Cпециалисты Самарского национального исследовательского университета имени академика Королёва совместно с коллегами из Москвы и Новочеркасска намерены предложить отечественному сельскому хозяйству систему цифрового зрения для сельскохозяйственной техники, основанную на технологиях, разработанных для космоса.
Космическую технологию приспособят для сельхозтехники
Дарья Аксенова

Сотрудники кафедры технической кибернетики Самарского университета создали для перспективных отечественных спутников компактный космический гиперспектрометр и совместно с коллегами с кафедры суперкомпьютеров и общей информатики разработали методы обработки и классификации гиперспектральных изображений земной поверхности, получаемых с орбиты. «Приземление» космических технологий на почву отечественного агропрома должно увеличить эффективность возделывания сельскохозяйственных культур, уменьшить расход минеральных удобрений и примерно на четверть увеличить урожайность посевов.

Анализом изображений, получаемых с систем цифрового зрения сельхозтехники, займутся нейронные сети: проект предполагает массовое применение данных систем на самых различных видах сельхозтехники. Гиперспектральные изображения позволяют получать множество важной для аграриев информации: например, дистанционно определять влажность почвы и содержание минеральных веществ, выявлять наличие у растений болезней и даже очаги распространения насекомых-вредителей. Правда, получение гиперспектральной информации с космических аппаратов не может оперативно обеспечить потребности «точного» сельского хозяйства, поскольку это занимает определённое время.

Дарья Аксенова Дарья Аксенова

Возникла необходимость в разработке гиперспектральных сенсоров наземного базирования, причём набор требований к ним существенно отличается от требований к гиперспектральной аппаратуре для космических аппаратов. В космических гиперспектрометрах главное — получить максимально возможные оптические характеристики, а для наземных датчиков это далеко не первоочередная задача. Для получения информации о состоянии почвы и растений учёные предлагают использовать сенсоры, сочетающие в себе элементы плоской оптики с высоким микрорельефом, которые могут выполнять несколько разных задач.

Сочетание фазовых функций гармонической линзы и фазовой функции дифракционной решётки дают возможность одним элементом формировать изображение и раскладывать его в спектр. Гиперспектральная камера превращается в предельно простое устройство, по сложности конструкции сопоставимое с обычной видеокамерой, в которой вместо объектива стоит оптика, раскладывающая информацию в спектр и формирующая изображение.

Дарья Аксенова Дарья Аксенова

Гиперспектральное изображение позволяет увидеть множество вещей, которые на обычном чёрно-белом или цветном изображении человеческим зрением не увидеть. Для этого планируется использовать не менее 50 спектральных каналов в диапазоне длин волн 0,4−1,05 мкм. Эта технология экономит средства сельхозпроизводителей и позволит повысить урожайность сельскохозяйственных культур примерно на 25%.

В рамках работ особое внимание ученые уделят технической конструкции датчиков — она должна быть очень простой и достаточно дешёвой для массового применения в сельскохозяйственной технике. Гиперспектральные сенсоры можно будет устанавливать не только на наземную технику, но и на беспилотники: это позволит сразу оперативно оценивать состояние больших площадей сельхозземель. Договоренности о соответствующих испытаниях уже достигнуты с Самарским государственным аграрным университетом.