用“眼睛”給魚稱體重？從“新視界”探索計算機養(yǎng)魚的未來

現(xiàn)階段，魚塘生產(chǎn)管理對人工的依賴程度高，存在操作步驟繁瑣、掌握情況不及時等問題。那么，是否有現(xiàn)代化的智能手段可以代替人手？華南農(nóng)業(yè)大學電子工程學院薛月菊教授給出了肯定的答案。任職以來，她持續(xù)主持國家級、省級、市級科研項目，深耕農(nóng)業(yè)信息化領(lǐng)域，包括水產(chǎn)養(yǎng)殖專業(yè)鎮(zhèn)共性技術(shù)創(chuàng)新平臺、白蕉海鱸健康養(yǎng)殖數(shù)字化監(jiān)管與信息服務(wù)平臺、水產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)控與預警系統(tǒng)、水箱養(yǎng)殖水下智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)、水產(chǎn)養(yǎng)殖前端化智能視頻分析技術(shù)研究與示范、池塘圈養(yǎng)模式智慧漁業(yè)關(guān)鍵技術(shù)研究與示范等多個項目，研發(fā)了水產(chǎn)品養(yǎng)殖及水產(chǎn)品疾病診斷與防治專家系統(tǒng)、水產(chǎn)品質(zhì)量安全管理與溯源平臺、水產(chǎn)養(yǎng)殖前端化智能視頻分析系統(tǒng)等。

“推動漁業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，計算機技術(shù)是突破口?！毖υ戮諒娬{(diào)，專業(yè)的事交給專業(yè)的人做，將政、產(chǎn)、學、研、用多方力量串聯(lián)起來，各司其職、協(xié)同作戰(zhàn)，共謀智慧漁業(yè)發(fā)展大計。

信息技術(shù)讓養(yǎng)殖環(huán)境變得可視化

薛月菊是一名微電子工程系的博士生導師，主要從事計算機視覺、人工智能及物聯(lián)網(wǎng)教學和科研工作。在魚苗計數(shù)、魚類體尺估計與行為分析，豬的目標檢測、跟蹤與行為分析，空天地一體化果園長勢與病蟲害監(jiān)測與智能監(jiān)管，以及種植與養(yǎng)殖業(yè)中生產(chǎn)環(huán)境信息智能監(jiān)測等方面積累了豐富的科研經(jīng)驗。

在后期向水產(chǎn)養(yǎng)殖龍頭企業(yè)進行應(yīng)用示范的過程中，團隊設(shè)法克服大面積水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境下高清視頻傳輸與硬件部署成本高的難題，初步實現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖安全防范與健康養(yǎng)殖過程監(jiān)控，提高了水產(chǎn)養(yǎng)殖安全監(jiān)控水平。

此外，薛月菊團隊還給投料機裝上了“眼睛”，通過計算機視覺判斷投料量的合適與否。具體而言，當系統(tǒng)“看到”水面浮料達到一定量，出現(xiàn)積累且有增加的趨勢時，判斷結(jié)果為投料過多；當系統(tǒng)“看到”水面僅有少量或沒有浮料，魚群集群游于水面且久不散去，判斷結(jié)果為投料不足?！案鶕?jù)系統(tǒng)的判斷及時調(diào)整投料策略，不僅能為養(yǎng)殖對象提供充足的營養(yǎng)、避免造成浪費，而且能保持良好的水質(zhì)環(huán)境，具有現(xiàn)實意義。”

將“看得見”轉(zhuǎn)化為“摸得著”

近期，薛月菊團隊瞄準“魚體重估計系統(tǒng)”發(fā)力。初級版系統(tǒng)已經(jīng)順利通過驗收，其原理是通過“視覺”估算出魚的生長參數(shù)。經(jīng)過優(yōu)化，系統(tǒng)提高了估算結(jié)果的準確度，魚的體重相對誤差小于1.39%，魚的體長和體寬等參數(shù)相對誤差小于3.9%。

簡單而言，通過一張照片便可及時獲得體重和體重參數(shù)，省去手工稱重和測量的操作步驟。首先，選定一個攝像頭，軟件連接到外接的攝像頭，啟動軟件后，拍攝的視頻就會實時呈現(xiàn)在檢測界面當中，用戶可以通過視頻對攝像頭進行調(diào)整，以確保獲取較優(yōu)的拍攝畫面。然后開始檢測，軟件會以當前視頻幀進行算法分析，并且將魚體進行分割，自動計算出魚的體長與體寬，并估計出魚的體重。用戶可以按時間、批次等條件來查看某一批次的數(shù)據(jù)，也可以選擇全部數(shù)據(jù)，獲取整體數(shù)據(jù)的結(jié)果。

系統(tǒng)操作十分簡便，不需要額外購置新設(shè)備，手機拍照也可以。薛月菊介紹說，魚體重估計系統(tǒng)是與佛山市農(nóng)業(yè)科學研究所合作項目的成果，其核心是人工智能算法，利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)建模，從而通過成像得到待測對象的體重、體長、體寬、頭長、身長等參數(shù)。

該系統(tǒng)適用于離水操作，接下來，團隊將就水面成像開展進一步的研究和測試，推出升級版系統(tǒng)。薛月菊向記者透露，已經(jīng)有企業(yè)提出合作意向，將其生產(chǎn)的新型撈魚設(shè)備結(jié)合魚體重估計系統(tǒng)使用，以達到魚不離水就能估算全塘產(chǎn)量的效果。有別于離水成像，水中成像難度更大，首先要解決光線和水花的問題。為了避免水面自然光的折射、反射對成像的影響，要構(gòu)建一個“黑箱子”的人工光線環(huán)境；為了降低魚離水時掙扎跳躍而產(chǎn)生較大的水花，可采用水下成像或水面成像，或者通過控制撈魚設(shè)備的升降讓魚處于半離水狀態(tài)來獲取圖像。“這些都是我們即將開展的工作，通過實驗進一步驗證設(shè)想，可行性大。”薛月菊期望，以計算機視覺+人工智能的方式“透視”水底，代替過往人工捕撈、儀器測量、再計算總重量的繁復操作，隨時掌握生長情況，提高生產(chǎn)管理效能。

▲ 水產(chǎn)養(yǎng)殖智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)

發(fā)揮產(chǎn)學研一體化強大合力

“國外的一些養(yǎng)豬場，已經(jīng)可以實現(xiàn)精準投喂，智能系統(tǒng)會詳細記錄下每一頭豬的生理參數(shù)，從而作出相應(yīng)的投料策略?！闭劶皣鴥?nèi)外智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的差距，薛月菊認為，“無人化”的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)尚處于探索階段，但是脫離實際空談技術(shù)是片面的，目前我國已經(jīng)擁有多種實用性電子信息化手段，這些符合國情的電子工程正在推動農(nóng)業(yè)向新時代進發(fā)。與此同時，廣東擁有人才、資金、區(qū)位等多重優(yōu)勢，電子信息力量走在全國前列。

2008年，薛月菊承擔了一個白蕉海鱸的科技項目，為業(yè)主方建立了水質(zhì)檢測系統(tǒng)以及水產(chǎn)品溯源系統(tǒng)，這是她首次開展涉及漁業(yè)領(lǐng)域的研究。“這十幾年間，我們做了一些局部的研究試驗，得到了一些符合特定使用場景的研究成果，但這是遠遠不夠的?！被仡欉^去，她深切感受到，相比種植業(yè)和畜牧業(yè)，漁業(yè)智能化發(fā)展的速度較緩慢。究其原因， 一方面智慧漁業(yè)研發(fā)經(jīng)費投入不足，只能針對某一個點開展淺層的探討，研究工作斷斷續(xù)續(xù)、研究成果之間連通性差、突破性技術(shù)創(chuàng)新能力不足等，導致整體不成系統(tǒng)、難成氣候。 另一方面，市場主體參與智能化運作的積極性低。

針對以上問題，薛月菊從兩個方面提出建議。 一是加大對智慧漁業(yè)項目的支持，加快推動產(chǎn)學研深度融合，通過多方力量的共同參與，打通科研成果走出實驗室、進入市場化的道路。薛月菊向記者分享了一個成功的例子，去年她和團隊成員研發(fā)了玫瑰花智能化分揀系統(tǒng)，目前該系統(tǒng)已經(jīng)投產(chǎn)。這種由高校負責技術(shù)研發(fā)、設(shè)備生產(chǎn)商負責產(chǎn)品的市場化推廣經(jīng)營的模式，將企業(yè)和科研貫穿起來，保障了科研成果的落地轉(zhuǎn)化應(yīng)用，暢通了玫瑰花加工業(yè)的發(fā)展道路。“從市場的需求情況來看，這款設(shè)備很吃香?！?nbsp;二是提升對新技術(shù)的包容度，給新產(chǎn)品、新技術(shù)、新模式等留出成長空間。她指出，現(xiàn)階段市場期待值與實際研發(fā)能力之間存在差距，用戶害怕“試錯”，無形間減少了改良升級的機會。然而，系統(tǒng)平臺的終試和終端運營環(huán)節(jié)無一不需要市場的參與，“做智慧漁業(yè)不能光是一群搞信息技術(shù)的人，要大力推進漁業(yè)與人工智能技術(shù)深度融合。”薛月菊補充道，她帶領(lǐng)團隊做課題、項目的時候，錯誤是經(jīng)常碰到的，唯有通過一次又一次的試錯，才能找到正確的方向。