CZ34030U1 - Zařízení k třídění krytokořenných sazenic lesních dřevin - Google Patents

Description

Úřad průmyslového vlastnictví v zápisném řízení nezjišťuje, zda předmět užitného vzoru splňuje podmínky způsobilosti k ochraně podle § 1 zák. ě. 478/1992 Sb.

CZ 34030 UI

Zařízení k třídění krytokořenných sazenic lesních dřevin

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení k třídění krytokořenných sazenic lesních dřevin. Podkladem třídění je obraz z kamerového systému.

Dosavadní stav techniky

V posledních několika letech se začínají používat nové progresivní metody pěstování lesních sazenic v kontejnerech (sadbovačích). Mezi hlavní přednosti této krytokořenné technologie patří vyšší výpěstnost z osiva lesních dřevin, zkrácená doba pěstování od výsevu po výsadbu v lesní školce, ale hlavně téměř bezztrátová ujímavost kontejnerováných lesních sazenic. Při tradičním třídění krytokořenných sazenic jsou jednotlivé sazenice ručně změřeny a ohodnoceny. Vzhled a rozměry každé sazenice jsou vizuálně zkontrolovány pracovníky školky. Rychlost a přesnost tohoto procesu manuálního třídění nesplňuje požadavky kladené na moderní lesnické školky. Požadavky na sadební materiál jsou jednoznačně definovány v normě ČSN 48 2115. Mezi základní parametry, které ovlivňují budoucí růst a ujmutí sazenice patří: charakteristika nadzemní části (výška sazenice, průměr krčku, morfblogická stavba) a charakteristika podzemní části (kvalita kořenového systému). Na základě těchto kritérií jsou sazenice klasifikovány do tříd A, B a C. Třídy A a B se liší pouze požadavky na minimální velikost sazenice a průměr kořenového krčku a třída C reprezentuje sazenice s vadami (malé sazenice, sazenice s deformovanou stavbou, více sazenic v buňce sadbovače).

V technické praxi se v oblasti průmyslových technologií obecně objevuje trend nahrazení ruční práce mechanizací, především z důvodu úspor a klesajícím počtem zaměstnanců. I u procesů třídění přibývá mechanizace se strojovým viděním. Z patentu ČR č. 308015 je např. známo autonomní zařízení pro rozpoznávání obrazu zahrnující pouzdro, v němž je uložen kamerový blok s obrazovým senzorem a procesní blok s nejméně jednou procesní jednotkou. Oba tyto bloky jsou vzájemně odděleny tepelně izolační přepážkou, přičemž kamerový blok a procesní blok jsou signálově spojeny spojovacím prvkem a elektricky napájeny. Toto zařízení nachází uplatnění v průmyslové automatizaci, zejména na výrobních nebo kontrolních linkách vyžadujících kontinuální provoz s kontinuální kontrolou kvality průmyslového procesu, spočívající zejména v rozpoznávání výrobků, například jejich částí, tvarů, barev nebo vad. Pro specifickou problematiku třídění krytokořenných sazenic lesních dřevin ale toto řešení aplikováno nebylo.

Důvodem je s největší pravděpodobností skutečnost, že efektivní a dostatečně kvalitní způsob automatizovaného třídění krytokořenných sazenic, resp. koncept zařízení kjeho provádění, vyžadují specifický způsob snímání i zpracování obrazu, který u výše uvedeného řešení, ale ani u dalších doposud existujících řešení znám není.

Na této skutečnosti nemění nic ani doposud existující přístupy k třídění sazenic (např. patent JP 20010248333), které jsou založeny na pořízení snímků sazenice pouze z jednoho pohledu (půdorysného nebo bočního) s tím, že sazenice jsou následně tříděny podle výšky případně podle viditelné plochy listů. Chybí zde zcela také exaktnější vyhodnocování pořízeného pohledu kamery - nejsou zde např. detekovány poruchy v morfologické stavbě sazenice.

- 1 CZ 34030 UI

Podstata technického řešení

K vyřešení výše uvedených problémů přispívá zařízení k třídění krytokořenných sazenic lesních dřevin podle technického řešení. Podkladem třídění je, obdobně jako u známých řešení se strojovým viděním, pořízený obraz z kamerového systému.

Podstata technického řešení spočívá vtom, že zařízení obsahuje soustavu dvou v úhlu orientovaných kamerových systémů kamerových systémů s úhlem mezi půdorysnými průměty optických os kamer 60° až 120°, s výhodou 80° až 100°, optimálně pak 90°. Každý z kamerových systémů je tvořen jednou kamerou s širokoúhlým objektivem s krátkou ohniskovou vzdáleností pro snímek celé sazenice a druhou kamerou s objektivem s delší ohniskovou vzdáleností pro snímky kořenového krčku. Tyto kamerové systémy jsou umístěny v komoře s předním a zadním osvětlením na bázi LED panelů k zajištění kontrastu mezi sazenicí a pozadím. Komorou prochází liniový dopravník s nosiči sazenic. Ve směru pohybu liniového dopravníku je před komorou umístěna stanice plnění nosičů sazenicemi z kontejnerů. Za komorou má liniový dopravník začleněn dvě výhybky k třídění sazenic do odběrných míst A, B, C jednotlivých jakostních tříd. Ovládací prvky těchto výhybek jsou propojeny s řídicím systémem s implementovaným algoritmem třídění.

Objasnění výkresů

K bližšímu objasnění podstaty technického řešení slouží přiložené výkresy, kde představuje obr. 1 - Schéma kamerového systému vyhodnocení parametrů sazenic obr. 2 - Půdorys linky na třídění sazenic obr. 3 - Vstupní snímek a vektorový model sazenice obr. 4 - Postup vyhodnocení průměru krčku obr. 5 - Detekce více sazenic v buňce sadbovače obr. 6 - Algoritmus vyhodnocování sazenice.

Příklad uskutečnění technického řešení

Zařízení k třídění krytokořenných sazenic lesních dřevin v příkladném provedení obsahuje soustavu dvou kamerových systémů la, 1b (viz obr. 1) s úhlem mezi půdorysnými průměty optických os kamer 90°. Každý jez kamerových systémů la, 1b je tvořen jednou kamerou s širokoúhlým objektivem s krátkou ohniskovou vzdáleností pro snímek celé sazenice 10 a druhou kamerou s objektivem s delší ohniskovou vzdáleností pro snímky kořenového krčku. Tyto kamerové systémy la, 1b jsou umístěny v komoře 2 (viz obr. 1 a 2) s předním 2a a zadním 2b osvětlením na bázi LED panelů k zajištění kontrastu mezi sazenicí 10 a pozadím. Komorou 2 prochází liniový dopravník 3, v konkrétním příkladném provedení řetězový dopravník s nosiči 4 sazenic 10. Ve směru 11 pohybu liniového dopravníku 3 je před komorou 2 umístěna stanice 5 plnění nosičů 4 sazenicemi 10 a za komorou má liniový dopravník 3 začleněny dvě výhybky 3a, 3b k třídění sazenic do odběrných míst A, B, C jednotlivých jakostních tříd. Ovládací prvky těchto výhybek jsou propojeny s řídicím systémem s implementovaným algoritmem (viz obr. 6) třídění.

Při třídění se nejprve pořídí každým z dvojice kamerových systémů la, 1b vzájemně orientovaných v kolmém směru dva obrazy hodnocené sazenice - obraz celé sazenice a detail

-2 CZ 34030 UI jejího kořenového krčku. U obrazů celé sazenice je snímek z kamery nejprve ořezán na oblast zájmu a následně se pak převede na binární obraz, z něhož se jednak přímo vyhodnotí výška sazenice a který se zároveň převede na vektorový model (viz obr. 3). Vyhodnocení stavby sadebního materiálu se pak provádí na základě vektorového modelu sazenice (obr. 3), protože touto strukturou je možné velmi efektivně procházet a hledat poruchy ve stavbě sazenice jako např. dva terminální výhony.

Snímky kořenového krčku se rovněž převedou na binární snímek. Průměr krčku je pak určen pomocí měření počtu pixelů v oblasti nad zeminou v nosiči (obr. 4).

Přestože lze pro výše v použít speciální automatické linky, může v buňce sadbovače vyklíčit i více semen, případně může vyklíčit i semeno z okolních stromů. Buňky se dvěma sazenicemi je také nutné detekovat a zařadit do třídy C (obr. 5).

Každá sazenice je individuálně vyhodnocena pro dva kolmé pohledy na krček sazenice a dva kolmé pohledy na celou sazenici. Výsledkem vyhodnocení snímku krčku jsou 2 průměry kořenového krčku sazenice, případně informace, zda v buňce kontejneru je více než jedna sazenice nebo naopak je buňka prázdná. Na základě vyhodnocení snímků celé sazenice jsou detekovány chyby v morfblogické stavbě tedy dva konkurenční výhony. Ze snímku celé rostliny je také určena výška sazenice. Kombinace informací ze dvou pohledů na celou sazenici umožňuje správně zpracovat i větve, které by při jednom pohledu byly v zákrytu, a správně vyhodnotit případný náklon sazenice.

Pokud všechny snímky splňují požadované parametry na sadební materiál je nadřazenému systému předána informace o zařazení sazenice do příslušné třídy a nadřazený systém pomocí výhybek 3a, 3b zajistí přesun sazenice na správné místo. Algoritmus vyhodnocování jedné sazenice je znázorněn na obr. 6.

Průmyslová využitelnost

Technické řešení nachází uplatnění v průmyslové automatizaci, zejména v lesních školkách. Nahrazuje nekvalifikovanou sezónní manuální práci mnoha pracovníků automatizovaným systémem, k jehož obsluze postačuje řádově méně pracovníků s vyšší kvalifikací. Oproti manuálnímu třídění je také předností reprodukovatelnost výsledků, výstupy nezávislé na únavě pracovníků a možnost snadné archivace výsledků a zpětné kontroly.

Claims (1)

1. NÁROK NA OCHRANU

   1. Zařízení k třídění krytokořenných sazenic lesních dřevin, vyznačující se tím, že obsahuje soustavu dvou v úhlu orientovaných kamerových systémů (la, 1b) s úhlem mezi půdorysnými průměty optických os kamer 60° až 120°, s výhodou pak 80° až 100°, přičemž každý z těchto kamerových systémů (la, 1b) je tvořen jednou kamerou s širokoúhlým objektivem s krátkou ohniskovou vzdáleností pro snímek celé sazenice (10) a druhou kamerou s objektivem s delší ohniskovou vzdáleností pro snímky kořenového krčku s tím, že tyto kamerové systémy (la, 1b) jsou umístěny v komoře (2) s předním (2a) a zadním (2b) osvětlením na bázi LED panelů k zajištění kontrastu mezi sazenicí (10) a pozadím, přičemž komorou prochází liniový dopravník (3) s nosiči (4) sazenic (10) s tím, že ve směru (11) pohybu liniového dopravníku (3) je před komorou (2) umístěna stanice (5) plnění nosičů (4) sazenicemi (10) a za komorou má liniový dopravník (3) začleněny dvě výhybky (3a, 3b) k třídění sazenic do odběrných míst (A, B, C) jednotlivých jakostních tříd, přičemž ovládací prvky těchto výhybek jsou propojeny s řídicím systémem s implementovaným algoritmem (6) třídění.