Способ распознавания классов растений

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 А 01 В 41/06

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4431209/15 (22) 26.05.88 (46) 23,07,92, бюл, М 27 (71) Полтавский инженерно-строительный институт (72) Н.B. Галай, Г.M. Лысенко и Г.Г. Якубова (56) Авторское свидетельство СССР

N 810105, кл. А 01 В 41/06, 1981. (54) СПОСОб РАСПОЗНАВАНИЯ КЛАССОВ

РАСТЕНИЙ (57) Изобретение относится к автоматизации и механизации технологических проИзобретение 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 3,3,..., I каждая из которых делит световой поток на две части, идущие во взаимно перпендику/ лярных направлениях. Отраженные световые потоки попадают нэ соответствующие светофильтры СФ (4,4 ...). каждый из кото1 рых выделяет свою узкую полосу пропускания с максимумом в . А;. т е. весь поток делится на и потоков с различными длинами волн. Каждый из этих потоков после соот„„ 4 „„1748674 А1 цессов 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 отно.сительно заданного опорного сигнала, После чего по знаку суммы судят о классе распознаваемого растения. 1 ил, ветствующего светофильтра регистрируется своими фотоприемниками 5,5,..., причем ! в этом случае могут быть использованы фотоприемники разного типа, так как их чувствительность зависит от А света. Полученные от фотоприемников независимые электрические сигналы — импульсы х1, х2,... умножаются на соответствующие коэффициенты Аь значения которых устанавливаются переменными резисторами R), R2,... QQ (коэффициенты А определяются путем ана- 0 лиза обучающих выборок статистическими методами по формулам, приведенным выше) и подаются на масштабный усилитель— сумматор 6. Этим самым электронной схемой производится вычисление результатирующего сигнала (значения функции д/х), по а знаку которого и определяется класс распознаваемого растения и котбрый 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

1748674 4

15

25

35

50 также может оказывать влияние на различие коэффициентов поглощения или отражения в разных спектральных областях и.таким образом, увеличивать количество и качество обрабатываемой информации. 5

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 самь|ми 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 одйого класса объектов к другому), Оптимальное количество признаков, наиболее существенных при распоэнавании 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 дискриминантных 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 фотоприемников: с помощью двух полупрозрачных пластинок 3 и 3 свет разделяется на три составляющих, которые через три светофильтра 4,4 и 4 (СС-8, ПС-8 и ТС-23) с полосами пропусканияЯр (4-5)10 м, а (6-7)10 и . аз (13 — 18)10 м поступают на три независимых фотоприемника 5, 5 и 5 (Ф-41С, Ф! I

41С, ФД-1), Электрические импульсы фотоприемников — сигналы Х, Х2 и Хэ через соответствующие переменные резисторы

R), Rz, Вэ(с коэффициентами А1= 0,25; А2 =

=0,39 и Аэ = 1,26) подаются на 6-масштабный усилитель (сумматор), Этим самым электронной схемой реализуется линейная дискриминантная функция

g (Х) = А1Х1 + А2Х2 + АЗХЗ + Ао.

Свободный член этого уравнения Ао = -25, подаваемый через систему R4-Rs —.Rs 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 g(X), Если распознаваемое растение свекла, то функция

g(X) имеет отрицательный знак и результирующий импульс проходит через диод 9 на первый исполнительный механизм 10. Если же распознаваемый объект сорняк, то g(X) имеет положительный знак, который включает второй исполнительный механизм 10

I через диод 9, Для уменьшения влияния изменяющейся во времени внешней освещенности vi 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 растений, заключающийся в облучении световым потоком растений и регистрации величины сигнала отраженного светового потока ИКдиапазона, отл и ч а ю щи и с я тем,4T0, 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 игнала отраженного светового потока, пол1748674

Составитель Г,Шарков

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор О.Ципле

Редактор Г.Гербер

Заказ 2536 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ученные сигналы масштабируют относительно уровня опорного сигнала с последующим суммированием, а по знаку суммы судят о классе распознаваемого растения.