DE102017204158A1 - A method of detecting at least one reproductive organ of a plant - Google Patents
A method of detecting at least one reproductive organ of a plant Download PDFInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen mindestens eines Fortpflanzungsorgans einer Pflanze an dieser Pflanze, wobei die Pflanze auch Blätter (30) trägt, die mindestens eine Art Chlorophyll enthalten, wobei die Pflanze mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt wird, die mindestens eine Wellenlänge umfasst, die von der mindestens einen Art Chlorophyll und somit von den Blättern (30) absorbiert wird, wohingegen die elektromagnetische Strahlung von dem mindestens einen Fortpflanzungsorgan reflektiert, erfasst und ausgewertet wird, wodurch das mindestens eine Fortpflanzungsorgan von den Blättern (30) unterschieden wird. The invention relates to a method for recognizing at least one reproductive organ of a plant on this plant, the plant also carrying leaves (30) containing at least one type of chlorophyll, the plant being irradiated with electromagnetic radiation comprising at least one wavelength of the at least one kind of chlorophyll and thus from the leaves (30) is absorbed, whereas the electromagnetic radiation is reflected by the at least one reproductive organ, detected and evaluated, whereby the at least one reproductive organ is distinguished from the leaves (30).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen mindestens eines Fortpflanzungsorgans einer Pflanze, und eine Anordnung zum Erkennen mindestens eines Fortpflanzungsorgans einer Pflanze.The invention relates to a method for recognizing at least one reproductive organ of a plant, and to an arrangement for recognizing at least one reproductive organ of a plant.
Stand der TechnikState of the art
Bei dem Anbau von Äpfeln wird zwischen Tafeläpfeln, die zum Verzehr als Frucht vorgesehen sind, und Mostäpfeln, aus denen Saft hergestellt wird, unterschieden. Dabei sind unterschiedliche Maschinen bekannt, die dazu ausgebildet sind, Mostäpfel mechanisiert zu ernten, wobei bei einer derartigen Ernte zunächst ein Baum, an dem die Äpfel hängen, geschüttelt werden muss. Weiterhin müssen die von dem Baum heruntergefallenen Äpfel aufgelesen werden. Dabei ist eine Beschädigung eines aufgrund des Schüttelns vom Baum heruntergefallenen Apfels irrelevant, da dieser zu Saft verarbeitet wird, weshalb hässliche Druckstellen und ein Risiko für Fäulnis vernachlässigt werden können.In the cultivation of apples, a distinction is made between dessert apples, which are intended for consumption as a fruit, and cider apples, from which juice is produced. In this case, different machines are known, which are designed to harvest apple apples mechanized, with such a harvest first a tree on which the apples hang, must be shaken. Furthermore, the fallen apples from the tree must be picked up. Damage to an apple dropping from the tree due to shaking is irrelevant, as it is processed into juice, leaving ugly bruises and a risk of decay negligible.
Dagegen werden zum Ernten von Tafeläpfeln hauptsächlich manuelle Methoden eingesetzt, da Tafeläpfel von dem Baum schonend geerntet werden müssen. Diesbezüglich ist eine vollautomatische Obsterntemaschine bekannt, die auf der Internetseite http://www.mvtec.com beschrieben ist. Hierbei wird der Baum beim Ernten von einer Schürze umfasst und mit Luft umspült, wobei Blattwerk entfernt wird. Die Tafeläpfel werden mit einem Vakuumgreifer geerntet. Dabei dauert das Ernten eines einzelnen Tafelapfels etwa 8 bis 10 Sekunden.In contrast, mainly manual methods are used for harvesting dessert apples, as dessert apples must be gently harvested from the tree. In this regard, a fully automatic fruit harvester is known, which is described on the website http://www.mvtec.com. In this case, the tree is covered by an apron when being harvested and is lapped with air, whereby foliage is removed. The dessert apples are harvested with a vacuum gripper. It takes about 8 to 10 seconds to harvest a single table apple.
Sofern rote Äpfel zu ernten sind, können diese aufgrund eines starken Kontrastes zu den grünen Blättern optisch einfach erkannt werden. Allerdings ist es auch in diesem Fall eventuell zeitraubend, die Äpfel durch Abrastern zu erkennen, einen Grünton der Blätter zu trainieren und rotes Licht bei einem aufgenommenen Bild zu verarbeiten.If red apples are to be harvested, they can be recognized visually simply due to a strong contrast to the green leaves. However, even in this case it may be time consuming to detect the apples by scanning, to train a green tone of the leaves and to process red light in a recorded image.
Es ist jedoch auch denkbar, nicht nur Früchte an einem Baum, sondern bspw. Blüten optisch zu erkennen und hierbei von grünen Blättern zu unterscheiden. Sofern eine Blüte erkannt worden ist, ist es möglich, diese automatisch künstlich zu bestäuben. Es ist möglich, Blüten aufgrund ihrer auffälligen Färbung unter Berücksichtigung einer nachgeschalteten Bildverarbeitung oder durch Auswertung in einem UVA-Spektrum zu erkennen. Allerdings sind hierfür aufwendige Optiken und umfangreiche Algorithmen notwendig.However, it is also conceivable not only to recognize fruits on a tree but, for example, flowers visually and to distinguish from green leaves. If a flower has been detected, it is possible to artificially pollinate it automatically. It is possible to recognize flowers due to their conspicuous color taking into account a downstream image processing or by evaluation in a UVA spectrum. However, this complex optics and extensive algorithms are necessary.
Aus der Druckschrift
Ein Obstpflücker und ein Verfahren zum Aufsuchen von Zielgegenständen sind in der Druckschrift
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren und eine Anordnung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgestellt. Ausgestaltungen des Verfahrens und der Anordnung ergeben sich aus der Beschreibung und den abhängigen Patentansprüchen.Against this background, a method and an arrangement with the features of the independent claims are presented. Embodiments of the method and the arrangement will become apparent from the description and the dependent claims.
Eine Pflanze, bspw. ein Baum oder ein Busch, weist unterschiedliche Organe auf, die an Ästen oder Zweigen der Pflanze angeordnet sind und somit daran hängen. Hierbei sind einige Organe als Blätter ausgebildet, die zum Ernähren der Pflanze vorgesehen sind, wobei die Blätter mindestens eine Art Chlorophyll aufweisen, womit Photosynthese durchführbar ist. Weiterhin sind an der Pflanze andere, als Fortpflanzungsorgane ausgebildete Organe angeordnet, die zur Fortpflanzung der Pflanze vorgesehen sind. Diese zur Fortpflanzung vorgesehenen Fortpflanzungsorgane beruhen auf Blüten der Pflanze und sind entweder als Blüten der Pflanze oder als Früchte, bspw. Obst, ausgebildet, wobei eine jeweilige Frucht auch aus einer Blüte hervorgeht und somit ebenfalls auf einer Blüte beruht.A plant, for example a tree or a bush, has different organs which are arranged on branches and branches of the plant and thus hang on it. In this case, some organs are designed as leaves, which are intended to nourish the plant, wherein the leaves have at least one type of chlorophyll, whereby photosynthesis is feasible. Furthermore, other organs designed as reproductive organs are arranged on the plant, which are intended for propagation of the plant. These reproductive organs are based on flowers of the plant and are formed either as flowers of the plant or as fruits, for example fruit, wherein a respective fruit also emerges from a flower and thus likewise rests on a flower.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird die gesamte Pflanze durch eine Quelle für elektromagnetische Strahlung mit elektromagnetischer Strahlung, in der Regel mit Licht, bestrahlt, das eine Wellenlänge aufweist, die von mindestens einer Art Chlorophyll der Blätter zumindest stark, d. h. zu einem hohen prozentualen Anteil, oder gegebenenfalls sogar vollständig absorbiert wird. Dies betrifft bspw. eine Wellenlänge, für die ein Absorptionsspektrum der mindestens einen Art Chlorophyll ein Maximum aufweist. Dagegen wird diese elektromagnetische Strahlung von den Fortpflanzungsorganen gar nicht oder nur geringfügig absorbiert, was bedeutet, dass diese elektromagnetische Strahlung, die durch die mindestens eine Art Chlorophyll absorbiert wird, von den Fortpflanzungsorganen reflektiert wird. Somit ist es möglich, die Fortpflanzungsorgane von den Blättern, die Chlorophyll enthalten, automatisch optisch zu unterscheiden.In one embodiment of the method, the entire plant is irradiated by a source of electromagnetic radiation with electromagnetic radiation, typically light, having a wavelength at least strongly, i.e. at least one, chlorophyll of the leaves. H. to a high percentage, or possibly even completely absorbed. This relates, for example, to a wavelength for which an absorption spectrum of the at least one type of chlorophyll has a maximum. In contrast, this electromagnetic radiation is not or only slightly absorbed by the reproductive organs, which means that this electromagnetic radiation, which is absorbed by the at least one type of chlorophyll, is reflected by the reproductive organs. Thus, it is possible to optically distinguish the reproductive organs from the leaves containing chlorophyll.
In Ausgestaltung wird die elektromagnetische Strahlung, die von den Fortpflanzungsorganen, d. h. Früchten und/oder Blüten, reflektiert wird, üblicherweise von einem Sensor für elektromagnetische Strahlung, bspw. einem Lichtsensor, empfangen, der z. B. mit einer Recheneinheit verbunden ist. Der Sensor und/oder die Recheneinheit ist bzw. sind dazu ausgebildet, empfangene elektromagnetische Strahlung spektral zu analysieren, bspw. zu filtern, wobei zwischen einzelnen Wellenlängen der empfangenen elektromagnetischen Strahlung etwa mit einem als Kantenfilter ausgebildeten Filter unterschieden wird. Dabei ist es möglich, dass der Sensor für elektromagnetische Strahlung empfindlich ist, die eine Wellenlänge aufweist, für die das Absorptionsspektrum der mindestens einen Art Chlorophyll ein Maximum, bspw. eine Soret-Bande, aufweist. Dabei wir die von den Fortpflanzungsorganen reflektierte elektromagnetische Strahlung von dem Sensor erfasst und gegebenenfalls in Kombination mit der Recheneinheit und/oder dem Filter ausgewertet. Selbst für den Fall, dass von den Blättern Licht, bspw. Streulicht, von anderen Lichtquellen, reflektiert werden sollte, ist das zu erkennende Fortpflanzungsorgan von Blättern zu unterscheiden.In an embodiment, the electromagnetic radiation that is reflected by the reproductive organs, ie fruits and / or flowers, usually from a sensor for electromagnetic radiation, eg. A light sensor, received, the z. B. is connected to a computing unit. Of the Sensor and / or the arithmetic unit is or are designed to spectrally analyze received electromagnetic radiation, for example. To filter, being discriminated between individual wavelengths of the received electromagnetic radiation as with a filter designed as an edge filter. In this case, it is possible that the sensor is sensitive to electromagnetic radiation having a wavelength for which the absorption spectrum of the at least one type of chlorophyll has a maximum, for example a Soret band. In this case, the electromagnetic radiation reflected by the reproductive organs is detected by the sensor and optionally evaluated in combination with the arithmetic unit and / or the filter. Even if light should be reflected from the leaves, for example stray light, from other light sources, the recognizable organ of reproduction must be distinguished from leaves.
Das vorgestellte Verfahren ist u. a. zum automatischen Erkennen von Fortpflanzungsorganen der Pflanze geeignet, die als Früchte oder Blüten ausgebildet sowie grün sind und sich deshalb wegen ihres Farbtons nur geringfügig von den Blättern unterscheiden. Dies ist bspw. bei Äpfeln der Sorte Golden Delicious der Fall, die auch im reifen Zustand grün sind. Das Erkennen mindestens eines Fortpflanzungsorgans der Pflanze, d. h. einer Frucht und/oder einer Blüte, sowie ein Unterscheiden dieses Fortpflanzungsorgans von Blättern beruht in Ausgestaltung auf einer reduzierten Absorption von elektromagnetischer Strahlung durch das mindestens eine Fortpflanzungsorgan, das im Rahmen des Verfahrens auf die Pflanze gestrahlt und von der mindestens einen Art Chlorophyll stark absorbiert wird. Dabei ist es möglich, das mindestens eine Fortpflanzungsorgan auch für den Fall, dass es grün ist und somit bei geringem Farbkontrast zu den Blättern aufweist, gut von diesen zu unterscheiden.The presented method is u. a. suitable for automatic detection of reproductive organs of the plant, which are formed as fruits or flowers and are green and therefore differ only slightly from the leaves because of their color. This is the case, for example, with apples of the Golden Delicious variety, which are also green when ripe. Recognition of at least one reproductive organ of the plant, d. H. a fruit and / or a flower, as well as a distinction of this reproductive organ of leaves is based in a refinement on a reduced absorption of electromagnetic radiation by the at least one reproductive organ which is blasted in the context of the process on the plant and strongly absorbed by the at least one type of chlorophyll , It is possible, the at least one reproductive organ well in the event that it is green and thus with little color contrast to the leaves to distinguish well from these.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Pflanze mit der Quelle für elektromagnetische Strahlung angestrahlt, die bspw. Laserdioden umfasst. Dabei wird von dem Sensor für elektromagnetische Strahlung, bspw. einem optischen Sensor, üblicherweise einer Kamera, ein Bild der Pflanze erfasst und optisch und/oder spektral ausgewertet. Für das Verfahren sind unterschiedliche Anwendungsmöglichkeiten denkbar. So ist es möglich, das Verfahren zum Erkennen des mindestens einen sich von einem Blatt unterscheidenden Fortpflanzungsorgans im Rahmen einer Ernte mindestens einer Frucht einzusetzen. Hierbei wird die mindestens eine Frucht zunächst optisch erkannt. Dann ist es möglich, eine genaue Position der Frucht an der Pflanze zu ermitteln. Sobald die Position der mindestens einen Frucht bekannt ist, ist es möglich, ein Greifgerät zu der Position zu verfahren und die mindestens eine Frucht zu ergreifen.In one embodiment of the method, the plant is irradiated with the source of electromagnetic radiation, which includes, for example, laser diodes. In this case, the sensor for electromagnetic radiation, for example an optical sensor, usually a camera, detects an image of the plant and evaluates it visually and / or spectrally. For the process different applications are conceivable. Thus, it is possible to use the method for recognizing the at least one propagule differing from a leaf in the context of harvesting at least one fruit. Here, the at least one fruit is first recognized optically. Then it is possible to determine an exact position of the fruit on the plant. Once the position of the at least one fruit is known, it is possible to move a gripping device to the position and grasp the at least one fruit.
Falls das mindestens eine von Blättern zu unterscheidende Fortpflanzungsorgan eine Blüte ist, wird diese ebenfalls im Rahmen des Verfahrens optisch erkannt. Ähnlich wie bei der mindestens einen Frucht ist weiterhin eine Position der mindestens einen Blüte erfassbar, wobei ein Bestäubungsgerät zu der mindestens einen Blüte verfahrbar ist, mit dem die mindestens eine Blüte zu bestäuben ist.If the at least one to be distinguished from leaves reproductive organ is a flower, this is also recognized optically in the process. Similar to the at least one fruit, a position of the at least one flower is furthermore detectable, wherein a pollination device can be moved to the at least one flower with which the at least one flower is to be pollinated.
Eine derartige künstliche Bestäubung ist durchführbar, falls Insekten, üblicherweise Bienen oder Hummeln, hierzu nicht vorhanden sind.Such artificial pollination is feasible if insects, usually bees or bumblebees, are absent for this purpose.
Die mindestens eine Frucht oder die mindestens eine Blüte wird anhand ihres geringen Absorptionsverhaltens mindestens einer Wellenlänge, die von der mindestens einen Art Chlorophyll stark absorbiert wird, erkannt.The at least one fruit or the at least one flower is recognized on the basis of its low absorption behavior of at least one wavelength, which is strongly absorbed by the at least one type of chlorophyll.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Figurenlistelist of figures
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1 zeigt in schematischer Darstellung ein Beispiel für ein Absorptionsspektrum, das bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens berücksichtigt wird.1 shows a schematic representation of an example of an absorption spectrum, which is taken into account in one embodiment of the method according to the invention. -
2 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.2 shows a schematic representation of an embodiment of an arrangement for carrying out the method according to the invention.
Das Blatt
Das Absorptionsspektrum
Zur Durchführung der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die in
In Ausgestaltung weist die Anordnung
In einer alternativen Ausgestaltung ist es möglich, dass mit der vorgestellten Anordnung 54 statt der Früchte
In Ausgestaltung werden zum Erkennen und somit zum Detektieren von Früchten
Dies betrifft hier eine Wellenlänge zwischen 400 und 450 nm für blaues Licht und umfasst somit auch die Soret-Bande als erstes Maximum
Es ist denkbar, als Quelle
Das vorgestellte Verfahren ist für verschiedene Pflanzen
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 69814847 T2 [0006]DE 69814847 T2
- DE 4116728 C2 [0007]DE 4116728 C2 [0007]
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DE102017204158.7A DE102017204158A1 (en) | 2017-03-14 | 2017-03-14 | A method of detecting at least one reproductive organ of a plant |
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2017
- 2017-03-14 DE DE102017204158.7A patent/DE102017204158A1/en not_active Withdrawn
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