СПОСОБ СОЗДАНИЯ БАНКА ГРАФИЧЕСКИХ ДАННЫХ ДЛЯ ПРОЦЕССА ОЦЕНКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА
METHOD OF CREATING GRAPHIC DATA BANK FOR IMAGE EVALUATION PROCESS AND DEVICE FOR IMPLEMENTATION OF METHOD

Область техники
Изобретение относится к способу и устройству для создания банка графических данных для процесса оценки изображений, предпочтительно в сельскохозяйственном контексте, в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения.
Уровень техники
Из обширного массива информации уровня техники в данной области известна, например, из патентного документа US 6119442 выполненная в виде зерноуборочного комбайна сельскохозяйственная рабочая машина, которая в области рабочих органов снабжена множеством камер для детектирования потока убранной массы, проходящей через эти рабочие органы. Кроме того, для машины предусмотрено устройство обработки данных, позволяющее обрабатывать изображения, генерируемые различными камерами. На основе обработки графической информации это устройство обработки данных генерирует управляющие сигналы для соответствующих рабочих органов. Кроме того, в патентном документе US 6119442 раскрыта система управления и регулирования, которая на основе камер оптимизирует эксплуатационные параметры рабочих органов в режиме реального времени. Поскольку при обработке графических данных, как правило, должны анализироваться огромные количества данных, а в сельскохозяйственной рабочей машине имеющаяся в распоряжении емкость памяти и скорости передачи данных невелики, такие системы ограничиваются простым анализом. Это связано с тем недостатком, что сложные взаимосвязи между рабочими органами сельскохозяйственной рабочей машины могут учитываться лишь в недостаточной степени или с такими большими затратами времени, что возможность регулирования рабочих органов с помощью таких систем с камерами в ходе рабочего процесса в так называемом реальном времени весьма ограничена.
Из-за больших объемов подлежащих обработке данных генерируемые камерами графические данные, как правило, не записываются в память, поскольку они нужны лишь для анализа мгновенной точки эксплуатации и вывода оптимизированных эксплуатационных параметров рабочих органов. Генерированные таким образом изображения имеют лишь ограниченное информационное содержание для последующих анализов, так как они только более или менее точно отображают поток убранной массы, но не дают никакой информации об эксплуатационном состоянии рабочих органов и не видимых глазом свойствах, таких как влажность убранной массы.
Раскрытие изобретения
Соответственно, задачей изобретения является устранение указанных недостатков известных решений уровня техники и в особенности разработка способа и устройства для создания банков графических данных, в которых записанные в банке графические данные дополнены обработанным информационным содержанием, так что графические данные содержат также информацию, пригодную для последующего анализа.
В соответствии с изобретением решение поставленной задачи достигается за счет признаков пунктов 1 и 8 формулы изобретения.
Согласно изобретению способ создания банка графических данных для процесса оценки изображений содержит, по меньшей мере, те особенности, что изображения для банка графических данных генерируют в ходе процесса уборки сельскохозяйственной рабочей машины с помощью, по меньшей мере, одной фото- или видеокамеры, далее называемой для краткости - «камеры», предназначенной для сельскохозяйственной рабочей машины, а генерируемые, по меньшей мере, одной камерой отдельные изображения соотносят с характерными данными рабочего процесса сельскохозяйственной рабочей машины и каждое соотнесенное с характерными данными отдельное изображение записывают в банк графических данных с возможностью многократного вызова и редактирования. За счет этого снабженные обработанным информационным содержанием графические данные содержат также информацию, пригодную для последующего анализа. Особое преимущество решения заключается в том, что каждое отдельное изображение может быть снабжено информацией, которая не выведена непосредственно из самого изображения, но необходима в дополнение к графической информации для оптимальной настойки рабочих органов сельскохозяйственной рабочей машины. Таким образом, эта дополнительная информация улучшает общий результат процесса оптимизации.
В предпочтительном примере осуществления изобретения характерные данные рабочего процесса сельскохозяйственной рабочей машины представляют собой характерные данные сельскохозяйственной рабочей машины и/или характерные данные обрабатываемой сельскохозяйственной рабочей машиной убранной массы и/или характерные данные обрабатываемой сельскохозяйственной рабочей машиной территории. За счет того, что при создании банка графических данных учитывается информация об убранной массе, о сельскохозяйственной рабочей машине и об окружении, достигается значительное повышение информационного содержания отдельных изображений, записанных в банк графических данных.
В следующем предпочтительном примере осуществления изобретения характерные данные сельскохозяйственной рабочей машины содержат регулируемые параметры рабочих органов сельскохозяйственной рабочей машины, положение, по меньшей мере, одной камеры в сельскохозяйственной рабочей машине и скорость движения сельскохозяйственной рабочей машины.
Эксплуатационные параметры рабочих органов имеют существенное и в общем аспекте их взаимосвязей известное влияние на качественные параметры и эффективность сельскохозяйственной рабочей машины. В результате такая относящаяся к отдельному изображению информация может облегчать анализ изображения, поскольку в этих отдельных изображениях должны повторяемым образом проявляться эти общие взаимосвязи, такие как увеличение количества битого зерна при слишком высоком числе оборотов молотильного барабана.
Положение камеры в сельскохозяйственной рабочей машине оказывает существенное влияние на качество отдельного изображения, причем лучшее качество изображения влечет за собой лучшую оценку изображения.
Скорость движения сельскохозяйственной рабочей машины оказывает влияние на вибрационный режим камеры, причем вызываемая более высокими скоростями движения более сильная вибрация ухудшает качество изображений. За счет того, что скорость движения в качестве дополнительной информации соотнесена с конкретным отдельным изображением, в процессе анализа с помощью фильтра пороговой величины можно обеспечить изменение вида анализа в зависимости от скорости движения и в процессе анализа не учитывать отдельные изображения, полученные на слишком высоких скоростях движения.
В следующем предпочтительном примере осуществления изобретения характерные данные обрабатываемой сельскохозяйственной рабочей машиной убранной массы представляют собой вид убранной массы, урожайность убранной массы, влажность убранной массы, сигнал высоты слоя в качестве показателя плотности растительности, а в случае выполнения сельскохозяйственной рабочей машины в виде зерноуборочного комбайна также влажность зерна, содержание незерновых фракций в убранной массе и содержание битого зерна. Преимущество решения заключается в том, что теперь с отдельным изображением соотнесена информация об убранной массе, которая не может быть выведена из самого изображения, - например, такая как влажность убранной массы. При анализе изображения для установления качества изображения и/или для определения существенных признаков изображения могут привлекаться воспринимаемые датчиком свойства убранной массы, которые одновременно могут быть распознаны в конкретном изображении, - такие как битое зерно, потери зерна, наличие семян сорняков и растительной трухи. В отношении урожайности и/или расхода убранной массы на основе этой информации в ходе анализа изображений может делаться заключение о том, имел ли место минимальный требуемый расход убранной массы в момент генерирования изображения для получения пригодной для анализа информации. В случае несоблюдения этого условия соответствующее отдельное изображение может не учитываться при анализе.
В следующем предпочтительном примере осуществления изобретения характерные данные обрабатываемой сельскохозяйственной рабочей машиной территории содержат данные положения сельскохозяйственной рабочей машины, уклон склона и момент времени уборки. В то время как данные положения необходимы, как правило, для так называемой картографии участков поля, остальные данные также оказывают непосредственное влияние на качество и информационное содержание генерируемых отдельных изображений, так что эта информация может привлекаться во время анализа изображение для установления качества изображения.
В предпочтительном решении по развитию изобретения характерные данные рабочего процесса сельскохозяйственной рабочей машины могут дополнительно содержать определяемые вручную качественные параметры, такие как вес гектолитра убранной массы, определяемую вручную влажность зерна и требования покупателя по качеству. Такая информация дает то преимущество, что она может привлекаться для калибровки процесса оценки изображений.
В следующем предпочтительном примере осуществления изобретения для сельскохозяйственной рабочей машины предназначено множество камер, а отдельные изображения каждой камеры соотнесены с характерными данными рабочего процесса сельскохозяйственной рабочей машины, причем отдельные изображения могут сравниваться друг с другом в процессе оценки изображений в зависимости от положения соответствующей камеры. Такое решение имеет то особое преимущество, что либо может быть определено влияние положения камеры вообще, либо может быть определено оптимальное положение камеры.
Далее, согласно изобретению генерируемые, по меньшей мере, одной камерой отдельные изображения соотносятся в устройстве обработки данных с характерными данными рабочего процесса сельскохозяйственной рабочей машины, и каждое соотнесенное с характерными данными отдельное изображение записывается в предназначенный для устройства обработки данных банк графических данных или в предназначенный для центрального процессора данных банк графических данных с возможностью многократного вызова и редактирования. За счет этого обеспечивается то, что структурированное таким образом устройство для создания банка графических данных создает графические данные с обработанным информационным содержанием, которые содержат информацию, пригодную для последующего анализа. Кроме того, такая структура имеет то преимущество, что банк графических данных может анализироваться в так называемом эксплуатационном режиме оффлайн с помощью процесса оценки изображений, с большими затратами времени, но значительно более точного. Кроме того, это снижает требуемые вычислительные мощности в сельскохозяйственной рабочей машине и создает возможность испытания различных процессов оценки изображений в поисках наиболее подходящего.
В предпочтительном решении по развитию изобретения характерные данные рабочего процесса сельскохозяйственной рабочей машины генерируются бортовыми системами датчиков и/или передаются через систему GPS на устройство обработки данных и/или могут вводиться вручную через устройство ввода. За счет того, что учитывается информация от самых различных информационных систем, такое устройство может использоваться очень гибко и одновременно обеспечивается высокая насыщенность информации, соотнесенной с конкретным отдельным изображением.
В следующем предпочтительном примере осуществления изобретения для сельскохозяйственной рабочей машины предназначено множество камер. При этом для конкретного подлежащего оптимизации параметра сельскохозяйственной рабочей машины учитываются также специально генерируемые для этого графические данные, что в результате приводит к более быстрой и точной оптимизации рабочего режима сельскохозяйственной рабочей машины.
В предпочтительном решении по развитию изобретения соотнесенные с соответствующим отдельным изображением характерные данные рабочего процесса сельскохозяйственной рабочей машины могут редактироваться в устройстве обработки данных и/или в центральном процессоре. Благодаря этому в зависимости от имеющихся в распоряжении вычислительных мощностей банк графических данных создается либо непосредственно на сельскохозяйственной рабочей машине, либо в центральном процессоре.
Для обеспечения возможности широкого использования информации, содержащейся в созданном банке графических данных, в предпочтительном примере осуществления изобретения предусмотрено, что записанные в устройстве обработки данных и/или в центральном процессоре банки графических данных могут передаваться на множество сельскохозяйственных рабочих машин и/или на стационарные процессоры или вызываться из них.
Дальнейшие предпочтительные примеры осуществления являются предметом защиты в зависимых пунктах.
Краткий перечень чертежей
Далее со ссылками на прилагаемые чертежи будут подробно описаны примеры осуществления изобретения. На чертежах:
фиг.1 схематично изображает зерноуборочный комбайн с камерами для генерирования графических данных в соответствии с изобретением,
фиг.2 изображает схему создания банка графических данных по изобретению,
фиг.3 подробно изображает банк графических данных.
Осуществление изобретения
Схематично показанная на фиг.1 сельскохозяйственная рабочая машина 1, выполненная в виде зерноуборочного комбайна 2, снабжена спереди жатвенным аппаратом 3, который известным образом связан с наклонным питателем 4 комбайна 2. Проходящий через наклонный питатель поток убранной массы 5 в верхней задней области наклонного питателя 4 передается на молотильные органы 7, которые, по меньшей мере, частично снизу окружены так называемым подбарабаньем 6. Расположенный за молотильными органами 7 отклоняющий барабан 8 отклоняет выходящий в задней области молотильных органов 7 поток убранной массы 5 таким образом, что он передается непосредственно на выполненное в виде клавишного соломотряса 9 сепарирующее устройство 10. На совершающем круговые движения клавишном соломотрясе 9 поток убранной массы 5 транспортируется таким образом, что содержащиеся в нем и имеющие свободу перемещения зерна 11 отделяются в нижней области клавишного соломотряса 9. Отделенные как на подбарабанье 6, так и на клавишном соломотрясе зерна 11 подаются по обратному поддону 12 и подающему поддону 13 на очистное устройство 17, которое состоит из нескольких решетных полотен 14, 15 и вентилятора 16. Очищенный зерновой поток далее передается элеваторами 18 в зерновой бункер 19. В дальнейшем жатвенный аппарат 3, наклонный питатель 4, молотильные органы 7 и относящееся к ним подбарабанье 6, а также сепарирующее устройство 10, очистное устройство 17, элеваторы 18 и зерновой бункер 19 будут называться рабочими органами 20 сельскохозяйственной рабочей машины 1.
В отличие от представленного здесь зерноуборочного комбайна 2 сельскохозяйственная рабочая машина 1 может быть любой сельскохозяйственной рабочей машиной, включая полевые измельчители, тракторы с навесными аппаратами, транспортные средства и подобные машины. Далее, такая сельскохозяйственная рабочая машина 1 оснащена кабиной 21 машины, в которой расположено снабженное устройством 22 отображения устройство 23 управления и регулирования, с помощью которого автоматически или по инициативе оператора 24 сельскохозяйственной рабочей машины 1 может осуществляться управление множеством процессов, которые будут подробно описаны ниже. Устройство 23 управления и регулирования сообщается через так называемую шинную систему 25 с системой 26 датчиков, описанной далее.
В целях описания изобретения показанный на фиг.1 комбайн снабжен первой расположенной в зерновом бункере 19 камерой 27 и другой, расположенной в наклонном питателе 4 камерой 28. Расположенная в зерновом бункере 19 камера 27 снимает зерновой поток 29 в зерновой бункере 19, а установленная в наклонном питателе 4 камера 28 детектирует поток убранной массы 5, проходящий в наклонном питателе 4. В рамках изобретения возможны варианты, в которых комбайн 2 может быть оснащен только одной из представленных камер 27, 28 или множеством других, не показанных камер. Две камеры 27, 28 связаны проводной или беспроводной связью с шинной системой 25 комбайна 2 и через эту шинную систему 25 с устройством 23 управления и регулирования для целей обмена данными.
Устройство 23 управления и регулирования содержит устройство 30 обработки данных, в котором могут обрабатываться, редактироваться и записываться в память графические данные Х камер 27, 28, сигналы Y датчиков различных систем 26 датчиков, а также внешние сигналы Z, такие как сигналы GPS (Global Positioning System - глобальная система навигации и определения положения), вводимая оператором 24 информация или информация, вызываемая из внешних банков данных. Устройство 30 обработки данных может быть выполнено таким образом, что из графических данных X, сигналов Y датчиков и внешней информации Z или только из части этих сигналов оно может вырабатывать управляющие сигналы S, которые известным и не описываемым здесь образом передаются для управления одним или несколькими рабочими органами 20 на системы 26 датчиков, относящиеся к соответствующим рабочим органам 20.
Как показано на фиг.2, в соответствии с изобретением предназначенное для устройства 23 управления и регулирования устройство 30 обработки данных выполнено таким образом, что содержит запоминающее устройство 31 для создания банка 32 графических данных, который будет подробно описан дальше. Для создания банка 32 графических данных в зависимости от его желаемого информационного содержания устройство 30 обработки данных обрабатывает передаваемые на него графические данные X, сигналы Y датчиков и внешнюю информацию Z, причем данные, извлекаемые из сигналов Y датчиков и/или внешней информации Z, образуют характерные данные 33 рабочих процессов сельскохозяйственной рабочей машины 1. Из графических данных Х в устройстве 30 обработки данных извлекаются отдельные изображения 34 и записываются в банк 32 графических данных с возможностью вызова и редактирования. Одновременно к каждому отдельному изображению 34 привязываются определенные в момент создания этого отдельного изображения 34 характерные данные 33 рабочего процесса сельскохозяйственной рабочей машины 1. Таким образом, согласно изобретению в банке 32 графических данных записаны в память с возможностью многократного вызова и редактирования отдельные изображения 34, соотнесенные с соответствующими характерными данными 33 рабочего процесса сельскохозяйственной рабочей машины 1.
В первом примере осуществления изобретения соотнесенные с соответствующими характерными данными 33 рабочего процесса сельскохозяйственной рабочей машины 1 отдельные изображения 34 могут быть промежуточным образом записаны на карте 35 памяти и с ее помощью переданы на центральный процессор 36, например, на так называемый персональный компьютер управления сельскохозяйственным предприятием. В рамках изобретения возможна также беспроводная передача соотнесенных с соответствующими характерными данными 33 рабочего процесса сельскохозяйственной рабочей машины 1 отдельных изображений 34 на центральный процессор 36. Кроме того, из-за ограниченной емкости памяти, имеющейся в распоряжении на сельскохозяйственной рабочей машине отдельные изображения 34 и характерные данные 33 рабочего процесса сельскохозяйственной рабочей машины 1 могут передаваться на центральный процессор 36 раздельно друг от друга и при необходимости в режиме онлайн, причем банк 32 графических данных вначале создается в центральном процессоре 36.
В центральном процессоре 36 записанный в нем банк 32 графических данных может анализироваться с помощью известных и поэтому не описанных здесь процессов 37 оценки графических данных, которые, как правило, базируются на специальных программных средствах оценки графических данных. В рамках изобретения может быть предусмотрено, что во время процесса анализа относящихся к конкретным отдельным изображениям 34 характерных данных 33 рабочего процесса сельскохозяйственной рабочей машины 1 они могут редактироваться или может добавляться другая информация. Таким путем в центральном процессоре 36 может создаваться дополненный информацией банк 32' графических данных. Кроме того, записанные в центральном процессоре 36 банки 32, 32' графических данных могут быть вызваны из центрального процессора 36 третьим лицом 42 или переданы третьему лицу из центрального процессора 36. Такой обмен данными имеет прежде всего то преимущество, что созданная информация может использоваться широким кругом пользователей и при необходимости использоваться в текущем процессе уборки.
На фиг.3 схематично представлены информационное содержание отдельных изображений 34 и относящихся к ним характерных данных 33 рабочего процесса сельскохозяйственной рабочей машины 1, а также проиллюстрировано создание содержания характерных данных 33. В то время как отдельное изображение 34 извлекается из генерируемых камерами 27, 28 графических данных X, характерные данные 33 рабочего процесса сельскохозяйственной рабочей машины 1 выводятся из сигналов Y датчиков и внешней информации Z. По существу эти характерные данные 33 могут быть подразделены на характерные данные 38 сельскохозяйственной рабочей машины 1, характерные данные 39 обрабатываемой сельскохозяйственной рабочей машиной 1 убранной массы 5, и характерные данные 40 обрабатываемой сельскохозяйственной рабочей машиной 1 территории. В зависимости от желаемого содержания этих характерных данных 38-40 для их генерирования привлекаются сигналы Y датчиков 26, расположенных на сельскохозяйственной рабочей машине 1, или передаваемая на сельскохозяйственную рабочую машину 1 внешняя информация Z от внешних источников 41 информации.
В качестве примера внешним источником 41 информации может быть система GPS для определения положения сельскохозяйственной рабочей машины, вводимая оператором 24 сельскохозяйственной рабочей машины 1 информация, такая как дата и астрономическое время определенного момента уборки, или информация, вызываемая из внешних банков данных, таких как банки погодных данных. В этом отношении в рамках изобретения может быть предусмотрено, что информация Z, предоставляемая от внешних источников 41 информации, предпочтительно может дополнительно содержать определяемые вручную качественные параметры, такие как вес одного гектолитра, - плотность зерна, определяемая вручную влажность зерна и требования покупателя по качеству.
С помощью известных как таковые и здесь технически не описываемых датчиков 26 на сельскохозяйственной рабочей машине 1 могут предоставляться в распоряжение характерные данные 39 обрабатываемого сельскохозяйственной рабочей машиной 1 убранной массы 5, такие как вид убранной массы, урожайность убранной массы, влажность убранной массы, сигнал высоты слоя в качестве показателя плотности растительности. В случае выполнения сельскохозяйственной рабочей машины 1 в виде зерноуборочного комбайна 2 предоставляются данные влажности зерна, содержания незерновых фракций в убранной массе и содержания битого зерна.
Характерные данные 38, определяемые с помощью других, также известных как таковые датчиков 26 сельскохозяйственной рабочей машины 1, могут содержать в общих чертах регулируемые параметры рабочих органов 20 сельскохозяйственной рабочей машины 1, положение камеры или камер 27, 28 и скорость движения машины. В том случае, когда сельскохозяйственная рабочая машина 1 в качестве примера выполнена в виде зерноуборочного комбайна 2, для рабочих органов 20 могут быть известным образом предназначены датчики 26 числа оборотов для определения числа оборотов молотильных органов 7, датчики 26 положения для определения положения подбарабанья 6, датчики 26 числа оборотов для определения числа оборотов вентилятора 16 очистного устройства и датчики 26 положения для определения размера ячеек решетных полотен 14, 15.
Вследствие того, что в распоряжении имеются как соотнесенные с конкретным отдельным изображением 34 характерные данные 33 рабочего процесса сельскохозяйственной рабочей машины 1, так и информационное содержание, широко выходящее за пределы информационного содержания отдельного изображения 34, с помощью структурированного таким образом банка 32 графических данных может проводиться намного более точный анализ изображений.