Способ определения высоты растения

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫСОТЫ РАСТЕНИЯ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Автор Ильин Виктор Николаевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) Способ определения высоты растения, в котором область измерения разбивают на первый и второй измерительные диапазоны, равные соответственно 2/5 и 3/5 максимально возможной высоты растения, формируют два соосных зондирующих пучка света, каждый из которых соответствует одному измерительному диапазону, направленных к поверхности земли и модулированных в противофазе друг к другу, фокусируют каждый пучок в точку,12369 1 2009.08.30 делящую соответствующий ему измерительный диапазон в соотношении 2/3, затем формируют на плоскости регистрации под одним и тем же углом триангуляции для обоих диапазонов изображения диффузных пятен света, полученных на листьях растения и почве, и определяют их взаимное местоположение в различных точках плоскости регистрации, по которому методом триангуляции вычисляют высоту растения. Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для контроля степени роста сельскохозяйственных растений в процессе вегетации. Известен способ измерения высоты растения относительно земли, использующий принцип оптической триангуляции 1, включающий формирование зондирующего пучка света, определение измерительного диапазона, формирование диффузных пятен света на листьях растения и на почве (грунте), формирование изображений этих диффузных пятен света под углом триангуляции на плоскости регистрации, определение их взаимного местоположения в различных точках плоскости регистрации, по которому вычисляют высоту растений. Данный способ не обеспечивает требуемой точности измерения высоты растения из-за того, что высота сильнорослых и слаборослых растений определяется с различной погрешностью, т.е. чем больше измерительный диапазон при постоянной базе, тем меньше угол триангуляции и, следовательно, ниже его разрешающая способность в конце диапазона. Измерительный диапазон по данному способу устанавливается по максимально возможной высоте характерного вида растения, при этом слаборослые (низкие) растения окажутся ближе к концу измерительного диапазона, и, следовательно, их высота будет измеряться с большей погрешностью. Техническая задача, которую позволяет решить предлагаемое изобретение, - повышение точности измерения высоты растений за счет оптимизации измерительного диапазона,его согласования с высотой растений различной степени роста. Поставленная техническая задача достигнута следующим образом. Способ определения высоты растения, в котором область измерения разбивают на первый и второй измерительные диапазоны, равные соответственно 2/5 и 3/5 максимально возможной высоты растения, формируют два соосных зондирующих пучка света, каждый из которых соответствует одному измерительному диапазону, направленных к поверхности земли и модулированных в противофазе друг к другу, фокусируют каждый пучок в точку, делящую соответствующий ему измерительный диапазон в соотношении 2/3, затем формируют на плоскости регистрации под одним и тем же углом триангуляции для обоих диапазонов изображения диффузных пятен света, полученных на листьях растения и на почве, и определяют их взаимное местоположение в различных точках плоскости регистрации, по которому методом триангуляции вычисляют высоту растения. Способ осуществляют следующей совокупностью операций. Для зондирования растения формируют два пучка света, соосных друг другу, распространяющихся в одном направлении к поверхности земли, модулируют по амплитуде оба зондирующих пучка в противофазе (180), т.е. весь измерительный диапазон зондируется каждым пучком поочередно. Для каждого пучка определяют измерительный диапазон, который равен соответственно для первого пучка 2/5 максимально возможной высоты растения, а для второго, измерительный диапазон которого является продолжением первого, 3/5 максимально возможной высоты растения. Далее фокусируют зондирующие первый и второй пучки света каждый в свой диапазон в точку, делящую соответствующий ему измерительный диапазон в соотношении 2/3, при этом углы триангуляции для обоих измерительных диапазонов устанавливают равными. Этим достигается выравнивание чувствительности по суммарному измерительному диапазону. Формируются диффузные пятна, когда на пути пучков света попадаются листья растения (или земля), изображение которых далее 2 12369 1 2009.08.30 формируется в плоскости регистрации, и по их взаимному местоположению в различных точках плоскости регистрации определяется высота растения. Совокупность указанных признаков обеспечивает возможность измерения высоты растений в 23 раза с большей точностью, достигаемой за счет обеспечения более высокой чувствительности по всему измерительному диапазону. На фигуре представлено устройство для осуществления предлагаемого способа, где 1 - первый лазер 2 - первая оптическая система 3 - полупрозрачная пластина 4 - первый воспроизводящий объектив 5 - первая ПЗС-линейка 6 - второй лазер 7 - вторая оптическая система 8 - второй воспроизводящий объектив 9 - вторая ПЗС-линейка 10 - микропроцессор 11 - светопоглощающий элемент- первый измерительный диапазон- второй измерительный диапазон В - точка фокусировки первого зондирующего пучка Е - точка фокусировки второго зондирующего пучка- поверхность земли 1 и 2 - базовые расстояния от оси зондирующих пучков соответственно до первого и второго воспроизводящего объектива. Способ реализован следующим образом. По команде микропроцессора 10 включаются первый 1 и второй 6 лазеры, рабочий ток которых модулируется в противофазе (180). Глубина модуляции до 80 . Излучение первого лазера 1 проходит первую оптическую систему 2 и полупрозрачную пластину 3, делящую его по амплитуде в соотношении 5050. Оптическая система 2 фокусирует излучение в точку В, делящую первый измерительный диапазонв соотношении 2/3. Это в дальнейшем обеспечивает получение изображений диффузных пятен на плоскости регистрации практически равного диаметра. Когда лист растения попадает в первую измерительную зону, на его поверхности формируется диффузное пятно света, которое считывается первым воспроизводящим объективом 4, формирующим изображение этого пятна света на фотокатоде первой ПЗС-линейки 5. За счет жесткой схемы триангуляции каждый пиксель фотокатода ПЗС-линейки 5 привязан к соответствующей точке первого измерительного диапазона . Микропроцессор 10 управляет ПЗС-линейкой 5, осуществляет прием и обработку снимаемых с нее данных. Излучение второго лазера 6 проходит вторую оптическую систему 7 и, отражаясь от полупрозрачной пластины 3, фокусируется в точке Е, делящей второй измерительный диапазон , также как и первый, в соотношении 2/3. Когда лист растения попадает во вторую измерительную зону, на его поверхности также формируется диффузное пятно света, которое считывается вторым воспроизводящим объективом 8, формирующим изображение этого пятна света на фотокатоде второй ПЗС-линейки 9. Микропроцессор 10 управляет второй ПЗС-линейкой 9, осуществляет прием и обработку снимаемых с нее данных. Микропроцессор 10 программно сшивает фотокатоды ПЗС-линеек так, что фотокатод второй ПЗС-линейки 9 является продолжением фотокатода первой ПЗС-линейки 5, так же как второй измерительный диапазонявляется продолжением первого измерительного диапазона . Неиспользуемое излучение первого лазера, отраженное от полупрозрачной пластины 3, и излучение второго лазера, прошедшее полупрозрачную пластину 3, направляется на светопоглощающий элемент 11. 3 12369 1 2009.08.30 Равенство углов триангуляции для обоих диапазонов обеспечивается за счет соблюдения соотношения 11 , где О 1 В - расстояние от первого объектива до точки фоку 22 сировки первого зондирующего пучка О 2 Е - расстояние от второго объектива до точки фокусировки второго зондирующего пучка. При этом воспроизводящие объективы 4 и 8 расположены асимметрично оптической оси зондирующих пучков, а 21, что обеспечивает оптимизацию чувствительности измерения по всему измерительному диапазону. Высота растения относительно земли (точка ) вычисляется микропроцессором 10 по относительному расположению изображений световых пятен в разных точках программно сшитых фотокатодов ПЗС-линеек 5 и 9. Реализация способа осуществлялась по принципиальной оптической схеме, приведенной на фигуре. Источники излучения лазеры 1 и 6 представляют собой полупроводниковые лазеры МЛН-3, имеющие длину волны 670 нм, мощностью до 5 млВ. Оптические системы 2 и 7 выполнены с подвижной линзой, позволяющей фокусировать лазерные пучки в нужную точку первого и второго измерительного диапазона. В качестве воспроизводящих объективов 4 и 8 применены объективы типа(16 мм). Основным элементом микропроцессорного блока 10 является микроконтроллер 902313 фирмы , а в качестве ПЗС-линеек применены фотодиодные линейки 703 фирмы . Таким образом, предложенный способ обеспечивает принципиальную возможность измерения высоты растений при значительной их разности в степени роста с существенно более высокой точностью измерения за счет оптимизации измерительного диапазона, достигнутой соблюдением равных углов триангуляции при асимметричной схеме для обоих измерительных диапазонов и выравниванием чувствительности по суммарному измерительному диапазону, а также за счет фокусировки лазерных пучков в определенные его точки. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4