SU1460625A1 - Способ дистанционного исследовани растительных объектов и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к.способам дистанционного исследовани  растительности . Цель изобретени  - повышение эффективности исследовани  путем определени  числа слоев-преимущественного расположени  фитоэле- ментов растительных объектов. Устройство содержит лазер 1, модул тор 2 и колпиматор 3. Луч лазера падает на растительный объект 4 и отрйжает- с  от его фитозлементов 5. Отраженный луч проходит через 4«льтр 7 и объектив 8 и попадает на матрицу 9 светочувствительных элементов. Сигнал JIOследовательно поступает на узел II считывани  и схему 12 выде- лени  числа дроблений. Выходна  инп W с (Л lif Од О а ю СП Фи.1

Description

формаци  выводитс  на блок счетчиков 13 и индикаторов 14, Узел 11 считывани  работает по команде синхронизатора 10, св занного с модул тором 2, Способ предусматривает облучение растительного объекта А лучом лазера 1, отраженного сигнала под углом к облучению с последующей регистрацией энергетических параметров рассе нного растительного светового пол . Определение числа слоев преимущественного расположени  фитоэлегС ментов,например  русности растительного покрова, достигаетс  путем раздельного подсчета изображе ш  с одинаковым числом дроблений лазерного п тна на фитоэлементах 5 разных слоев в моменты освещени  растительных объектов 4. Эта информаци  позвол ет дистанционно определ ть фазу развити  сельскохоз йственных культур. 2 с.п. ф-лы 4 ил.

1

Изобретение относитс  к области дистанционных исследований растительности и может быть использовано в народном хоз йстве дл  определени  фазы развити  посевов оптимизации сроков и объемов агротехнических меропри тий при интенсивной технологии выращивани  сельскохоз йственных культур.

Цель изобретени  - повышение эффективности исследований путём определени  числ  слоев преимущественного расположени  фитоэлементов растительных объектов

На фиг.1 представлена структурна  схема устройства; на ,2 - варианты дроблени  п тна лазерного луча на фитоэлементах растительного объекта на фиг.З - схема выделени  числа дроблений; на фиг,4 - пор док выделени  числа дроблений.

Устройство дл  дистанционного исследовани  растительных объектов включает лазер 1, модул тор 2, коллиматор 3, растительный объект 4 (например, росток пшеницы), его фито злементы 5 (или морфологические элементы , например листок,ветка), п тно 6 луча лазера на фитоэлементе, фильтр 7, объектив 8, матрицу 9 светочувствительных элементов, синхронизатор 10, узел 1 считывани , схему 12 выделени  числа дроблений, блок счетчиков 13 и индикаторов 14.

Лазер 1 - источник монохроматического излучени  служит дл  облучени  исследуемого объекта монохроматическим светом. Излучение лазера поступает на модул тор.

o

5

0

5

0

5

0

Модул тор 2 лазерного излучени  служит дл  получени  импульсной зас- . ветки исследуемого объекта и выдачи; команды на синхронизатор дл  формировани  кадрового синхроимпульса уэла 1 считывани ,

В случае использовани  непрерывного лазера и модул тора оптюраторно- го типа кадровый синхроимпульс формируетс  из сигнала оптопары (свето- диод - фотодиод), установленной по обе стороны вращающегос  диска в моменты прохождени  луча лг1зера через диаметрально симметричное отверстие на освещение объекта. В устройстве могут быть использованы акустоопти- ческие и другие модул торы.

В случае использовани  импульсного лазера модул тор заложен в самом лазере и дл  формировани  кадрового синхроимпульса используют сигнал под- жига лазера I

Модул тор совместно с синхронизатором обеспечивают покадровый прием отраженного от растительного объекта светового сигнала в момент освещени  объекта.

Коллиматор 3 служит дл  формировани  параллельного луча из излучени  лазера, которое в большинстве случаев имеет расходимость, указываемую на каждый конкретный лазер. Б данном случае необходимо использовать параплельный пучок, иначе диаметр освещаемого п тна будет зависеть от рассто ни  до объекта.

Исследуем 1й растительньй объект (его ствол) 4.

Морфологический элемент расти-Г тельного объекта 5 - ветка, веточка , черешок, лист. Чаще всего лист.

В качестве объектива 8, матрицы светочувствительных элементов 9 и узла 11 считывани  может быть применена стандартна  телевизионна  камера .

В качестве объектива, матрицы и узла считывани  могут быть использованы телевизионные камеры с видий- конами. Могут быть также использованы другие конструкции зтих узлов, но об зательными их элементаю должны быть объектив, матрица.светочувствительных элементов и .узел считывани , формирующие стандартный телевизион- ный сигнал, содержащий кадровый синхроимпульс (фиг.З), строчный синхроимпульс и видеосигнал.

Синхронизатор.10 из сигнала дул тора 2 формирует сигнал на запуск кадровой развертки узла 11 считывани .

Узел 12 вьщел ени  числа дробле- ний анализирует стандартный телевизионный сигнал, т.е. по кадрам выдел ет сигналы, соответствующие п тнам дроблени , считает их количество, исключает ложные п тна, увеличивает содержимое одного из счетчиков блока 13 с номером, соответствующим числу дроблений.

Функциональна  схема узла вьще- лени  числа дроблений представлена на фиг.З, где использованы узлы телекамеры: объектив 8, матрица 9 све- точу.вствительных элементов и узел М считывани , узел 12 выделени  числа дроблений и выходные узлы устройства включагадие блок счетчиков 13 и индикаторов 14.

Узел 12 выделени  силы дроблений включает амплитудный селектор 15, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 16, счетчик адреса ОЗУ 17, анализатор 18, счетчик 19 числа дроблений и дешифратор 20. Узел выполнен на элементах дискретных микросхем (например, сери  К 155).

Узлы 8,9 и П объединены в составе телекамеры 21, а выходные блоки устройства - в состав комплексного вы- хойного блока 22.

Блок счетчиков 13 и индикаторов 14 служит дл  накоплени  результатов многократных определений числа дроблений и их представлени .. Выбор

4606254

элементов дл  построени  счетчиков производ т в соответствии с типом используемых индикаторов, gКаждый из счетчиков блока 13 соответствует определенному числу дроблений , а результаты в них свидетельствуют числу встречаемости событий с.одинаковым числом дроблений. Так, 10 первый счетчик показывает число отражений без дроблений, второй счетчик - число двукратных дроблений и т.д.,. п-й счетчик - число п-кратных дроблений .

15 Устройство работает следующим образом.

Излучение от лазера 1 через модул тор 2 и коллиматор 3 попадает на растительный объект 4. П тна 6 лазер- 20 ного луча, отража сь от фитоэлемен- тов 5, проецируютс  под некоторым углом через фильтр 7 и объектив 8 на матрицу 9 светочувствительных элементов .

25 Узел 11 считывани  по команде синхронизатора 10, вырабатываемой по сигналу модул тора 2, считывает, результат с матрицы 9 светочувстви- тельнь1х элементов и подает его на 30 схему 12 выделени  числа дроблений. Последн   выбирает счетчик из блока 13 счетчиков с номером, соответствующим числу дроблений, и увеличивает его содержимое на 1. Содержимое 2,счетчиков представлено на индикаторах блока 14 индикаторов. В конце цикгш определений на табло индикаторов представлены числа событий с разной кратностью дроблений. 40 При освещении растительного объекта лучом лазера возможно попадание освещенного п тна (зайчика) на различные элементы объекта (фиг.2):а) почву, б) лист, в) два листа. g Таким образом, произошло дробление п тна луча лазера. Аналогичные дроблени  возможны при прохождении луча в просветку между несколькими листь ми , расположенными на разной высоте - 2,3,4 и т.д. - кратные дроблени .

Если рассматривать освещаемое п тно вдоль луча лазера, то при .любой кратности дроблений будет видно только одно освещенное п тно. Если же смотреть на п тно под некоторым углом к облучению (фиг.1), то п тна освещени  на листь х различных горизонтов будут видны раздельно. Количество п -- тен зависит от числа дроблений. Ин50

формаци  о числе слоев фитоэлемен тов заложена в количестве дроблений, т.е. числе п тен, вocпpинимae щx под некоторым углом наблюдени 

Картину событи J наблюдаемую при однократном определении числа п тен дроблени , обычно называют сценой. Сцена с помощью объектива 8 проецируетс  на матрицу 9 светочувствитель- Hbix элементов. Использование свето- Лильтра 7 с дайной волныр соответст вующей дпине волны излучени  лаз ерар позвол ет контрастно выделить на матрице 9 светочувствитбшьных элементов только свет щиес  п тна на темном фоне, так как отражени , вызванные другими источниками освещени  (напри мер, солнечным освещением) не пройдут через фильтр 7

Таким образом, на матрице 9 све- точувствительнь х элементо в. будет спроецирован не лист (фитоэлемент) 5 а только свет щеес  п тно б на темном фоне () и капичество .этих п тен в сцене будет зависеть от числа горизонтов расположени  фнтоэлементов 5. Многократное последовательное огфеделенне сцен с различным числом дроблений позволит получить количественное распределе .ние сцен с одинаковым числом дроблений . Количество дроблений определит число горизонтов, а максимальное число сцен с одинаковым числом дроблений позволит выделить преимущественное число горизонтов из р да полученных при большой кратности определений (напримерS более 1000)о Дл  лучшего понимани  пор дка работы устройства целесообразно подробно рассмотреть работу узла выделел-ш  силы дроблений

Узел выделени  чисхха дроблений « работает следующим образом.

Сигналы телевизионной камеры 21 содержат -кадровый синхроимпульс строчный синхроимпульс и видеосигнал На узел выделенаи  числа дроблений

эти сигналы подаютс  так, что видео- сигнап заведен на амплитудный селектор 5, строчньй синхроимпульс - на счетчик адреса ОЗУ 17 а кадровый синхроимпульс - на счетчик 19 числа дроблений и дешифратор 20«

Амплитудный селектор 15 делит видеосигнал на два уровн , соответ- ствунвцик наличию 1 и отсутствию О светового сигнала на матрице 9 светочувствительных элементов, т.е.

-

е

10

15

а

20

25

460625

из видеосигнала (фиг.4,II) строки формирует импульсы равной амплитуды, соответствующие п тна засйетки Т длительностью , равной ширине п тна по строке (фиг.4,III). Видеосигнал между первым и вторым строчными импульсами в кадре в виде временной последовательности О и 1 запоминаетс  в ОЗУ 16 о Последукщий видеосигнал между вторым и третьим строчными импульсами сравниваетс  анализатором 18 с первым и заноситс  в ОЗУ б на место первого и так последовательно по всем строкам до конца кадра Последовательное сравнивание строк исключает ложное распознавание несуществующего п тна При этом каждое отдельное п тно в кадре отмечаетс  добавлением 1 в чик 19 дроблений Анализ кадра происходит по сигналу кадрового синхроимпульса , т,е, число из счетчика дроблений поступает в дешифратор 205-а счетчик 19 дроблетшй обнул етс . Дешифратор 20 по команде кадрового синхроимпульса засылает 1 в соответствующий счетодк блока счетчиков 13, номер которого совпадает q числом дроблений в кадре.

Счетчик адреса ОЗУ 17 формирует команду начала и конца строки по .алу строчного синхроимпульса.

Способ хорошо работает при проективном покрытии до 80-90% поверхности почвы растительностью. При сомкнутом покрове,, т,е, при проективном покрытии более 100%, веро тность прохождени  луч на нижние горизонты уменьшаетс  и дл  вы влени  нижних горизонтов необходим анализ гораздо большего каличест,ва сцен,-

Способ и устройство ориентирова- ны в основном на проведение опреде™ лений в сельхозпосевах и дают хоро- шие результаты на ранних фазах развити  растений, когда посев не сомкнуто Именно на этих фазах провод т максимум агротехнических меропри тий (боронование, рыхление, окучивание , подкормка, борьба с сорн ками и т,д.) и приурочивают их к определенным фазам развити , которые часто определ ют по количеству листьев либо горизонтов К к преимущественного распределени .

Определение числа горизонтов преимущественного распределени  фито- элементов и позвол ет судить о фазе

30

3S

40

45

50.

55

развити  растений в посевах монокультур , что необходимо дл  выбора оптимальных сроков проведени  агротехнических меропри тий.

Claims (2)

1.Способ дистанционного иссл.едо- нани  растительных объектов, включающий облучение объекта лучом лазера

и прием отраженного от объекта излучени  под углом к углу лазера, отличающийс  тем, что, с целью повышени  эффективности исследований путем определени  числа слоев преимущественного расположени  фитоэлементов растительных объетов , производ т раздельный подсчет изображений с одинаковым числом дроблений п тна лазерного луча на фитоэлементах разных слоев объекта

2.Устройство дистанционного исследовани  растительных объектов.

а

5

10

4606258

содержащее лазер, модул тор, коллиматор , приемный объектив с оптической осью, ориентированной под углом к лучу лазера, фильтр и приемник излучени , отличающеес  тем,что, с целью повьшени  эффективности путем определени  числа слоев преимущественного расположени  фи- тозлементов растительных объектов, в устройство введены синхронизатор, узел считывани , схема определени  числа дроблений, блок счетчиков и индикаторов, а приемник излучени  выполнен в виде матрицы светочувствительных элементов, соединенной с первым входом узла считывани , вход управлени  которого св зан через синхронизатор с вторым выходом модул тора , при этом выход узла считывани  соединен с входом схеьы определени  числа дроблений, выход которой подключен к входу блока счетчиков и индикаторов. 25

15

20

«2.2

Л