DD255594A1

DD255594A1 - Verfahren zur unterscheidung landwirtschaftlicher produkte nach oberflaechenmerkmalen

Info

Publication number: DD255594A1
Application number: DD29572086A
Authority: DD
Inventors: Bernd Herold; Werner Ostritz
Original assignee: Mech Landwirtsch Forschzent
Priority date: 1986-10-30
Filing date: 1986-10-30
Publication date: 1988-04-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterscheidung von landwirtschaftlichen Produkten nach Oberflaechenmerkmalen, beispielsweise von Kartoffeln, Obst und Gemuese nach Qualitaetsfehlern. Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Unterscheidung und Zuordnung der einzelnen Produkte in eine von zwei Qualitaetsklassen zu schaffen. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, mit Hilfe von an sich bekannten optischen, optoelektronischen und elektronischen Bauelementen und Grundbaugruppen die Abtastung, Fehlererkennung und -bewertung sowie die zugehoerige Steuersignalausgabe fuer einzeln vorgefuehrte Produkte zu realisieren. Geloest wird die Aufgabe dadurch, dass mit einem optisch-optoelektronischen System eine ein- oder mehrseitige zeilenfoermige Abtastung der einzeln bewegten Produkte vorgenommen wird und mit einem elektronischen Steuer- und Verarbeitungsgeraet zur Analyse der Bildsignale die Anzahl und Groesse der Grauwertdifferenzen zwischen benachbarten Oberflaechenbereichen erfasst werden. Aus Anzahl und Groesse dieser lokal begrenzten Grauwertuebergaenge wird die Zuordnung zu einer entsprechenden Qualitaetsklasse getroffen.

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung \ .

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterscheidung von stückigen landwirtschaftlichen Produkten, beispielsweise von Kartoffeln, Obst und Gemüse, in bezug auf Oberflächenmerkmale, vorzugsweise Qualitätsfehler, und kann als Bestandteil von Sortiertechnologien für die Aufbereitung/Vermarktung der Produkte in landwirtschaftlichen Betrieben eingesetzt werden.

Charakterisierung des bekannten Standes der Technik

Es sind Verfahren zur Unterscheidung bzw. Sortierung landwirtschaftlicher Produkte nach Oberflächenmerkmalen bekannt, die mit Hilfe von lichtempfindlichen Zeilen- oder Flächensensoren eine Oberflächenabtastung und mittels elektronischer Baugruppen eine entsprechende Signalverarbeitung und Ansteuerung von Sortierorganen realisieren, wobei zur Qualitätssortierung vorzugsweise die Signale oder Signalkombinationen von bei einer oder mehreren Wellenlängen erfaßten

Oberflächenbereichen über Komparatorschaltungen mit einem Festwert (Sollwert) absolut verglichen werden, der von°Hand oder über programmierte Steuerrechner jeweils für bestimmte Einsatzbedingungen eingestellt werden kann.

Diese bekannten Verfahren haben den Nachteil, daß ihr Aufbau in den meisten Fällen sehr aufwendig ist und sie bei zu großen absoluten Schwankungen im optischen Signalpegel nicht genügend sicher arbeiten.

Ferner ist von Nachteil, daß sie bei Erfassung mehrerer Wellenlängen einen entsprechend hohen Energieaufwand zur Erzeugung ausreichender optischer Signalpegel benötigen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die vorstehend genannten Mangel zu beseitigen, wobei mit einer relativ einfachen und billigen technischen Lösung eine hohe Flexibilität des Einsatzes erreicht werden soll.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Unterscheidung landwirtschaftlicher Produkte nach Oberflächenmerkmalen zu schaffen, das auf Basis einer relativ einfachen technischen Lösung prinzipielle Vorteile von bekannten aufwendigeren Lösungen mit weiteren Vorteilen, beispielsweise besserer Energieökonomie vereinigt. Die wird erreicht durch Nutzung im Prinzip bekannter optischer Verfahren zur ein- oder mehrseitigen zeilenweisen Abtastung der Oberfläche einzeln bewegter Produkte in einem geeignet wählbaren Abschnitt des Wellenlängenbereiches von 0,5 bis 2,5μνη.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß mittels einer speziellen elektronischen Steuerung und Verarbeitung für die Signale von Zeilensensoren insbesondere ein paarweiser Vergleich der Grauwerte von in Zeilenrichtung versetzt befindlichen größenverstellbaren Biidpunkten und eine Bewertung der Grauwertdifferenzen sowie auch von absoluten Grauwerten zur Fehlererkennung nach variabel einstellbaren Kriterien erfolgt.

Dieser Vergleich wird durch Quotientenbildung der Signale von Bildpunkten vorgenommen, die nicht unmittelbar benachbart, sondern durch eine Anzahl von n_z Zwischenpunkten getrennt sind. Vorzugsweise wird n_z = 1 gewählt. Durch die Wahl von n_z kann man sich der Form und Größe der Oberflächenfehler und der speziellen Form des Grauwertüberganges anpassen. Ein entsprechendes Auswahlkriterium läßt sich durch summarische Erfassung der Abweichungen der Quotienten vom Wert 1 angeben.

Besonders einfach wird das erreicht, indem man die Größe LGD_n

LGD_n =[ lg(Signal [Bildpunkt n]) - lg(Signal [Bildpunkt η - (n_z + 1)] |

benutzt. Ist LGD_n < Schwellwert S1, so sind keine entsprechenden Fehler vorhanden und der Wert wird nicht erfaßt. Übersteigt LGD_n diesen Schwellwert, so wird er erfaßt und als Fehler summiert. Überschreitet die so gebildete Fehlersumme Σ LGD_n einen vorgebbaren Schwellwert S 2, so wird das analysierte Produkt als fehlerbehaftet eingestuft. ⁿ

Die benutzte Quotientenbildung unterdrückt den Einfluß von Ausleuchtungsinhomogenitäten und zulässigen (allmählichen) Grauwertschwankungen längs der abgetasteten Produktoberfläche auf das Erkennungsergebnis.

Zur Vermeidung verfälschender Randeinflüsse erfolgt eine Erfassung des Randes, und die Werte LGD_Rand werden von der Summation ausgeschlossen.

In einer vereinfachten Form ist es auch möglich, nur das Überschreiten des Schwellwertes S1 durch die Größe LGD_nZU erfassen und die Häufigkeit dieses Ereignisses für ein Produkt festzustellen. Wird ein vorgegebener Grenzwert überschritten, erfolgt die Zuordnung in die Klasse der fehlerbehafteten Produkte.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

In Figur 1 ist das Blockschema des Unterscheidungsverfahrens in den fünf wesentlichen Verfahrensschritten dargestellt, wobei bedeuten: '

1—optische Abbildung,

2 — zeilenweise Abtastung und lichtelektrische Signalwandlung, .

3 — Fehlererkennung, 4—Fehlerauswertung,

5 — Takterzeugung und Steuerung.

Das Schema kennzeichnet die technische Lösung für eine dreiseitige (a, b, c) Abtastung. Die optische Abbildung 1 erfolgt mittels bekannter Lösungen zur spektralen Filterung und fotooptischen Bilderzeugung, die Abtastung und Signalwandlung 2 mit Hilfe von bekannten elektronischen Verfahren unter Einbeziehung integrierter Zeilensensoren. Die Fehlererkennung 3 realisiert die Logarithmierung der Signale, die Verzögerung um n_z + 1 Bildpunkte, die Differenz-und Betragsbildung sowie den Vergleich mit dem Schwellwert S1. Jedem Abtastkanal ist ein Fehlererkennungskanal zugeordnet, dessen Ausgangssignale arithmetischen

(LGD_n)X(LGD_n > SD , . ~

oder logischen . .

(LGD_n >S1)

Charakter haben.

Die Ausgänge der Fehlererkennungskanäle werden bei der Fehlerauswertung 4 mittels Akkumulation zusammengeführt und mit einem Grenzwert S2 verglichen. Wird dieser Grenzwert von der arithmetischen Fehlersumme überschritten, so erfolgt die Bildung eines entsprechenden Steuersignals zur Zuordnung in die.Klasse der fehlerbehafteten Produkte.

Wird ein Produkt durch den Erfassungsbereich von Abbildungs- und Abtastsystem hindurchbewegt, so erfolgt entsprechend der auf die Zeilenelemente des Sensors übertragenen Grauwertverteilung der Produktoberfläche sowie entsprechend der bei der Takterzeugung vorgewählten Bildpunktgrößeneinstellung die Zusammenfassung mehrerer Elemente eines Zeilensensors in einem zur Bewegungsgeschwindigkeit passenden Zeittakt und die Ausgabe entsprechender Bildsignale.

Diese werden bei der Fehlererkennung in derbeschriebenen Weise Zeile für Zeile verarbeitet, wobei die Fehlersigna la ntei Ie vom Produktrand unterdrückt werden.

Um Fremdkörper oder völlig fehlerhafte Produkte, die zwar frei von Grauwertdifferenzen, aber in ihren absoluten G rauwerten als fehlerbehaftet anzusehen sind, erkennen zu können, wird geprüft, ob wenigstens ein Bildpunkt des Produkts ein Signal mit einem Wert in einem bestimmten (fehlerfreien) Erwartungsintervall aufweist. Ist das Prüfergebnis in allen drei Fehlererkennungskanälen negativ, so wird das Produkt auch bei unkritischer Fehlersumme in die Klasse der fehlerbehafteten eingeordnet.

Claims

1. Verfahren zur Unterscheidung landwirtschaftlicher Produkte nach Oberflächenmerkmalen, vorzugsweise Kartoffeln, Obst und Gemüse auf Qualitätsfehler, gekennzeichnet dadurch, daß die Oberfläche der zu unterscheidenden bewegten Produkte mit einem oder mehreren zellenförmigen Bildsignale zeilenweise abgetastet wird und die entstandenen Bildsensoren der Zeilensensoren zugeordneten Fehlererkennungssystemen zugeführt werden, durch die für alle im Inneren des Produktbildes gelegenen Bildpunkte ein Vergleich mit dem (n_z + 1 )-ten Nachbarn in der Zeile im Sinne der Bildung einer betragsmäßig erfaßten Differenz der logarithmierten Signale vorgenommen wird, und diese logarithmischen Differenzen nurweiterverarbeitet werden, wenn sie einen gewissen Schwellwert S1 überschreiten und der nicht erfaßte Randbereich den ersten und letzten n_z Bildpunkten des jeweiligen Zeilensignals des Produkts entspricht, und die erzeugten Fehlersignale einem Fehlerauswertesystem zugeführt werden, wo sie akkumuliert und mit dem Ziel einer Klassenzuordnung mit einem vorgebbaren Schwellwert S2 verglichen werden und bei Überschreiten desselben ein Steuersignal ausgegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß zur Verbesserung der Funktion in den Fehlererkennungssystemen zusätzlich der Absolutwert der inneren Bildpunktsignale daraufhin überwacht wird, ob wenigstens einer von ihnen in einem gewissen vorgebbaren Erwartungsintervall liegt und wo, wenn ein solcher Fall in keinem Fehlererkennungssystem festgestellt wird, ebenfalls ein Steuersignal zur Zuordnung in die Klasse der fehlerbehafteten Produkte von dem Fehlerauswertesystem ausgegeben, wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß wahlweise durch eine bestimmt proportionierte Verknüpfung von Takterzeugung und Fehlererkennung eine Zusammenfassung von unterschiedliche vielen Zeilenelementen der Zeilensensoren zu entsprechend großen Bildpunkten und damit eine unterschiedlich geometrische Auflösung der Produktbilder möglich ist.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß beim Vergleich der benachbarten Bildpunkte die Anzahl n_z der Zwischenpunkte speziell zu 1 gewählt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die von den Fehlererkennungssystemen gebildeten Fehlersignale zu 1 oder 0 normiert werden, je nachdem, ob der Schwellwert S1 überschritten oder nicht überschritten wird.