Способ дистанционного исследования растительных объектов и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к.способам дистанционного исследования растительности . Цель изобретения - повышение эффективности исследования путем определения числа слоев-преимущественного расположения фитоэлементов растительных объектов. Устройство содержит лазер 1, модулятор 2 и колпиматор 3. Луч лазера падает на растительный объект 4 и отрйжается 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 считывания и схему 12 выделения числа дроблений. Выходная инп W с (Л lif Од О а ю СП Фи.1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1460625 А 1 511 4 G 01 J 3/00y G 01 N 21/00, А 01 С 7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А BTQPCHQMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4186338/30-!5 (22) 03.11.86 (46) 23.02.89. Бюл. 0 - 7 (71) Институт ботаники им. Н. Г.Холодного (72) В.А. Каневский, И. К.Росс, В, С,Федак, НЗ.P.Øåëÿã-Сосонко, М.Г.Сосонкин и Л.И,Мовчан (53) 634.587.5:629.7,525 (088.8) (56) Каневский B.À и др, Исследование архитектоники растительности по ее обратному блеску с помощью дистанционного лазерного зондирования, ИЗК, 1983, М 5, с, 83.

Каневский В.А. и др, Исследование архитектоники растительности по ее обратному блеску с помощью дистанционного лазерного зондирования.

Доклады АН УССР, сер. Б, 1982, В 6, с. 54. (54) СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ РАСТИТЕЛЪНЫХ ОБЪЕКТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к..способам дистанционного исследования растительности. Цель изобретения — повышение эффективности исследования путем определения числа слоев преимущественного расположения фитоэле- ментов растительных объектов. Устройство содержит лазер 1, модулятор

2 и коллиматор 3. Луч лазера падает на растительный объект 4 и отражается от его фитоэлементов 5, Отраженный луч проходит через фильтр 7 и объектив 8 и попадает на матрицу 9 светочувствительных элементов. Сигнал последовательно поступает на узел 1 1 считывания и схему 12 выде" ления числа дроблений. Выходная ин1460625 формация выводится на блок счетчиков

13 и индикаторов 14, Узел 11 считывания работает по команде синхронизатора 10 связанного с модулятором

2. Способ предусматривает облучение растительного объекта 4 лучом лазера

1, прием отраженного сигнала под углом к облучению с последующей регистрацией энергетических параметров рассеянного. растительного светового поля. Определение числа слоев преИзобретение относится к области дистанционных исследований р астительности и может быть использовано в народном хозяйстве для определения фазы развития посевов, оптимизации сроков и объемов агротехнических ме-. роприятий при интенсивной технологии выращивания сельскохозяйственных культур.

Цель изобретения - повышение эффективности исследований путем определения числа слоев преимущественного расположения фитоэлементов растительных объектов.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг,2 — вариан° ты дробления пятна лазерного луча на фитоэлементах растительного объекта; на фиг.3 - схема выделения числа дроблений; на фиг.4 — порядок выделения числа дроблений.

Устройство для дистанционного исследования растительных объектов включает лазер 1 модулятор 2, коллиматор 3, растительный объект 4 (например, росток пшеницы), его фитоэлементы 5 (или морфологические элементы, например листок, ветка), пятно

6 луча лазера на фитоэлементе, фильтр 7, объектив 8, матрицу 9 светочувствительных элементов, синхронизатор 10, уз ел 11 считывания, схему 12 выделения числа дроблений, блок счетчиков 13 и индикаторов 14.

Лазер 1 - источник монохроматического излучения служит для облучения исследуемого объекта монохроматическим светом. Излучение лазера поступает на модулятор, имущественного расположения фитоэле-.( ментов, например яру снасти р астительного покрова, достигается путем раздельного подсчета изображения с одинаковым числом дроблений лазерного пятна на фитоэлементах 5 разных слоев в моменты освещения растительных объектов 4. Эта информация позволяет дис- . танционно определять фазу развития сельскохозяйственных культур. 2 с. п. ф-лы, 4 ил.

Модулятор 2 лазерного:излучения служит для получения импульсной зас, ветки исследуемого объекта и выдачи;

5 команды на синхронизатор для формирования кадрового синхроимпульса узла

11 считывания, В случае использования непрерывного лазера и модулятора оптюраторно10 го типа кадровый синхроимпульс формируется из сигнала оптопары (светодиод — Фотодиод), установленной по обе стороны вращающегося диска в моменты прохождения луча лазера через диаметрально симметричное отверстие на освещение объекта. В устройстве могут быть использованы акустоопти- ческие и другие модуляторы.

В случае использования импульсно20 го лазера модулятор заложен в самом лазере и для формирования кадрового синхроимлульса используют сигнал поджига лазера.

25 Модулятор совместно с синхронизатором обеспечивают покадровый прием отраженного от растительного объекта светового сигнала в момент освещения объекта.

Коллиматор 3 служит для формиро" вания параллельного луча из излучения лазера, которое в большинстве случаев имеет расходимость, указываемую на каждый конкретный лазер. В

35 данном случае необходимо использовать параллельный пучок, иначе диаметр освещаемого пятна будет зависеть от расстояния до объекта.

Исследуемый растительный объект (его ствол) 4.

60625

3 14

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

В качестве объектива 8, матрицы светочувствительных элементов 9 и узла 11 считывания может быть применена стандартная телевизионная камера.

В качестве объектива, матрицы и узла считывания могут быть использованы телевизионные камеры с видибконами. Могут быть также использованы другие конструкции этих узлов, но обязательными их элементами должны быть объектив, матрица светочувствительных элементов и .узел считывания, формирукицие стандартный телевизион- ный сигнал, содержащий кадровый синхроимпульс (фиг. 3), строчный синхроимпульс и видеосигнал. .Синхронизатор .10 иэ сигнапа мо,. дулятора 2 формирует сигнал на запуск кадровой развертки узла 11 считыв ания. ,г

Узел 12 вьделения числа дроблений анализирует стандартный телевизионный сигнал, т.е, по кадрам выделяет сигналы, соответствующие пятнам дробления, считает их количество, исключает "ложные пятна", увеличивает содержимое одного иэ счетчиков блока 13 с номером, соответствующим числу дроблений.

Функциональная схема узла выделения числа дроблений представлена на фиг.3, где использованы узлы телекамеры: объектив 8, матрица 9 светочувствительных элементов и узел И считывания, узел 12 выделения числа дроблений и выходные узлы устройства, .включакщие блок счетчиков 13 и индикаторов 14.

Узел 12 выделения силы дроблений включает амплитудный селектор 15 оперативное з апоминакнцее устройство

{ОЗУ) )6, счетчик адреса ОЗУ 17, анализатор 18, счетчик 19 числа дроблений и дешифратор 20, Узел выполнен на элементах дискретных микросхем (например, серия К 155) .

Узлы 8,9 и 1l объединены в составе телекамеры 21, а выходные блоки устройства — в состав комплексного выходного блока 22.

Блок счетчиков 13 и индикаторов

14 служит для накопления результатов многократных определений числа дроблений и их представления.. Выбор элементов для построения счетчиков производят в соответствии с типом используемых индикаторов.

Каждый из счетчиков блока 13 соответствует определенному числу дроблений, а результаты в них свидетельствуют числу встречаемости событий с одинаковым числом дроблений ° Так, первый счетчик показывает число отражений беэ дроблений, второй счетчик —. число двукратных дроблений и т.д., и-й счетчик — число и-кратных дроблений.

Устройство работает следующим образом.

Излучение от лазера 1 через модулятор 2 и коллиматор 3 попадает на растительный объект 4, Пятна 6 лазер20 ного луча, отражаясь от фитоэлементов 5, проецируются нод некоторым углом через фильтр 7 и объектив 8 на матрицу 9 светочувствительных элементов.

25 Узел 11 считывания по команде синхронизатора 10 вырабатываемой по сигналу модулятора 2, считывает результат с матрицы 9 светочувствительных элементов и подает его на

30 схему 12 выделения числа дроблений, Последняя выбирает счетчик из блока

13 счетчиков с .номером, соответствующим числу дроблений, и увеличивает его содержимое на "1". Содержимое

35 счетчиков представлено на индикаторах блока 14 индикаторов. В конце цикла определений на табло индикаторов представлены числа событИй с разной кратностью дроблений.

При освещении растительного объекта лучом лазера возможно попадание " освещенного пятна (эайчика) на различные элементы объекта (фиг.2 : а) почву, б) лист, в) два листа.

Таким образом, произошло дробление пятна луча лазера. Аналогичные дробления возможны при прохождении луча в просветку между несколькими листьями, расположенными на разной высоте2,3,4 и т,д, — кратные дробления, Если рассматривать освещаемое пятно вдоль луча лазера, то при любой кратности дроблений будет видно толь" ко одно освещенное пятно. Если же

55 смотреть на пятно под некоторым углом к облучению (фиг.1), то пятна освещения на листьях различных горизонтов будут видны раздельно. Количество пятен зависит от числа дроблений, Ин5 14606 формация а числе слоев фитоэлементов заложена в количестве дроблений, т.е. числе пятен, воспринимаемых под некоторым углом наблюдения, Картину события, наблюдаемую при

Р

5 однократном определении числа пятен дробления, обычно называют сценой.

Сцена с помощью объектива 8 проецируется на матрицу 9 светочувствитель- 10 ных элементов. Использование светофильтра 7 с длиной волны, соответствующей длине волны излучения лазера, позволяет контрастна выделить на матрице 9 светочувствительных элементов только светящиеся пятна на темном фоне, так как отражекяя, вызванные другямк источниками освещения (напри мер, солнечным освещением) не пройдут через фильтр 7, J0

Таким образом, на матрице 9 светочувствительных элементов. будет спроецирован не лист (фитоэлемент)

5, а только светящееся пятно б на темном фоне (фиг.4, f), и количество 25 .этих пятен в сцене будет зависеть ат числа горизонтов расположения фитоэлементав 5. Многократное последовательное определение сцен с yasличным числом дроблений позволит 39 получить количественное распределение сцен с одинаковым числом дроблеМ ний. Количество дроблений определит число горизонтов, а максимальное число сцен с одинаковым числам дроблений позволит выделять преимущественное число горизонтов из ряда полученных при большой кра ности определений (например, более 1000), Для лучшего понимания порядка рабаты устройства 40 целесообразно подробно рассмотреть работу узла выделения силы дроблений.

Узел выделения числа дроблений работает следующим образом.

Сигналы телевизионной камеры 21 содержат кадровый синхроимпульс, строчный синхроимпульс и видеосигнал, На узел выделения числа дроблений эти сигналы подаются так, что видеосигнал заведен на амплитудный селектор 15, строчный синхроимпульс — на счетчик адреса ОЗУ 17 а кадровый синхроимпульс — на счетчик 19 числа дроблений и дешифратор 20.

Амплитудный селектор 15 делит видеосигнал на два уровня, соответствующих наличию "1" и отсутствию

"О" светового сигнала на матрице 9 светочувствительных элементов, т, е, 25 6 иэ видеосигнала (фиг.4,II) строки формирует импульсы равной амплитуды, соответствующие пятна заСветки и длительностью, равной ширине пятна по строке (фиг.4,III). Видеосигнал между первым и вторым строчными импульсамя в кадре в виде временной последовательности "О" и "1" запоминается в ОЗУ 16. Последующий видеосигнал между вторым и третьим строчными импульсамя сравнивается анализ атором 18 с первым и зайасится в ОЗУ

16 на место первого и так последовательна по всем строкам до конца кадра. Последовательное сравнивание строк исключает ложное "распознавание" несуществующего пятна. При этом каждое отдельное пятно в кадре отмечается добавлением "1" в счетчик 19 дроблений, Анализ кадра происходит по сигналу кадрового синхроимпульса, т,е. число нз счетчика дроблений поступает в дешифратор

20, а счетчик 19 дроблений обнуляется. Дешифратор 20 па команде кадроаого синхроимпульса засылает "1" в соответствующий счетчик блока счетчиков 13, номер которого совпадает с чьслом дроблений в кадре.

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

Способ хорошо работает при проективном накрытии до 80-90% новерхности почвы растительностью. При сомкнутом покрове, т.е. при проективном покрытии более 1007., вероятность прохождения луча на нижние горизонты уменьшается и для выявления нижних горизонтов необходим анализ гораздо большего количества сцен.

Способ и устройство ориентированы в основном на проведение определений в сельхоэпосевах и дают хорошие результаты на ранних фазах развития растений, когда посев не сомкнут.

Именно на этих фазах проводят максимум агротехнических мероприятий (боронование, рыхление, окучивание, подкормка, борьба с сорняками и т,д,) и приурочивают их к определенным фазам развития, которые часто определяют по количеству листьев либо горизонтов их г;.реимущественного распределенияя.

Определение числа горизонтов преимущественного распределения фитоэлементов и позволяет судить о фазе

1. Способ дистанционного исследования растительных объектов, включающий облучение объекта лучом лазера и прием отраженного от объекта излучения под углом к углу лазера, отличающийся тем, что, с целью повыщения эффективности исследований путем определения числа слоев преимущественного расположения фитоэлементов растительных объектов, производят раздельный подсчет изображений с одинаковым числом дроблений пятна лазерного луча на фитоэлементах разных слоев объекта, 2 ° Устройство дистанционного ис" следования растительных объектов, 7 14 развития растений в посевах монокультур, что необходимо для выбора оптимальных сроков проведения агротехнических мероприятий.

Формула иэ обр ет ения

60625 8 содержащее лазер, модулятор, коллиматор, приемный объектив с оптической осью, ориентированной под углом к лучу лазера, фильтр и приемник излучения, отличающееся тем,что, с целью повыщения эффективности путем определения числа слоев преимущественного расположения фитоэлементов растительных объектов, в устройство введены синхронизатор, узел считывания, схема определения числа дроблений, блок счетчиков и индикаторов, а приемник излучения выполнен в виде матрицы светочувствительных элементов, соединенной с первым входом узла считывания, вход управления которого связан через синхронизатор с вторым выходом модуgO лятора, при этом выход узла считывания соединен с входом схемы определения числа дроблений, выход которой подключен к входу блока счетчиков и индикаторов.

Фиг. 2 I 460625

Составитель Л. Пантелеева

Техред Л.Сердюкова

Редактор А.Козориз

Корректор С.Шекмар р

Заказ 536/5! Тираж 466 Подписное

BHHEIH Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,101