Мультиспектральный анализ изображений зеленых растений для идентификации стрессовых состояний Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Секция «Информационно-управляющие системы»

УДК 001(06) 520.876

Е. Ю. Золотарева, А. Г. Зотин Научный руководитель - А. А. Тихомиров Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

МУЛЬТИСПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ИЗОБРАЖЕНИЙ ЗЕЛЕНЫХ РАСТЕНИЙ ДЛЯ ИДЕНТИФИКАЦИИ СТРЕССОВЫХ СОСТОЯНИЙ

Рассмотрена задача и эксперимент по оценке негативных факторов, воздействующих на растения, по данным видеорегистратора с использованием программной системы, позволяющей распознавать изменения цвета листьев на фотоизображении с лабораторной установки.

Повышение эффективности сельского хозяйства после достижения пределов экстенсивного развития, в условиях его комплексной модернизации, требует, в частности, эффективных средств мониторинга и управления технологией выращивания растений.

Целью настоящей работы является разработка программного обеспечения для оценки риска воздействия негативных факторов при выращивании растений в искусственных условиях (теплицах, лотках, специальных помещениях).

Принцип действия установки основан на некоторых типовых особенностях задачи мониторинга состояния растений в сельском хозяйстве, экспериментальных биосистемах и космических приложениях, на периодическом наблюдении ограниченного набора свойств растения и/или окружающей среды. В разрабатываемом программном обеспечении сочетается

температурный и влажностный мониторинг с элементами технического зрения, в частности, исследования цветовых характеристик растения [1].

Порядок формирования цветовой модели показан ниже (рис. 1).

Предполагалось наличие области цветовых изменений, соответствующих здоровому растению в заданной фазе развития; это предположение доказано А. Г. Зотиным, Е. Ю. Золотаревой и В. Н. Шиховым в ходе двух экспериментов в Институте биофизики СО РАН в апреле и октябре 2011 года.

Результаты эксперимента, показанные ниже (рис. 2), показывают хорошую корреляцию между флюоресцентным методом (показано измерение нефотохимического тушения) и изменением цветовых характеристик растения.

Рис. 1. Порядок формирования цветовой модели

Рис. 2. Результаты эксперимента

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Информационные технологии

Новизна идеи основана на использовании и исследовании цветовых характеристик фото- и видеоизображений. Для решения практической задачи исследуется метод анализа данных, в основе которого лежит принцип статистического анализа данных, получаемых в различных цветовых представлениях (кодировках). Для построения цветовой модели требуется решение задач кластеризации, оценки корреляции и распределения данных. Эти задачи могут быть сведены к задаче выбора наиболее пригодных для анализа полученных данных цветовых представлений (кодировок).

На основе проведенных НИР и прикладных исследований мы планируем разработать программное обеспечение (набор программ, автоматизирующих различные технологические процессы выращивания сельскохозяйственной продукции в искусственных условиях) и аппаратное решение. При этом планируется достичь снижения риска воздействия негативных факторов при выращивании растений на 18-30 %.

Выводы:

- повышается автоматизация процессов в биотехнической системе жизнеобеспечения БИОС-3

- разработан дешевый и точный метод анализа изменений состояния растения

- разработанный алгоритм распознавания и локализации растений позволил увеличить точность локализации на 10-15 % и быстродействие в задаче распознавания - на 14-20 %.

Результаты опубликованы [2].

Библиографические ссылки

1. Зотин А. Г. Дамов М. В. Построение изображения сцены совмещением последовательных кадров // Вестник СибГАУ. Вып. 5 (31). Красноярск, 2010. С. 212-217.

2. Зотин А. Г., Золотарева Е. Ю. Зотин, А. Г., Золотарева Е. Ю. Применение мультиспектральной сегментации для анализа состояния растений по данным видеорегистратора // Программные продукты и системы : Междунар. журнал. Вып. 4 (94). 2011. С. 113-117.

© Золотарева Е. Ю., Зотин А. Г., 2012

УДК 621.396

Р. В. Карцан, Е. С. Жукова Научный руководитель - И. Н. Карцан Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

УНИВЕРСАЛЬНОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПО ТИПУ «КАРКАС»

Представлено универсальное программное обеспечение с возможностью оснащения любым функционалом под любые задачи. Реализует принцип оптимизации, централизации и объединения всевозможных функций в единую автоматизированную систему.

Наряду с развитием различных новых сфер бизнеса, науки и др. сфер деятельности человека возникает потребность в использовании различного программного обеспечения, помогающего или необходимого для дальнейшей реализации проекта, идеи или работы. Существующие на сегодняшний день программы содержат либо достаточно мало нужных функций либо содержат много, но узкоспециализированных функций. Зачастую узкоспециализированный программный продукт стоит дорого, что сильно бьет по кошельку простых пользователей и различных фирм в частности. Так как это узкоспециализированное программное обеспечение имеет хороший, но узкий круг действия своих функций, для достижения определенных задач нужно комплекс программ.

Мой проект создан для решения данной проблемы. Проект реализует в себе базу функций, для решения комплексных задач, не уступающий с решением этих же задач при помощью комплекса программ, и имеющий довольно низкую себестоимость по сравнению с ним.

Суть проекта заключается в разработке большого функционала, комбинирующего множество направлений, а также разработка «дружественного интерфейса», реализация функции распространения.

Для реализации проекта, заключающего в себе множество необходимых функций, требуется либо

большое количество времени, либо огромное количество исполнителей, работающих над маленькими функциями, которые и создадут требуемую работоспособность. Исходя из этих принципов, планируется реализовать некую систему, где будут привлекаться волонтеры. То есть будет написан базовый программный продукт - так называемый каркас, к которому можно будет прикрепить любой требуемый функционал. После этого будет проводиться ряд мероприятий, таких как агитации и конкурсы, для написания различных функций решающих различные задачи.

Так как процесс расширения функционала требует времени и постоянных обновлений, то распространение проекта будет не стандартным. Мы будем распространять сперва «сырую» версию, содержащую минимум функционала с агитацией на помощь расширения функционала. Для избежания постоянного обновления весь проект будет храниться на сервере, а пользователи получат лишь 1 файл, через который и будет осуществляться работа. Файл, по сути, будет содержать ссылки на функции, которые хранятся на сервере. При запросе функции она будет тут же скачана с сервера и других пользователей, владеющих этой же функцией по средством Torrent сервиса. Таким образом, мы практически полностью исключим обновле-