Способ определения цветовых характеристик почвы по цифровому изображению



Способ определения цветовых характеристик почвы по цифровому изображению
Способ определения цветовых характеристик почвы по цифровому изображению
Способ определения цветовых характеристик почвы по цифровому изображению

 


Владельцы патента RU 2594946:

Кириллова Наталия Петровна (RU)
Артемьева Зинаида Семеновна (RU)
Иванова Мария Михайловна (RU)

Изобретение относится к области почвоведения и касается способа определения цветовых характеристик почвы. Способ включает в себя создание набора цветовых шкал, измерение значений цвета для всех цветовых чипов полученных цветовых шкал и формирование на основании полученных значений калибровочной таблицы. Цветовые шкалы крепят на пластмассовую пластину размером 10×15 см, располагают пластину рядом с образцом почвы и получают изображение образца почвы вместе с выбранной шкалой. Изображение импортируют в компьютерную программу, определяют усредненные значения RGB и LAB для изображений цветовых чипов и образца почвы. Находят цветовой чип, значения LAB которого наиболее близки к значениям LAB образца почвы. С помощью калибровочной таблицы определяют поправку RGB для наиболее близкого по цвету чипа шкалы, полученную поправку прибавляют к измеренным значениям RGB образца и проводят преобразование уточненных значений RGB образца почвы в значения LAB. Технический результат заключается в повышении точности измерений и обеспечении возможности проведения измерений в полевых условиях. 2 табл.

 

Изобретение относится к области почвоведения.

Цель изобретения - получение колориметрической оценки цвета почвы, в том числе in situ, при помощи цифровой фотокамеры.

В почвоведении общепринято цвет почвы определять в полевых условиях визуально по шкале Манселла [7]. При этом визуальная оценка страдает субъективностью и, в значительной степени, зависит от источника освещения. Поэтому определение рекомендуется проводить при стандартизации процедуры в камеральных условиях [1]. Однако данный способ не пригоден для определения цвета in situ, так как требует изъятия образца почвы из почвенного профиля.

В научной фотографии, для которой важна колориметрически точная передача цветов, используют различные цветовые шкалы. Их изображение получают одновременно с изображением объекта и проводят цветовую коррекцию образа в соответствии с полученными данными [2]. Цветовой охват (гамут) используемых коммерческих шкал сильно отличается от набора цветов, наиболее часто встречающихся в почве [3].

Недостатком существующего на данный момент аналога [4] является отсутствие калибровки первичного устройства ввода информации (цифровой фотокамеры) по шкале, охватывающей диапазон цветов почвы.

В отличие от аналога [4] разработанный способ на стадии получения первичного изображения предусматривает обязательное наличие калибровочной шкалы с диапазоном почвенных цветов. В качестве цветового набора используется традиционный для почвоведов набор цветов шкалы Манселла в цветовой координатной системе CIE LAB. Данная система позволяет легко проводить вычисления дифференциальных различий цветов. В отличие от существующего аналога предварительно готовятся шкалы цветов, которые калибруются с помощью прибора i1pro в программе Argyll [5]. Цветовые чипы размещаются на одной шкале, что позволяет провести сравнение исследуемого образца со всеми стандартами, количество которых может достигать 360 при градуировке шкалы размером 10×15 см спектрофотометром с апертурой 4 мм. Два листа шкалы (720 чипов) не только полностью перекрывают шкалу Манселла, но и расширяют количество оттенков сравнения. Можно создавать и использовать различные наборы, исходя из преобладающих цветов конкретных типов почв. Важным преимуществом предлагаемого метода является то, что шкала с известными числовыми значениями LAB помещается на пластмассовую пластину, которую размещают рядом с образцом, затем снимают цифровой фотокамерой участок почвы с выбранной шкалой, затем одновременно сравнивают со всеми цветовыми чипами и по калибровочным таблицам находят значение цвета образца. Отличием разработанного способа также является то, что анализ сходства цвета образца и чипа сравнения проводится автоматически на компьютере, что исключает субъективную оценку исследователя. Изображение стандарта и образца получается при одинаковых условиях освещения. В качестве несущей карты предлагается использовать пластину со встроенными по 4 углам перпендикулярно ее плоскости штырями. Это позволяет размещать шкалу не только на горизонтальных, но и на вертикальных поверхностях, что является обязательной процедурой при анализе цвета в почвенных разрезах.

Этапы

1. Изготовление набора шкал цветов для почвы. Создают набор шкал с различными значениями L*, a*, b*. Диапазон шкалы характеризуется интервалом светлоты (L*), красноты (а*), желтизны (b*). Шкала диапазона 10-65 (L*), -3 -+12(а*), 15-25 (b*) была использована для анализа как горизонтов черноземов, так и дерново-подзолистых почв.

2. Шкалу изготавливают на листе бумаги (Epson matte), которую распечатывают на струйном принтере Epson Stylus S22 или любом другом, позволяющем цветную печать.

3. Проводят измерения всех значений LAB d65 для полученных цветовых чипов с помощью прибора i1pro в программе Argyll [5]. Полученные значения записывают в табличном виде для каждого листа.

4. Шкала с известными числовыми значениями LAB помещается на пластмассовую пластину, по краям которой на 2 гайках закреплены 4 винта длиной 20 мм. Эти винты необходимы для закрепления пластины на вертикальной стенке разреза. Пластина вдавливается в почву по краям путем нажима на винты, которые плавно входят в почву.

5. Оптимальный размер пластины (10×15 см) определен исходя из максимальных вертикальных габаритов, при которых можно пренебречь изменением освещенности пластины в связи с падением освещенности внутри разреза. Цифровая фотокамера располагается, по возможности, параллельно плоскости разреза (in situ) или поверхности почвы (для изъятых образцов) при дневном освещении таким образом, чтобы пластина со шкалой была в одинаковых условиях с образцом - без падения солнечного света и отброшенных теней посторонних предметов. Снимок делается на камеру, в область изображения которой входит как цветовая шкала, так и участок анализируемого образца почвы.

6. Полученные изображения импортируют в графический редактор. В графическом редакторе или специализированной программе по обработке изображений [6] определяют попиксельные значения rgb как для цветовой шкалы, так и для образца почвы.

7. В соответствии с разметкой шкалы проводят усреднение полученных значений RGB для каждого цветового чипа, преобразовывают их в систему LAB путем расчетов [3] или программно (ImageJ) и записывают в калибровочную таблицу.

8. Соответственно полученное изображение почвы также разбивается на участки нужного исследователю размера. Для них, аналогично шкале, находят усредненное значение RGB и LAB.

9. В калибровочной таблице для шкалы содержатся 2 значения: измеренное на приборе значение LAB и полученное с помощью фотокамеры.

10. Значение L*, a*, b* образца почвы (sample), рассчитанное по фотокамере, сравнивают со всеми значениями L*, a*, b* шкалы (scale), полученными по фотокамере. Сравнение проводят по формуле

где i - номер цветового чипа шкалы [2]

11. Находят цветовой чип с минимальным значением deltaE.

12. Поправку цветового чипа шкалы находят как разницу между измеренным спектрофотометром и полученным по цифровому изображению значением RGB.

13. Полученную поправку прибавляют к измеренному значению RGB образца.

14. Проводят обратное преобразование RGB образца в LAB d65, которое считается наиболее близким к значению образца, измеренному спектрофотометром.

Пример

1. Снимаем шкалу Манселла с 15 образцами почвы.

Скорректированное по шкале 1 среднее значение dE=5,4. Во всех 15 случаях dE после проведения корректировки по шкале существенно уменьшилась (в 1,4-5,2 раза, в среднем - в 2,8 раза).

Скорректированное по шкале 2 среднее значение dE=4,05.

В 11 случаях dE после проведения корректировки по шкале существенно уменьшилась (в 2,1-7,7 раза, в среднем - в 5,1 раза). В оставшихся 4 из 15 случаях образцы невозможно откорректировать по тонкой шкале, так как не совпадают их диапазоны.

Таким образом, в разработанном способе в качестве цветового набора используется традиционный для почвоведов набор цветов шкалы Манселла в цветовой координатной системе CIE LAB. Данная система позволяет легко проводить вычисления дифференциальных различий цветов. За счет уменьшения размера цветовые чипы размещаются на одной шкале, что позволяет провести одновременное, а не последовательное, как в атласе, сравнение исследуемого образца со всеми стандартами, количество которых может достигать 360 при градуировке шкалы размером 10×15 см спектрофотометром с апертурой 4 мм. Два листа шкалы (720 чипов) не только полностью перекрывают шкалу Манселла, но и расширяют количество оттенков сравнения. Можно создавать и использовать различные наборы, исходя из преобладающих цветов конкретных типов почв. За счет расширения диапазона цветовых шкал - уменьшения шага шкалы (для тонких шкал), по сравнению с Манселлом, достигается существенное увеличение точности измерений.

Важным преимуществом предлагаемого метода является то, что анализ сходства цвета образца и чипа сравнения проводится автоматически на компьютере, что исключает субъективную оценку исследователя. Изображение стандарта и образца получается при одинаковых условиях освещения. В качестве несущей карты предлагается использовать пластину со встроенными по 4 углам перпендикулярно ее плоскости штырями. Это позволяет размещать шкалу не только на горизонтальных, но и на вертикальных поверхностях, что является обязательной процедурой при анализе цвета в почвенных разрезах.

Список литературы

1. Melville, M.D., Atkinson, G., 1985. Soil colour: its measurement and its designation in models of uniform colour space. J. Soil Sci. 36, 495-512.

2. Hardeberg, J.Y. 2001 Acquisition and Reproduction of Color Images, www.dissertation.com/libraiy/1121350a.htm.

3. Kemp, D.B. 2014. Colorimetric characterisationof flatbed scanners for rock/sedimentimaging // Computers & Geosciences 67 (2014) 69-74.

4. Савич В.И., Крутилина B.C., Егоров Д.Н., Кашанский А.Д., 2004. Использование компьютерной диагностики для объективной характеристики цвета почв. Известия ТСХА, выпуск 4. С. 38-51.

5. Gill, G. Argyll Color Management System // http://www.argyllcms.com - актуально 26.03.2015.

6. Image J. A public domain Java image processing program. // http://rsb.info.nih.gov/ij/ - актуально 26.03.2015.

7. Pantone X-Rite Munsell Book of Soil Color Charts 2009 Rev [M50215B].

Способ определения цветовых характеристик почвы по цифровому изображению, включающий создание набора цветовых шкал, отличающийся тем, что проводят измерение с помощью спектрофотометра значений цвета для всех цветовых чипов полученных цветовых шкал и формируют на основании полученных значений цвета калибровочную таблицу, крепят цветовые шкалы на пластмассовую пластину размером 10×15 см, располагают пластину рядом с образцом почвы таким образом, чтобы пластина и образец почвы находились в одинаковых условиях освещения, с помощью цифровой фотокамеры получают изображение образца почвы вместе с выбранной шкалой, импортируют полученное изображение в графический редактор или специализированную программу по обработке изображений, в графическом редакторе или специализированной программе по обработке изображений определяют усредненные значения RGB и LAB для изображений цветовых чипов и образца почвы, определяют цветовой чип, усредненные значения LAB которого наиболее близки к усредненным значениям LAB образца почвы, с помощью калибровочной таблицы определяют поправку RGB для наиболее близкого по цвету чипа шкалы, которую находят как разницу между измеренными спектрофотометром и полученными по цифровому изображению значениями RGB указанного цветового чипа, полученную поправку прибавляют к измеренным значениям RGB образца и проводят обратное преобразование уточненных значений RGB образца почвы в значения LAB.



 

Похожие патенты:

Лизиметр // 2593332
Изобретение относится к приборам, применяемым в сельском хозяйстве при балансовых исследованиях на мелиорируемых землях, в частности для определения инфильтрации поливных, талых и дождевальных вод.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а именно к исследованиям особенностей поведения различных химических веществ техногенного происхождения в верхней части почвенного покрова без загрязнения территории.
Изобретение относится к области экологической аналитической химии. Способ включает отбор проб массой 2-4 г, их сушку, измельчение и двухкратную экстракцию целевых компонентов дихлорметаном при воздействии на пробу ультразвуковых колебаний, фильтрование объединенного экстракта и упаривание досуха при давлении не выше 0,1 мм рт.ст.

Использование: для идентификации репрезентативного цифрового объема подобразца, соответствующего образцу пористых сред. Сущность изобретения заключается в том, что получают сегментированный объем, характеризующий пространство пор и по меньшей мере одну твердую фазу; выводят среднее значение <Р1> свойства первой целевой функции Р1 для всего сегментированного объема; вычисляют среднеквадратическое отклонение σVOL относительно среднего значения <Р1> свойства для всего сегментированного объема; определяют множество подобъемов в объеме; вычисляют среднеквадратическое отклонение σi значения Р свойства первой целевой функции Р1 относительно среднего значения <Р1> свойства для каждого из упомянутых подобъемов; находят все репрезентативные подобъемы-кандидаты, для которых среднеквадратическое отклонение σi удовлетворительно соответствует σVOL; выбирают и сохраняют репрезентативный подобъем из кандидатов; и используют репрезентативный подобъем для получения по меньшей мере одного интересующего значения свойства.

Изобретение относится к области гидротехнического строительства и предназначено для измерения деформаций морозного пучения, сжимаемости при оттаивании и коэффициента фильтрации при нескольких циклах промерзания-оттаивания в лабораторных условиях.

Изобретение относится к области инженерной геологии применительно к определению необходимых параметров грунта. Способ включает отбор образца грунта, взвешивание и определение его объема, высушивание и взвешивание высушенного образца, определение плотности и влажности образца грунта и расчет по полученным значениям плотности и влажности грунта, причем предварительно строят графики зависимости относительного содержания воздуха в грунте и степени заполнения пор талого грунта водой и мерзлого грунта льдом от влажности при различных постоянных значениях плотности грунта, причем расчет данных для построения графиков производят в двух точках - при нулевой суммарной влажности талого или мерзлого грунта и при нулевом относительном содержании воздуха в образце грунта из заданных соотношений для талых и мерзлых грунтов.
Изобретение относится к сфере космических исследований и технологий и может быть использовано для изучения вулканического состояния Марса. На Марсе осуществляют вскрытие бурением закупоренных фумарол.

Изобретение относится к области промышленного и гражданского строительства и может быть использовано в технике и технологии исследования физико-механических свойств грунтов в естественных условиях.

Изобретение относится к СВЧ-способу определения содержания физической глины и гумуса в почвах, Способ включает измерение показателя преломления почвы с влажностью, превышающей максимальное содержание связанной воды, образцы которой выдерживают в герметическом контейнере в течение 1-2 суток при комнатной температуре, измеряют показатель преломления на частотах f1=0,35 ГГц и f2=1,75 ГГц, находят разность показателей преломления Δn=n(f1)-n(f2), на частотах f1 и f2 одновременно измеряют и показатель поглощения, находят разность показателей поглощения Δκ=κ(f1)-κ(f2) и определяют массовую долю физической глины С в почве из соотношения: и массовую долю гумуса в почве из соотношения: где С - содержание физической глины в почве (в массовых долях); Δn - разность показателей преломления; Δκ - разность показателей поглощения; Н - содержание гумуса в почве (в массовых долях).

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к экологическому и технологическому мониторингу сельхозугодий. Способ включает определение места, частоты, длительности отбора проб почвы на исследуемой территории.

Изобретение относится к технологии оптического обнаружения для флоат-стекла (термополированного стекла), особенно к устройству опознавания оловянной поверхности флоат-стекла.
Изобретение относится к военно-полевой фармакологии, к фармакологии катастроф и может быть использовано на месте террористических актов, стихийных бедствий, техногенных катастроф при отсутствии электричества в холодных условиях для срочной оценки степени постинъекционной локальной токсичности лекарственных препаратов, предназначенных для инъекции в мягкие ткани.
Изобретение относится к медицине, а именно, к патологической анатомии, и может быть использовано для определения жизнеспособности новорожденных 22-27 недель гестации с массой тела до килограмма на основании оценки морфологической зрелости вилочковой железы.

Изобретение относится к аналитической биотехнологии, медицинской технике и фармацевтической промышленности, в частности к полифункциональному жидкокристаллическому композиту на основе двухцепочечной нуклеиновой кислоты, который может быть использован в медицинской и клинической биохимии, а также молекулярной фармакологии при проведении скрининга биологически активных соединений (БАС) и лекарственных веществ, "мишенью" которых является генетический материал клетки, в фармацевтической промышленности, сельском хозяйстве и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к способам идентификации уникальных природных объектов, предназначенным для защиты их от подделки, подлога и фальсификации. .

Изобретение относится к способам идентификации музыкальных инструментов, предназначенным для защиты их от подделки, подлога и фальсификации. .

Изобретение относится к способам идентификации предметов религиозного назначения, предназначенным для защиты их от подделки, подлога и фальсификации. .

Изобретение относится к способам идентификации антикварных вещей, предназначенным для защиты их от подделки, подлога и фальсификации. .

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к производству и применению цементов с добавками, в том числе шлаков. .
Наверх