Например, Бобцов

Установка для фотометрирования кроны растений

ÓÄÊ 551.521: 628.984

ÓÑÒÀÍÎÂÊÀ ÄËß ÔÎÒÎÌÅÒÐÈÐÎÂÀÍÈß ÊÐÎÍÛ ÐÀÑÒÅÍÈÉ

 2009 ã.

Ñ. À. Ðàêóòüêî, êàíä. òåõí. íàóê
ÔÃÎÓ ÂÏÎ Äàëüíåâîñòî÷íûé ãîñóäàðñòâåííûé àãðàðíûé óíèâåðñèòåò, ã. Áëàãîâåùåíñê, Àìóðñêàÿ îáëàñòü
E-mail: sergej1964@yandex.ru

 ðàáîòå îïèñûâàåòñÿ ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ óñòàíîâêà, ïîçâîëÿþùàÿ îïðåäåëèòü ïðîñòðàíñòâåííóþ ñòðóêòóðó êðîíû ðàñòåíèÿ. Óñòàíîâêà ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàíà ïðè ñåëåêöèîííûõ èññëåäîâàíèÿõ, à òàêæå íàéòè ïðèìåíåíèå ïðè ïîäáîðå îáëó÷àòåëÿ äëÿ ðàñòåíèé â äåêîðàòèâíîì öâåòîâîäñòâå.

Êîäû OCIS: 240.6645.

Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 27.05.2008.

Ïðè âûðàùèâàíèè ðàñòåíèé â èñêóññòâåííî êîíòðîëèðóåìûõ óñëîâèÿõ (òåïëèöàõ, ñåëåêöèîííûõ êëèìàòè÷åñêèõ êàìåðàõ è ò. ï.) ðîëü îáëó÷àòåëüíîé óñòàíîâêè (îáëó÷àòåëÿ) çàêëþ÷àåòñÿ â ïåðåäà÷å ðàñòåíèþ íåîáõîäèìîé äîçû ëó÷èñòîé ýíåðãèè. Èçâåñòíî, ÷òî ïðîöåññ îáëó÷åíèÿ ðàñòåíèé ÿâëÿåòñÿ âåñüìà ýíåðãîåìêèì. Äëÿ åãî îïòèìèçàöèè ñîâåðøåííî íåîáõîäèìî ñîãëàñîâàíèå ïðîñòðàíñòâåííîãî ðàñïðåäåëåíèÿ ïîòîêà îáëó÷àòåëÿ, âïîëíå îäíîçíà÷íî çàäàâàåìîãî åãî êðèâîé ñèëû ñâåòà (ÊÑÑ), è âîçìîæíîñòè ðàñòåíèÿ âîñïðèíèìàòü ïàäàþùèé íà íåãî ïîòîê. Ïîñëåäíåå îáñòîÿòåëüñòâî îïðåäåëÿåòñÿ ïðîñòðàíñòâåííîé îðèåíòàöèåé ëèñòüåâ ðàñòåíèÿ, êîòîðóþ ïðåäëîæåíî õàðàêòåðèçîâàòü êðèâîé ìèäåëåâîãî ñå÷åíèÿ (ÊÌÑ). ÊÌÑ ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ãåîìåòðè÷åñêîå ìåñòî êîíöîâ âåêòîðîâ, ïðîïîðöèîíàëüíûõ çíà÷åíèÿì ïëîùàäè ñå÷åíèÿ êðîíû ðàñòåíèÿ â ïëîñêîñòè, ïåðïåíäèêóëÿðíîé äàííîìó íàïðàâëåíèþ. Íàèáîëüøèé ýôôåêò â ïëàíå ñíèæåíèÿ ôîòîìåòðè÷åñêèõ ïîòåðü ñëåäóåò îæèäàòü ïðè ñîîòâåòñòâèè êîìïîíîâî÷íîé ñõåìû îáëó÷àòåëÿ è ïðîñòðàíñòâåííîé ñòðóêòóðû êðîíû ðàñòåíèÿ. Îïûòíûå äàííûå ñâèäåòåëüñòâóþò î çàâèñèìîñòè ñòðóêòóðû è ýôôåêòèâíîñòè ôóíêöèîíèðîâàíèÿ ôîòîñèíòåòè÷åñêîãî àïïàðàòà ïðè èçìåíåíèè îðèåíòàöèè ëèñòüåâ, ÷òî èìååò áîëüøîå çíà÷åíèå êàê äëÿ ïðîäóêöèîííûõ ïðîöåññîâ ðàñòåíèé, òàê è äëÿ ñåëåêöèîííûõ èññëåäîâàíèé [1].
Åñëè ôîòîìåòðè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè îáëó÷àòåëÿ îáû÷íî èçâåñòíû (ëèáî ìîãóò áûòü îïðåäåëåíû èçâåñòíûìè ìåòîäàìè), òî íàõîæäåíèå ÊÌÑ êîíêðåòíîãî âèäà èëè ýêçåìïëÿðà ðàñòåíèÿ ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé âàæíóþ ïðàêòè÷åñêóþ çàäà÷ó.
Äëÿ îïðåäåëåíèÿ ïðîñòðàíñòâåííîé ñòðóêòóðû êðîíû ðàñòåíèÿ íàìè áûëà ñêîíñòðóèðîâàíà ôîòîìåòðèðóþùàÿ óñòàíîâêà, ñõåìà êîòîðîé ïðèâåäåíà íà ðèñ. 1.
Ìåõàíè÷åñêàÿ ÷àñòü óñòàíîâêè ñîñòîèò èç âåðòèêàëüíîé 3 è ãîðèçîíòàëüíîé 4 øòàíã, ïðîòèâîâå-

ñà 8, ñòàíèíû 11, âåðòèêàëüíîãî ëèìáà 6, ïîâîðîòíîãî ñòîëèêà 10.
Öèôðîâîé ôîòîêàìåðîé 5, çàêðåïëåííîé íà ãîðèçîíòàëüíîé øòàíãå 4, ïîä ðàçëè÷íûìè óãëàìè, îòñ÷èòûâàåìûìè ïî ëèìáó 6, ïðîèçâîäèòñÿ ôîòîãðàôèðîâàíèå êðîíû èññëåäóåìîãî ðàñòåíèÿ 7, óñòàíîâëåííîãî íà ïîâîðîòíûé ñòîëèê 10. Èçîáðàæåíèå â âèäå êàäðà ïîñòóïàåò ÷åðåç USB-ïîðò â ïåðñîíàëüíûé êîìïüþòåð 1. Îò êîìïüþòåðà òàêæå ïðîèçâîäèòñÿ óïðàâëåíèå øàãîâûìè äâèãàòåëÿìè: øàãîâûé äâèãàòåëü 2 îáåñïå÷èâàåò ïîâîðîò øòàíãè 3 íà çàäàííûé óãîë α; øàãîâûé äâèãàòåëü 12 âûñ-

USB 1

45 3

LPT ÔÔÖ



6

7

8 11

9h

10 β12

Ðèñ. 1. Ñõåìà óñòàíîâêè. 1 – ïåðñîíàëüíûé êîìïüþòåð, 2, 9, 12 – øàãîâûå äâèãàòåëè, 3 – âåðòèêàëüíàÿ øòàíãà, 4 – ãîðèçîíòàëüíàÿ øòàíãà, 5 – öèôðîâàÿ ôîòîêàìåðà, 6 – ëèìá, 7 – êðîíà ðàñòåíèÿ, 8 – ïðîòèâîâåñ, 10 – ïîâîðîòíûé ñòîëèê, 11 – ñòàíèíà.

56 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 2, 2009

Sα, ì2 0°
0,16

30°

0,12 60°
0,08
0,04

ÔÔÖ

90°

Ðèñ. 3. Ïðèìåð ôîòîìåòðèðîâàíèÿ êðîíû ðàñòåíèÿ.

Ðèñ. 2. Îêíî èçìåðèòåëüíîãî ìîäóëÿ ïðîãðàììû.
òàâëÿåò óãîë β íà ïîâîðîòíîì ñòîëèêå 10, øàãîâûé äâèãàòåëü 9 ïîçâîëÿåò ïîäñòðîèòü âûñîòó ñòîëèêà h ïîä ôèòîôîòîìåòðè÷åñêèé öåíòð (ÔÔÖ) ðàñòåíèÿ.
Äèàïàçîí èçìåíåíèÿ óãëîâ â âåðòèêàëüíîé ïëîñêîñòè ñîñòàâëÿåò îò –90° äî +90° ñ øàãîì 1°. Ïðè ñóùåñòâåííî íåñèììåòðè÷íîé êðîíå ïðîâîäèòñÿ ñåðèÿ èçìåðåíèé ïðè ðàçëè÷íûõ óãëàõ óñòàíîâêè ïîâîðîòíîãî ñòîëèêà â ïðåäåëàõ îò 0° äî 360° ñ øàãîì 1°.
Äëÿ îáðàáîòêè ðåçóëüòàòîâ ôîòîìåòðèðîâàíèÿ ðàçðàáîòàíî ñïåöèàëèçèðîâàííîå ïðîãðàììíîå îáåñïå÷åíèå. Îêíî èçìåðèòåëüíîãî ìîäóëÿ ïðîãðàììû ïðåäñòàâëåíî íà ðèñ. 2.
Öèôðîâûå ôîòîñíèìêè îáðàáàòûâàþòñÿ ìåòîäàìè ôîòîãðàììåòðèè. Ïóòåì ïîðîãîâîé îáðàáîòêè íà ôîòîñíèìêå âûäåëÿþòñÿ îáëàñòè ñ çàäàííûìè êîîðäèíàòàìè öâåòíîñòè â ñèñòåìå RGB ñ ó÷åòîì ðàçáðîñà öâåòà ëèñòüåâ êðîíû. Äëÿ ýòîãî íà ôîòîñíèìêå çàäàþòñÿ òî÷êè, çàâåäîìî ïðèíàäëåæàùèå êðîíå ðàñòåíèÿ. Äëÿ êàæäîé òî÷êè ôîðìèðóåòñÿ íàáîð êîîðäèíàò r, g, b êàê âåêòîðà â öâåòîâîì ïðîñòðàíñòâå. Ðàçáðîñ öâåòà òî÷åê êðîíû çàäàåò îáëàñòü íà-

ïðàâëåíèé â öâåòîâîì ïðîñòðàíñòâå. Àëãîðèòì ïðîãðàììû ïîäðàçóìåâàåò âû÷èñëåíèå ïëîùàäè êðîíû (åå ìèäåëåâîãî ñå÷åíèÿ) ïî ïðèíàäëåæíîñòè öâåòîâûõ êîîðäèíàò êàæäîé òî÷êè ôîòîñíèìêà ê çàäàííîé îáëàñòè íàïðàâëåíèé â öâåòîâîì ïðîñòðàíñòâå.
Ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé îòîáðàæàþòñÿ â âèäå ãðàôèêîâ è ñîõðàíÿþòñÿ â âûõîäíîì ôàéëå ôîðìàòà MS Excel äëÿ äàëüíåéøåé îáðàáîòêè è ñîçäàíèÿ ïðîòîêîëà ðåçóëüòàòîâ èññëåäîâàíèÿ. Íà ðèñ. 3 ïðåäñòàâëåí ïðèìåð ôîòîìåòðèðîâàíèÿ êðîíû ðàñòåíèÿ â îäíîé èç ìåðèäèàíàëüíûõ ïëîñêîñòåé (ïðèâåäåíî òàêæå ïîëå ðàçáðîñà ÊÌÑ).
Ðàçðàáîòàííàÿ óñòàíîâêà ìîæåò íàéòè ïðèìåíåíèå ïðè ïîäáîðå îáëó÷àòåëÿ äëÿ ðàñòåíèé â äåêîðàòèâíîì öâåòîâîäñòâå, êîãäà öåëüþ ÿâëÿåòñÿ ïîëó÷åíèå ðàñòåíèÿ îïðåäåëåííîé ôîðìû, èìåþùåé ýñòåòè÷åñêîå çíà÷åíèå.
ËÈÒÅÐÀÒÓÐÀ
11. Ïåòðîâà Ë.Í. Îðèåíòàöèÿ ëèñòüåâ, ñòðóêòóðíàÿ îðãàíèçàöèÿ ôîòîñèíòåòè÷åñêîãî àïïàðàòà, ïðîäóêòèâíîñòü è êà÷åñòâî çåðíà îçèìîé ïøåíèöû [Ýëåêòðîííûé ðåñóðñ] / Ë.Í. Ïåòðîâà, Ô.Â. Åðîøåíêî // Íàó÷íûé æóðíàë ÊóáÃÀÓ, ¹ 24(8), äåêàáðü 2006 ã. Ðåæèì äîñòóïà: http://ej.kubagro.ru/2006/08/pdf/07.pdf, ñâîáîäíûé.

“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 2, 2009

57