方式下生长, 其外观和品质特征会有所不同。然而, 在实际的数据采集中, 可能难以涵盖所有这些生长环境下的农产品样本, 导致训练数据的多样性不足。例如, 一种水果可能在热带、温带和寒带都有种植, 但采集的数据可能主要来自某一个或几个特定的种植区域, 这样训练出的模型在面对其他生长环境下的该种水果时, 检测效果可能会大打折扣。样本分布不均衡: 在农产品数据集中, 不同类别、不同品质等级的样本数量可能存在不均衡的情况。例如, 优质农产品的数量可能远远多于有缺陷的农产品数量, 或者某些品种的农产品样本数量较多, 而另一些品种则较少。这种样本分布不均衡会导致模型在学习过程中偏向于数量较多的类别或样本, 从而影响对少数类别或样本的检测性能, 出现漏检或误检的情况。三、典型案例: 西红柿分选西红柿分选案例是一个典型的农产品行业 AI 视觉检测应用, 它展示了如何利用人工智能技术来提高农产品分选的效率和准确性, 以下是阿丘科技针对西红柿分选案例的进一步说明。
01背景与客户需求
在当今农产品行业, 分选环节对于确保产品品质、满足市场需求以及提升企业竞争力起着至关重要的作用。某客户在此环节面临着诸多挑战, 其中最突出的是如何通过自动化设备准确区分农产品的不同品质等级。在西红柿的分选环节, 传统的方式仍然主要依赖人工检测, 人工检测不仅效率低下, 严重影响了整个生产流程的进度, 而且成本高昂, 随着劳动力成本的不断上升, 这一问题愈发凸显。此外, 西红柿自身的特性也给分选带来了困难, 其大小、色差以及缺陷的多样性使得传统的检测设备和视觉算法无法满足分选的需求。例如, 西红柿的大小差异较大, 从小如乒乓球到大如拳头的都有; 颜色上, 从鲜艳的红色到略带青色的都存在, 而且表面可能出现的缺陷种类繁多, 如花斑、裂口、黑点等, 这些缺陷的形状、大小和位置也各不相同, 传统方法难以精准识别和分类。
02方案概述
为了解决这些难题, 阿丘科技提出了一套创新的西红柿分选方案, 该方案充分利用了先进的人工智能技术, 主要包括以下两个关键部分: 第一, 利用 AIDI 分割模块精准识别缺陷区域。阿丘科技的 AIDI 分割模块是一种先进的图像处理技术, 它能够对西红柿的图像进行高精度的分析。在西红柿分选过程中, 该模块可以准确地对西红柿表面的花斑、裂口和黑点等缺陷进行分割。它通过复杂的算法和深度学习模型, 能够细致地捕捉到这些缺陷的边界和特征, 无论缺陷的大小、形状如何变化, 都能精准定位。例如, 对于一个只有几毫米大小的黑点缺陷, 它可以清晰地将其从西红柿的红色背景中分离出来, 并且能够定量判定缺陷程度, 如根据黑点的面积、深度等参数, 将缺陷程度分为轻度、中度和重度等不同等级, 为后续的分选提供了精确的数据支持。第二, 结合分割与分类模块综合判定西红柿等级。除了缺陷检测, 阿丘科技的方案还注重对西红柿整体品质的综合评估。通过结合分割模块与分类模块, 能够有效区分青果和花斑。青果是指尚未完全成熟的西红柿, 其颜色通常偏青, 与成熟西红柿的红色有明显差异, 但有时花斑也可能会呈现出类似青果的颜色, 可能会造成混淆。另外, 多个模型结果的综合判定则是该方案的又一亮点。阿丘科技不仅依靠单一的模型或算法来判断西红柿的等级, 而是综合了多个经过大量数据训练和优化的模型结果。这些模型分别从西红柿的颜色、形状、大小、纹理以及缺陷等多个维度进行分析和评估, 然后将各自的结果进行融合处理, 最终得出一个全面、准确的西红柿等级判定。例如, 一个西红柿可能在颜色上接近成熟, 但表面有轻微花斑且形状略有不规则, 通过综合多个模型的结果, 我们可以准确地将其判定为二级品, 而不是简单地根据某一个特征将其误判为一级品或次品。最终, 该方案实现西红柿的自动化分选, 替代人工操作, 提高分选效率。分选精确度达到 95% 以上, 大幅度减少过检和漏检的情况。
03方案价值
第一, 精准快速地识别西红柿的不同缺陷, 提升分选的自动化水平。AIDI 分割模块能够以极高的精度和速度识别西红柿表面的各种缺陷, 无论是细小的黑点、不规则的裂口还是复杂的花斑, 都能在瞬间被准确捕捉和定位。这种精准快速的缺陷识别能力, 使得整个分选过程能够实现高度自动化, 无需人工干预即可完成对大量西红柿的检测和分类。例如, 在高速运转的分选流水线上, 西红柿依次通过视觉检测区域, 系统能够在极短的时间内 (如毫秒级) 完成对每个西红柿的全面检测, 确保分选过程的高效流畅, 大大提升了分选的自动化水平, 为企业实现智能化生产奠定了坚实基础。第二, 通过 AI 模型的自我学习和迭代, 进一步提升分选准确度。该方案所采用的 AI 模型具有强大的自我学习和迭代能力。在实际应用过程中, 随着不断处理新的西红柿图像数据, 模型能够自动学习和总结新的特征和规律, 并对自身的参数和算法进行优化和调整。例如, 当遇到一些新的西红柿品种或在不同生长环境下产生的特殊缺陷类型时, 模型能够通过对这些新数据的学习, 不断完善自己的识别能力, 从而进一步提升分选准确度。这种自我学习和迭代的能力使得方案具有很强的适应性和可扩展性, 能够随着时间的推移和数据的积累, 不断提高分选效果, 始终保持在行业领先水平。第三, 优化西红柿分选流程, 减少人工成本和产品浪费。该方案不仅仅是对分选技术的改进, 更是对整个西红柿分选流程的优化。通过自动化设备和智能算法的协同工作, 实现了从图像采集、缺陷检测、品质分级到分选执行的全流程自动化和智能化。在这个优化的流程中, 人工干预大大减少, 只需要少数技术人员进行设备的监控和维护即可, 从而显著降低了人工成本。同时, 由于分选过程的精准性和高效性, 能够确保每个西红柿都能被准确地分配到合适的等级和处理路径, 避免了因分选不当而导致的产品浪费。例如, 优质的西红柿能够及时进入高端市场, 获得更高的利润; 而有轻微缺陷的西红柿可以被筛选出来进行深加工或低价销售, 实现了资源的最大化利用, 提高了企业的经济效益和可持续发展能力。
最后, 上图中不同品质的西红柿实例图片解释如下。
●良品
图中展示的良品西红柿, 整体色泽鲜艳均匀, 呈现出成熟诱人的红色, 表面光滑无明显瑕疵, 果形饱满圆润, 顶部的绿色果蒂新鲜且完整, 代表着高品质的西红柿, 适合直接进入高端市场销售, 能够为消费者提供最佳的口感和视觉体验。
●裂口
可看到该西红柿表面有一道明显的裂口, 裂口处的果肉可能已经受到一定程度的损伤, 颜色也可能与周围正常果肉略有不同。这种带有裂口的西红柿在品质上受到了影响, 可能会影响其保存期限和口感, 在分选过程中会被识别出来并归类到较低的等级, 以减少浪费并实现其价值的最大化利用。
●花斑
此西红柿表面存在花斑现象, 花斑区域的颜色与正常的红色区域形成对比, 有的花斑颜色较浅, 呈现出淡黄色或白色, 有的则颜色较深, 接近褐色。花斑的出现可能是由于生长过程中的环境因素或病虫害等原因导致的, 虽然不一定会影响西红柿的内部品质, 但会影响其外观的美观度和市场价值。在分选时, 会根据花斑的严重程度将其划分到相应的等级, 以便进行合理的销售和处理。
●黑点
图中的西红柿表面的黑点, 可能是由于病虫害、机械损伤或其他因素引起的。黑点的存在不仅影响了西红柿的外观, 还可能预示着内部品质的潜在问题。在分选过程中, 系统会精准地识别出这些黑点, 并根据黑点的数量、大小和分布情况等因素, 定量判定缺陷程度, 从而将该西红柿归类到合适的等级, 确保消费者能够购买到符合其期望的产品, 同时也帮助企业更好地管理和利用农产品资源。
