Способ распознавания классов растений Советский патент 1992 года по МПК A01B41/06 

Изобретение относится к автоматизации и механизации технологических процессов сельскохозяйственного производства и предназначено для распознавания растений на почве при выполнении различных сельскохозяйственных операций

Целью изобретения является повышение достоверности

На чертеже представлена схема осуществления способа

Электромагнитное излучение от источника 1 падает на распознаваемое растение 2 и отражается от него в направлении системы, состоящей из параллельно расположенных полупрозрачных пластин З.З1

каждая из которых делит световой поток на две части, идущие во взаимно перпендикулярных направлениях Отраженные световые потоки попадают на соответствующие светофильтры СФ (4.41 ). каждый из которых выделяет свою узкую полосу пропускания с максимумом в л, т о весь поток делится на п потоков с различными длинами волн. Каждый из этих потоков после соответствующего светофильтра регистрируется своими фотоприемниками 5,5причем

в этом случае могут быть использованы фотоприемники разного типа, так как их чувствительность зависит от А света. Полученные от фотоприемников независимые электрические сигналы - импульсы XL X2,... умножаются на соответствующие коэффициенты AI, значения которых устанавливаются переменными резисторами Ri, R2,... (коэффициенты А определяются путем анализа обучающих выборок статистическими методами по формулам, приведенным выше) и подаются на масштабный усилитель - сумматор 6. Этим самым электронной схемой производится вычисление результатиру- ющего сигнала (значения функции д/х), по знаку которого и определяется класс распознаваемого растения и который подается в схему 7 управления.

В оптическую схему (как перед попаданием света на исследуемые растения, так и перед отдельными или всеми фотоприемниками) могут быть введены поляроиды, что

сл

С

vi

Јь 00 Os XJ

N

также может оказывать влияние на различие коэффициентов поглощения или отражения в разных спектральных областях и, таким образом, увеличивать количество и качество обрабатываемой информации.

Однако рабочее пространство, достаточное для синтеза эффективного алгоритма распознавания культурных растений, имеет размерность, равную нескольким единицам. При этом координаты такого пространства (т.е. признаки растений) должны быть самыми значимыми, информативными, весомыми, самыми существенными в распознавании растений. Главными (принципиальными) типами предпосылок, обеспечивающих возможность сокращения количества признаков описания, являются дублирование информации, несомой сильно взаимосвязанными признаками, возможность агрегирования, т.е. простого или взвешенного суммирования по некоторым признакам; малая вариабельность признаков (неинформативность признаков, мало меняющихся при переходе от одного класса объектов к другому).

Оптимальное количество признаков, наиболее существенных при распознавании заданного культурного растения, может быть получено в процессе обучения путем повторения процедуры (схемы), предложенной выше. Сначала эта схема применяется для всевозможных комбинаций сигналов признаков по два с подсчетом вероятности ошибки классификации по каждой паре сигналов признаков. Наиболее информативной будет та пара признаков, для которой вероятность ошибки классификации будет наименьшей. Затем эту пару признаков просчитывают с каждым из оставшихся признаков, подсчитывают ошибки для каждой тройки (четверки, пятерки и т.д) и определяют наиболее информативный третий (четвертый, пятый и т.д.) признак до получения полного распознавания классов растений. Погрешность классификации уточняется по контрольной выборке из двух классов, не принимавших участие в обучении.

При распознавании более двух классов растений обучение распознаванию производится по выше изложенной схеме, но с тем отличием, что сначала используется выборка одного класса, а к второму классу относится сумма всех остальных, и в результате обучения получается число дискрими- нантных функций равное m - 1. где m - общее число классов.

Примером конкретного выполнения предложенного метода может служить способ распознавания всходов свеклы и сорняков на фоне почвы С этой целью используется схема, приведенная на чертеже. Свет S от источника 1 падает на распознаваемое растение 2 и отражается от него в направлении системы из трех фотоприемникое: q помощью двух полупрозрачных пластинок 3 и 3 свет разделяется на три составляющих, которые через три светофильтра 4.41 и 411 (СС-8, ПС-8 и ТС-23) с полосами пропускания Яр (4-5)1 м, а (6-7)1 (Г7 и

оз(13-18) поступают на три независимых фотоприемника 5, 51 и 5 (Ф-41С, Ф- 41С, ФД-1), Электрические импульсы фотоприемников - сигналы Xi. X2 и Хз через соответствующие переменные резисторы

Ri, Ra, RS (с коэффициентами Ai 0,25; Аа 0,39 и Аз 1.26) подаются на 6-масштабный усилитель (сумматор). Этим самым электронной схемой реализуется линейная диск- риминантная функция

д(Х) А1Х1 + А2Х2 + АзХз + А0.

Свободный член этого уравнения А0 -25, подаваемый через систему R -Rs-Re на масштабный усилитель (сумматор) 6, реализуется триггером Шмитта (формирователь

импульса) 7, который запускается импульсом (сигналом) Хз от фотоприемника ФД-1 последний на схему 7 подается через усилитель 8 напряжения. При попадании растения в поле зрения фотоприемников с

помощью описанного устройства производится вычисление функции д(Х). Если распознаваемое растение свекла, то функция д(Х) имеет отрицательный знак и результирующий импульс проходит через диод 9 на

первый исполнительный механизм 10. Если же распознаваемый объект сорняк, то д(Х) имеет положительный знак, который включает второй исполнительный механизм 101 через диод 91.

Для уменьшения влияния изменяющейся во времени внешней освещенности и уменьшения влияния других помех, источник 1 света работает в импульсном режиме (с частотой v 10 Гц), что приводит к работе

всей схемы с этой же частотой.

Формула изобретения

Способ распознавания классов расте- ний, заключающийся в облучении световым потоком растений и регистрации величины сигнала отраженного светового потока ИК- диапазона, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности, задают уровень опорного сигнала, задают диапазоны во всем интервале остальной оптической части спектра и в каждом осуществляют облучение растения и регистрацию величины сигнала отраженного светового потока, пол

ученные сигналы масштабируют относи- ющим суммированием, а по знаку суммы тельно уровня опорного сигнала с последу- судят о классе распознаваемого растения.

Изобретение относится к автоматизации и механизации технологических процессов сельскохозяйственного производства и предназначено для распознавания растений на почве при выполнении различных сельскохозяйственных операций. Целью изобретения является повышение достоверности распознавания. При осуществлении способа растения облучаются световым потоком в ИК-диапазоне и в других заданных диапазонах оптической части спектра, отраженные сигналы масштабируют относительно заданного опорного сигнала. После чего по знаку суммы судят о классе распознаваемого растения. 1 ил.