CN114729990A - 用于园艺的飞行时间感测 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种例如用于农业应用的感测系统（1000），包括辐射发生器（100）、感测装置（200）、以及在功能上耦合到辐射发生器（100）和感测装置（200）的控制系统（300），其中感测系统（1000）具有一种或多种飞行时间感测操作模式，其中发生器（100）被配置成在一种或多种飞行时间感测操作模式下生成辐射（111）的脉冲，并且其中感测装置（200）被配置成在一种或多种飞行时间感测模式中感测由感测装置（200）接收的、作为时间的函数的辐射的依赖于波长的光谱强度，以提供感测系统信号；其中感测系统信号指示在一种或多种飞行时间感测模式中作为时间的函数的所接收辐射的依赖于波长的光谱强度分布。

Description

用于园艺的飞行时间感测

技术领域

本发明涉及一种感测系统（及其用途）。本发明还涉及一种农业设施（及其用途）。又进一步，本发明涉及一种植物监控方法。本发明还涉及一种计算机程序产品（用于执行这种植物监控方法，例如利用感测系统）。

背景技术

用于检测、感测和识别对象的方法、设备和系统在本领域中是已知的。例如，WO2018/194920描述了使用调制偏振光束来检测、感测和识别对象的方法、设备和系统。一种示例偏振敏感设备包括照明源和耦合到照明源以产生输出光束的调制器，其中输出光束的偏振态或偏振参数被调制以产生多个调制偏振光束。该设备还包括偏振敏感检测器，其被定位成接收从对象反射后的调制偏振光束的反射部分，并产生指示接收光束的调制和偏振状态的信息。根据WO2018/194920，该信息可以用于使得能够确定偏振敏感设备和对象之间的距离，或者确定对象的特定于偏振的特性。

发明内容

在大型工业园艺设置（诸如温室和城市农场）中，以及在露天园艺中，有一种趋势是利用自动化检查和处理来代替或支持农民和工人。这种自动化正变得需要，并且在未来几乎是强制性的，因为例如观察、估计（例如，关于成熟、疾病发作……）、处理（例如，收获）作物和水果是非常耗时的，手工工作非常昂贵并且可能需要专业人员。此外，即使是专家也会犯错误，并且在他们的分析或行动中可能不稳定和不客观。此外，当需要24/7监控时，让机器至少在部分时间进行监控可能会更舒服。因此，除了使用自动收割和作物加工（例如喷洒）机器之外，自动植物和作物/水果感测可能是合期望的。然而，现有技术系统的功能可能比期望的少。因此，本发明的一个方面是提供一种替代的感测系统（和/或农业设施和/或（植物）监控方法，和/或计算机程序产品），其优选地进一步至少部分地消除上述缺点中的一个或多个。本发明的目的是克服或改善现有技术的至少一个缺点，或者提供一种有用的替代方案。

在第一方面中，本发明提供了一种感测系统，尤其是用于农业应用的感测系统，包括辐射发生器（“发生器”）和感测装置（其可以功能性地耦合到发生器）。此外，感测系统可以包括控制系统，该控制系统尤其可以在功能上耦合到辐射发生器和感测装置（其也可以指示为“传感器”）。特别地，在实施例中，感测系统可以具有一种或多种飞行时间感测操作模式，其中发生器被配置成在一种或多种飞行时间感测操作模式中生成辐射的脉冲。特别地，感测装置可以被配置成在一种或多种飞行时间感测模式中感测来自被感测对象的辐射作为时间的函数，以提供感测系统信号。在更具体的实施例中，感测装置可以被配置成在一种或多种飞行时间感测模式中感测由感测装置接收的、作为时间的函数的（到来的）辐射的（波长相关的）光谱强度——诸如波长相关的光谱强度分布——以提供感测系统信号。特别地，光谱强度，诸如依赖于波长的光谱强度分布，可以是光谱功率分布。感测系统信号指示在一种或多种飞行时间感测模式中作为时间的函数的所接收辐射的依赖于波长的光谱强度分布。因此，特别是在实施例中，本发明（因此）提供一种感测系统（特别是用于农业应用），该感测系统包括辐射发生器、感测装置（功能上耦合到发生器）、以及功能上耦合到辐射发生器和感测装置的控制系统，其中感测系统具有一种或多种飞行时间感测操作模式，其中发生器被配置成在一种或多种飞行时间感测操作模式中生成辐射的脉冲，并且其中感测装置可以被配置成在一种或多种飞行时间感测模式中感测来自被感测对象的辐射作为时间的函数，以提供感测系统信号。此外，尤其在实施例中，本发明（因此）提供一种感测系统（尤其用于农业应用），该感测系统包括辐射发生器、感测装置（功能上耦合到发生器）、以及功能上耦合到辐射发生器和感测装置的控制系统，其中感测系统具有一种或多种飞行时间感测操作模式，其中发生器被配置成在一种或多种飞行时间感测操作模式中生成辐射的脉冲，并且其中感测装置被配置成在一种或多种飞行时间感测模式中感测由感测装置接收的、作为时间的函数的辐射的（波长相关的）光谱强度——诸如波长相关的光谱强度分布——以提供感测系统信号。

此外：感测系统信号照此可能是有用的，例如以获得（多个）对象的更好的状态概况。然而，感测系统信号也可以用于控制（另一个）设备（或装置或系统）。因此，本发明可以另外提供感测系统功能性地耦合到农业设备，其中农业设备包括用于用光配方照亮植物或植物部分的照明设备，其中控制系统根据感测系统信号控制农业设备用光配方照亮植物或植物部分。

利用（多个）这种感测系统，本发明在实施例中提供了用于园艺应用的具有多光谱照明的飞行时间相机。在实施例中，飞行时间相机的主动照明可以使用多个波长来获取用于获得植物的形状属性的范围信息。在实施例中，这可以与捕获和分析不同波长的强度信号相组合，不同波长的强度信号可以包含关于植物健康和发育的信息，并且可以用于例如对不同植物部分进行分类和/或确定这些植物部分的状态。更早地检测疾病和/或获得该植物或各个植物的更准确的状态可以是可能的。以这种方式，也可以更有效地执行处理和/或其他动作，如修剪、疾病管理或收获。术语“范围信息”可以特指距离信息。

如上所述，感测系统可以特别用于农业应用，如园艺应用。术语“农业”可能特指栽培植物和牲畜的科学和技术。在这里，术语“农业”可能特指栽培植物的科学和技术。这可能是室内或室外农业。这可能是温室里的农业，在封闭的植物工厂里，等等。这可能仅基于日光、日光和人造光的组合、或仅基于人造光。术语“农业”尤其可以至少包括“园艺”。除其他之外，本发明尤其涉及园艺应用。术语“园艺”涉及供人类使用的（集约）植物栽培，其活动非常多样，包括食用植物（果实、蔬菜、蘑菇、烹饪用草药）和非食用作物（花卉、树木和灌木、草坪草、啤酒花、葡萄、草药）。园艺是农业的一个分支，涉及种植植物的技术、科学、科技和商业。它可能包括药用植物、果实、蔬菜、坚果、种子、草药、豆芽、蘑菇、藻类、花卉、海藻和非粮食作物如草和观赏树木和植物的种植。这里，术语“植物”用于指选自药用植物、蔬菜、草药、芽、蘑菇、结坚果的植物、结种子的植物、开花的植物、结果实的植物、非食用作物如草和观赏树木等的基本上任何物种。

在本文中，术语“植物”用于基本上所有的阶段。术语“植物部分”可以指根、茎、叶、果实（如果有的话）等。术语“园艺”涉及供人类使用的（集约）植物栽培，其活动非常多样，包括食用植物（果实、蔬菜、蘑菇、烹饪用草药）和非食用作物（花卉、树木和灌木、草坪草、啤酒花、葡萄、草药）。园艺是农业的一个分支，涉及种植植物的技术、科学、科技和商业。它可能包括药用植物、果实、蔬菜、坚果、种子、草药、豆芽、蘑菇、藻类、花卉、海藻和非粮食作物如草和观赏树木和植物的种植。这里，术语“植物”用于指选自药用植物、蔬菜、草药、芽、蘑菇、结坚果的植物、结种子的植物、开花的植物、结果实的植物、非食用作物如草和观赏树木等的基本上任何物种。甚至更特别地，术语“植物”用于指基本上选自药用植物、蔬菜、草药、芽苗、结坚果的植物、结种子的植物、开花的植物、结果实的植物、非食用作物的任何物种。术语“园艺”和“植物”也可以指一种或多种大麻和罂粟（尤其是罂粟，也称为“鸦片罂粟”或“面包籽罂粟”）。

术语“作物”在本文中用于指示正在生长或曾经生长的园艺植物。为食物、衣物等而大规模种植的同类植物可能被称为作物。作物是非动物物种或品种，其生长是为了收获，例如作为食物、牲畜饲料、燃料或用于任何其他经济目的。术语“作物”也可以涉及多种作物。园艺作物可以特别指粮食作物（番茄、辣椒、黄瓜和莴苣），以及（潜在地）具有这种作物的植物，例如番茄植物、辣椒植物、黄瓜植物等。园艺在此通常可以涉及例如作物和非作物植物。作物植物的示例是稻、小麦、大麦、燕麦、鹰嘴豆、豌豆、豇豆、扁豆、绿豆、黑豆、大豆、普通豆、蛾豆、亚麻子、芝麻、山黧豆（Khesari）、向日葵、茄子、番茄、黄瓜、黄秋葵、花生、马铃薯、玉米、珍珠菜、黑麦、苜蓿、萝卜、卷心菜、莴苣、胡椒、向日葵、甜菜、蓖麻、红三叶、白三叶、红花、菠菜、洋葱、大蒜、芜菁、南瓜、甜瓜、西瓜、黄瓜、南瓜、洋麻、油棕，特别感兴趣的是番茄、黄瓜、胡椒、莴苣、西瓜、木瓜、苹果、梨、桃、樱桃、葡萄和草莓。

术语“植物”也可以指种子或幼苗。因此，术语“植物”通常可以指从种子到（成熟）植物的任何阶段。术语“植物”也可以指多种（不同的）植物。

特别地，感测系统包括辐射发生器和感测装置。此外，感测系统尤其还可以包括控制系统。

辐射发生器被配置成生成辐射（如UV、可见光和(N)IR中的一种或多种）。

在实施例中，辐射发生器可以被配置成生成窄带辐射，诸如特别是基本上单色光。利用单色光，可以防止（不希望的）依赖于波长的穿透深度和/或依赖于波长的透射和/或依赖于波长的反射。这可以允许相对容易地处理从对象返回并且可以由感测装置感测的辐射。

在实施例中，辐射发生器可以包括固态光源，诸如发光二极管或激光二极管。

在实施例中，辐射发生器可以包括多个这种基本上单色的光源。在这样的实施例中，使对象经受不同的波长可以是可能的。从检测到的辐射中，可以导出可能依赖于波长的信息。例如，辐射的穿透和/或辐射的透射和/或辐射的反射和/或辐射和/或荧光的散射（由于以辐射的照射）可以例如取决于植物部分、生长的阶段、疾病的存在、植物的健康等等，并且因此可以是波长相关的，因为每一种都可以具有或导致不同的光学属性，诸如例如选自透射、反射和荧光。

在实施例中，辐射发生器可以包括宽带发射器和用于选择窄带的一个或多个光学器件，诸如光栅、折射元件和/或滤光器。同样在这样的实施例中，辐射发生器因此可以被配置成生成（基本上单一波长的）基本上单色光。术语“窄带”可以指半峰全宽等于或小于50nm的带；术语“宽带”可以指半峰全宽大于50 nm的带。

在实施例中，辐射发生器可以包括光学放大器。光学放大器是一种直接放大光学信号的设备，不需要首先将其转换成电信号。光学放大器可以包括激光放大器，诸如固态放大器或掺杂光纤放大器，或者半导体光学放大器等。利用光学放大器，可以选择基本上单色的波长，尽管波长可以从更宽的范围中选择，从而允许可调谐性。在这样的实施例中，使对象经受不同的波长可以是可能的。从检测到的辐射中，可以导出可能依赖于波长的信息（也参见上文）。

因此，在实施例中，辐射发生器可以被配置成生成（基本上单一波长的）基本上单色光。在其他实施例中，辐射发生器可以被配置成生成两种或更多种波长处的基本上单色光。这可以同时进行。然而，特别是这可以是顺序的。

在其他实施例中，辐射发生器可以被配置成生成多色光。特别地，当感测装置还可以被配置成感测多个不同的波长时，这可能是有用的。在这样的实施例中，可以感测不同波长的辐射对对象的影响（随着时间的推移）。

替代地或附加地，辐射发生器可以被配置成生成具有特定偏振的辐射。如上所述，辐射的穿透和/或辐射的透射和/或辐射的反射和/或辐射和/或荧光的散射（由于以辐射的照射）可以例如取决于植物部分、生长的阶段、疾病的存在、植物的健康等等，并且因此可以是偏振相关的，因为每一个都可以具有或导致不同的偏振相关的光学。

为此，辐射发生器可以包括被配置成生成具有特定偏振的辐射的辐射发射器。替代地或附加地，辐射发生器可以包括生成非偏振辐射的辐射发射器，以及将偏振施加给辐射的一个或多个光学器件。

在特定实施例中，辐射发生器可以被配置成生成具有两种或更多种不同偏振——如线偏振光和圆偏振光，或者左偏振光和右偏振光等——的辐射。在这样的实施例中，使对象经历不同的偏振可以是可能的。从检测到的辐射中，可以导出可能依赖于偏振的信息。例如，手性分子（诸如糖、蛋白质等）的检测可以被促进。这些可以例如通过线性偏振光的偏振平面的旋转来检测。

在实施例中，由辐射发生器提供的辐射的偏振可以随时间不同和/或在辐射发生器的发射窗上随空间位置不同。

辐射发生器可以被配置成连续提供辐射。然而，特别地，所生成的辐射可以被配置成以脉冲方式提供辐射。因此，可以以脉冲方式提供辐射，其中脉冲具有相同的长度和强度，或者脉冲在时间长度（脉冲宽度）和强度中的一个或多个上不同。

特别地，在实施例中，辐射发生器可以被配置成提供辐射的多个脉冲，其中辐射的脉冲中的辐射的（多个）波长是不同的。以这种方式，具有不同波长（或不同波长分布）的辐射的影响可以随时间被感测（在ToF模式的实施例中）。

如对于本领域技术人员将已知的是，通常连续生成两个或更多个不同辐射的多个脉冲，其间（至少）具有感测时间。两个或更多个脉冲可以例如在波长和/或偏振中不同。

特别是对于飞行时间模式的测量，可能期望以脉冲方式生成辐射。甚至更特别地，脉冲可以具有相对短的时间长度。例如，脉冲可以具有等于或小于100 ns（纳秒）的脉冲宽度，诸如特别是等于或小于50 ns，诸如等于或小于2 ns。甚至更特别地，脉冲宽度可以等于或小于1 ns，诸如等于或小于100 ps（皮秒），诸如尤其等于或小于10 ps，诸如等于或小于1ps。又甚至更特别地，脉冲宽度可以等于或小于100 fs（飞秒），诸如尤其等于或小于10 fs，诸如等于或小于1 fs。在实施例中，基于脉冲激光器的1D ToF系统可以包括激光脉冲发射器（laser pulse transmitter）、（必要的）光学器件、（两个）接收器通道、以及TDC（时间-数字转换器）或高速ADC（模拟-数字转换器）。激光脉冲发射器可以向对象发射短的光脉冲（诸如在实施例中通常为2到50 ns），并且传输事件（transmission event）可以通过检测脉冲的份额来光学地限定、或者根据激光二极管的驱动信号来电学地限定。

如上所述，发生器被特别配置成生成辐射的脉冲（在一种或多种飞行时间感测操作模式中）。术语“辐射的脉冲”在实施例中可以指由两个（无限小的）零辐射强度的周期定义的脉冲。然而，术语“辐射的脉冲”也可以指对背景信号的调制；在这样的实施例中，脉冲可以由辐射强度的两个（无限小的）最小值来定义。此外，术语“辐射的脉冲”也可以指多个这样的脉冲。在实施例中，可以生成相同的多个脉冲。在其他实施例中，可以生成多个脉冲，其中的两个或更多个可以不同。脉冲可以在脉冲宽度和脉冲高度上不同（或相同）。当生成多个脉冲时，频率可以是固定的，尽管不一定是这种情况。

术语“辐射发生器”在实施例中也可以指多个（不同的）辐射发生器。

如上所述，感测系统可以进一步包括感测装置。

感测装置可以被配置成感测特定的波长。

感测装置还可以包括被配置成感测多个波长的感测设备以及选择要感测的特定波长的一个或多个光学器件，诸如光栅、折射元件和/或滤光器。例如，在特定实施例中，感测装置可以被配置成测量辐射的光谱强度分布，诸如光谱功率分布。

因此，在特定实施例中，感测装置可以能够感测具有不同波长的辐射（并分离其信号），诸如多色光。特别地，在特定实施例中，感测装置可以能够随着时间的推移感测具有不同波长的辐射，诸如多色光（也参见下文）。这在飞行时间模式中可能是有用的。此外，这可以用于测量发光和/或这可以用于测量被配置成生成多色光的辐射发生器的辐射。如上所述，当感测装置被配置成感测多个不同的波长时，这尤其有用。在这样的实施例中，可以感测不同波长的辐射对对象的影响（随着时间的推移）。

感测装置可以被配置成感测特定的偏振，即具有特定偏振的辐射。

感测装置还可以包括被配置成感测多个不同偏振（即不同辐射，至少偏振类型不同）的感测设备，以及选择特定偏振的一个或多个光学器件。

在实施例中，由感测装置感测的辐射的偏振可以随时间不同和/或在感测装置的入射窗上随空间位置不同。

特别地，感测装置可以被配置成测量辐射时间依赖性。以这种方式，例如可以执行飞行时间测量。

如上所述，感测装置可以特别被配置成感测来自对象的辐射。在实施例中，该辐射可以是与辐射发生器提供的辐射相同的辐射，因为辐射可以被反射或透射。替代地或附加地，在实施例中，该辐射可以是不同的，因为辐射可以被部分吸收。以此方式，从对象发出的辐射的光谱强度分布可以不同于由辐射发生器提供的辐射的光谱强度分布。替代地或附加地，在实施例中，该辐射可以是不同的，因为辐射可以被部分吸收并转换成发光。因此，短语“被配置成感测来自对象的辐射”和类似短语可以指例如透射后的辐射、反射后的辐射和吸收后的辐射中的一种或多种。

在实施例中，术语“发光”可以指磷光。在实施例中，术语“发光”也可以指荧光。也可以应用术语“发射”来代替术语“发光”。

术语“感测装置”也可以指多个相同或不同的感测装置。

特别地，感测装置可以功能性地耦合到发生器。感测装置和发生器的功能耦合可以例如经由控制系统获得。在实施例中，控制系统可以向发生器给出指令以生成辐射或特定类型的辐射，并且还指示感测装置感测来自被感测对象的辐射。

感测装置和发生器可以集成在单个装置中。这样的实施例中，感测装置和发生器可以被配置在单个外壳中和/或可以被机械耦合。在实施例中，多个感测装置和发生器集成在单个装置中。

在其他实施例中，感测装置和发生器不一定物理耦合，或者物理耦合但相对于彼此可移动。因此，在特定实施例中，辐射发生器和感测装置可以被配置为相对于彼此可移动。以这种方式，例如可以控制辐射在对象上的入射角。此外，这可以用于控制是否在反射模式和/或透射模式（也见下文）下被感测。短语“相对于彼此可移动”可以指其中一个相对于另一个可以是可移动的实施例，或者其中另一个相对于这一个可移动的实施例，并且在特定实施例中也可以指其中每个相对于另一个可移动。这里，“可移动的”尤其可以指平移可移动或旋转可移动，尤其是旋转可移动。以这种方式，感测装置和发生器可以被配置在相对于彼此不同的位置中。

在实施例中，感测装置和辐射发生器可以被配置成以反射模式进行测量。因此，在实施例中，感测装置的光轴和辐射发生器的光轴可以以一定角度配置，并且可以在相同方向上传播。这可以例如用于反射和/或发光的测量。这种角度可以是小的（或者甚至为零）；然而，该角度也可以从等于0°且小于180°的范围内的基本角度中选择。例如，当应用半透明反射镜或其他光学器件时，在实施例中，该角度可以约为0°。

在实施例中，感测装置和辐射发生器可以被配置成以透射模式进行测量。因此，在实施例中，感测装置的光轴和辐射发生器的光轴可以以小（或者甚至零）角度配置，并且可以在相反的方向上传播。

在实施例中，辐射发生器包括第一多个像素，其中辐射发生器被配置成在第一多个像素中以一种或多种飞行时间感测操作模式生成辐射的脉冲，其中感测装置被配置成经由第二多个像素在一种或多种飞行时间感测模式中感测由感测装置接收的、作为时间的函数的辐射的依赖于波长的光谱强度，以提供感测系统信号。第一多个像素和第二多个像素可以在同一平面中以方格图案布置。这种实施例可以有利于确保被接收回来并被感测的所生成的辐射已经耦合到对象（例如植物）中，传播通过所述对象，并在不同的位置离开所述对象。例如，这可以允许对应于所述对象的内部部分来分析属性。替代地，所述方格图案可以是同一行中的交替图案。

在基本上所有类型的配置中，可以感测发光（如果有的话）。

短语“来自对象的辐射”和类似短语可以指来自对象下游的辐射。它尤其可以指在用辐射照射对象时从对象发出的辐射。从对象发出的辐射可以是透射辐射和/或反射辐射和/或发光。因此，短语“来自对象的辐射”和类似短语在实施例中可以指从对象返回的辐射或由对象透射的辐射。

注意，在实施例中，感测装置和辐射发生器可以被配置成感测反射、透射和发光中的两种或更多种。因此，在特定实施例中，感测装置和辐射发生器可以被配置成以透射和反射模式进行测量。又进一步，辐射发生器和感测装置可以被配置成使得散射可以被（感测装置）感测到。

术语“上游”和“下游”涉及相对于来自辐射生成构件（这里特别是辐射发生器）的辐射的传播的项目或特征的布置，其中相对于来自辐射生成构件的辐射束内的第一位置，更靠近辐射生成构件的辐射束内的第二位置是“上游”，并且更远离辐射生成构件的辐射束内的第三位置是“下游”。

如上所述，感测系统还可以包括功能上耦合到辐射发生器和感测装置的控制系统。特别地，控制系统可以被配置成控制提供辐射和感测辐射的定时。鉴于飞行时间感测模式，控制系统可以被配置成控制一个或多个辐射脉冲的生成并测量来自对象的辐射。特别地，测量辐射的阶段可以依赖于时间来完成。因此，在实施例中，在由辐射发生器生成辐射的脉冲之后，可以随时间测量一个或多个波长处的强度。

因此，如上所述，感测系统可以包括辐射发生器、感测装置、和功能上耦合到辐射发生器和感测装置的控制系统，其中感测系统具有一种或多种飞行时间感测操作模式。

飞行时间（ToF）原理尤其可以是一种用于确定传感器和对象之间距离的方法，该方法基于信号的发射和其在被对象反射后返回传感器之间的时间差。在本文中，ToF原理还可以替代地或附加地用于确定植物的3D构象、植物的类型、植物的不同部分、生长的阶段、疾病的存在、植物的健康等。

术语“控制”和类似术语尤其至少指确定元件的行为或监督元件的运行。因此，本文的“控制”和类似术语可以例如指对元件施加行为（确定行为或监督元件的运行）等，诸如例如测量、显示、致动、打开、移动、改变温度等。除此之外，术语“控制”和类似术语可以附加的包括监控。因此，术语“控制”和类似术语可以包括对元件施加行为，以及对元件施加行为并监控该元件。该元件的控制可以用控制系统来完成，该控制系统也可以指示为“控制器”。因此，控制系统和元件可以至少暂时地或永久地在功能上耦合。该元件可以包括控制系统。在实施例中，控制系统和元件可以不物理耦合。控制可以经由有线和/或无线控制来完成。术语“控制系统”也可以指多个不同的控制系统，这些控制系统尤其是功能上耦合的，并且其中的例如一个控制系统可以是主控制系统、以及一个或多个其他控制系统可以是从控制系统。控制系统可以包括或者可以功能性地耦合到用户界面。

控制系统还可以被配置成接收和执行来自遥控器的指令。在实施例中，控制系统可以经由设备——诸如便携式设备（如智能手机或I-phone、平板电脑等）——上的App来控制。因此，该设备不一定耦合到照明系统，而是可以（暂时）功能性地耦合到照明系统。

因此，在实施例中，控制系统可以（也）被配置为由远程设备上的App控制。在这样的实施例中，照明系统的控制系统可以是从控制系统或从模式下的控制。例如，照明系统可以用代码来识别，特别是用于相应照明系统的唯一代码。照明系统的控制系统可以被配置成由外部控制系统控制，该外部控制系统基于（唯一的）代码的知识（通过光学传感器（例如QR代码读取器）的用户界面输入）访问照明系统。照明系统还可以包括用于与其他系统或设备通信的构件，诸如基于蓝牙、WIFI、LiFi、ZigBee、BLE或WiMAX、或其他无线技术。

系统或装置或设备可以在“模式”或“操作模式”或“操作的模式”下执行动作。同样，在一种方法中，一个动作或阶段或步骤可以在“模式”或“操作模式”或“操作的模式”或“可操作模式”中执行。术语“模式”也可以指示为“控制模式”。这并不排除该系统、或装置、或设备也可以适于提供另一种控制模式、或多种其他控制模式。同样，这不排除在执行该模式之前和/或在执行该模式之后，可以执行一个或多个其他模式。

然而，在实施例中，控制系统可能是可用的，其适于至少提供控制模式。如果有其他模式可用，则这种模式的选择尤其可以经由用户界面来执行，尽管其他选项——如根据传感器信号或（时间）方案来执行模式——也可以是可能的。在实施例中，操作模式也可以指只能在单一操作模式下操作的系统、或装置、或设备（即，“开”，没有进一步的可调谐性）。

因此，在实施例中，控制系统可以根据用户界面的输入信号、（传感器的）传感器信号、和定时器中的一个或多个进行控制。术语“定时器”可以指时钟和/或预定的时间方案。

如上所述，在特定实施例中，发生器被配置成在一种或多种飞行时间感测操作模式下生成辐射的脉冲，并且感测装置可以被配置成在一种或多种飞行时间感测模式下感测来自作为时间的函数被感测的对象的辐射，以提供感测系统信号。

该感测尤其指示作为时间的函数的感测信号的强度（在提供辐射的脉冲之后）。感测系统信号还可以指示感测到的辐射和/或使用过的辐射的偏振。感测系统信号也可以指示所用辐射的强度。此外，感测到的信号可以指示感测到的辐射的角度分布。

此外，感测到的信号可以指示感测到的辐射的光谱强度分布。在这样的实施例中，在两个或更多个不同的波长下，可以感测到（来自对象的）辐射。因此，感测系统信号也可以指示光谱强度的分布或光谱强度之间的比率。术语“光谱强度分布”在实施例中可以指n*m阵列，其中n≥2，并且其中在实施例中m=a*n，其中a≥1。一行可以指示波长，并且一行或多行可以指示强度。强度可以基于光子计数或能量计数（光谱功率分布）中的强度。一行可以包括强度值。替代地或附加地，一行可以包括处理后的强度值，诸如例如值的比率、或导数等。

如上所述，术语“光谱强度分布”在实施例中可以指光谱功率分布。

为了确定光谱强度分布，感测装置可以包括波长相关的传感器，诸如CCD相机。因此，在实施例中，感测装置可以包括多像素传感器，可选地包括用于波长相关的检测的滤色器。

替代地或附加地，感测装置可以包括与光学器件组合的不依赖于波长的传感器，诸如依赖于波长的光谱滤波器。这种感测装置也可以是阵列相机，在阵列相机的感测元件的上游具有不同的光谱滤波器，其中两个或更多个感测元件对于不同的波长具有（相对更多的）选择性。

因此，在特定实施例中，感测装置可以被配置成在一种或多种飞行时间感测模式中感测由感测装置接收的、作为时间的函数的辐射的（波长相关的）光谱强度——诸如波长相关的光谱强度分布——以提供感测系统信号。

术语“感测系统信号”指的是感测系统的信号，尤其是当感测来自对象的辐射时由感测系统生成的信号。

本文下面讨论一些进一步的具体实施例。

如上所述，可以及时提供不同的脉冲，其中脉冲的光学属性可以不同。这可以有助于对象的3D绘图（mapping）、确定生长的阶段、确定疾病的存在、确定植物的健康等等中的一个或多个。替代地或附加地，辐射的入射角可以在脉冲之间变化。这可以用可变光学器件和/或可以相对于彼此可移动的感测装置和辐射发生器来完成。在实施例中，可变光学器件可以包括一个或多个可移动反射镜或可控透镜。因此，在实施例中，发生器可以被配置成在一种或多种飞行时间感测操作模式中的一种或多种中生成辐射的多个脉冲，其中辐射的两个或更多个脉冲在（a）光学属性和（b）辐射的入射角中的一个或多个中不同。同样如上所述，在特定实施例中，辐射的两个或更多个脉冲可以在（i）偏振和（ii）（辐射的）光谱强度分布中的一个或多个中不同。例如，可以提供两个或更多个脉冲，诸如三个或更多个（如五个）或者如例如十个或更多个脉冲，其峰值波长相差至少5 nm，甚至更特别地峰值波长相差至少10 nm。

在特定实施例中，辐射发生器可以包括两个或更多个激光器，其被配置为分别生成具有不同光谱强度分布的辐射。此外，特别是在实施例中，发生器可以被配置成在一种或多种飞行时间感测操作模式中的一种或多种中用两个或更多个激光器生成辐射的多个（连续的）脉冲。如上所述，这尤其可以与感测装置相组合，该感测装置可以被配置成感测由辐射发生器生成的不同波长。例如，在相应的连续脉冲期间，可以分别生成具有不同光谱强度分布（诸如具有不同峰值波长）的脉冲。替代地或附加地，（在相应的连续脉冲期间）可以分别生成具有不同偏振的脉冲。

在特定实施例中，可以应用LIDAR。LIDAR可以提供通过用激光照亮目标并用传感器测量反射的光来测量到目标的距离的测量方法（surveying method）。在特定实施例中，可以应用基于激光的飞行时间相机。在这样的实施例中，可以用每个激光脉冲捕获整个场景或光谱强度分布。

例如，根据OsramOptoSemiconductors应用笔记AN106，对于LIDAR，可以使用两种不同的主要系统来得到3D点云，即3D闪光和扫描LIDAR。使用3D闪光LIDAR，脉冲激光束一次发射到感兴趣的整个立体角。为了获得点云的特定分辨率，需要n×m阵列的光敏检测器（例如光电二极管阵列或CMOS ToF芯片）。扫描LIDAR系统可以由聚焦的脉冲激光束组成，该脉冲激光束通过机械旋转反射镜或MEMS（微机电系统）反射镜而指向某个小立体角。因为高功率脉冲激光束被控制以便仅发射到小的立体角中，所以与3D闪光系统相比，所使用的光功率的可达到距离可以大得多。通常使用的反射镜（机械旋转或MEMS）只允许在一个方向上扫描。这个方向上的分辨率是通过激光器的脉冲重复频率和反射镜的扫描频率来实现的。为了在另一个方向上获得一定的分辨率，可以使用n×1阵列的快速PiN光电二极管或雪崩光电二极管。

在特定实施例中，辐射发生器可以包括与处理部件组合的多光谱照明源。多光谱照明源产生照亮对象的具有多个波长的光。在一个实施例中，多光谱照明源包括多个LED，其中多个LED中的第一LED能够发射具有第一波长的光，并且多个LED中的第二LED能够发射具有第二波长的光，其中第一和第二波长不同。在另一个实施例中，多光谱照明源是单元件多色LED。附加地，产生的光可以是光脉冲、调制光或两者的形式。处理部件测量光从多光谱照明源传播到对象以及从对象传播到处理部件所已经花费的时间。它还具有计算范围信息以定位对象并计算从对象接收的光导出的参数的能力。在该实施例中，该系统可以包括至少一个图像传感器以采样从对象接收的辐射，以及电子电路以控制多光谱照明源的操作。在本发明的实施例中，上述装置还可以包括在处理部件的光路中的光谱带通滤波器，以抑制不由多光谱照明源发射的波长。这可以降低环境光水平，并导致更好的信噪比（SNR）和可操作性。在本发明的实施例中，上述装置还包括至少一个图像传感器，用于感测从对象接收的光；以及电子电路，用于控制多光谱照明源的操作。在本发明的实施例中，上述装置可以进一步包括位于至少一个图像传感器附近的多个光谱带通滤波器，从而在逐个像素的基础上过滤从对象接收的光。附加地，多光谱照明源可以产生具有被调谐到多个光谱带通滤波器的照明光谱的光。这可以增加系统过滤光的能力，从而提高系统的能量效率和鲁棒性。在本发明的实施例中，多光谱照明源可以产生包括波长子集的光，其中子集中的每个波长具有不同的调制频率，并且处理部件被配置为基于多个波长的不同调制频率在逐个像素的基础上过滤波长。

此外，似乎特定波长可能特别有用，因为它们似乎提供更大的信噪比。尤其是下列波长范围中的一个或多个可能是有用的：200-300 nm、680-720 nm、920-960 nm、1080-1120nm、1340-1420 nm和1850-1890 nm。因此，在特定实施例中，辐射发生器被配置成以一种或多种飞行时间感测操作模式中的一种或多种中生成辐射，该辐射具有从200-300 nm、680-720 nm、920-960 nm、1080-1120 nm、1340-1420 nm和1850-1890 nm的波长范围中选择的波长。在特定实施例中，辐射发生器可以被配置成生成具有200-300 nm波长范围内的一个或多个波长的辐射。在这样的实施例中，可以应用例如UV LED或UV激光器，如UV激光二极管。这种光源可以具有相对快的衰减时间，这对于ToF应用是有用的。替代地或附加地，辐射发生器可以被配置成生成具有在至少两个上述波长范围内的一个或多个波长的辐射。可以同时或顺序提供具有这些波长范围中的这一个或多个波长的（多个）辐射（也参见上文）。特别地，辐射发生器可以被配置成在绿色和NIR的至少一个或多个以下波长范围内生成一个或多个波长。替代地，辐射发生器可以被配置成在蓝色、绿色和红色的至少一个或多个以下波长范围内生成一个或多个波长。

在园艺照明的上下文中，近UV被定义为选自300-400 nm光谱范围的一种或多种波长，蓝色被定义为选自400-500 nm光谱范围的一种或多种波长，白色被定义为选自400-700nm光谱范围的波长（这些选定的波长一起可以构成白光，诸如蓝色和绿色和红色的波长组合），绿色被定义为选自500-600 nm光谱范围的一种或多种波长，红色被定义为选自600-700 nm光谱范围的一种或多种波长，深红色被定义为选自640-700 nm光谱范围的一种或多种波长，并且远红色被定义为选自700-800 nm光谱范围的一种或多种波长。因此，深红色是红色的次选择。NIR被定义为选自800-2500 nm光谱范围的一种或多种波长，诸如特别是选自800-2000 nm范围，如例如高达约1200 nm。例如，绿色可能更容易被反射，并且NIR可能更容易穿透植物对象（部分）。此外，蓝色和/或红色可以例如被叶绿素（chlorophyll或chlorophyl）吸收。

为了便于感测，感测系统可以允许使用用户输入信息。例如，用户可以指示植物的类型、不同植物部分、生长的阶段、疾病的存在、植物的健康（以及可选的3D构象的类型）等中的一个或多个。在此基础上，感测系统可以优化一个或多个光学属性和入射角。例如，可以考虑叶子的透明度，可以考虑果实或花的颜色，可以考虑3D构象等。这可以在（最终）飞行时间感测模式之前完成。用户输入信息可以经由用户界面提供。用户界面设备的示例除其他之外包括手动按钮、显示器、触摸屏、键盘、语音激活输入设备、音频输出、指示器（例如灯）、开关、旋钮、调制解调器、和网卡。特别地，用户界面设备可以被配置为允许用户指令设备或装置或系统，用户界面在功能上与该设备或装置或系统耦合，或者用户界面在功能上由该设备或装置或系统所包括。用户界面尤其可以包括手动按钮、触摸屏、键盘、语音激活输入设备、开关、旋钮等，和/或可选的调制解调器、和网卡等。用户界面可以包括图形用户界面。术语“用户界面”也可以指远程用户界面，诸如遥控器。遥控器可以是独立专用设备。然而，遥控器也可以是具有被配置成（至少）控制系统或设备或装置的App的设备。用户界面尤其在功能上耦合到控制系统，或者可以被控制系统所包括。

替代地或附加地，感测系统可以包括另外的传感器，如（简单的）相机，其可以用于植物的3D构象、植物的类型、不同的植物部分、生长的阶段、疾病的存在、植物的健康等的（初步）检测。在此基础上，感测系统可以优化一个或多个光学属性和入射角。例如，可以考虑叶子的透明度，可以考虑果实或花的颜色，可以考虑3D构象等。这可以在初始操作模式期间完成。该另外的传感器可以例如是标签读取器。

感测系统可以以迭代的方式感测。例如，控制系统可以基于感测到的辐射来评估植物的3D构象、植物的类型、植物的不同部分、生长的阶段、疾病的存在、植物的健康等中的一个或多个。基于此，当评估是正确的时，可以基于该评估和预期的感测辐射来调整光学属性，如例如波长、强度和偏振（但是替代地或附加地还有入射角（也参见上文））中的一个或多个。以此方式，经由迭代过程，可以优化光学属性和/或入射角，以获得可以是可靠的和/或可以具有低信噪比的感测系统信号。例如，可以考虑叶子的透明度，可以考虑果实或花的颜色，可以考虑3D构象等。这可以在初始操作模式期间完成，初始操作模式也可以指示为“初步飞行时间感测操作模式”。

因此，在实施例中，控制系统可以使用前馈回路和/或反馈回路。此外，在实施例中，可以应用多个优化循环，例如优化例如S/R比、灵敏度等。

因此，在特定实施例中，感测系统可以包括一个或多个可控感测参数，其中感测系统具有初始操作模式，其中一个或多个可控感测参数的值取决于以下中的一个或多个来定义：（i）用户输入信息，（ii）传感器（诸如（简单的）（数字）相机）的传感器信号，以及（iii）在（感测系统的）初步飞行时间感测操作模式中接收的辐射，并且其中感测系统被配置成在执行初始（或初步）操作模式之后，利用定义的感测参数执行一种或多种飞行时间感测操作模式中的一种或多种。

如也可以从上面导出的，特别是可控感测参数可以从由以下各项组成的组中选择：（i）辐射的偏振，（ii）辐射的光谱强度分布，（iii）辐射的入射角，（iv）脉冲调制和/或脉冲频率，以及（v）感测装置的检测器上游的偏振滤光器。

如上所述，在实施例中，由辐射发生器提供的辐射的偏振可以随时间不同和/或在辐射发生器的发射窗上随空间位置不同。替代地或附加地，由感测装置感测的辐射的偏振可以随时间不同和/或在感测装置的入射窗上随空间位置不同。

例如，在植物组织内部的相互作用期间，辐射（以及后来发射的辐射）的传播方向可能改变，并且可能例如变成多方向的，等等。偏振也可以改变。利用本发明，还可以考虑在植物组织内的停留时间，并且植物组织内的停留时间可以提供信息。同样，利用本发明，也可以考虑植物（组织）内部的（生物）成分。这种信息也可以从感测到的辐射中导出。

在特定实施例中，控制系统可以被配置成从初始操作模式确定至少两种不同类型的辐射，其中第一类型的辐射在被感测的（植物）对象中具有比第二类型的辐射更大的穿透深度，并且利用至少两种不同类型的辐射执行一种或多种飞行时间感测操作模式中的一种或多种。替代地或附加地，控制系统可以被配置成从初始操作模式确定至少两种不同类型的辐射，其中对于第一类型的辐射，（植物）对象具有比对于第二类型的辐射更大的吸收，并且利用至少两种不同类型的辐射执行一种或多种飞行时间感测操作模式中的一种或多种。替代地或附加地，控制系统可以被配置成从初始操作模式确定至少两种不同类型的辐射，其中在第一类型的辐射下（植物）对象提供比第二类型的辐射更强的发光，并且利用至少两种不同类型的辐射执行一种或多种飞行时间感测操作模式中的一种或多种。在特定实施例中，控制系统可以被配置成从初始操作模式确定至少两种不同类型的辐射，其中第一类型的辐射在被感测的（植物）对象的第一部分中具有比第二类型的辐射更大的穿透深度，并且利用至少两种不同类型的辐射执行一种或多种飞行时间感测操作模式中的一种或多种。替代地或附加地，控制系统可以被配置成从初始操作模式确定至少两种不同类型的辐射，其中对于第一类型的辐射，（植物）对象的第一部分比对于第二类型的辐射具有更大的吸收，并且利用至少两种不同类型的辐射执行一种或多种飞行时间感测操作模式中的一种或多种。替代地或附加地，控制系统可以被配置成从初始操作模式确定至少两种不同类型的辐射，其中在第一类型的辐射下，（植物）对象的第一部分提供比第二类型的辐射更强的发光，并且利用至少两种不同类型的辐射执行一种或多种飞行时间感测操作模式中的一种或多种。术语“第一类型的辐射”和“第二类型的辐射”在实施例中可以特别指具有不同光谱功率分布的辐射，诸如不同的颜色。替代地，这些术语可以指具有（基本上）相同光谱功率分布、但是具有不同偏振的辐射。在又另外的实施例中，术语“第一类型的辐射”和“第二类型的辐射”在实施例中可以特别指具有不同光谱功率分布的辐射，诸如不同的颜色，其可选地也可以具有不同的偏振。注意，根据定义，具有不同波长的激光器具有不同的光谱功率分布。

在特定实施例中，控制系统可以被配置为从初始操作模式确定至少两种不同类型的辐射，其中（a）对于第一类型的辐射，应用以下中的一种或多种：（i）在被感测的（植物）对象的第一部分中具有比第二类型的辐射更大的穿透深度，（ii）在被感测的（植物）对象的第一部分中比第二类型的辐射被更强地吸收，和（iii）从被感测的（植物）对象的第一部分生成比第二类型的辐射更强的发光，以及（b）对于第二类型的辐射，应用以下中的一种或多种（i）在被感测的（植物）对象的第二部分中具有比第一类型的辐射更大的穿透深度，（ii）在被感测的（植物）对象的第二部分中比第一类型的辐射更强的吸收，和（iii）从被感测的（植物）对象的第二部分生成比第一类型的辐射更强的发光，其中植物的第一部分和植物的第二部分不同；并且用至少两种不同类型的辐射执行一种或多种飞行时间感测操作模式中的一种或多种。第一植物部分和第二植物部分可以例如选自由花、花的部分、叶、茎、枝、气生根等等组成的组。花的部分可以例如选自由花瓣、柱头、花药、花柱、胚珠、花丝和萼片（以及可选的花序梗）组成的组。

在特定实施例中，可能期望感测从照射位置的偏移。例如，这可以用于测量传播长度、不同波长的透射差异等。因此，在实施例中，辐射具有光束截面（A1），其中感测装置具有视场截面（A2）（在一种或多种飞行时间感测操作模式中的一种或多种中），其中辐射发生器和感测装置具有预定配置，其中在距感测装置的入射窗的预定距离（d2）内，光束截面（A1）和视场截面（A2）不重叠，其中预定距离（d2）选自0-500 cm的范围。在又另外的配置中，其中例如感测装置和辐射发生器不包含在单个设备中，而是可以被配置为彼此可移动，在实施例中预定距离可以更大。因此，在例如替代示例或应用中，可以设想从500 cm和1500 cm之间的范围中选择的预定距离。对于室内应用，诸如园艺植物，从0-500 cm的范围中选择的预定距离（d2）可能就足够了，尽管其他实施例也可以是可能的。例如，对于室外应用，预定距离（d2）可以从0-500 cm的范围中选择，但是在替代实施例中可以以更大的距离来选择。

当然，当不重叠的条件不相关时，预定距离可以更长或更短。此外，在特定实施例中，辐射可以经由一个或多个共同的光学器件来感测。例如，分色镜可以用在辐射发生器的辐射路径中，并且相同的分色镜可以用在到感测装置的发光路径中。

感测系统信号照此可以是有用的，例如用于获得（多个）对象的更好的状态概况。然而，感测系统信号也可以用于控制（另一个）设备（或装置或系统）。因此，如前所述，感测系统功能性地耦合到农业设备，其中农业设备根据感测系统信号而可控制。感测系统和农业设备的功能耦合可以是无线的和/或经由有线的。特别地，感测系统和农业设备的功能耦合可以包括感测系统的控制系统控制农业设备和/或（另一）控制系统根据感测系统信号控制农业设备。农业设备可以包括一个或多个设备，所述一个或多个设备选自由营养提供设备、灌溉设备、修剪设备、除草设备、收获设备、温度控制设备、湿度控制设备、园艺辐射控制设备、熟化设备等等组成的组。熟化设备可以被配置成提供杀虫剂、除草剂、杀真菌剂等中的一种或多种。因此，感测系统信号可以用于根据这种感测系统信号来控制另一个设备（诸如农业设备）的致动器。

（生长中的）植物所经受的条件通常在配方中定义。因此，控制系统可以根据配方种植植物。这种配方可以包括光配方，其定义了预定的园艺光强度。这可能意味着该配方定义了随时间变化的预定园艺光强度。替代地或附加地，该配方可以将预定的园艺光强度定义为被感测的参数——如营养摄入、叶子大小、植物温度、叶子温度、根温度、茎长度、果实大小等等——的函数。也可以感测其他参数，诸如温度（在温室、农场、气候单元、隧道等中）、湿度、气体组分中的一个或多个。日光强度（也会应用太阳光）也可以是要感测的参数。针对照明参数的配方可以指示为“光配方”。 光配方可以由还包含其它参数——诸如叶温度、根温度、环境温度等中的一个或多个——的配方所包括。

这里，术语“园艺光”用于人造光，该人造光用于在一天的至少一部分时间期间照射植物对象。园艺光的光谱功率分布可以在一天内和/或整个生长周期期间变化。

在又另外的方面中，本发明还提供了一种农业设施，其包括如本文所定义的感测系统。农业设施可以包括控制系统，该控制系统是感测系统的控制系统或者可以在功能上耦合到感测系统的控制系统。

在实施例中，农业设施可以特别选自温室和园艺布置的组。在实施例中，园艺布置可以包括垂直农场植物。此外，在实施例中，农业设施可以特别选自空地、庭院（诸如葡萄园）、种植园等的组。代替术语“园艺布置”，而用术语“园艺厂”；在这样的实施例中，术语“园艺厂”指的是建筑物或其他建筑（不是指生物植物）。特别地，术语“园艺布置”是指植物工厂或气候单元，其中植物在受控条件下生长，并且其中植物基本上不接受自然日光。此外，这种植物工厂可以被气候化，诸如在气候单元的情况下。因此，在实施例中，园艺布置包括这种植物工厂或气候单元。在本文中，术语植物工厂被认为涵盖气候单元的实施例。

通常，在植物农场中，植物生长在气候单元中。每个单元配备有一个或多个架子。每个架子都有多个层，用于种植植物。

在特定实施例中（也如上所述），本发明提供了一种农业设施，其包括如本文所限定的感测系统，其中辐射发生器和感测装置中的一个或多个被配置为可移动的，并且其中控制系统可以特别地被配置为控制（i）辐射发生器的位置和（ii）感测装置的位置中的一个或多个。例如，在实施例中，辐射发生器和感测装置中的一个或两个可以沿着轨道可平移。在特定实施例中，辐射发生器和感测装置中的一个或多个可以由（不同的）（多个）无人机（drone）所包括。因此，在更进一步的具体实施例中，辐射发生器和感测装置都可以被配置为相对于彼此可移动（诸如经由轨道和/或无人机）。

如可以从上文导出的，在特定实施例中，（感测系统或农业设施的）控制系统可以被配置成根据感测系统信号执行动作。在具体的实施例中，该动作可以选自由控制植物的生长条件、控制植物或植物部分的照射（用例如UV、可见光和IR辐射中的一种或多种）、控制植物或植物部分的收获、控制植物的处理、和控制植物的修剪组成的组。此外，在具体实施例中，农业设施可以选自由园艺布置、温室、和空地组成的组。这里，控制照射是指为了控制生长等而对植物的照射。

在使用中，农业设施可以包括带有植物的植物支架、或带有种子的植物支架、或带有幼苗的植物支架等。因此，在使用中，农业设施可以包括带有植物的植物支架，或者带有种子的植物支架，或者带有幼苗的植物支架等。术语“支架”或“植物支架”可以指（颗粒）基质、含水基质（在溶液培养中）、土壤、金属丝（对于金属丝作物）等中的一种或多种，可以用于在它们里面、在它们上面、或沿着它们等来种植植物。

这种农业设施的控制系统可以控制温度、湿度、灌溉、养分供应、园艺光的光强度、空气条件（包括空气温度、空气组分、气流等中的一个或多个）中的一个或多个。这种园艺系统可以被配置成在该布置中的不同位置处控制这些条件中的一个或多个。

在又另外的方面中，本发明提供了一种监控（和可选的控制）方法，尤其是植物监控（和可选的控制）方法，包括执行飞行时间感测操作模式，其中该方法包括使一个或多个植物经受辐射的脉冲，在飞行时间感测操作模式中感测由感测装置接收的、作为时间的函数的辐射，以及生成感测系统信号。特别地，该方法可以包括用本文定义的感测系统执行飞行时间感测操作模式。在特定实施例中，在飞行时间感测模式期间，可以提供不同类型的辐射，其可以在（峰值）波长、光谱强度分布、和偏振（也参见上文）中的一个或多个中不同。

在又另外的具体实施例中，植物监控方法可以进一步包括根据感测系统信号执行动作。在具体实施例中，所述动作选自由控制生长条件、控制收获、控制处理、和控制修剪组成的组。

代替短语“植物监控（和可选的控制）方法（plant monitor (and optionalcontrol) method）”和类似短语，也可以应用短语“植物监控（和可选的控制）方法（plantmonitoring (and optional control) method）”或“植物监控（和可选的控制）方法（plantmonitoring (and optional controlling) method）”、以及类似短语。

在又另外的方面中，本发明提供了飞行时间光谱在植物监控（和可选的控制）方法中的使用。此外，在一个方面中，本发明提供了飞行时间光谱学在园艺应用中的使用，例如用于感测植物的3D构象、植物的类型、不同的植物部分、生长的阶段、疾病的存在、植物的健康、深度和组织信息等中的一个或多个。

因此，在实施例中，飞行时间光谱可以在监控（和可选的控制）方法——尤其是植物监控（和可选的控制）方法——中使用。在实施例中，飞行时间光谱可以用于感测和/或监控农业区域或其他类型的基本自然的室外区域，如树林、（热带雨林）森林、草地、石南、草原、稀树草原、公园等。在实施例中，飞行时间光谱可以用于感测和/或监控农业区域或其他类型的基本自然的室外区域，如河流、河流三角洲、湖泊、海洋、公园等。

在实施例中，本文描述的感测系统可以用于监控（和可选的控制），尤其是植物监控（和可选的控制）。在实施例中，本文描述的感测系统可以用于感测和/或监控农业区域或其他类型的基本自然的室外区域，如树林、（热带雨林）森林、草地、石南、草原、稀树草原、公园等。在实施例中，本文描述的感测系统可以用于感测和/或监控农业区域或其他类型的基本自然的室外区域，如河流、河流三角洲、湖泊、海洋、公园等。

在又另外的方面中，本发明还提供了一种软件产品（或（其他的）计算机程序产品），当在计算机上运行时，该软件产品能够实现如本文描述的植物监控（和可选的控制）方法。这种计算机可以包括本文描述的控制系统，或者可以是本文描述的控制系统。因此，在实施例中，这种计算机可以被包括或功能性地耦合到本文描述的感测系统或农业设施。

因此，本发明还提供了一种计算机程序产品，其使得能够执行如本文所定义的方法，例如当加载在计算机（其功能性地耦合到农业设施）上时。在又另外的方面中，本发明提供了一种存储计算机程序（用于执行本文描述的方法）的记录载体（或数据载体，诸如USB棒、CD、DVD等）。因此，当在计算机上运行或加载到计算机中时，计算机程序产品实现或能够实现如本文描述的方法。因此，在另外的方面中，本发明提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品当在功能上耦合到农业设施或由农业设施所包括的计算机上运行时——特别是如本文所定义的——能够实现如本文描述的方法。

记录载体或计算机可读介质和/或存储器可以是任何可记录介质（例如，RAM、ROM、可移动存储器、CD-ROM、硬盘驱动器、DVD、软盘或存储器卡）或者可以是传输介质（例如网络，该网络包括光纤，万维网，线缆，和/或使用例如时分多址、码分多址、或其他无线通信系统的无线信道）。可以存储适用于计算机系统的信息的任何已知或开发的介质都可以用作计算机可读介质和/或存储器。也可以使用附加的存储器。该存储器可以是长期存储器、短期存储器、或长期和短期存储器的组合。术语存储器也可以指多个存储器。存储器可以配置处理器/控制器来实现本文公开的方法、操作动作和功能。存储器可以是分布式的或本地的，并且在可以提供附加处理器的场合，处理器可以是分布式的或单一的。存储器可以被实现为电、磁或光存储器，或者这些或其他类型的存储设备的任何组合。此外，术语“存储器”应该被解释为足够宽泛，以涵盖能够从由处理器访问的可寻址空间中的地址读取或向由处理器访问的可寻址空间中的地址写入的任何信息。根据这一定义，网络（诸如互联网）上的信息仍在存储器内，例如，因为处理器可以从网络中检索信息。

在一方面中，本发明还提供了一种包括如本文所述的感测系统的系统。

在诸方面中，本发明提供了一种光生成系统，包括一个或多个光源（尤其是用于生成可见光）以及如本文所述的感测系统。此外，在这样的实施例中，感测系统的控制设备可以被配置成控制一个或多个光源以用照明特性照亮植物。因此，在一段中，本发明提供了：包括一个或多个光源和感测系统的光生成系统，该感测系统包括辐射发生器、感测装置、和功能上耦合到辐射发生器和感测装置的控制系统，其中感测系统具有一种或多种飞行时间感测操作模式，其中发生器被配置成在一种或多种飞行时间感测操作模式中生成辐射的脉冲，并且其中感测装置被配置成在一种或多种飞行时间感测模式中感测由感测装置接收的、作为时间的函数的辐射的依赖于波长的光谱强度，以提供感测系统信号；其中感测系统的控制设备可以被配置成控制一个或多个光源以照明特性来照亮植物。所述照明特性可以例如是光配方、光颜色、光强度、光调制、色温、光图案、或光场景。光生成系统可以布置在农业设施中。光生成系统可以是照明器或灯具。因此，适用于根据本发明的感测系统的优点和/或实施例可以作必要修改后适用于根据本发明的光生成系统。

在更进一步的具体实施例中，本发明提供了一种光生成设备，其包括（光生成系统，该光生成系统包括）一个或多个光源，以及如本文所述的感测系统。因此，这种系统（或设备）可以包括一个或多个光源（特别是用于生成可见光）和辐射发生器。

在诸方面中，根据本发明的感测系统可以作必要修改后在水产养殖应用中应用。

在诸方面中，本发明提供了一种包括根据本发明的感测系统的农业机器人。此外，所述农业机器人可以包括根据本发明的农业设备，诸如采摘臂和/或照明设备等。

附图说明

现在将仅通过示例的方式，参考所附的示意性附图来描述本发明的实施例，在附图中，对应的附图标记指示对应的部分，并且在附图中：

图1a-1b示意性地描绘了感测系统的一些实施例；

图2a-2b示意性地描绘了一些方面；

图3a-3b示意性地描绘了一些实施例；以及

图4a-4e示意性地描绘了各种另外的方面。

示意性附图不一定是按比例的。

具体实施方式

用于检查和/或处理植物和水果的可能的机器人化解决方案可能需要能够正确地检测植物/水果。除其他之外，本文提出了一种（优化的）飞行时间解决方案，其使用具有对于园艺应用来说可能是最佳的波长的主动照明。通过应用适合植物或水果的反射/吸收/发光特性的波长，可以提高范围信息的准确性和鲁棒性。当应用两种或更多种波长时，每种波长的反射中的差异可以用于对植物部分进行分类或评估植物的条件和健康（例如脱水程度或疾病的存在）。它可以用于评估果实状态（例如，成熟度、某些成分的存在或浓度），以保证果实的质量，并自动确定最佳收获时刻。此外，可以选择波长，使得它将穿透例如叶子并且被果实反射。这使得即使在被叶子遮挡的情况下也能够检测果实。使用由叶子反射的附加波长将提供如何用机器人化的夹子接近果实的信息。所提供的功能——如透视叶子，和植物/水果的多光谱分析——对于（不熟练的）工人来说是非常困难的、主观的，并且可能是不可能的任务。

除其他之外，可以提供用于范围测量的SNR改善的主动照明。例如，可以使用具有可以被待检查的水果/植物最佳反射的波长的主动照明。例如，在可见光范围内、而且在SWIR范围内（1000-1900 nm），番茄的反射率似乎不同于叶子。例如，930 nm处的主动照明看起来被番茄反射得很差，导致范围信号的SNR较低，而例如使用750 nm波长，SNR可能好得多。此外，间接光反射散射会对范围测量具有负面影响。在我们只对番茄的范围信息感兴趣的情况下，可以选择叶子的叶绿素吸收光谱附近的波长和番茄的相对高的反射率（如例如625nm）。也可以选择波长，使得减少太阳光的影响（干扰）（见右图的光谱）。

番茄和番茄叶的吸收光谱部分重叠，并因此可以使用单一波长来测量范围。然而，使用不同波长也可以是有用的，其中至少一个波长选自重叠小或没有重叠的波长范围。在果实和花在叶子的光谱的重叠部分中具有低反射率的情况下（例如，下面示例中的蓝色花），所使用的有效波长可以在450-500 nm之间选择。

此外，除其他之外，用于具有范围和形状补偿的光谱测量的单色/多光谱主动照明。在另外的实施例中，可以使用主动照明，其中主动照明的强度可以针对要检查的水果/植物的范围/几何形状和光学特性进行优化。主动照明的反射/吸收/透射可以取决于到植物的距离、不同波长的表面取向的取向。主动照明可以使用该信息来调整主动（多光谱）照明源的强度，以改善信号质量。

此外，除其他之外，可以应用用于透视叶子的多光谱主动照明。当观察果实和叶子时，可以利用它们在光谱响应上的差异来透视叶子。例如，在测量距离时，可以使用（部分）穿透植被并在果实上反射的波长。通过让叶子反射附加的波长，自动化解决方案可以使用果实和叶子的测量的3D属性来自动采摘果实。

在实施例中，可以应用用于植物生长和健康监控的多光谱主动照明。例如，当使用两种或更多种特定波长时，植物的生长或健康状态可以通过取光谱响应的比率来检索。例如，可以通过监控作为参考的整个第一光谱范围内的反射率，同时使用在这种第一范围内（或甚至在该第一范围之外）的波长子集处的反射率，来确定花或果实的成熟度。类似地，可以从多个响应的比较中检测疾病。

此外，在实施例中，可以应用用于穿透测量的多光谱主动照明。光在植物中的穿透可能取决于所用的波长。与蓝光相比，长波长的红光或近红外（NIR）光可以穿透叶子更深，这可能是由于细胞膜和细胞至细胞界面上的散射更高。不同光谱成分的测量距离可以用于确定不同波长的穿透深度。

在实施例中，可以应用用于荧光测量的多光谱主动照明。例如，叶子内的荧光重吸收可能取决于发光波长。由于叶绿素吸收光谱的特性，与远红色荧光相比，红色荧光可以更有可能被叶子内的叶绿素（至少部分地）重新吸收。同样，当提供红光的宽带辐射时，与远红色的宽带辐射相比，这可能有更大的概率被叶子内的叶绿素（至少部分地）重新吸收。主动照明既可以用于范围感测，也可以用于荧光测量。

此外，在实施例中，可以提供用于散射和BRDF测量的多光谱主动照明。例如，3D信息可以用于重建表面，并且从而重建有效光的入射角，以测量所反射的光的特性。光散射或双向反射分布函数（BRDF）可以用于监控植物发育/健康。散射效应可能取决于所使用的波长。

在实施例中，可以应用用于偏振测量的多光谱主动照明。例如，可以应用具有不同偏振（见图3B）和非偏振辐射的元件的飞行时间传感器。植物对偏振的影响可以用于监控植物发育（例如，基于例如对毛状体或毛状体中萜烯化合物的量和大小的检测和监控，大麻花的存在或大麻花的成熟水平）。另一种选项是使用（不）具有不同偏振的感测元件的偏振光源。然而，也可以应用偏振辐射和可以测量不同偏振的感测装置的组合。

在又另外的实施例中，可以应用用于内部传播/散射测量的多光谱主动照明。例如，飞行时间信号可以用于测量植物内的光的传播。通过用主动照明部分照亮植物，未被照亮的区域可以用作测量位置。一个可以测量光进入植物、通过植物（部分）传播、并且然后被传感器接收的时间（见图4c（变体II））。直接返回反射由观察被主动照明照亮的区域的感测元件测量，而间接反射（其包括通过植物的传播）经由观察未被照亮的部分的感测元件测量（见图4c（变体II））。光通过植物的传播也取决于波长，从而提供附加信息。传播时间也取决于植物内部的散射效应，从而提供例如散射位置的类型和数量的信息（例如，细胞类型、大小和数量，细胞中的渗透压，组织的水合程度等）。

借助于单色和/或多色的主动照明范围信息可以被提取，其可以用于调整/校准光谱信息。借助于单色和/或多色的主动照明形状（3D构象）信息可以被提取，其可以被用于调整/校准光谱信息。

图1a-1b示意性地描绘了感测系统1000的一些实施例，诸如这里用于农业应用。参考文献1指的是非常示意性描绘的植物对象，诸如植物、树、灌木等。

感测系统包括辐射发生器100、感测装置200（功能性地耦合到发生器100）、以及功能性地耦合到辐射发生器100和感测装置200的控制系统300。辐射发生器100、感测装置200和控制系统300中的两个或更多个可以集成在单个设备中。然而，它们也可以包含在两个或更多个不同的设备中：参见实施例I和III，其示出了三个独立的设备；以及实施例II，其中辐射发生器100和感测装置200包含在单个装置中。

在实施例中，辐射发生器100可以被配置成在一种或多种飞行时间感测操作模式中的一种或多种中生成辐射111的多个脉冲，其中在特定实施例中，辐射111的两个或更多个脉冲在（a）光学属性和（b）辐射111的入射角中的一个或多个中不同（进一步还参见下文）。

感测系统1000具有一种或多种飞行时间感测操作模式，其中发生器100被配置成在一种或多种飞行时间感测操作模式下生成辐射111的脉冲，并且其中感测装置200被配置成在一种或多种飞行时间感测模式下感测由感测装置200接收的、作为时间的函数的辐射的（波长相关的）光谱强度——诸如波长相关的光谱强度分布——以提供感测系统信号。

图1b示意性地描绘了实施例，其中辐射可以在不同角度下测量（变体I）或者可以在不同角度下生成（变体II）；后者可能导致不同的入射角。当然，变体I和II也可以组合。

可以由感测装置200感测的返回辐射可以被植物对象1反射，和/或可以在透射通过植物对象1的至少一部分之后被反射或散射，和/或可以是由于辐射111的照射而来自植物对象1的发光。

图2a（变体I）非常示意性地描绘了两种不同植物部分——诸如例如叶和茎或者叶和果实——的不同透射（透射曲线）。辐射1111和1112以及λ₁和λ₂指示将对不同植物部分具有不同影响的辐射波长。第一波长λ₁将被第一植物部分吸收（实线曲线），并且基本上不被第二植物部分吸收（虚线曲线）；第二波长λ₂将被第二植物部分吸收（虚线曲线），并且可能基本上不被第一植物部分吸收（实线曲线）。变体II非常示意性地描绘了在不同波长的辐射下的发光。用λ_a照射提供了清晰的发光带，而用λ_b照射基本上没有发光（观察到的弱发光也相对于λ_a照射下的发光而位移）。注意，也可能有植物部分基本上根本不发光。

图2b（顶部）示意性地描绘了辐射111的多个脉冲。这些脉冲可以都是相同的。

这里，举例来说，脉冲在脉冲持续时间和脉冲之间的距离上基本相同，但是脉冲在光谱强度分布（和/或偏振）上可能不同。这用λ₁、λ₂和λ_n来指示，λ_n可以指示前述波长之一、或者甚至不同于λ₁和λ₂的又另外的波长。替代地或附加地，脉冲也可以在偏振中不同。

此外，替代地或附加地，脉冲可以在脉冲持续时间、脉冲强度（脉冲高度）、脉冲重复率等中的一个或多个中不同。

一般来说，考虑到ToF检测，脉冲相对短，并且具有短的上升和下降时间。短至约1.25 ns半峰全宽（FWHM）的脉冲也可以是可能的。

在该脉冲之后或每个脉冲之后，可以检测来自对象的辐射。如上所述，这可以包括反射辐射、透射辐射、散射辐射、发光。这种辐射可以作为脉冲后时间的函数来检测。这种感测可以针对一个或多个、尤其是多个辐射波长进行，并且尤其是在脉冲之后的至少两个不同时间进行。

图2b（下部）示意性地描绘了两个实施例或变体，其中在三个不同时间的每个脉冲之后测量辐射。在变体I中，感测波长范围上的光谱强度分布；在变体II中，在两个或更多个不同的波长（这里作为示例，三个不同的波长）处测量强度。光谱强度可以随时间变化（在脉冲之后），并且也可以随时间相互变化（在脉冲之后）。根据光谱强度及其时间依赖性，植物的3D构象、植物类型、不同植物部分、生长的阶段、疾病的存在、植物的健康等中的一个或多个可以被确定。因此，基于感测系统信号，植物的3D构象、植物的类型、不同的植物部分、生长的阶段、疾病的存在、植物的健康等中的一个或多个可以被确定。

如对于本领域技术人员将已知的是，通常连续生成两个或更多个不同辐射的多个脉冲，其间（至少）具有感测时间。两个或更多个脉冲可以例如在波长和/或偏振中不同。

图3a示意性地描绘了辐射发生器100的一些实施例，其中辐射发生器包括至少两个辐射源，用附图标记110指示。

变体I示意性地描绘了辐射发生器100的实施例的截面视图，其中两个不同的辐射源110（这里是辐射的激光源150）各自生成辐射151，但是分别具有不同的光谱强度分布，诸如蓝色和红色激光。不同的辐射用附图标记151'和151''指示。利用光学器件，光束可以被组合以提供单个光束。从辐射发生器100逸出的辐射111可以分别用附图标记111'和111''指示。注意，这些辐射111'和111''可以基本上与辐射151'和151''相同，因为所使用的光学器件可以被选择为对光谱强度分布基本上没有影响。因此，在实施例中，辐射发生器100可以包括两个或更多个激光器150，其被配置为分别生成具有不同光谱强度分布的辐射111，并且其中发生器100被配置为利用两个或更多个激光器150（连续地）在一种或多种飞行时间感测操作模式中的一种或多种中生成辐射111的多个脉冲。

变体II非常示意性地描绘了辐射发生器100的实施例的前视图，这里包括四个不同的辐射源110。这些可以被配置成生成辐射111，但是具有不同的光谱强度分布。

图3a中的变体III示意性地描绘了与变体II类似的辐射发生器100，但是现在在辐射源110的下游具有滤光器120。滤光器可以用于改变相应辐射源110的相应辐射的光谱强度分布。替代地或附加地，滤光器可以用于对相应辐射源110的相应辐射施加偏振。

辐射源110可以同时提供（ToF）控制模式辐射111，尤其是当感测系统还可以检测不同的光谱强度（诸如依赖于波长的光谱强度分布）和/或偏振时。在替代的（ToF）控制模式中，辐射源110可以顺序地提供辐射111。

在变体IV中，辐射源110可以被配置成提供具有不同波长的辐射，特别是宽带辐射，尽管例如白色多LED辐射光源也可以是可能的。替代地或附加地，辐射源110可以被配置成提供具有不同偏振的辐射（或者辐射是非偏振的）。在辐射源的下游，可以配置具有多个滤光器120的光学轮。滤光器可以用于选择波长的子集和/或对辐射111施加特定的偏振。

注意，利用相对于彼此配置在不同位置的辐射源110（参见变体II和III），生成具有不同光路的光束（不同于变体I和IV）可以是可能的。

因此，如上所述，在实施例中，发生器100可以被配置成在一种或多种飞行时间感测操作模式中的一种或多种中生成辐射111的多个脉冲，其中辐射111的两个或更多个脉冲在（a）光学属性和（b）辐射111的入射角中的一个或多个中不同，并且其中光学属性选自由（辐射111的）i偏振和ii光谱强度分布组成的组。

上面示意性描绘的与辐射发生器100相关的类似变体也可能与如图3b中所示的感测装置200相关。

变体I示意性地描绘了感测装置200的实施例，该感测装置200包括多个（这里是四个）感测设备210。这些感测设备210可以被配置成感测相同类型的辐射（但是固有地在（稍微）不同的角度下），或者可以被配置成在光谱强度分布和/或偏振方面感测不同类型的辐射。

变体II示意性地描绘了具有多个（这里是四个）感测设备210的感测装置200的实施例，感测设备210可以例如能够感测多个波长的辐射和/或基本上与偏振无关。然而，滤光器215可以用于选定的特定波长和/或特定偏振。特别地，滤光器215因此被配置在感测设备210的上游。

在变体III中，示意性地描绘了具有例如单个感测设备210的感测装置200的实施例，该感测设备210可以例如能够感测多个波长的辐射和/或基本上与偏振无关。然而，被滤光轮包括的滤光器215可以用于选择特定的波长和/或特定的偏振。特别地，滤光器215因此被配置在感测设备210的上游。

注意，在图3a的变体III和IV中，小正方形110在附图平面的后面，并且在图3b的变体II和III中，（阴影）小正方形210在附图平面的后面。

图4a示意性地描绘了感测方法的一些可能的阶段和变体。附图标记UI指示用户输入，附图标记SI指示传感器输入，并且II指示经由迭代过程的输入。附图标记C指示计算阶段，其中基于用户输入UI、传感器输入SI和迭代输入II中的一个或多个，可以选择优化的感测参数。然后，感测阶段（S）可以启动或开始，其产生感测系统信号SSS。这样的感测系统信号SSS可以用于导出或获得关于植物的3D构象、植物的类型、不同的植物部分、生长的阶段、疾病的存在、植物的健康等的信息。感测系统信号SSS也可以用作另一个装置的输入（触发）。这里，AS可以指例如农业系统，其可以包括特别用于执行农业动作的装置。例如，该动作可以选自由控制植物的生长条件、控制植物或植物部分的照射、控制植物或植物部分的收获、控制植物的处理、以及控制植物的修剪组成的组。

因此，在实施例中，感测系统1000可以包括一个或多个可控感测参数，其中感测系统1000具有初始操作模式，其中一个或多个可控感测参数的值取决于以下中的一个或多个来定义：（i）用户输入信息，（ii）传感器310的传感器信号（也参见图4b），以及（iii）在（感测系统1000的）初步飞行时间感测操作模式中接收的辐射，并且其中感测系统1000被配置成在执行初始操作模式之后，利用定义的感测参数执行一种或多种飞行时间感测操作模式中的一种或多种。

如上所述，可控感测参数选自由以下组成的组：（i）辐射111的偏振，（ii）辐射111的光谱强度分布，（iii）辐射111的入射角，（iv）脉冲调制和/或脉冲频率，以及（v）感测装置200的检测器210上游的偏振滤光器215。

在实施例中，控制系统300可以被配置成从初始操作模式确定至少两种不同类型的辐射111，其中第一类型的辐射1111在被感测的植物对象中具有比第二类型的辐射1112更大的穿透深度，并且利用至少两种不同类型的辐射111执行一种或多种飞行时间感测操作模式中的一种或多种（也参见例如图2a（变体II），其中示意性地描绘了不同植物部分的不同光学属性）。

图4b示意性地描绘了进一步包括传感器310的感测系统1000的实施例。该传感器尤其可以包括光学传感器，诸如相机。也可以应用多个（不同类型的）传感器。此外，图4b还非常示意性地描绘了农业设施2000的实施例。诸如温室的农业设施2000可以包括感测系统1000。在特定实施例中，辐射发生器100和感测装置200中的一个或多个被配置为可移动的。这里，两者都可以沿着轨道移动，或者可以沿着轨道被移动。特别地，控制系统300可以被配置成控制（i）辐射发生器100的位置和（ii）感测装置200的位置中的一个或多个。可选地，传感器310也可以被配置为可移动的。替代地或附加地，传感器310可以由辐射发生器100和感测装置200中的一个或多个所包括。注意，传感器310不同于感测设备。

如图4b中示意性描绘的，在实施例中，辐射发生器100和感测装置200都可以被配置为相对于彼此可移动。

如上所述，控制系统300被配置为根据感测系统信号执行动作，其中该动作选自由控制植物的生长条件、控制植物或植物部分的照射、控制植物或植物部分的收获、控制植物的处理、和控制植物的修剪组成的组；并且其中农业设施2000选自由园艺布置、温室、和空地组成的组。

非常示意性地描绘了可能的农业设备2100的实施例，诸如例如灌溉和养分提供（喷洒）系统。感测系统1000可以功能性地耦合到这种农业设备2100。农业设备2100根据感测系统信号是可控制的。当然，也可以替代地或附加地应用其他类型的农业设备。

因此，本发明还提供了一种植物监控方法，包括执行飞行时间感测操作模式，其中该方法包括使一个或多个植物经受辐射111的脉冲，在飞行时间感测操作模式中感测由感测装置接收的、作为时间的函数的辐射，并且生成感测系统信号，并且其中该方法包括用如本文所述的感测系统1000执行飞行时间感测操作模式。这种植物监控方法可以进一步包括根据感测系统信号执行动作，其中该动作选自由控制生长条件、控制收获、控制处理、和控制修剪组成的组。

图4c示意性地描绘了变体I中的实施例，其中传感器系统200的视场（FoV）在特定距离处与辐射发生器100的辐射111（的光束）重叠。这里，作为示例，辐射111的聚焦光束被描绘为发散的感测范围。然而，感测装置也可以使用光学器件，使得例如辐射发生器100的焦点和感测装置200的焦点可以重叠。辐射111具有光束截面A1。感测装置200具有视场截面A2（在一种或多种飞行时间感测操作模式中的一种或多种中）。因此，在一个或多个距离处，这些可以至少部分重叠，这是变体I中的情况。在变体I中，距离d1指示距感测装置200（的入射窗205）的距离，在该距离处，辐射发生器100的辐射111（的光束）和传感器系统200的视场（FoV）重叠。距离d1可以是一个范围，在该范围之下没有重叠，并且在该范围之上也没有重叠。图4c（变体I）指示d1的最低值。

在变体II中，以这样的方式使用感测系统1000，使得辐射发生器100和感测装置200具有预定的配置，其中在距感测装置200的入射窗205的预定距离d2内，光束截面A1和视场截面A2不重叠，其中预定距离d2选自0-500 cm的范围。在这样的实施例中，还可以感测辐射111在植物对象1中的透射和/或吸收。

当然，除了示意性描绘之外的其他实施例可以是可能的。

图4d示意性地描绘了在用辐射111照射植物对象1时可能发生的一些现象。此外，这些中的两个或更多个可以一起出现。变体I指示透射，变体II指示反射；变体III指示散射，并且变体IV指示发光。注意，垂直辐射也可能导致反射和/或散射。此外，在实施例中，在一定角度下的照射也可以导致（一些）透射和/或发光。

图4e示意性地描绘了解释一些现象的两幅图。

假设用窄束辐射111照射植物对象，也用附图标记111a指示。由感测装置测量的辐射可以用辐射111b来指示，由于感测系统的视场之外的吸收（参见吸收曲线A）和散射和/或反射中的一个或多个，辐射111b的强度可能较低。吸收可能导致光的损失（和/或转化；也见下文）。

假设用宽带辐射111照射植物对象，也用附图标记111c指示。由感测装置测量的辐射可以用辐射111d来指示，由于感测系统的视场之外的吸收（参见吸收曲线A）和散射和/或反射中的一个或多个，辐射111d的强度可能较低。吸收可能导致光的损失（或转化；也见下文）。此外，由于吸收是波长相关的，因此感测到的辐射111d可以具有与用于照射的辐射111c不同的另一波长相关性。

假设用窄束辐射111照射植物对象，在变体II中也用附图标记111e指示。由感测装置测量的辐射可以用辐射111f来指示，由于感测系统的视场之外的吸收（参见吸收曲线A）和散射和/或反射中的一个或多个，辐射111f的强度可能较低。吸收可能导致光的损失和/或转化；这里，还示意性地描绘了发射辐射111g。因此，在实施例中，用辐射111（这里指示为111e）的照射可以导致一些反射和/或散射和/或透射，以及（一些）发光（用附图标记111f指示）。

因此，在实施例中，本发明可以提供具有主动照明的光学范围传感器，该主动照明被优化以观察植物和水果，从而同时提取3D和光谱信息，其中可以应用（i）单像素或多像素（阵列/矩阵）飞行时间成像器，（b）激光扫描仪，以及（c）固态LIDAR中的一个或多个。在实施例中，可以应用用于飞行时间测距的多光谱主动照明，其中可以应用以下中的一个或多个：（i）与具有一个或多个单色波长的主动光源组合的响应宽光谱的光学传感器，所述光源被顺序激活；以及（ii）与具有宽光谱范围的主动光源组合的具有不同滤光器或不同光谱灵敏度以具有不同光谱响应的两个或更多个感测元件。因此，也可以应用组合。在实施例中，可以应用使用与水果/植物的反射和/或透射光学属性相匹配的波长的单色/多光谱主动照明，这可以实现一个或多个以下功能：（i）提高范围测量的信号质量，（ii）提供具有范围信息的光谱信息，（iii）透视叶子功能，（iv）基于单个或多个波长的光谱反射在果实/叶子之间分类，（v）基于单个或多个波长的光谱反射评估植物发育、植物健康和疾病检测等。在实施例中，可以应用单色/多光谱主动照明，其使用与具有3D表面重建的水果/植物的反射光学属性相匹配的波长，从而实现一个或多个以下功能：（i）散射/双向反射分布函数测量，（ii）反射属性测量，（iii）偏振属性测量等。在实施例中，使用与具有3D表面重建的水果/植物的透射光学属性相匹配的波长的单色/多光谱主动照明实现了以下功能：（i）散射属性，（ii）特定波长的材料中的穿透深度等。在实施例中，可以提供和/或使用算法，该算法可以使用针对特定波长的测量的反射和透射属性以及重建的形状属性来提取以下信息中的一个或多个：（i）健康状态，（ii）生长/发育状态，（iii）疾病的不存在/存在，（iv）成熟度等。附加地或替代地，被检查的植物的光谱和形状属性可以被提供给植物管理系统，该系统可以用于创建历史概况和趋势，并优化生长周期和检测异常。附加地或替代地，被检查植物的光谱和形状属性可以用于自主地判断例如果实的质量，并引导机器人/无人机致动以通过屏蔽叶冠采摘这种合格的果实。除其他之外，本发明可以应用于例如生长监控、质量监控、作物和水果评估、财产评估、果实收获、利用照明基础设施安置和功能中的一个或多个。

范围信息（或距离信息）可以用于例如根据测量的距离来补偿信号衰减。类似地，从像素化或扫描ToF解导出的形状信息可以用于例如考虑相对于主动照明的表面的入射角。

术语“多个”是指两个或更多个。

本领域技术人员将理解本文中的术语“大体上”或“基本上”以及类似术语。术语“大体上”或“基本上”也可以包括具有“完全地”、“完整地”、“全部”等的实施例。因此，在实施例中，形容词大体上或基本上也可以被移除。在适用的场合，术语“大体上”或术语“基本上”也可以涉及90%或更高，诸如95%或更高，特别是99%或更高，甚至更特别是99.5%或更高，包括100%。

术语“包括”也包括其中术语“包括”意味着“由……组成”的实施例。

术语“和/或”尤其涉及在“和/或”之前和之后提到的项目中的一个或多个。例如，短语“项目1和/或项目2”和类似短语可以涉及项目1和项目2中的一个或多个。术语“包括”在一个实施例中可以指“由……组成”，但是在另一个实施例中也可以指“包含至少所定义的种类和可选的一种或多种其他种类”。

此外，说明书和权利要求中的术语第一、第二、第三等用于相似的元件之间区分，并且不一定用于描述顺序的或时间的次序。应理解，如此使用的术语在适当的状况下是可互换的，并且本文描述的本发明的实施例能够以不同于本文描述或示出的其他顺序操作。

在操作期间，设备、装置或系统可以在本文——除其他之外——被描述。如对本领域技术人员将清楚的是，本发明不限于操作的方法，或者操作中的设备、装置或系统。

应当注意，上述实施例说明而非限制了本发明，并且本领域技术人员将能够在不脱离所附权利要求的范围的情况下设计许多替代实施例。

在权利要求中，置于括号之间的任何附图标记都不应被解释为限制权利要求。

动词“包括”及其变形的使用不排除除了权利要求中陈述的元件或步骤之外的元件或步骤的存在。除非上下文明确要求，否则遍及说明书和权利要求书，词语“包括”、“包含”等应被解释为包含的意思，而不是排他的或穷尽的意思；也就是说，在“包括但不限于”的意思上。

元件前面的冠词“一”或“一个”不排除多个这种元件的存在。

本发明可以借助于包括几个不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实施。在列举几个构件的设备权利要求、装置权利要求或系统权利要求中，这些构件中的几个可以由同一个硬件项目来体现。在相互不同的从属权利要求中引用某些措施的纯粹事实不指示这些措施的组合不能被有利地使用。

本发明还提供了一种控制系统，其可以控制设备、装置或系统，或者可以执行本文描述的方法或过程。又进一步，本发明还提供了一种计算机程序产品，当在功能上耦合到设备、装置或系统或者由设备、装置或系统所包括的计算机上运行时，控制这种设备、装置或系统的一个或多个可控元件。

本发明还适用于包括说明书中描述的和/或所附附图中示出的一个或多个特征的设备、装置或系统。本发明还涉及包括说明书中描述的和/或所附附图中示出的一个或多个特征的方法或过程。

该专利中讨论的各个方面可以被组合，以便提供附加的优点。此外，本领域技术人员将理解，实施例可以被组合，并且也可以组合多于两个的实施例。此外，一些特征可以形成一个或多个分案申请的基础。

Claims (15)

1.一种感测系统（1000），包括辐射发生器（100）、感测装置（200）、和在功能上耦合到所述辐射发生器（100）和所述感测装置（200）的控制系统（300），其中所述感测系统（1000）具有一种或多种飞行时间感测操作模式，其中所述发生器（100）被配置成在所述一种或多种飞行时间感测操作模式下生成辐射（111）的脉冲，并且其中所述感测装置（200）被配置成在一种或多种飞行时间感测模式中感测由所述感测装置（200）接收的、作为时间的函数的辐射的依赖于波长的光谱强度，以提供感测系统信号；

其中所述感测系统信号指示在所述一种或多种飞行时间感测模式中作为时间的函数的所接收辐射的依赖于波长的光谱强度分布。

2.根据权利要求1所述的感测系统（1000），其中所述感测系统（1000）在功能上耦合到农业设备（2100），其中所述农业设备包括用于利用光配方来照亮植物或植物部分的照明设备，其中所述控制系统（300）取决于所述感测系统信号来控制所述农业设备（2100）利用所述光配方来照亮所述植物或植物部分。

3.根据前述权利要求1-2中任一项所述的感测系统（1000），其中所述发生器（100）被配置成在所述一种或多种飞行时间感测操作模式中的一种或多种中生成辐射（111）的多个脉冲，其中辐射（111）的两个或更多个脉冲在以下中的一个或多个中不同：所述辐射（111）的入射角。

4.根据前述权利要求1-3中任一项所述的感测系统（1000），其中所述发生器（100）被配置成在所述一种或多种飞行时间感测操作模式中的一种或多种中生成辐射（111）的多个脉冲，其中辐射（111）的两个或更多个脉冲在以下中的一个或多个中不同：（a）光学属性，其中所述光学属性选自由（i）偏振和（ii）光谱强度分布组成的组。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的感测系统（1000），其中所述辐射发生器（100）包括两个或更多个激光器（150），所述两个或更多个激光器（150）被配置成生成具有不同光谱强度分布的辐射（111），并且其中所述发生器（100）被配置成利用所述两个或更多个激光器（150）在所述一种或多种飞行时间感测操作模式中的一种或多种中生成辐射（111）的多个脉冲。

6. 根据前述权利要求2-5中任一项所述的感测系统（1000），其中所述辐射发生器（100）被配置成在所述一种或多种飞行时间感测操作模式中的一种或多种中生成辐射（111），所述辐射（111）具有从200-300 nm、680-720 nm、920-960 nm、1080-1120 nm、1340-1420 nm和1850-1890 nm的波长范围中选择的波长。

7.根据前述权利要求中任一项所述的感测系统（1000），其中所述感测系统（1000）包括一个或多个可控感测参数，其中所述感测系统（1000）具有初始操作模式，其中所述一个或多个可控感测参数的值取决于以下中的一个或多个来定义：（i）用户输入信息，（ii）传感器（310）的传感器信号，以及（iii）在初步飞行时间感测操作模式中接收的辐射，并且其中所述感测系统（1000）被配置成在执行所述初始操作模式之后，利用所定义的感测参数执行一种或多种飞行时间感测操作模式中的一种或多种。

8.根据权利要求7所述的感测系统（1000），其中所述可控感测参数选自由以下组成的组：（i）所述辐射（111）的偏振，（ii）所述辐射（111）的光谱强度分布，（iii）所述辐射（111）的入射角，（iv）脉冲调制和/或脉冲频率，以及（v）所述感测装置（200）的检测器（210）上游的偏振滤光器（215）。

9.根据前述权利要求7-8中任一项所述的感测系统（1000），其中所述控制系统（300）被配置成从所述初始操作模式确定至少两种不同类型的辐射（111），其中第一类型的辐射（1111）比第二类型的辐射（1112）在被感测的植物对象中具有更大的穿透深度；并且利用所述至少两种不同类型的辐射（111）执行一种或多种飞行时间感测操作模式中的一种或多种。

10. 根据前述权利要求1-9中任一项所述的感测系统（1000），其中所述辐射（111）具有光束截面（A1），其中所述感测装置（200）具有视场截面（A2），其中所述辐射发生器（100）和所述感测装置（200）具有预定配置，其中在距所述感测装置（200）的入射窗（205）预定距离（d2）内，所述光束截面（A1）和所述视场截面（A2）不重叠，其中所述预定距离（d2）选自0-500cm的范围。

11.根据前述权利要求1-10中任一项所述的感测系统（1000），其中所述辐射发生器（100）和所述感测装置（200）被配置为相对于彼此可移动。

12.一种农业设施（2000），包括根据前述权利要求1-10中任一项所述的感测系统（1000），其中所述辐射发生器（100）和所述感测装置（200）中的一个或多个被配置为可移动的，并且其中所述控制系统（300）被配置为控制（i）所述辐射发生器（100）的位置和（ii）所述感测装置（200）的位置中的一个或多个。

13.根据权利要求12所述的农业设施（2000），其中所述辐射发生器（100）和所述感测装置（200）两者都被配置为相对于彼此可移动。

14.根据前述权利要求11-13中任一项所述的农业设施（2000），其中所述控制系统（300）被配置为取决于所述感测系统信号执行动作，其中所述动作选自由控制植物的生长条件、控制植物或植物部分的照射、控制植物或植物部分的收获、控制植物的处理、以及控制植物的修剪组成的组；并且其中所述农业设施（2000）选自由园艺布置、温室、和空地组成的组。

15.一种植物监控方法，包括执行飞行时间感测操作模式，其中该方法包括使一个或多个植物经受辐射（111）的脉冲，在飞行时间感测操作模式中感测由感测装置接收的、作为时间的函数的辐射，并且生成感测系统信号，并且其中该方法包括利用根据前述权利要求1-11中任一项所述的感测系统（1000）执行飞行时间感测操作模式。

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