Способ дистанционного исследования растительных объектов и устройство для его осуществления Советский патент 1989 года по МПК G01J3/00 G01L21/00 A01G7/00 

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 А лучом лазера 1, отраженного сигнала под углом к облучению с последующей регистрацией энергетических параметров рассеянного растительного светового поля. Определение числа слоев преимущественного расположения фитоэлегС ментов,например ярусности растительного покрова, достигается путем раздельного подсчета изображе шя с одинаковым числом дроблений лазерного пятна на фитоэлементах 5 разных слоев в моменты освещения растительных объектов 4. Эта информация позволяет дистанционно определять фазу развития сельскохозяйственных культур. 2 с.п. ф-лы 4 ил.

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 колпиматор 3. Луч лазера падает на растительный объект 4 и отрйжает- ся 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 выде- ления числа дроблений. Выходная инп W с (Л lif Од О а ю СП Фи.1

1

Изобретение относится к области дистанционных исследований растительности и может быть использовано в народном хозяйстве для определения фазы развития посевов оптимизации сроков и объемов агротехнических мероприятий при интенсивной технологии выращивания сельскохозяйственных культур.

Цель изобретения - повышение эффективности исследований путём определения числя слоев преимущественного расположения фитоэлементов растительных объектов

На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на ,2 - варианты дробления пятна лазерного луча на фитоэлементах растительного объекта на фиг.З - 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 фито злементы 5 (или морфологические элементы, например листок,ветка), пятно 6 луча лазера на фитоэлементе, фильтр 7, объектив 8, матрицу 9 светочувствительных элементов, синхронизатор 10, узел 1 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.

o

5

0

5

0

5

0

Модулятор 2 лазерного излучения служит для получения импульсной зас- . ветки исследуемого объекта и выдачи; команды на синхронизатор для формирования кадрового синхроимпульса уэла 1 считывания,

В случае использования непрерывного лазера и модулятора оптюраторно- го типа кадровый синхроимпульс формируется из сигнала оптопары (свето- диод - фотодиод), установленной по обе стороны вращающегося диска в моменты прохождения луча лг1зера через диаметрально симметричное отверстие на освещение объекта. В устройстве могут быть использованы акустоопти- ческие и другие модуляторы.

В случае использования импульсного лазера модулятор заложен в самом лазере и для формирования кадрового синхроимпульса используют сигнал под- жига лазера I

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

Коллиматор 3 служит для формирования параллельного луча из излучения лазера, которое в большинстве случаев имеет расходимость, указываемую на каждый конкретный лазер. Б данном случае необходимо использовать параплельный пучок, иначе диаметр освещаемого пятна будет зависеть от расстояния 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 считывания может быть применена стандартная телевизионная камера.

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

Синхронизатор.10 из сигнала дулятора 2 формирует сигнал на запуск кадровой развертки узла 11 считывания.

Узел 12 вьщел ения числа дробле- ний анализирует стандартный телевизионный сигнал, т.е. по кадрам выделяет сигналы, соответствующие пятнам дробления, считает их количество, исключает ложные пятна, увеличивает содержимое одного из счетчиков блока 13 с номером, соответствующим числу дроблений.

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

Узел 12 выделения 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, серия 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 для накопления результатов многократных определений числа дроблений и их представления.. Выбор

4606254

элементов для построения счетчиков производят 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 модулятор 2 и коллиматор 3 попадает на растительный объект 4. Пятна 6 лазер- 20 ного луча, отражаясь от фитоэлемен- тов 5, проецируются под 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 светочувстви- тельнь1х 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 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 пятна (зайчика) на различные элементы объекта (фиг.2):а) почву, б) лист, в) два листа. g Таким образом, произошло дробление пятна луча лазера. Аналогичные дробления возможны при прохождении луча в просветку между несколькими листьями, расположенными на разной высоте - 2,3,4 и т.д. - кратные дробления.

Если рассматривать освещаемое пятно вдоль луча лазера, то при .любой кратности дроблений будет видно только одно освещенное пятно. Если же смотреть на пятно под некоторым углом к облучению (фиг.1), то пятна освещения на листьях различных горизонтов будут видны раздельно. Количество пя-- тен зависит от числа дроблений. Ин50

формация о числе слоев фитоэлемен тов заложена в количестве дроблений, т.е. числе пятен, вocпpинимae щx под некоторым углом наблюдения

Картину событияJ наблюдаемую при однократном определении числа пятен дробления, обычно называют сценой. Сцена с помощью объектива 8 проецируется на матрицу 9 светочувствитель- Hbix элементов. Использование свето- Лильтра 7 с дайной волныр соответст вующей дпине волны излучения лаз ерар позволяет контрастно выделить на матрице 9 светочувствитбшьных элементов только светящиеся пятна на темном фоне, так как отражения, вызванные другими источниками освещения (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 светящееся пятно б на темном фоне () и капичество .этих пятен в сцене будет зависеть от числа горизонтов расположения 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 ряда полученных при большой кратности определений (напримерS более 1000)о Для лучшего понимания порядка работы устройства целесообразно подробно рассмотреть работу узла выделел-шя силы дроблений

Узел выделения чисхха дроблений « работает следующим образом.

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

эти сигналы подаются 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 уровня, 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 пятна засйетки Т длительностью, равной ширине пятна по строке (фиг.4,III). Видеосигнал между первым и вторым строчными импульсами в кадре в виде временной последовательности О и 1 запоминается в ОЗУ 16 о Последукщий видеосигнал между вторым и третьим строчными импульсами сравнивается анализатором 18 с первым и заносится в ОЗУ б на место первого и так последовательно 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 чик 19 дроблений Анализ кадра происходит по сигналу кадрового синхроимпульса, т,е, число из счетчика дроблений поступает в дешифратор 205-а счетчик 19 дроблетшй обнуляется. 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%, вероятность прохождения луч на нижние горизонты уменьшается и для выявления 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 развития растений, когда посев не сомкнуто 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 К к преимущественного распределения.

Определение числа горизонтов преимущественного распределения фито- элементов и позволяет судить о фазе

30

3S

40

45

55

развития растений в посевах монокультур, что необходимо для выбора оптимальных сроков проведения агротехнических мероприятий.

Формула изобретения

и прием отраженного от объекта излучения под углом к углу лазера, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности исследований путем определения числа слоев преимущественного расположения фитоэлементов растительных объетов, производят раздельный подсчет изображений с одинаковым числом дроблений пятна лазерного луча на фитоэлементах разных слоев объекта

а

5

10

4606258

содержащее лазер, модулятор, коллиматор, приемный объектив с оптической осью, ориентированной под углом к лучу лазера, фильтр и приемник излучения, отличающееся тем,что, с целью повьшения эффективности путем определения числа слоев преимущественного расположения фи- тозлементов 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 модулятора, при этом выход узла считывания соединен с входом схеьы определения числа дроблений, выход которой подключен к входу блока счетчиков и индикаторов. 25

15

20

«2.2

Л