автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Автоматическая очистка семян сахарной свеклы

Український державний аграрний університет " 1 ’ На правах рукопису

Єрмілова Наталья Василівна

УДК 631.3:681.7 АВТОМАТИЧНА ОЧИСТКА НАСІННЯ ЦУКРОВОГО БУРЯКА

05.13.07 - Автоматизація технологічних процесів та виробництв

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Київ - 1993 р.

Науковий керівник - академік УАННП, доктор технічних наук,

процесор М.В.ГалаЯ

кандидат технічних наук, доцент Б.Л.Головінський

Провідна організація - інститут цукрового буряку УААН

Захист відбудеться " ^ " і1993 р. о ^ год.

на засіданні спеціалізованої ради К 120.71.02 в Українському державному аграрном!' університеті.

Прохання взяти участь в обговоренні дисертації під час захисту або надіслати відгук на автореферат, завірений гербовою печаткою, на адресу: •

252С4Ї, и.Китв - 41, вул. Героїв оборони, 15, секретаріат . спеціалізованих рад.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці УДАУ.

Автореферат розіслано " ^^і.- 39^3 р_

П

ВчениЯ секретар спеціалізованої па£я, кандидат технічних наук, доцент

І.П.Тиг;еі!ко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

„Актуальність течи В останні роки, спираючись на науково-технічний прогрес, вдалося дещо підвищити технічний рівень галузей сільського господарства. ■

Разом з тим, біокліматичний потенціал України використовується тільки на 50 %, а генетичні можливості сортів сільськогосподарських культур та порід тварин реалізуються тільки на ЗО В сільськоцу господарстві на важких роботах зайнятий коми'й другий, а в переробній сільськогосподарській промисловості - кожний третій робітник. Впровадження досягнень науково - технічного прогресу ускладняється різким підвищенням гін на продукцію сільськогосподарського машинобудування. В результаті цього продуктивність праці падає при одночасному зростанні його оплати, що приводить до це більшого розбалансування економіки, збільшення дефіциту продовольства.

Нормалізація становища, що склалось, неможлива без достатньої кількості високоякісного сортового насіння. Зажлив:ш елементом з комплексу заходів доведення виробництва насіння сільськогосподарських культур /в току числі і цукрового буряка/ до об"ємів, що забезпечують потребу в них колгоспів і фермерських господарств, є очистка насіння від супутніх бур"янів.

Із збільшенням посівних площ і впровадження механізованого збирання насінників сільськогосподарських культур значно збільшилась засміченість насіння бурпянамі. Це привело до зростання як кількості видів насіння бур"янів, г’зк і їх чисельності на кілограм основної культури.

Враховуючи сучасний стан теорії та .практики очистки насіння, а також вимоги виробництва, що включає спеціалізовані господарс-

- 3 -

тва з виробництва насіння, їх післязбиральний обробіток і збереження, наїм зроблено висновок про доцільність розробки спеціального о чи сімка насіння цукрового буряка від важковіддільних засмічувачів. Призначенням його буде доочистка партій насіння, що залишилось некондиційним.

Вивчення стану проблеми показало також, и;о насіння недостатньо досліджене як об"єкт розпізнавання, тобто вихідна інформаційна база недостатня для розв"язання завдань розподілу їх за класами. Крім того, не знайшла вирішення питання одержання і технічної реалізації оптималшого алгоритму розпізнавання насіння. В зв"язку з цим актуальним с дослідження кошлексу питань, зв"язаних з вивченням інформаційних потоків, обгрунтуванням алгоритмів розпізнавання насіння і технічної реалізації цих алгоритмів.

Даний напрямок роботи включено в план науково-дослідних робіт УкрВДІСГШа. ' .

_Ціль та_завдання дослідження

Метою дослідження е наукове обгрунтування пристроп автоматичного розподілу насіння буряка і вагловіддільних бур"янів на базі фізичних і геометричних ознак.

Досягненню поставленої мета були підпорядковані такі завдання : .

- дослідити насіння як об"єкт розпізнавання: виміряти доступні Мізинні властивості та геометричні параметри, відібрати ті, ідо найбільше відрізняються, сфорі^вати первинну снстоу ознак, вивчити її інформативність і с^ор.'^татл вторинну систеїу ознак; визначити статистичну модель розподілу значень ознак, визначити статистичну модель розподілу значень ознак, визначити доцустимі похибки вимірювань /методичні, технічні/.

- на базі одержаної моделі ознак обгрунтувати і оптимізуЕа-

- - 4 -

ти апаратурно-програмним методом модель розпізнавання насіння буряків і бур"янів /відношення максимальної правдоподібності для багатовимірних нормальних розпоціліз ознак, вплів виді’ модегей статистичних зв"язків ознак на вид рівнянь, кількість членів і похибки розпізнавання/;

- розробити і технічно реалізувати алгоритм розпізнавання насіння буряка і бур"янів, оцінити результати.

_Методи до^пдкенЬі Зиконуючи дану роботу, автор'використав методи статистичної обробки результатів експериментальних досліджень, основні положення теорії розпізнавнння образіз, планування експеримента, автоматичного управління і теорії імовірностей.

Предмет дослідження - насіння цукрового буряка і супровідних бур"яніз, методи класифікації об"єктів.

На захист виносяться :

- результати досліджень фізичних властивостей і геометричних

параметрів насіння, інформативність ознак, похибки вимірювань, робоча система ознак; ' '

- результати досліджень моделі статистичного розпізнавання насіння , вирази для розрахунку коефіцієнтів дискримінантних функцій;

- алгоритм відокремлення насіння буряка від важковіддільшх домішок бур"янів і пристрій його реалізації.

Наукова новизна виконаної роботи полягає в тоцу, що вперше:

- шляхом експериментально-теоретичних досліджень знайдено

робочий ознаковий опис класів насіння буряка і важковіддільних бур"янів; о •

- науково обгрунтована і оптимізована апаратурно-програмним методом модель розпізнавання насіння і визначені параметри і вид дискримінантної функції, .а також вплив статистичних зв"язків ознак

• - 5 -

на імовірність помилок розпізнавання;

- розроблено' алгоритм розділення насіння буряка і бур"янів: він технічко реалізований на базі матричного (фотоприймача і об-числювально-управляючого пристрою. '

_П^актачна_цінністьРозроблено пристрій, який реалізує алгоритм розпізнавання, що с оптимальним для розв'язування цієї задачі; в процесі випробувань доведена працездатність та переваги отриманих в дисертації наукових і технічних рівень, що пов"язані з проблемою розпізнавання.

_Акр£баіпя_роботи._ Головні положення дисертаційної роботи доповідались та обговорювались на республіканській науково-технічній конференції "Проблеми конструювання і технології виробництва сільськогосподарських машин" /м.Кіровоград, 1991 р./» науково -технічній конференції ВНДПТІИЕСГ / м. Зерноград, 1991 р./, також на щорічних наукових конференціях професорсько-викладацького складу Полтавського 1 Б 1, починаючи з 1963 р. .

Ізублікації^ Основні положення дисертації опубліковані в II друкованих роботах. Одержмо одне авторське свідоцтво та одне позитивне рішення на подацу заявку на винахід. .

^бсяг_роботн,_ Дисертація має вступ, п"ять глав, висновки, список використаної літератури та додаток. Сбсяг II - 201 аркуш, в тоцу числі: 17 таблиць на 33 аркузах, 44 малюнки на 44 аркушах, де наводяться роздруки алгоритмів розроблених програм, результати дослідження ознакового простору насіння, документі, що підтверджують впровадження, та список літератури на'12 аркулах, , якій складає 130 назв, з яких 8 іноземних авторів.

ЗМІСТ РОБОТИ

В першія_главі_"Методи та способи розпізнавання і класп-" - 5 - *

фікації об"єктів"проведено аналіз етапів автоултизації пристроїв для сортування сипучих матеріалів, визначена тенденція їх розв'лт-ку, динаміка кількісного та якісного ускладнення технологічних схем очистки, сучасний стан теорії і практики очистки насіння від супутніх бур"янів.

В даний час вітчизняні насіннєві заводи устатковані переважно імпортним обладнанням фірм " ” /Швеція/ "Т)а,г,а£ п

/Данія/. Всі кашки і обладнання дозволяють проводити якісний обробіток насіння іскрового буряка, однак, через відсутність спеціальної машини для очистки насіння від ваг-козіддільшіх засмічувачів, в них залишається, схоже за фізико-механічніим властивостям насіння бур"янів /дикої редьки та просвірника/.

Аналіз існуючих машин та обладнання для обробітку насіння на насіннєвих заводах показує, що для покращення посівних якостей насіння подальші роботи слід зосереджувати на пошуках принципово нових технічних рішень створення засобів та способів очистки насіння. • '

В цій главі розглянуті основні напрямки параметричного та непараметричного підходу до завдання розпізнавання природних об"єктів.

Після аналізу робіт з оцінім якості і сортування сільськогосподарської продукції зроблено висновок, що в даний час вона здійснюється переважно за спектральним коефіцієнтом яскравості, при-чоіф’ в досконаліших фотометричних системах використовують порівняння оптичних параметрів насіння в двох, трьох і більше ділянках спектру відбитого випромінювання.

Не дивлячись на велику кількість,винаходів та наукових робіт , багато актуальних питань теорії розпізнавання ще знахо-

■ - 7 -

дятьоя в стадії розв"язання. Слабо вивчені багато координат вихідного ознаковогб опису, а також методи його перетворення та опти-мізації. Методика оптлигльного розділення класів насіння також . ■ потребує удосконалення. '

Вищевказані причини зумовили вибір і обгрунтування напрямків дисертаційних досліджень. . ;

В другій главі "Одержання первинноі інформації про власти-бості об"єктів" наведені результати досліджень оптичних, структурних та інших властивостей насіння цукрового буряка і сулут-них бур"янів. На базі одержаних відмінностей сформульована апріорна система ознак, що характеризує кожний клас. ' /

В о ги; су наведені методики дослідження властивостей насіння, а такок одергкані результати. • ,

Коефіцієнт заломлення насіння, який вимірювався за фтовим . способом, підтвердив прийняту гіпотезу про його ВІДМІННІСТЬ ДЛЯ' різних класів насіння. Встановлено, що показник заломлення насіння цукрового буряка рівний 1,672 , дикої редьки - 1,676, просвірника - 1,654. детальніше цей показник не досліджувався в зв"яз^у з малою різницею, а тако:* в зв"язку з відсутністю безконтактних способів його вимірювання.

Досліджувався показник поглинання насіння, який зв"язу? зміну світлового потоку, що пройпов через об"єкт, з величиною падаючого. Дослідження показали, що показник поглинання насіння цукрового буряка коливається в межах 0,90 ± 0,23; просвірника -

0,86 + 0,34; дикої редькі - 0,92 ± 0,19.

Автором виміряний коефіцієнт блиску насіння, який характеризує їх здатність змінювати просторові розподіли відбитої енергії.

Встановлено, що, незважаючи на свою шершаво-матову поверхню, насіння досліджуваних рослин володіють деяким блиском, величина якого залежить від виду культури. Блиск насіння цукрового буряка рівний .0,20 %, просвірника - 0,22 %, докоі редьки - 0,41 %.

Білість насіння /ступінь відступу його кольору від білого/ вимірювали інтегральним способом шляхом порівняння розсіяного інтегрального відбивання насіння з відбиванням контрольного зразка. Дослідження показали, що білість насіння всіх культур коливається в широких межах, середні ії значення дуне відрізняються між собою, але внаслідок зелікого розсіювання навколо середнього, виникають і ділянки "накладення" білості насіння різних класів ро слин. Ступінь білості насіння цукрового буряка /в відносних .одиницях складає 0,723 І 0,013; дикої редьки - 0,775 ± 0,045; просвірника 0,787 ± 0,035.

Досліджувався процес поляризації відбитого випромінювання. Одержані результати підтвердили гіпотезу про здатність насіння повертати вектори електричного та магнітного полів на певний кут. Встановлено, що ступінь поляризації має спектральну залежність і найбільш чітко виражена в ультрафіолетовій та близькій видимій області спектру.

паПменяо значення відмінностей ступеня поляризації досліджуваних видів насіння приходиться на довжину хвилі 480-І0~^м. Стано вище екстремумів на хвильовій вісі, їх величина та число переважно не співпадають у різних типів насіння.

Вимірювання коефіцієнту відбивання проводилось-в видимій, близький інфрачервоній та ультрафіолетовій областях спектру. Як випліває із експерименту, спектральний коефіцієнт відбивання має невелике значення в ультрафіолетовій області, зростає в видимій

• • - 9 - .

і досягає максиму^' в близькій інфрачервоній області довжин хвиль. На деяких доаяинах хвиль коефіцієнти відбивання досліджуваних класів насіння рівні міх-. собою / Я< = 400.10~^м/, тобто при таїмх значеннях хгиль класи не відрізняються за відбиванням, а на інних - / X. =■ І.ІО ^м/ - коефіцієнта відбивання різкі.

Дослідження залеглості здатності насіння відбивати світло при різних кутах спостереження показали, що всі види насіння мають просторовий розподіл відбивання, близький до рівномірно-диіїузійно-го. Це пояснюється тіш, що всі насінини мають шершаву поверхню, а тому яскравість поверхні в відбито^ світлі практично однакова за всіма напрямкам*. простору і мело залетіть від кута спостереження. Довжина рг.діус-векторів індикатрис відбивання насіння залетіть від ГСого виду і довтлки хвилі: оскільки розміри насіння значно ле-реригусть дов-аіни досліджуваних світлових хвиль, то характер розподілу світла не залетіть від розмірів. . .

Опис кольорових образів класів насіння проводився за трикольоровою системою ХУ£ . Експеримент показав, що кольорові характеристики не мають істотних відмінностей для досліджуваних класів насіння, а т<му вони не були введені в апріорну систеі.у ознак.

Крім оптичних, були еивчєні також структурні властивості видів насіння. Дослідження ступеня складності об*єктів /ступеня їх відмінностей від кола/ показали,.що насіння цучрового буряка, яке має складну (їорц/ з великою кількістю влцуклостеП і впадин , мають і більр-Г: коефіцієнт складності: мінімальний коефіцієнт складності мас кругле насіння просвірника. Дослідження ступеня еліптичності об'єктів, яка визначається співвідношення;.: всієї .фігури, лоха-оало, н;о насіння дикої редьки і просвірника в деяк,їх проекціях значно відрізкготься від насіння буряка ::а цим г.-ара.'-етром.

Виконані Еипробуве.ння мзгкіт::;іх Елзетивоста'? пасшчп пс::а;;г,-• - 10 -

ли, що для всіх досліджуваних класів вони є діамагнетики. Внаслідок малої різниці в величинах магнітної сприйнятливості, а також складності методики та техніки вимірювань, використання цих властивостей для класифікації не реальне. ■

Дослідження електричних властивостей насіння .показало, що при стандартній вологості насіння всіх класів - .діелектрики, різниця їх електричних властивостей незначна..

На базі вивчення фізичних властивостей насіння виділені характеристики, які максимально відображають якісні відмінності насіння різних рослин. Із цих характеристик сформульована апріорна система ознак, яка є вихідною для синтезу робочого словника ознак, що описують класи насіння, розпізнавання яких вимагається при розв'язанні даного завдання.

_3_т]зетій главі _ "Дослідження і синтез ознакового опису 06"-єктів" проведена мінімізація ознакових описів класів, дослідження їх на відповідність нормальному законові розподілу, визначення допустимих пошлок вимірювання ознак, розрахунок реальних помилок, які виникають при практичному вимірюванні цих ознак, визначені вимоги до процесу вимірювання. '

Для мінімізації апріорної системи ознак використано поняття інформативності за Шенноном, у відповідності з яким інформативність сть деякого К - го параметру відносно множини класів об"ектів оцінюється як різниця початкової ентропії системи та ентропії розв"язку за цим параметром.

Обрахунок інформативності ознак, які вклочені в апріорну систему, виконувався за допомогою ЕОМ. За результатами обрахунків , побудовані кріві зміни інформативності, ознак залежно .від кількості градацій 3. Аналіз цих кривих за всіма ознакам! дозволів здійснити мінімізацію кількості градацій ознак з .точки .зору затрат

- II - •

па!-."яті пристрою розпізнавання та сумарних втрат інформативності параметрів розпізна?акня.

За результатами експерименту був зроблений висновок про най-більцу інформативність ознак Х^Х^ при розпізнаванні насіння просвірника оер^д насіння цукрового буряка /класи та ознак

ХДз при розпізнаванні насіння дикої редьки серед насіння цукрового буряка /класи На основі цього для побудови сис-

теми розпізнавання були вибрані ознаки Х^Х^Хь , де -ознаки, п;о характеризують інтегральну білість насіння, ~ ступінь складності формі, Х^ - ступінь еліптичності. ,

Ь вибраних ознак сформовано робочий ознаковий простір у вигляді тривимірного масиву. Перекладені на маїтанні носії інформації масиви контрольних та екзаменаційних вибірок використовували в по-дальззьу як базу для розробк; ал’орпт'.ї,’ розпізнаванні видів насіння. Обчислені статистичні характеристики вибірок: середні значення ознак, дисперсії, коварційні та кореляційні мчтриці. Результати обрахунків показують, до всі ознаки взаємно корельовані, макть асиметрії та ексіуги.

Виконане дослідження показало відповідність розподілів ознак нормально:.^' законові. Зектор допустимлх помилок знайдено за методом гизначення допустимої багатовимірної помилки вимірювання ознак, по базується на статистичноцу моделюванні процесу розпізнавання.

■ Під час моделювання ставились параметри опису класів розпізнавання: векторі середніх, коваріаційні матриці, об"сми нагчаль-ннх та екзаменаційних вибірок, параметри статистичної мітелі, імовірності помилок першого /?} 2І та другого /Р? }/ роду. лектор до-пустиі::х по;::лск г-пмігг.вання ознш: -побочих описів насіння ^.т'яка має мгляд /у відносних-одиницях/ : = /3,Ру', о?., 3,9/"/ ;

- 12 -

насіння дикої редьгя ^5 = /3,35. 5,81, 4/Л/ ; насіння просвірника = /З,ЗІ, 4,0!"', 5,2у/. Вихідні дані та параметри моделі булп взяті із експерименту.

Вимірювання геометричних параметрів проекцій насіння /площ,

перлі,іегрів, показнпків еліптичності/ запропоновано проводити шляхом їх оптичного сканування: за допомогою фотоприймача з зарядовим зв'язком КІ2ССЦЛІ . Постало завдання визначення помилки ознак, що виникають за такого їх вимірювання. •

Під час проход:кв:шя проекції рухомого об"екту через рядкову матрицю світлочутливих елементів в когхний момент часу на виході її мохна одержати деяку послідовність імпульсів, суму яких моота подати одиничним сумарним імпульсом /хордою/. Площа І -го £б”є~ кту за методом додавання довжін хорд визначається як:

£і=\рі и

/ І /

де П - кількість хорд, що приходиться на об"екр, ^3 - крок квантування, ^ - дов.-зша^ ^ ^ хорди /мал. І/

Мал. І. Спосіб визначення геометричних параметрів об"єктів Було показано, що точність вимірювання зале:шть не від кількості рядків0 А/ , що приходиться на досліджувану фігуру, і від кількості імпульсів, цо визначають довжину хорди /сторони/ цієї фігури.-При А/ =50, П = 100 помилка у ви;іірзваші площ фігур - - ІЗ -

не перевищує І %.

Дійсний периметр фігури рівний сумі довжин дуг, які її складають. Але вимірювання дуг технічно здійснювачі достатньо важко, а тому периметр визначався як сума сторін ступінчатої фігури, вертикальні сторони якої - відстані між рядками, а горизонтальні -різниця між двома хордами на сусідніх рядках.

Цей спосіб має істотні переваги з точки зору простоти технічної реалізації:

І.-/г/

4 ^

Величина Ь , обчислена за формулою /2/ завжди більша дійсної, але даний метод визначення параметрів може успішно застосовуватися, так як величина та знак пошлки при вимірюванні класів досліджуваних фігур зберігаються приблизно однаковими /біля 3%?о/.

Дослідження величини пошти, що виникає при визначенні ступеня еліптичності фігур показало, що ця величина залежить від діапазону зміни ексцентриситету досліджуваних об"єктів: чим він більше, тим гірша точність визначення коефіцієнту еліптичності; при значних варіаціях у величіні ексцентріситету помилка у визначенні коефіцієнту еліптичності стає великою /15% і більше/-, а тому було зроблено висновок про необхідність попередньої орієнтації об'єктів розпізнавання.

З ч£тве£тій_главі_ "Моделювання та алгоритмізація процесу розпізнавання" розглянуті результати досліджень параметрічного підходу до розпізнавання образів, синтезовано алгоритм розпізнавання.

Базою для дослідження стали масиви статистичних вимірювань ознак насіння, що належать до вихідної системи. При побудові алгоритму розпізнавання використовувалися рівняння функції, одержг.-. - 14 -

ні шляхом застосування відношення максимальної правдоподібності до сукупностей, які становлять класи розпізнавання. Багатовимірні сукупності апроксицували нормальним законом.

Розглянуто загальний і чотири окремих випадки. Загальний випадок - коли класи насіння мають ознакові описи з нерівними і’ нє-діагональни..^ коваріаційними матрицям:. Окремими вважались випадки, коли коваріаційні матраці: недіагон^льні і рівні між собою; нерівні, але діагональні; діагональні і рівні, одиничні. Рівняння дискримінантних функція для всіх типів козаріаційних матриць одержали з допомогою ЕОіі за спеціально розробленою програмою.

Для кожного випадку обчислені імовірності помилок розпізнавання. Проведені дослідкення дали можливість одер’-:<ати такі результати: .

- дзовиміркий простір ознак виявився неприйнятним для да-

ного підходу в зв”язку з неадекватністю розподілів ознакових під-просторів ріг-ках класів насіння: одна і та ж пара ознак мо’хе забезпечувати малі імовірності помилок класифікації при розпізнаванні одних клас' з і великі - при розпізнаванні інших. Так при розпізнаванні класів ^?|*^2прн двовимірної.^ підпросторі ознак забезпечуються імовірності помилок 2 = ’ ^2 І = »

цей не підпростір при розпізнаванні класів £2., ^^забезпечує

р^ д = 0,270, Рд 2 = 0,04. Аналогічний результат одержано І для ознак х,хг . Ко:ша ознака опису має рівний вплив на імовірність помилок першого та другого роду, цей вплив залежить і від інших ознак опису; .

- внаслідок корельованості ознак, простори більш високої ро-

змірності не завжди дають менпі імовірності помилок класифікації порівняно з просторами невисокої розмірності. .

- квадратичні дискримінанті функції майне в усіх випадках забезпечили менші імовірності помилок розпізнавання, нія лінійні,

' - 15 -

але останні завинувть імовірність помилки не більше, ніж на І ^ при довірчі;"; імовірності 0,95.

Під час розпізнавання класів насіння за видами через значне зростання побілок не могла виконувати кавчання "насіння цукрово вого" буряка - насіння бурплнів", і.гобхідно здійснювати окреме навчання "насіння іскрового буряка - насіння просвірника",’’насіння цукрового буряка - насіння дикої редьки”, а потім екзаменувати за одержаними рівняннями всі класи і використовувати те рівняння, яке забезпечус наймонпі імовірносте помилок.

. "атематнчно цеГі алгоритм можла записати /для 3 - вимірного, озкакового простору/: . ^

(Х(ХгХ-з)є Ф , если ^(х)70 л^26с)>’0

' с-4 *

V 60-.О л V 13/

л АІ<г(%)>о\. :

• де Дискримінгнтна функція, одержана пр.і навчанні

"насіння цукрового буряка - насіння дикої редьки", §»(*>- дискримінанта функція, одержана при кавчанні "насіння цукрового булка - насіння просвірника".

•Враховуючи вице наведене, а також, виходячі!, із міркувань економічності пристрою, який розробляється, за робочий було взято лінійний алгоритм класифікації, використання якого під час експериментальних досліджень показало хороші результати.

Одержане рівняння дискрлмінантної (Тунісції під час використання трьох ознак має вигляд:

я. о.А%{ +-схг%г.4-;а.і:^і + с{-) ,

' - 16; - ’ • ■

,е а,-

+Йа(Я?-Х^);

&ік= л7Г 4< - 5Д"':!?:і новзрізціГйюї

матриці, іЗ'^”_ огорнена ковнріаційпа матриця. •

Алгоритм оптимального розпізнавання насіння цукрового буряка (®.) від насіння дикої редьки (®0 і просвірника («,) .мас вигляд:

, если [(н,о2.х, +-о,гАХі-ооч^+4г.Д>)>о] л

л[(-ОА5х,+-0,06X^0,039) >0]

' /5/

(ХЛ^Хз)є Ягу ^Ь;есАм[(-^о2^*0,2.4Х^О/іХ^^о]*

л[(-0/АЗх(*0,0Ьіііі-ОІАЗКг,-УІ29)^О^

V [(- 1,02.x, + 0,24 Х2-0,04 Хі+Ці^)^ о] А л Ц- 045х( * 0,06 Хі+о,4ь хл- ^Ь9^<0~| V уЦ- +0,2АХі- о^х^ьі^о]/^

АС(-о,А5 + 0,06 Х^.+9^Ь7о"3 .

В п"гті_”_Г£--'ПІ_ "Реалізацій наукових результатів? розглянуті питання технічного втілення, синтез о даного алгорлтгіу, а такон перепекти ь; п-дальпого використання результатів.

На базі готопрлла-у з зарядопии язия:»ком /КШС/ створено ек-с :ор.;:.'.е:-’',альнлґ: пристрій для класифікації насіння, який включає

і ое:пв:;.:': блогіз: пристрій управління та синхронізації датчика. .1.1,0 /ЛС/, блок попереднього обробітку ін;-ор;.:зції /БПО/,<торків-н:::-: сигналу управління /’7С/, блок накопичення та передачі інфор-:-Л!:Ді; /ї.'.ііі/, блок вимірювання білості /Б.иВ/, блок ооробітку ін-’ £ор.\:ації /с.)Л/, сптичн.:;: канал /СК/ /мал.2./.

ння та синхронізації, ЗГ - з а дай чий генератор, $Р - формувач ро.з-вертки, НУ - перетворювач рівня, £ШС - фотоприлад з зарядовим зв"язког.і, УПО - пристрій попереднього обробітку; У - підсилювач, <ЇСС - формувач стандартних сигналів, РІ, Р2 - регістр:;, Б7І,

БУ2 -буферні підсилювачі, ВНП - блок накопичення та передачі .інформації, 5УС - форцувач імцульсів управління, - <*орг.;увач

іі тульоів дозволу запису, БОИ - блок обробітку інформації, УС -пристрій сполучення, ОК -.оптичний канал, ІІМ - виконавчий иоха-

НІЗМі/ч ■ '

' - 18 - '

Для роботи фотоприймача необхідні (’азові послідовності, які корчуються за допомогою задаткового генератора, формувача розвертай та перетворювача рівня. Світловий промінь, сформований оптичним каналом, попадає на пролітаючу через нього насінину, відбитий слгнал попадає на БИЗБ, а тіньова проекція - на ШЗС. Одертлна з вихідного пристрою ГОС-датчика інформація надходить до БПО, де підсилюється і приводиться у відповідність з параметрами ТТЛ формувачем стандартних сигналів ЗСС, а далі сигналі попадають в блок накопичення та передачі інформації, яі-іЯ складається із регістрів та буферних підсилювачів. Інформація з кожних восьш. послідовних комірок ЗШС почергово записується в регістри, а потім через буферні підсилсвачі попадає в БОИ.

СУС форцує імпульси для управління роботою регістрів та буферних підсилювачів, а та ко * імпульси дозволу запису із ВОЛ. ЕІЗБ включає в себе фотоприймач для вимірювання інтегральної "білості насіння, буферний підсилювач, аналого-цифровий перетворювач з комутатором аналогових сигналів та блок гйівлєння. Вхідні аналогові сигнали з Фотоприймача * які відповідають рівна білості насін я, попадають на вихідний коглутатор. Вибраний с комутатора сигнал через повторювач напруга попадається до входу АЦГІ. Сигнал запуску та готовності АЦП, а також сигналу управління коцутатором, форчуг.ться і контролюються пристроєм сполучення з ЕОМ через блок букерного підсилювача.

Бо;І включає в себе сполучення з ЕОМ і са:у ЕОМ, що керує роботою есісї системі. Пристрій сполучення - це паралельний інтерфейс, с;о здійснює обмін з системним каналом мікро-ЕОМ за допомогою реестра стану дг.орела і вхідного реестра. Він здійснює переривання, забезпечус обмін із зовнішнім:! пристрогал ^а допомогою сигналів,, які кэрукть увоцом/влводом інформації.

Шограмне забезпечення системи включає основну програму обробки зображень насіння, обчислення дискримінантної функції і прийняття рішення про ночашість об"єкту до будь-якого класу з видачею команди на виконавчий механізм і допоміжні підпрограми: увід інформації з БНП і ЕИЗБ, ви^ід інформації на дісплей. Програми написані на мові асемблера. .

В результаті використання лінійних дискримінантних функцій при тривимірних ознаках опису експериментальна установка забезпечила наступні імовірності помилок розпізнавання: .

• РІ ,2 = 0,003, Р2 ! = 0,025; Рх 3 = 0,014, Р3 І = 0,002, '

де індексами позначена імовірність помилкового прийняття об"єктів одного класу /позначеного першим індексом/ за другий /позначений другим індексом/. ' - с,, • ' ■

На базі експериментальної установки пристрою розпізнавання, розроблено промисловий зразок очисника насіння цукрового буряка від важковіддільних бур"янів.

Продуктивність такого пристрою - 100 кг/год. Економічний .• ефект від втілення /за даними УкрНДІСГОМа і УВДЦ.'Са/ складає понад 1,5 млн. крб. на рік. . .

' ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ . - '

. В результаті виконаних теоретичних та експериментальних досліджень в дисертації науково обгрунтовані Фехнічні розробки створення пристрою розпізнавання очисника насіння цукрового буряка від важковіддільних бур"янів. При цьому одержані такі науково - технічні результати: -

І. Сформована апріорна система ознак, що Містить перелік фізичних властивостей і характеристик, які максимально відображають видозі і якісні відмінності досліджуваних видів насіння. Систему складають наступні ознаки: коефіцієнт бліскч з кутом '

- 20 -

спостереження ЗО0.; спектральний коефіцієнт відбивання на ділянці довжлн хвиль білість, коефіцієнт складності форми; коефіцієнт еліптичності. Розроблено методі! одержання інформації гро ці ознаки. . . . ' ' ' . '

2. Зроблена мінімізація числа градацій ознак з точки зору затрат.памняті розпізнавального пристрою і сумарних втрат інформативності параметрів розпізнавання. Зроблена мінімізація числа ознак, . одержано оптимальний тривимірний опис класів насіння -

/ * , Х3 /, де У.^ - інтегральна білість насіння, ко-

ефіцієнт складності форми, Хь - коефіцієнт еліптичності.

Розраховані допустимі багатовимірні похибки вимірювань ознак за методом, що базується на статистичному моделюванні процесу розпізнавання. Розраховані реальні похибки ознак, які виникають під час їх практичного вимірювання, визначені вимоги-до процесу вимі- . рювання:з тим, щоб гранична помилка не перевніцузала допустнцу.

3. Алгоритмізація розпізнавання виконана шляхом .застосування, відношення максімальної правдоподібності до сукупностей, що являють собою розпізнавальні класи/ 2а допомогою даної г/етодики одержані ал’ор; \':і оптимального розпізнавання насіння цукрового буряка від нпсіішк бур"кнів. Автором виявлено,,що квадратичні длскримінаитні функції забезпечили иензі імовірності помилок розпізнавання, ■ ні;.с лінійні, але останні зааероупть імовірність помилки не бі.'.ьше, як на І '? ги;і довірчій імовірності 0,95. Значний рі лт помилок розпіз-наминя дозволяв зробити рлсновок про недоцільність навчання "на-сі::::я цукрового. буряка - насіння бур"янів" і необхідності виконувати окреме навчання "насіння цукрового буряка - насіння дикої редь-■гл”, "насіння гукрового буряка - насіння просвірника”, потім проек-ьаіг?иуі»ат:і за одерглнкмц рів:шяш:.я всі класи. Одер:“.і.лі алгоритми г.абе.'.почили розпізнавання насіння з імовірностям:! помилок відповід-

рі,г ■ о. рг,і * о,ог; ?І>3 - о,ви, - о.

4. Результат:! впконгіг,;;; досліджень по знаходженню елективних огп:сІ2 класів насіння і оптимального алгоритму розпізнавання підтверджені експериментально, одержані практично прийнятні імовірності помилок розпізнавання Р| 2=*>*і003, і = *-*>025’ Р| 3 =

= 0,014, Р3 х = 0,002. ’ ’ ’

В результаті виконаних теоретичних і експериментальшіх дос-лідкень розроблено пристрій розпізнавання очисника насіння цукрового буряка від ва:;;ковіддільних бур"янів на басі Фотоприймачів з зарядовим зз"язком, іі;о містить пристрій управління і слнхроні- • зації датчика £ШС, блоки попередньої обробки , накопичення і передачі інформації, сорцувач сигналу управління, блок вимірювання білості насіння, обчислювальний пристрій на базі мікропроцесора КІЛ 810. ’

Створений пристрій призначений для очистки особливо цінних сортів насіння цукрового "Еліта" та "Супереліта",«вартість яких велика. • ,

Запровадження у впробннцьтво одер:;саних иауков.чх результатів і розроблених технічних засобів здійснюється в даний час в УкрНДІСІШі, УгЩІДСі та інішх організаціях. _

Сумарний економічний ефект від застосування наукових результатів і технічних засобів розробки складає за дага-іми УкргЩІСГ0і{у і УВДІДСу понад 1,5 іллн. крб. на рік. •

Матеріали дисертації опубліковані в таких роботах:

І. Галай Н.В.,Ермилова Н.В. Определение информативности признаков при распознавании объектов. В кн. Проблемы конструиро-ваш-ш и технологии іфопзводства сельскохозяйствен:".::-: машин//Тез.

докл. Республиканской каучно-техн. конф. Кировоград. 1931. С.37.

’ ‘ - 22 - * ■ 1

• 2.Галай Н.В., Ермилова Н.В. Автоматическая классификация семян сахарной свеклы // Тез. докл. научно-технич. конф.оШИПХЮСХ по итогаи исследований 1990 года. Зерногр-',д. 1991. С.10.

3. Ермилова Н.В.,Якубова Г.Г. Методика исследования оптических свойств сыпучих материалов // Тез. докл. 43 научн.конф.ПолтПСИ. Полтава. 1991. С.308.

4. Галай Н.В., Ермилова Н.В. Распознавание образов по геометрическим признака!,1 )) Тез. докл. 43 научн.конф. ПолтИСИ.Полтава. 1991. С.303.

5. Ермилова Н.В. Исследование коэффициента поглощения сыпу-

чих "атер^алов в инфракрасном диапазоне волн Ц Тез.докл. 44 научной конф. ПолтИСИ. Полтава. 1992. С.316. . .

6.Ермилова Н.В.,Галай Н.й. Классификация объектов при общей

ковариационноП матрице признаковых описаний, В кн.: Эффективные строительные материалы и конструкции, используемые при возведении зданий и сооружений. Киев. 1992. 0.82-86. '

7.Ермилова Н.В. Исследование фор:.П1 объектов на базе фотоэлектрических приборов с зарядовой связью // Тез.докл. 44 научной конф. ПолтИСЛ. Полтава. 1992. С.314.

8.Ермилова Н.£}., Автоматическое распознавание объектов по форме // Сб.' научны/ трудов Полтавского 'ЛСЛ. Киев. 1293.С.52-59.

9. Ермилова Н.В.-. Организация обработки аналоговых сигналов в О ВТ.! // Тс-з. дскл. 45 науч. конф. ПолтИСП. Полтава. 1993.С.263.

10. А.с. СССР !,"■ 1735710.- Способ измерения размеров изделий

/ !:^.Галай, И.о.Ермилова, Г.II.Лысенко // Гюллетень изобретений. 1092. 19. . - '

11. Галай Н.В., Ермилова Н.В. Синтез оптимального алгоритма '

' - 23 -

распознавания }/ Тез.докл. 45 научной конф. ПолтИСИ. Полтава, 1993. С.252.

12. Сгл>соб сортировки семян сахарной свеклы / ПолтІІСІІ; авт изобр. Н.В.Ермилова, А.і:.Медведев. Заявл.0І.04.92 £ ££35112. Полеж. реш. о вид. а.с. на изобр.

13. Ермилова Н.В. Оценка точности измерения геометрических характеристик сло:кных фигур // Тез.докл. 45 научн. конф. ПолтИСИ Полтава. 1593. С.259.