Новая система камер с активным освещением, разработанная исследователями из Пенсильвании, может стать решающим шагом в разработке систем машинного зрения, которые позволят роботизированным устройствам более четко «видеть» сельскохозяйственные цели, на которые они будут реагировать.
По словам руководителя группы Дэуна Чоя, доцента сельскохозяйственной и биологической инженерии в Колледже сельскохозяйственных наук, система, использующая светодиодные фонари, работающие от перегрузки по току, для создания мощной вспышки, способной срабатывать несколько раз в секунду, обеспечивает надежное изображение в дневное время. . По ее словам, этот подход позволяет преодолеть переменное освещение и несоответствия цветов из-за солнечного света и в значительной степени устраняет размытость изображения, возникающую из-за движения транспортного средства и вибраций от грунта.
«В будущем эта или подобная система, вероятно, будет использоваться для управления механизмами, которые независимо выполняют трудоемкие задачи, такие как обрезка яблонь, оценка урожайности плодов, прореживание плодов и сбор грибов», — сказал Чой. «Новаторский аспект этого исследования заключался в том, что ток, потребляемый светодиодами, был увеличен в шесть раз по сравнению с нормальным значением, что привело к увеличению освещенности».
Исследование важно, добавил Чой, потому что все больше фермеров заинтересованы во внедрении технологий точного земледелия и автоматизации для повышения производительности и эффективности. В связи с усилением глобальной конкуренции, ростом спроса на продукты питания из-за роста населения и ожиданиями потребителей в отношении более качественной сельскохозяйственной продукции производители обращаются к системам машинного зрения с устройствами дистанционного зондирования для сбора и анализа данных в сельскохозяйственных приложениях.
Член исследовательской группы Омид Мирбод, докторант в области сельскохозяйственной и биологической инженерии, разработал схему для хранения и передачи энергии светодиодам для создания эффекта строба, а также контроллер, используемый для синхронизации строба с камерой для получения изображений.
Искусственный интеллект хорошо справляется с изображениями, которые действительно богаты информацией, поэтому важно получать изображения высокого качества», — сказал он. «Для сельского хозяйства нам нужны изображения, инвариантные к условиям внешнего освещения. Если вы снимаете изображение, на котором фрукт очень насыщен солнечным светом, а затем снимаете другой в тени, где мало солнечного света, искусственный интеллект может с трудом его распознать.
Исследователи развернули систему в яблоневом саду в течение трех дней летом 2020 года. Снимки различных структур навеса были сделаны в течение дня как в солнечную, так и в пасмурную погоду. Использование светодиодных вспышек привело к значительному улучшению яркости изображения и однородности цвета.
В выводах, недавно опубликованных в журнале « Компьютеры и электроника в сельском хозяйстве» , исследователи сообщили, что изображения, полученные с помощью прототипа системы, были очень высокого качества. В течение 11-часового периода изображения показали среднее уменьшение на 85% стандартного отклонения для каналов значений оттенка-насыщенности по сравнению с настройкой автоматической экспозиции. Кроме того, прототип системы смог исправить размытость при движении на изображениях машинного зрения, когда камера двигалась со скоростью около 4 миль в час.
Ксеноновые лампы-вспышки использовались для дневной визуализации, а светодиоды использовались для ночной визуализации в предыдущих исследованиях, но Мирбод считал, что это исследование было необходимо, потому что никто не делал оценки производительности светодиодных фонарей с перегрузкой по току для приложений дневной визуализации.
По словам Мирбода, активное светодиодное освещение и концепция машинного зрения, разработанная исследователями из Пенсильванского университета, направлена на управление сельскохозяйственными роботами, которые могут работать в поле 24 часа в сутки, семь дней в неделю.
«Таким образом, не имеет значения, в какое время они работают и много ли солнечного света», — сказал Мирбод. «Потому что, в конце концов, мы хотим иметь полностью автоматизированные системы, которые могут работать в полевых условиях в любое время».
Иллюстрации: Pennsylvania State University
Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК