Пристрій для дослідження рослинних об’єктів

1. Пристрій для дослідження рослинних об'єктів, який містить лазер, оптично з'єднаний в надир через модулятор та коліматор з об'єктом, а також фотодетектор, оптично зв'язаний з об'єктом через об'єктив і спектральний прилад, та індикатор, який відрізняється тим, що в нього введено перший лічильник зі схемою збігу на виході, другий лічильник з ключами на виході та блок адаптивного округлення, з'єднаний першим входом з фотодетектором, другим входом з'єднаний з виходом модулятора і входом першого лічильника, має третій вхід, що є входом початкової установки, четвертий вхід, який з'єднаний з індикатором і ключами, а вихід заведено на другий лічильник, причому вихід схеми збігу підключено до других входів обох лічильників і до входу керування ключів. C2 2 64877 1 3 64877 4 визначень. У випадках активного зондування це орієнтованих на об'єкт та фотодетектор, оптично площа поверхні (плями) S1, освітленої лазером в з'єднаний через спектральний прилад з об'єктиодному такті опромінення (одинича площа) помвом, у яких оптична вісь, орієнтована під кутом до ножена на кількість тактів опромінення N. Проекпроменя лазера, а також синхронізатор, вузол . тивне покриття визначають з виразу: зчитування, схему визначення числа подрібнень, n блок лічильників та індикаторів, а приймач випроSk мінення виготовлений у вигляді матриці світлочутПп NS1 ливих елементів., з’єднаної з першим входом вузде Sk - площа проекції фітоелементів на ґрунт ла зчитування, вхід управління якого під'єднаний в межах одиничної площі; через синхронізатор до - другого виходу модуляn - кількість плям освітлення заповнених фітотора, при цьому вихід вузла зчитування з'єднаний елементами за N тактів опромінення. в входом схеми визначення числа подрібнень, Проективне покриття корелює з багатьма повихід якої є входом блоку лічильників та індикатоказниками будови рослинного покриву, зокрема з рів. зеленою масою, площею листяної поверхні, густоСпільними рисами прототипу та запропоноватою посіву, фазою розвитку, зімкненістю посіву, ного пристрою є наявність лазера, оптично з'єднатощо. Визначення зазначених показників на рівних ного з коліматором через модулятор, орієнтованофазах розвитку сільгоспкультур дозволяє прогного на об'єкт та об'єктива, спектрального приладу зувати урожай та впливати на нього. Необхідною та фотодетектора розміщених на оптичній осі, оріскладовою дистанційних досліджень рослинних єнтованій на об'єкт, а також індикатора. об'єктів є ідентифікація рослин на фоні ґрунту. Причиною, що заважає вирішенню поставлеВідомі пристрої, що здійснюють цю ідентифікацію: ної задачі є те, що пристрій-прототип принципово за різницею радіаційних температур в інфрачерне дозволяє визначати проективне покриття слабвоній області, за спектральною яскравістю відбикої та низькорослої рослинності, надійно виділяти того сонячного світла в зеленій, червоній та інфїї на фоні ґрунту та здійснювати визначення з верачервоній областях, за сигналами наведеної ликих висот. флюоресценції хлорофілу. В основу винаходу поставлене завдання ствоВідомо ["Устройство дистанционного обнарурення такого пристрою дослідження рослинних жения объектов по спектральным характеристиоб'єктів, в якому завдяки введенню нових вузлів та кам" авт. свід. №1631376, бюл.№8, 28.02.91.], яке змін функцій відомих, стало б можливим визнавключає об'єктив, коліматор, спектральний причення проективного покриття та збільшення дослад, фотодетектор, лазер, фотоприймач контролю товірності цих визначень без застосування виміпотужності, вузол обробки результатів, а також рювань на еталонних ділянках, тобто без пов'язаний з ним блок індикації, синхронізатор, наземного забезпечення. з'єднаний виходами зі схемою показника цілі, вузВирішення поставленої задачі досягається лом обробки результатів та вторинним перетвотим, що пристрій містить лазер, оптично з'єднаний рювачем живлення, вихід готовності якого з'єднав надір через модулятор та коліматор з об'єктом, а ний зі схемою показника цілі, та синхронізатором, також фотодетектор, оптично зв'язаний з об'єктом а другий вихід з'єднаний з лазером, за напрямком через об'єктив і спектральний прилад та індикатор, випромінення якого встановлені перемножувачі а також перший лічильник із схемою збігу на вихочастоти, при цьому фотоприймач контролю потужді, другий лічильник з ключами на виході та блок ності з'єднаний з вузлом обробки результатів, до адаптивного округлення, з'єднаний першим входругих виходів якого підключені шини фотодетекдом з фотодетектором,другим входом з'єднаний з тора та вибору режиму роботи, причому, остання виходом модулятора і входом першого лічильника, паралельно сполучена зі схемою показника цілі, має третій вхід, що є входом початкової установки, що має сигналізатор, який з блоком індикації розчетвертий вхід, що є входом періодичної установташований на оптичній осі об'єктива, при цьому ки, який з'єднаний з індикатором і ключами, а вихід фотодетектор складається з чотирьох елементів, заведено на другий лічильник, причому вихід схечутливих в різних спектральних діапазонах. ми збігу підключено до входів установки "0" обох Спільними рисами аналогу та запропонованолічильників і до входу управління ключів. Крім того способу є наявність лазера, оптично з'єднаного го, блок адаптивного округлення містить дві схеми через модулятор з коліматором, орієнтованого на виборки-зберігання, під'єднані першими входами об'єкт, як і об'єктив, оптично з'єднаний з фотодедо виходу нормуючого підсилювача, з’єднаного з тектором через спектральний прилад та індикатор першим входом блоку, два компаратори, під'єднані на виході пристрою. першими входами до другої схеми виборкиПричиною, що заважає досягненню поставлезберігання, цифроаналоговий перетворювач, у ної мети є те, що пристрій-аналог дозволяє тільки якого перший вхід через перший регістр сполучено ідентифікувати рослинний об'єкт на фоні ґрунту, з третім входом блоку, другий вхід через другий але не дозволяє визначати проективне покриття. регістр сполучено з четвертим входом блоку, треІз аналогів дистанційних визначень властивостій вхід з'єднано з виходом лічильника та першим тей рослинних об'єктів найближчим до запропоновходом схеми збігу, четвертий вхід підключено до ваного є ["Способ дистанционного исследования виходу першої схеми виборки-зберігання, а вихід растительных объектов и устройство для его осупід'єднаний до другого входу другого компаратора ществления", авт. cвід. №1460625, бюл. №7, і через подільник сигналу до другого входу першо23.02.89], в якому пристрій включав лазер, модуго компаратора, крім того у лічильника вхід підклятор та коліматор, оптично з'єднаних послідовно і лючено де виходу схеми збігу, а другий вхід з'єд 5 64877 6 нано з входом першої схеми виборки-зберігання, На Фіг.3 зображено схему блоку адаптивного першим входом тригера і підключено до виходу округлення. другого компаратора, а також синхронізатор, вхід На Фіг.4 представлено часові діаграми роботи якого з'єднаний з входом другої схеми виборкивузлів схеми адаптивного округлення. зберігання і з другим входом блоку, а першим виПристрій для дослідження рослинних об'єктів ходом сполучений з управляючим входом першого на Фіг.1 складається з лазера 1, модулятора 2, компаратора і входом тригера, другим виходом коліматора 3, які оптично з’єднані і орієнтовані в з'єднаний з управляючим входом другого компанадір на рослинний об’єкт 4 та створюють пляму ратора і третім виходом з’єднаний із другим вхоосвітлення 5, з також об'єктив 6, спектральний дом схеми збігу, у якої на третій вхід заведено прилад 7 і фотодетектор 8, які оптично зв'язані і вихід тригера, а вихід першого компаратора є витеж орієнтовані на об'єкт, та блок адаптивного ходом блоку. округлення 9, з'єднаний першим аналоговим вхоВідмінними ознаками запропонованою придом з фотодетектором 8, другим входом з'єднаний строю є перший лічильник із схемою збігу на вихоз виходом модулятора 2 і входом першого лічильді, другий лічильник з ключами на виході та блок ника 10 із схемою збігу 11 на виході, має третій адаптивного округлення, з'єднаний першим вховхід, що є входом початкової установки, четвертий дом з фотодетектором, другим входом з'єднаний з вхід, щο є входом періодичної установки, який виходом модулятора і входом першого лічильника, з'єднаний з ключами 13 та індикатором 14, а його має третій вхід, що є входом початкової установки, вихід є входом другого лічильника 12, причому, четвертий вхід, що є входом періодичної установвихід схеми збігу 11 підключено до входів установки, який з'єднаний з індикатором і ключами, а вихід ки "0" обох лічильників 10 та 12 і до входу управзаведено на другий лічильник, причому вихід схеління ключів 13. ми збігу підключено до входів установки "0" обох Блок адаптивного округлення на Фіг.3 містить лічильників і до входу управління ключів. Крім того нормуючий підсилювач 15, дві схеми виборкивідмінними ознаками є блок адаптивного округзберігання 16 та 17, два регістри 18 та 19, лічильлення, який містить дві схеми виборки-зберігання, ник 20, цифро аналоговий перетворювач 21, схему під'єднаних першими входами до виходу нормуюзбігу 22, подільник сигналу 23, тригер 24, два комчого підсилювача, з'єднаного з першим входом паратори 25 та 27 і синхронізатор 26, причому блоку, два компаратори, під'єднаних першими обидві схеми виборки-зберігання 16 та 17, під'єдвходами до другої схеми виборки-зберігання, цинані першими входами до виходу нормуючого підфроаналоговий перетворювач, у якого перший силювача 15, з'єднаного з першим входом блоку, вхід через перший регістр сполучено з третім входва компаратори 25 та 27, під'єднаних першими дом блоку, другий вхід через другий регістр сполувходами до виходу другої схеми виборкичено з четвертим входом блоку, третій вхід зберігання 17, цифроаналоговий перетворювач з’єднано з виходом лічильника та першим входом 21, у якого перший вхід через перший регістр 18 схеми збігу, четвертий вхід підключено до виходу сполучено з третім входом блоку, другий вхід чепершої схеми виборки-зберігання, а вихід під'єдрез другий регістр 19 сполучено з четвертим вхонаний до другого входу другого компаратора і чедом блоку, третій вхід з'єднано з виходом лічильрез подільник напруги до другого входу першого ника 20 та першим входом схеми збігу 22, компаратора, крім того у лічильника перший вхід четвертий вхід підключено до виходу першої схепідключено до виходу схеми збігу, а другий вхід ми виборки-зберігання 16, а вихід під'єднаний до з’єднано з входом першої схеми виборкидругого входу другого компаратора 27 і через позберігання, першим входом тригера і підключено дільник сигналу 23 до другого входу першого комдо виходу другого компаратора, а також синхроніпаратора 26, крім того у лічильника 20 вхід підкзатор, вхід якого з'єднаний з входом другої схеми лючено до виходу схеми збігу 22, а другий вхід зиборки-зберігання і з другим входом блоку, а пез'єднано з входом першої схеми виборкиршим виводом сполучений з управляючим входом зберігання 16, першим входом тригера 24 і підкпершого компаратора і входом тригера, другим лючено до виходу другого компаратора 27, а тавиходом з'єднаний з управляючим входом другого кож синхронізатор 26 з'єднаний на вході з входом компаратора і третім виходом з'єднаний із другим другої схеми виборки-зберігання 17 і з другим вховходом схеми збігу, у якої на третій вхід заведено дом блоку, а першим виходом сполучений з вихід тригера, а вихід першого компаратора з виуправляючим входом першого компаратора 25 і ходом блоку. входом тригера 24, другим виходом з'єднаний з Введення у пристрій нових вузлів, схем , елеуправляючим входом другого компаратора 27 і ментів та зв'язків між ними дозволяв визначати третім виходом з'єднаний із другим входом схеми проективне покриття як відношення числа у лічизбігу 22, у якої на третій вхід заведено вихід тригельнику подій флюоресценції до числа у лічильнику ра 24, а вихід першого компаратора 25 є виходом тактів опромінення, а у випадку, коли число тактів блоку. опромінення рівне 100, проективне покриття виПристрій за схемою на Фіг.1 працює наступним значають як число у лічильнику подій флюоресцечином: випромінення лазера 1 через модулятор 2 і нції. коліматор 3 потактно освітлює в надір об'єкт 4 у На Фіг.1 наведено блок-схему пристрою. вигляді плями 5. Оптичний сигнал з плями через На Фіг.2 показано варіанти заповнення фітоеоб'єктив 6, та спектральний прилад 7 подають на лементами плям освітлення рослинних об'єктів фотодетектор 3, де він перетворюється в електрилазером. чний. Електричні сигнали фотодетектора 8 подають на перший аналоговий вхід блоку адаптивного 7 64877 8 округлення 9, де фіксують події флюоресценції і зберігання 16. При цьому на виході цифроаналосигнали про це надходять до другого лічильника гового перетворювача 21 встановлюється опорний 12 для накопичення. Одночасно сигнали тактів сигнал ("а", 7), пропорційний поточному сигналу та опромінення з модулятора 2 подають до лічильникодам в регістрах 18, 19 і лічильнику 20. За строка 10, де їх накопичують. За досягнення в лічильбуючим сигналом С3 (4, Фіг.4) з схеми збігу 22 не нику 10 числа Ν, схема збігу 11 подає сигнал на надходить сигнал на вхід лічильника 20 (11, Фіг.4), ключі 13 для перезапису результату лічильника 12 тому що тригер 24 в стані "0". до індикатора 14 та четвертого входу блоку адапНаступний такт модулятора ("b", 1, Фіг.4) дотивного округлення 9, на установку лічильника 10 зволяє запис в другу схему виборки-зберігання 17 в "нуль", а також перекриває доступ сигналів із поточного сигналу ("b",5, Фіг.4) і тим самим подачу блоку 9 до лічильника 12. При цьому в лічильнику його для порівняння на компаратори 25 та 27. За 12 накопичується число n. Проективне покриття сигналом С1 синхронізатора 26, перший компаравизначають як відношення n/Ν, тобто за відношентор 25 порівнює поточний сигнал "b" з половиною ням числа зафіксованих подій флюоресценції до опорного сигналу на виході подільника сигналу 23, числа тактів опромінення, при накопиченні числа ("а", 6) сформованого з попереднього поточного тактів N-100 в лічильнику 10, число n в лічильнику сигналу "а". В даному випадку поточний сигнал 12 і буде результатом визначення проективного більший за половину опорного сигналу, тому перпокриття, виражене у відсотках. ший компаратор 25 формує сигнал на виході ("b", Адаптивне округлення поточних сигналів 8, Фіг.4). Так як поточний сигнал "b" більший за флюоресценції виконують з допомогою блоку адаопорний ("b", 7), то попередній цикл повторюється птивного округлення на Фіг.3. і за сигналом С3 синхронізатора 26 поточний сигБлок адаптивного округлення виконує наступні нал ("b", 5) записується у першу схему виборкифункції: зберігання 16 і заміняє опорний сигнал на поточа. Формування опорного сигналу, яке містить: ний ("b",7). - вибір опорного сигналу як більшого з поточБ наступному такті модулятора, ("c", 1) на пених сигналів: рший вхід блоку поступає поточний сигнал флюо- адаптація опорного сигналу до змін зразресценції менший як за опорний ("b", 7), так і за кового; половину опорного ("b", 6). Тому за сигналом С1 - потактне зменшення опорного сигналу при перший компаратор 25 не формує сигнал ("c", 8) зменшенні поточного сигналу; на виході, тобто цей сигнал в результаті округлен- вибір частки зменшення опорного сигналу за ня не фіксується як подія флюоресценції. За строскладовими: уставки масштабу зменшення, знабуючим сигналом С2 другий компаратор 27 не ченням проективного покриття та номера такту формує сигнал на повернення тригера 24 в "0", зменшення опорного сигналу. знімає установку "0" лічильника 20 і не надсилає б. Округлення поточного сигналу до рівня опосигнал на перезапис поточного сигналу з підсилюрного. вача 15 до першої схеми виборки-зберігання 16. Блок адаптивного округлення працює наступОпорний сигнал на виході цифроаналового перетним чином: На третьому вході блоку здійснюють ворювача 21 залишається незмінним. На вході початкову установку в регістр 18 коду коефіцієнта схеми збігу 22 діє сигнал "1" з тригера 24 ("c", 10) К та в регістр 19 числа, рівного половині ємності та "1" з лічильника 20, тoму за сигналом С3 ("с", 4) другого лічильника 12, що відповідає 50% проексинхронізатора 26 вона формує сигнал для ревертивному покриттю. При цьому на виході цифроасивного входу лічильника. 20. Лічильник 20 змінює налогового перетворювача 21 встановлюється свій стан на одиницю і міняє код на третьому вході нульовий опорний сигнал, внаслідок того, що сигцифроаналового перетворювача 21. Опорний сигнал на його вході рівний нулю. Цей опорний сигнал на його виході зменшується на величину Δ. нал подається на перші входи компараторів 25 та В наступний такт модулятора ("d", 1) поточний 27. Поточний сигнал флюоресценції ("а", 5, Фіг.4) сигнал більший за половину опорного але менший на першому вході блоку через підсилювач 15 поза опорний. Тому перший компаратор 25 за сигнадається на входи схеми виборки-зберігання 16 та лом С1 формує сигнал на виході, тригер 24 зали17. За тактовим сигналом модулятора 2 ("а",1, шається в "1", і другий компаратор 27 за сигналом Фіг.4) на другому вході блоку, в другу схему виборC2 не формує сигнал на зміну стану тригера 24 ки-зберігання 17 записується поточний сигнал ("d", 10), лічильника 20 та першої схеми вибіркифлюоресценції і з її виходу сигнал надходить на зберігання 16. За сигналом С3 стан лічильника 20 компаратори 25 та 27. За стробуючим сигналом зменшиться ще на одиницю, що призведе до змеС1 (2, Фіг.4) синхронізатора 26, перший компараншення опорного сигналу ще на Δ. Аналогічно потор 25 порівнює поточний сигнал флюоресценції з вторюються такти "е", "1" і далі, при зменшені поопорним, який в цьому випадку рівний нулю. Так як точного сигналу доти, доки б лічильнику 20 поточний сигнал більший, то перший компаратор накопичиться число 10, що призведе до створення 25 видає сигналі (8, Фіг.4) на виході. Цей же сигнал на вході схеми збігу 22 заборони формування сигС1 ставить тригер 24 в "1". За стробуючим сигнаналу на вхід лічильника 20 за стробуючим сигналом С2 (3, Фіг.4) синхронізатора 26, другий компалом С3. Подальше зменшення поточного сигналу ратор 27 порівнює поточний сигнал з опорним, не викликатиме зменшення опорного сигналу на який в цьому випадку рівний нулю, і видає сигнал величину Δ. (9, Фіг.4) на установку тригера 24 в "0" (10, Фіг.4), До заміни опорногосигналу на поточний може підтверджує "0" лічильника 20 та дозволяє запис призвести тільки збільшення поточного сигналу до поточного сигналу в першу схему виборкивеличини більшої за опорний сигнал, як у випадку 9 64877 10 "к" поточного такту модулятора, Спочатку перший Лічильник 10 за сигналами модулятора 2 накомпаратор 25 за сигналом С1 формує сигнал на копичує число тактів опромінення. Схема збігу 11 виході ("k", 8), потім за сигналом C2 другий компаформує сигнал при досягненні в лічильнику тактів ратор 27 встановлює тригер 24 в "0" ("k", 10), встаопромінення 10 числа N, зокрема N-100, новлює лічильник 20 в "0" і дозволяє перезапис в Нормуючий підсилювач 15, наприклад, операпершу схему виборки-зберігання 16 поточного сигційний підсилювач, здійснює підсилення сигналу налу, що призводить до заміни опорного сигналу фотодетектора 8 і нормує його відповідно до вина більший поточний. Стробуючий сигнал 03 не мог схем виборки-зберігання. призводить до змін опорного сигналу. Схеми виборки-зберігання 16 та 17 за сигнаДалі, в залежності від співвідношення поточнолом управління записують вхідний сигнал та заго та опорного сигналів блок адаптивного округпам’ятовують його. лення повторює відповідні цикли доти, доки в ліЦифроаналоговий перетворювач 21, перечильнику тактів 10 (Фіг.1) накопичиться число 100. множуючого типу, формує вихідну напругу пропоПри цьому схема збігу 11 формує сигнал на устарційну сигналу на його аналоговому вході а також новку лічильника 10 з "0", перезапис вмісту лічипропорційно до коду, створеному регістрами 18 і льника 12 до індикатора 14 та регістра 19 (Фіг.3) 19 та лічильником 20. на четвертому вході. Таким чином після 100 тактів Схема збігу 22 при досягненні в лічильнику 20 опромінення в індикаторі буде число рівне проекчисла 10 перекриває подачу сигналів на вхід лічитивному покриттю. льника 20. Ця схема вибирає, збіг сигналів будь Лазер 1, оптично з'єднаний з модулятором, є якого числа крім 10 у лічильнику 20, одиничного джерелом монохроматичного випромінення, яке стану тригера 24 та третього стробуючого сигналу використовують для збудження флюоресценції з синхронізатора 26. пігментів рослин, зокрема хлорофілу, для ідентиКомпаратори 25 та 27 порівнюють поточний фікації рослин на фоні ґрунту. За звичай викориссигнал з опорним або 8 половиною опорного і в товують лазери з довжиною хвилі менше 350нм. залежності бід результату порівняння, виробляють Модулятор лазерного випромінення 2, оптично відповідні сигнали на виході блоку адаптивного з'єднаний з лазером 1 та коліматором 3, слугує округлення та зміну опорного сигналу цифроанадля імпульсного опромінення об'єкта, а його сиглового перетворювача 21 на поточний сигнал нал використовують для синхронізації виділення першої схеми виборки-зберігання 16. та аналізу сигналів відбиття чи флюоресценції, Синхронізатор 26 за тактовими сигналами мовикликаних саме цим опроміненням. Використодулятора на другому вході блоку (1, Фіг.4) формує вують модулятори обтюраторного або акустостробуючі імпульси С1, С2, С3 для управління, оптичного типів для лазерів безперервної дії. В відповідно, компараторами 25 та 27, тригером 24 імпульсних лазерах модулятор закладено в їх та схемою збігу 22. конструкції. В залежності від відстані до об'єкта та харакКоліматор 3, оптично поєднаний з лазером 1, теристик лазера, плями освітлення можуть мати слугує для формування паралельного променя з різну одиничну площу, а в залежності від проективипромінення лазера і дозволяє компенсувати вного покриття має місце різне заповнення освітрозходження випромінення лазера, характерного лених плям фітоелементами (Фіг.2). У випадку 1 для кожного типу. Це зберігає діаметр плями освіпроективне покриття Пп>100% і освітлена пляма тлення при різних відстанях до об'єкта. повністю заповнена фітоелементами, у випадку 2 Об'єктив 6, оптично з'єднаний з фотодетектопроективне покриття Пп>50% і освітлена пляма ром, призначений для збору оптичного сигналу з заповнена фітоелементами більше ніж наполовиосвітленої плями 5 та подачі його на фотодетекну. У випадку 3 проективне покриття Пп