DE102005055919B4

DE102005055919B4 - Verfahren zum Detektieren und Diskriminieren von Tieren in landwirtschaftlich genutzten Wiesenflächen

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Publication number: DE102005055919B4
Application number: DE102005055919A
Authority: DE
Inventors: Volker Dr. Ing. habil. Tank
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2005-11-22
Filing date: 2005-11-22
Publication date: 2007-08-30
Anticipated expiration: 2025-11-23
Also published as: AT502858B1; AT502858A3; AT502858A2; CH696411A5

Abstract

Verfahren zum Detektieren und Diskriminieren von Tieren einschließlich Gelegen in landwirtschaftlich genutzten Wiesenflächen, wobei mittels eines an einem landwirtschaftlichen Fahrzeug angebrachten Sensorsystems spektrale Signaturen in Form von spektralen Reflexionsgraden im Bereich von 350nm bis 2500nm dieser Tiere einschließlich Gelegen und der Umgebung a priori ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass, nachdem a priori zwei Spektralbereiche aus Umgebungsreflexionsspektren und aus Tier- und/oder Gelege-Reflexionsspektren mit entgegengesetzten Größenrelationen ausgewählt und registriert und/oder gespeichert sind,
ein Quotient Q_U der Reflexionsgrade ρ_U aus den zwei Spektralbereichen für die Umgebung U gebildet wird, so dass der Quotient Q_U kleiner eins ist (Q_U < 1), sowie
ein weiterer Quotient Q_T der Reflexionsgrade ρ_T aus denselben zwei Spektralbereichen für Tier und/oder Gelege T gebildet wird, so dass der Quotient Q_T größer eins ist (Q_T > 1) und
wenn beim Bearbeiten der landwirtschaftlichen Wiesenfläche bezogen auf die vorgegebenen Spektralbereiche aus den gemessenen Spektren ein Quotient Q_T erhalten...

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Detektieren und Diskriminieren von Tieren in landwirtschaftlich genutzten Wiesenflächen.
Seit Beginn der Mechanisierung der Landwirtschaft und mit Fortschreiten deren technischer Entwicklung nimmt die Gefährdung der gesamten Tierwelt in den landwirtschaftlich genutzten Flächen ständig zu. Vor allem die Frühjahrsmahd der Wiesen erfordert viele Opfer unter neugeborenen Rehen und Hasen, sowie Gelegen und geschlüpften Bodenbrütern, da die Jungtiere bei Gefahr entweder regungslos verharren oder zu langsam fliehen.
Adäquate Gegenmaßnahmen erfordern technische Einrichtungen, die die gefährdeten Tiere erkennen und ihre Sicherung weitestgehend ohne Beeinträchtigung der landwirtschaftlichen Arbeit ermöglichen. Dazu sind Sensorsysteme erforderlich, die unter allen Bedingungen maschineller Feldarbeit eine hohe Zuverlässigkeit und Detektionssicherheit gewährleisten. Das betrifft sowohl den eigentlichen Maschineneinsatz als auch die komplexen Umweltbedingungen.
In DE 37 30 449 C2 ist zum Erkennen von Tieren in landwirtschaftlich genutztem Grund eine optische Sensoranordnung aus thermoelektrischen Infrarotdetektoren zur Registrierung des Strahlungskontrastes zwischen warmem Wildkörper und einer kälteren Wiese vorgesehen. Die optische Sensoranordnung ist an einer horizontalen Halterung seitlich oder vorausschauend an einem landwirtschaftlichen Fahrzeug angebracht. Hierbei sind die Infrarotsensoren in gleichen Abständen von etwa 50cm und in einer Höhe über dem Boden von etwa 90cm angeordnet. Zum Erkennen von Wild in dem überwachten Flächenbereich ist der Sensoranordnung eine Auswerteelektronik nachgeschaltet, in welcher die Differenz aller Sensorsignale gebildet wird.
Eine Weiterentwicklung ist in DE 100 16 688 C2 beschrieben, bei welcher zusätzlich Fundstellen kartiert und daraus schematische Fundstellenkarten erstellt werden können.
Bei der in DE 102 58 347 B4 beschriebenen Einrichtung zur Detektion von Vogelgelegen und Tieren im Acker- und Pflanzenbau ist eine Infrarot-Sensoranordnung vorgesehen, die eine als Temperaturmesseinrichtung verwendbare Infrarot-Zeilensensoranordnung ist. Ferner ist eine elektronische Kamera als Infrarot-Wärmebildgerät eingesetzt.
Bisher existierende Infrarotsysteme, mit denen gute Erfolge bei der Suche von Rehkitzen erzielt werden, detektieren bei Sonnenschein auch die Temperaturunterschiede in den Wiesen. Sie sind daher für den Einsatz am Mähwerk ungeeignet, denn es wird vorwiegend bei Sonnenschein gemäht. Im Forschungsstadium befinden sich Mikrowellensensoren, welche Tiere aufgrund des hohen Wassergehalts ihrer Körper detektieren und daher durch Sonnenstrahlung unbeeinflusst wären. Es ist noch ungeklärt, ob ein Einsatz an fahrenden Maschinen möglich und die Funktion bei dichtem Gras gewährleistet ist und welcher Aufwand bis zur Einsatzreife erforderlich sein wird.
Als nachteilig wird angesehen, dass bisher kein kostengünstiges Verfahren einsatzbereit ist, mit dem unter allen Bedingungen maschineller Feldarbeit eine hohe Zuverlässigkeit und Detektionssicherheit bei der Suche von Tieren und Gelegen in landwirtschaftlichen Flächen gewährleistet ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, Verfahren zum Detektieren und Diskriminieren von Tieren in landwirtschaftlich genutztenen Flächen zu schaffen, die eine hohe Detektionssicherheit und Zuverlässigkeit aufweisen und außerdem mit geringem Aufwand zu realisieren sind, um so zuverlässige Ergebnisse von Wild und Gelegen in ihrer natürlichen Umgebung zu erhalten.
Diese Aufgabe ist bei Verfahren zum Detektieren und Diskriminieren von Tieren einschließlich Gelegen in landwirtschaftlich genutzten Wiesenflächen durch die Schritte im kennzeichnenden Teil des jeweiligen Anspruchs gelöst.
Hierbei wird zum einen die Tatsache genutzt, dass die gesuchten Tiere im Spektralbereich von 350nm bis etwa 2500nm eine andere spektrale Signatur, nämlich einen anderen spektralen Reflexionsgrad und damit auch einen anderen spektralen Absorptionsgrad haben als die Umgebung, Gras (Heu), Ackerboden, in der sie sich befinden.
Gemäß der Erfindung werden bei einem ersten Verfahren, nachdem a priori zwei Spektralbereiche aus Umgebungsreflexionsspektren und aus Tier-/Gelege-Reflexionsspektren mit entgegengesetzten Größenrelationen ausgewählt und registriert/gespeichert sind, ein Quotient Q_U der Reflexionsgrade ρ_U aus den zwei Spektralbereichen für die Umgebung U gebildet, so dass der Quotient Q_U kleiner eins ist (Q_U < 1), und ein weiterer Quotient Q_T der Reflexionsgrade ρ_T aus denselben zwei Spektralbereichen für Tier/Gelege T gebildet, so dass der Quotient Q_T größer eins ist (Q_T > 1). Wenn dann beim Bearbeiten der landwirtschaftlichen Wiesenfläche bezogen auf die vorgegebenen Spektralbereiche aus den gemessenen Spektren ein Quotient Q_T erhalten wird, der größer eins ist, wird eine Sicherungs-/Rettungsmaßnahme eingeleitet.
Wenn für die Umgebung U (Gras, Heu, Ackerboden) der Reflexionsgrad ρ_U im Spektralbereich Δλ₁ kleiner als im Spektralbereich Δλ₂ ist, gilt ρ_U(Δλ₁) < ρ_U(Δλ₂). Wenn für ein Tier T der Reflexionsgrad ρ_T im Spektralbereich Δλ₁ größer als im Spektralbereich Δλ₂ ist, gilt: ρ_T(Δλ₁) > ρ_T(Δλ₂). Der Quotient Q_U ist dann:
Für das Tier T ergibt sich ein Quotient Q_T:
Allerdings kann es auch umgekehrt sein. In diesem Fall gilt dann:
ρ_U(Δλ₁) > ρ_U(Δλ₂) und somit für den Quotienten
und gleichzeitig
ρ_T(Δλ₁) < ρ_T(Δλ₂) und somit für den Quotienten
Entsprechend den vorstehend geschilderten Gegebenheiten wird bei einem Ergebnis, dass im zuerst geschilderten Fall der Quotient Q_T > 1 ist bzw. wie in dem zweiten Fall ausgeführt, der Quotient Q_T < 1 ist, jeweils eine Sicherungs-/Rettungsmaßnahme eingeleitet.
Bei einem zweiten Verfahren wird gemäß der Erfindung, wenn der an einem landwirtschaftlichen Fahrzeug angebrachte Sensor im Spektralbereich zwischen 1000nm und 1750nm und/oder zwischen 1950nm und 2500nm empfindlich ist, beim Bearbeiten einer landwirtschaftlich genutzten Wiesenfläche eine Sicherungs-/Rettungsmaßnahme eingeleitet, wenn im Spektralbereich zwischen 1000nm und 1750nm ein Reflexionsgrad ρ₁ > 0,6 und/oder im Spektralbereich zwischen 1950nm und 2500nm ein Reflexionsgrad ρ₂ > 0,3 festgestellt wird.
Bei einem dritten Verfahren gemäß der Erfindung werden, wenn das an einem landwirtschaftlichen Fahrzeug angebrachte Sensorsystem Reflexionsgrade in den Spektralbereichen Grün (G) um 550nm und Rot (R) um 680nm misst, aus den Messungen in den Spektralbereichen Rot (R) und Grün (G) Quotienten Q = R/G gebildet. Bei einem Quotienten Q > 1,5 wird eine Sicherungs-/Rettungsmaßnahme eingeleitet.
Bei einem vierten Verfahren gemäß der Erfindung werden mittels eines an einem landwirtschaftlichen Fahrzeug angebrachten Sensorsystems, das den Reflexionsgrad in den Spektralbereichen um 2010nm, 2057nm, 2105nm, 2180nm sowie 2236nm misst, Quotienten der gemessenen Reflexionsgrade ρ(2010)/ρ(2057), ρ(2105)/ρ(2057), ρ(2105)/ρ(2180) und ρ(2236)/ρ(2180) gebildet werden. Wenn alle vier ermittelten Quotienten größer eins sind, wird eine Sicherungs-/Rettungsmaßnahme eingeleitet.
Zur Tiersuche kann nur eines der Verfahren allein angewendet werden, eine Kombination von zwei oder mehr Verfahren oder auch eine Kombination von allen Verfahren angewendet werden.
Zum Durchführen der Verfahren kann an einer Landmaschine außer dem Sensorsystem in dessen Nähe eine Beleuchtungsquelle beispielsweise in Form eines entsprechend ausgerichteten Scheinwerfers zum Ausgleich von unterschiedlichen, sich ändernden Beleuchtungsverhältnissen und zum homogenen Ausleuchten des Gesichtsfeldes des Sensorsystems angebracht sein. Hierbei kann der Scheinwerfer elektrisch getaktet und phasensynchron mit dem Sensorsystem betreibbar sein. Als Sensorsysteme werden Spektrometer oder abbildende Spektrometer verwendet, die vorzugsweise nur in den zum Diskriminieren und Detektieren erforderlichen Spektralkanälen arbeiten.
Die Erfindung wird nun anhand nachstehender Diagramme näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Diagramm der spektralen Reflexionsgrade im sichtbaren und nahen infraroten Spektralbereich von Gras, Heu, Erde (Wiesenboden) und dem Fell eines Rehkitzes;
2 ein Diagramm der spektralen Reflexionsgrade nur im sichtbaren Spektralbereich von Gras, Heu, Erde (Wiesenboden) und dem Fell eines Rehkitzes; '
3 ein Diagramm der spektralen Reflexionsgrade im nahen infraroten Spektralbereich von Gras, Heu, Erde (Wiesenboden) und dem Fell eines Rehkitzes;
4 Quotienten von spektralen Reflexionsgraden im sichtbaren und nahen infraroten Spektralbereich von Kitzfell/Gras, Heu/Gras und Erde/Gras;
5 Quotienten von spektralen Reflexionsgraden im Spektralbereich bis 1800nm von Kitzfell/Gras, Heu/Gras und Erde/Gras, und
6 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Detektion von Tieren, wie Rehkitzen, Hasen, Bodenbrütern und deren Gelegen.
In 1 dargestellte Spektren der Reflexionsgrade von Gras, Heu, Erde (Wiesenboden) und dem Fell eines Rehkitzes zeigen, dass in den Spektralbereichen von etwa 600nm bis 700nm und etwa 1000nm bis 2500nm das Kitzfell einen deutlich höheren Reflexionsgrad aufweist als die typische Umgebung Gras. Heu und unbewachsener Wiesenboden können in Wiesen vorhanden sein; auch deren Reflexionsgrad ist in den genannten Spektralbereichen deutlich geringer als der eines Rehkitzes.
Im Bereich um 1375nm und im Bereich um 1875nm ist das Verhältnis Signal zu Rauschen der Messungen so gering, dass in 1 sowie auch in 4 keine Aussage über den tatsächlichen Verlauf der Kurven gemacht werden kann. Allerdings ist davon auszugehen, dass alle Kurven in diesen Bereichen stetig verlaufen.
Erfindungsgemäß wird ein gemessener Reflexionsgrad von ρ₁ > 0,6 im Spektralbereich zwischen etwa 1000nm und 1750nm als Kriterium für ein detektiertes Kitz verwendet, ebenso ein Reflexionsgrad von ρ₂ > 0,3 im Spektralbereich von 1950nm bis 2500nm. Die beiden Kriterien werden entweder einzeln oder auch in Kombination gemeinsam verwendet.
2 ist zu entnehmen, dass der spektrale Reflexionsgrad von Kitzfell, Gras, Heu und Erde im sichtbaren Spektralbereich hinsichtlich absoluter Größe und Gradienten unterschiedlich verläuft. Insbesondere weist Gras ein Reflexionsmaximum im Grünen um 550nm und ein Reflexionsminimum im Roten um 680nm auf. Das Verhältnis der Reflexionsgrade Rot (R) zu Grün (G) ist für Gras: R/G < 1, während es für die anderen Spektren R/G > 1 ist.
Erfindungsgemäß ist dies ein Kriterium zur Identifizierung eines Kitzes. Ist der Quotient R/G < 1, ist kein Kitz vorhanden. Wird der Quotient R/G > 1 und erreicht der für ein Kitz typische Quotient Q_K = R_K/G_K beispielsweise einen Wert Q_K > 1,5, ist ein Kitz identifiziert. Dieses Kriterium kann entweder allein oder in Kombination mit einem oder mehreren der nachfolgend erläuterten Kriterien verwendet werden.
3 ist zu entnehmen, dass der spektrale Reflexionsgrad ρ eines Kitzfells im Spektralbereich von etwa 1950nm bis 2500nm nicht nur größer ist als der von Gras, Heu und Acker boden, sondern auch ein häufiger wechselndes Vorzeichen des Gradienten aufweist. (Sein Verlauf ist "welliger").
Auch diese Eigenschaft kann erfindungsgemäß zur Detektion eines Kitzes verwendet werden. Dazu werden die Wellenlängenbereiche verwendet, in denen der Gradient des Reflexionsgrads des Kitzfells ρ_K = 0, d. h. Maxima und Minima des welligen Verlaufs. Diese Wellenlängen x1 bis x5 sind in Tabelle 1, zusammen mit den zugehörigen Reflexionsgraden y1 bis y5 aufgelistet. Ferner enthält die Tabelle 1 vier Quotienten Q aus jeweils zwei Reflexionsgrad-Werten bei unterschiedlicher Wellenlänge. Dieser Quotient für ein Kitz ist immer Q_K > 1, während sich für Gras, Heu, Erde jeweils immer zwei Quotienten finden lassen, für die gilt: Q < 1.
Erfindungsgemäß ist dies ein weiteres Kriterium zur Identifizierung eines Kitzes Sind alle vier Quotienten Q > 1, so ist ein Kitz identifiziert. Alternativ können in analoger Weise auch nur drei oder vier Spektralbereiche und somit zwei oder drei Quotienten verwendet werden. Dieses Verfahren kann entweder allein oder in Kombination mit einem oder mehreren der anhand von 1 und 2 erläuterten Kriterien verwendet werden.
Tabelle
4 und 5 zeigen Quotienten der Reflexionsspektren von Kitz, Heu, Erde, jeweils auf Gras bezogen. Nahezu im gesamten Spektralbereich von etwa 350nm bis 2500nm ist der Quotient für Kitze am größten. In den Wellenlängenbereichen um 375nm, 675nm, 1450nm und 1960nm ist diese Tatsache besonders ausgeprägt und steigt außerdem mit zunehmender Wellenlänge. Für Heu und Erde dagegen hat der Quotient Maxima bei 675nm und 1960nm, die Werte bei 375nm und 1450nm sind geringer.
Erfindungsgemäß wird auch hierauf ein Kriterium zur Identifizierung eines Kitzes gestützt: Im Betrieb wird die Datenerfassung des Spektralmessgeräts mit der Fahrt der Landmaschine derart synchronisiert, dass zwei zeitlich benachbarte Messungen zwei örtlich benachbarten Wiesensegmenten entsprechen. Es wird dann jeweils der Quotient zeitlich aufeinander folgender Spektralmessungen in den genannten Bereichen gebildet. Dieser Quotient ist immer sehr nahe bei Q = 1, solange nur Wiesensegmente erfasst werden.
Werden ein Kitz, Heu oder Erde erfasst, so ergibt sich ein spektraler Verlauf, wie 4 und 5 zu entnehmen ist. Sowohl die absolute Größe der Quotienten in den einzelnen Spektralbereichen als auch das Verhältnis der Größen der Quotienten in den Spektralbereichen zueinander ist als Kriterium zur Kitzdetektion geeignet. Jedes Kriterium kann entweder allein oder in Kombination mit dem anderen oder auch in Kombination mit einem oder mehreren der anhand von 1, 2 und 3 erläuterten Kriterien verwendet werden.
Der spektrale Reflexionsgrad der Erde hängt von den jeweiligen Bestandteilen und ihrer Zusammensetzung ab, die wiederu^m stark von der Mineralogie des jeweiligen Standorts abhängen.
Die vorstehend beschriebenen Detektionsverfahren werden dadurch an die örtlichen Gegebenheiten (Bodenbeschaffenheit) angepasst, dass insbesondere die spektrale Charakteristik (Reflexionsgrade) des Bodens und des vorherrschenden Bewuchses (Gras) in einem Kalibrierverfahren gemessen wird und die Datenauswertung und Detektionskriterien daran angepasst werden. Dabei werden auch Unterschiede erfasst und bei der Auswertung berücksichtigt, die durch unterschiedliche Bodenfeuchte verursacht werden.
Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsformen erläutert, deren bevorzugte Variante in 6 schematisch darstellt.
Für alle Ausführungsformen gelten folgende Maßnahmen:

1. Die optischen Parameter der verwendeten Sensorik, wie beispielsweise Gesichtsfeldwinkel, räumliche Auflösung, u.ä., sowie die geometrischen Parameter, wie beispielsweise Montagehöhe, Blickrichtung u.ä., werden so dimensioniert, dass im Betrieb an der Landmaschine der unverstellte Blick zum Wiesenboden und vor allem eine Sichtverbindung zu einem Kitz in seinem Lager gewährleistet sind. Ebenso ist dafür Sorge getragen, dass der gesamte Aufbau ein Sichern eines detektierten Kitzes erlaubt, bevor es zur Gefährdung durch die Maschine kommt.
2. Die Sensorik wird hinsichtlich Messgeschwindigkeit und Datenerfassung sowie -aufzeichnung an die Arbeitsgeschwindigkeit der Landmaschine derart angepasst, dass das Gelände lückenlos erfasst wird.
3. Um sicher zu stellen, dass die Umweltbedingungen, vor allem die Unterschiede und Veränderungen in der natürlichen Beleuchtung, wie unterschiedliche Sonnenstände, Bewölkung, unterschiedliche Grashöhe und -dichte einen möglichst geringen Einfluss auf die Messung/Beobachtung haben, wird in der Nähe der Sensorik eine Beleuchtungsquelle in Form eines gerichteten Scheinwerfers, wie Blitzlampe, Glühlampe, LED-Lampe, Halogenlampe, Wolframbandlampe, Wolframhalogenlampe, o. ä. vorgesehen, welche/r so dimensioniert, montiert und ausgerichtet ist, dass sie/er den Gesichtsfeldbereich der Sensorik möglichst homogen ausleuchtet.
4. Vorzugsweise wird der Scheinwerfer elektrisch moduliert (an/aus) und phasensynchron mit der Sensorik betrieben, wobei jeweils eine Messung der Sensorik bei an- und ausgeschaltetem Scheinwerfer aufgenommen wird. Durch eine nachfolgende pixelgenaue Subtraktion beider Messungen wird der Einfluss der natürlichen Beleuchtung eliminiert.
5. Alternativ oder in Kombination kommen zwei Sensorklassen zur Anwendung, für die unterschiedliche Detektionsverfahren eingesetzt werden: Spektrometer, die kein Bild liefern, sondern ein Spektrum der ein Gesichtsfeld erfassten Szene aufnehmen, wobei die bei der Fahrt über die landwirtschaftliche Fläche aufgenommenen Spektren zusammengesetzt ein – räumlich grob aufgelöstes – multispektrales Bild ergeben.

Der Gesichtsfeldwinkel (Field of View, FoV) ist dabei so dimensioniert, dass der erfasste Bodenbereich etwa den Durchmesser des gesuchten Tiers hat, der beim Rehkitz beispielsweise etwa 30cm bis 40cm misst. Zur Detektion werden in jedem gemessenen Spektrum mittels eines oder mehrerer der vorste hend genannten Verfahren die charakteristischen Merkmale (Signaturen) gesucht.
Dabei werden in aller Regel Mischsignaturen auftreten, da das Gesichtsfeld unterschiedlich große Anteile von Kitz und Umgebung enthält. In solchen Fällen werden räumlich angrenzende Messungen vergleichend mit in die Auswertung einbezogen.
Zeigen aneinander angrenzende Messungen ähnliche Mischsignaturen, die nächst angrenzenden aber nicht mehr, so ist das ein Hinweis auf ein gefundenes Kitz. Mischsignaturen in nur einer Messung deuten auf den seltenen Fall hin, dass ein Kitz teilweise von Gras bedeckt ist. Zur Verringerung des Auftretens von Mischsignaturen kann auch ein Gerät mit kleinerem Gesichtsfeldwinkel verwendet werden, das am Boden einen Bereich mit geringerem Durchmesser (beispielsweise zwischen etwa 5cm bis 10cm und 30cm) als der eines Kitzes erfasst. Mit einem solchen Gerät ist die Detektion einfacher und zuverlässiger durchzuführen.
Es können abbildende Spektrometer eingesetzt werden, die ein multispektrales Bild, d.h. ein Spektrum zu jedem Bildpunkt bzw. ein Bild zu jedem Spektralkanal der vom Gesichtsfeld erfassten Szene aufnehmen. Der Gesichtsfeldwinkel (Field of View, FoV) wird dabei so dimensioniert, dass der erfasste Bodenbereich etwa den Durchmesser des gesuchten Tiers, beispielsweise eines Rehkitzes hat.
Der Gesichtsfeldwinkel kann alternativ auch größer sein, solange auch an den Rändern des Gesichtsfelds der unverstellte Blick zum Wiesenboden und vor allem eine Sichtverbindung zu einem Kitz in seinem Lager gewährleistet sind.
Der Gesichtsfeldwinkel eines jeden einzelnen Bildpunkts (Instantaneous Field of View, IFoV) ist in jedem Fall wesentlich kleiner als der FoV. Somit ist sicher gestellt, dass von den Körpern der gesuchten Tiere viele Messpunkte erfasst werden, da jeder Bildpunkt wesentlich kleiner als das gesuchte Tier ist. Zur Detektion werden die beiden nachstehend beschriebenen Verfahren alternativ oder in Kombination verwendet: In den Spektren eines jeden Bildpunkts eines jeden Bildes werden mittels eines oder mehrerer der vorstehend genannten Verfahren die charakteristischen Merkmale (Signaturen) des Tieres gesucht. Da viele Bildpunkte eines Tiers erfasst werden, werden im Bild nur am Rande des Tierkörpers Mischsignaturen auftreten, vom Körper selbst sind es reine Signaturen. Mittels des Detektionsverfahrens wird geprüft, ob die benachbarten reinen Signaturen sich zu der typischen Größe und Form des gesuchten Tieres zusammenfügen lassen, wobei Mischsignaturen oder reine Signaturen von Gras oder Erde u.ä. die Begrenzung bilden. Form und Größe sowie Charakteristika der Signatur bilden die Suchkriterien. Signatur in Form/Größe können alternativ als einzige Kriterien verwendet werden.
In den Spektralbildern werden zunächst mit Verfahren der Mustererkennung Strukturen gesucht, die dem gesuchten Tier entsprechen. Diese Strukturen werden dann auf ihre spektrale Signatur überprüft, ebenso auch ihre unmittelbare Umgebung.
Werden als Sensorik Kameras verwendet, die ein Bild der Szene und damit auch eines Kitzes aufnehmen, so können in vorteilhafter Weise neben den dargestellten Detektionsverfahren ergänzend und unterstützend oder alternativ weitere Detektion algorithmen verwendet werden. Dazu sind beispielsweise Methoden der Mustererkennung geeignet, die bestimmte geometrische Merkmale der Form, Körper und Körperteile, und der räumlichen Farbanordnung (Flecken) u. ä. erkennen.
In 6 ist über dem Gras eines Wiesenbodens ein Tragarm angedeutet, an dem zwei Sensormodule mit Beleuchtungseinheit montiert sind. Diese sind in einem wetterfesten und spritz/regenwasserdichten Gehäuse untergebracht. Über eine Sammeloptik (linker Zylinder in 6) empfangen die Sensoreinheiten die Strahlung der Szene innerhalb dem durch durchgezogene Linien angedeuteten Gesichtsfeldwinkel des Sensors (FoVS). Mit einer der vorstehend beschriebenen Lampen wird die Szene mittels einer Beleuchtungsoptik (rechter Zylinder in 6) bestrahlt, wobei der Gesichtsfeldwinkel der Beleuchtungsoptik (FoVB, gestrichelte Linien) etwas größer als der des Sensors (FoVS) ist, wodurch eine zuverlässige Ausleuchtung der Ränder des FoVS erreicht wird.
Als Sensor wird eine Farbvideokamera verwendet, vorzugsweise eine Drei-Chipkamera, die ein echtes (ursprüngliches) RGB-(Rot/Grün/Blau)-Signal liefert. Zur Auswertung der erfassten Bilder werden die an Hand von 1 und 2 sowie 4 und 5 beschrieben Verfahren einzeln oder in Kombination verwendet.
In Abwandlung der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird als Sensor eine Kamera verwendet, die im nahen Infrarot (NIR) arbeitet, beispielsweise mit einem photovoltaischen InGaAs-(Indium Gallium Arsenid) FPA-(Focal Plane Array) Detektor im Spektralbereich von 900nm bis 1700nm. Derartige Kameras gibt es mit FPAs von bis zu 640 × 512 Elementen. Mit optischen auswechselbaren Bandpassfiltern kann der Spektralbereich auf unterschiedliche Bereiche zwischen 900nm und 1700nm eingeengt werden, in denen eine Diskriminierung besonders zuverlässig ist. Beispielsweise kann ein Bandpassfilter von 1200nm bis 1700nm Durchlassbreite verwendet werden. In diesem Bereich ist der (integrierte) Reflexionsgrad eines Kitzfells deutlich größer als 0,6 und der von Gras, Heu, Erde deutlich kleiner als 0,5, wodurch eine sichere Diskriminierung möglich ist.
Der Spektralbereich kann auf 1400nm bis 1500nm begrenzt sein; die in Verbindung mit 4 und 5 beschriebenen Orientierungsverfahren können angewendet werden. Andere Eingrenzungen sind möglich, eventuell aufgrund der Bodenbeschaffenheit des Einsatzgebietes notwendig und durch die auswechselbaren Filter leicht durchführbar. Es kann dazu auch eine ferngesteuert verstellbare Filtereinrichtung in der Kamera verwendet werden, die mehrere Filter enthält, die ferngesteuert jeweils im Strahlengang der Kamera positioniert werden können.
Ferner können abbildende Spektrometer verwendet werden, die in Teilen oder dem gesamten Spektralbereich vom Sichtbaren bis 2500nm Wellenlänge empfindlich sind und mit geeigneter spektraler Auflösung versehen sind, die sich aus den ermittelten Spektren der Tiere und ihrer Umgebung ergeben.
In einer weiteren Ausführungsform kann als Sensorik ein Spektrometer mit unterschiedlichen Spektralbereichen verwendet werden. In der einfachsten Ausführungsform wird ein Spektrometer im sichtbaren Spektralbereich (analoge Videofarbkamera) verwendet, das zwei oder mehr Spektralkanäle (Rot, Grün, oder weitere Spektralkanäle) hat. Auch können Spektrometer mit Spektralbereichen entsprechend der anhand von 1 bis 5 beschriebenen Verfahren verwendet werden.
Ein Spektrometer oder ein abbildendes Spektrometer zur Verwendung des Detektionsverfahrens entsprechend der Beschreibung zu 3 und der Tabelle 1 hat beispielsweise einen Spektralbereich von 1950nm bis 2450nm mit fünf Spektralkanälen der Wellenlängen x1 bis x5 der Tabelle 1. Die spektrale Bandbreite der Kanäle kann wenige nm betragen, aber auch bis zu wenigen 10nm groß sein. Als Beleuchtung wird hier vorzugsweise eine Wolframhalogenlampe oder eine Wolframbandlampe verwendet.
Bei der Suche anderer Tiere als Rehkitze, wie Hasen, Bodenbrüter und deren Gelege, etc., kommen die gleichen Verfahren und Vorrichtungen zur Anwendung. Es werden Reflexionsspektren der Tiere/Gelege gemessen und daraus die zur Detektion nach einem oder mehreren der vorstehend genannten Verfahren geeigneten Spektralbereiche ausgewählt. Die verwendeten Vorrichtungen sind für diese Spektralbereiche ausgerüstet.

Claims

Verfahren zum Detektieren und Diskriminieren von Tieren einschließlich Gelegen in landwirtschaftlich genutzten Wiesenflächen, wobei mittels eines an einem landwirtschaftlichen Fahrzeug angebrachten Sensorsystems spektrale Signaturen in Form von spektralen Reflexionsgraden im Bereich von 350nm bis 2500nm dieser Tiere einschließlich Gelegen und der Umgebung a priori ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass, nachdem a priori zwei Spektralbereiche aus Umgebungsreflexionsspektren und aus Tier- und/oder Gelege-Reflexionsspektren mit entgegengesetzten Größenrelationen ausgewählt und registriert und/oder gespeichert sind, ein Quotient Q_U der Reflexionsgrade ρ_U aus den zwei Spektralbereichen für die Umgebung U gebildet wird, so dass der Quotient Q_U kleiner eins ist (Q_U < 1), sowie ein weiterer Quotient Q_T der Reflexionsgrade ρ_T aus denselben zwei Spektralbereichen für Tier und/oder Gelege T gebildet wird, so dass der Quotient Q_T größer eins ist (Q_T > 1) und wenn beim Bearbeiten der landwirtschaftlichen Wiesenfläche bezogen auf die vorgegebenen Spektralbereiche aus den gemessenen Spektren ein Quotient Q_T erhalten wird, der größer eins ist, eine Sicherungs- und Rettungsmaßnahme eingeleitet wird.
Verfahren zum Detektieren und Diskriminieren von Tieren in Gestalt von Rehkitzen in landwirtschaftlich genutzten Wiesenflächen, wobei mittels eines an einem landwirtschaftlichen Fahrzeug angebrachten Sensorsystems spektrale Signaturen in Form von spektralen Reflexionsgraden dieser Tiere einschließlich Gelegen und der Umgebung a priori ermittelt werden dadurch gekennzeichnet, dass wenn der an dem landwirtschaftlichen Fahrzeug angebrachte Sensor im Spektralbereich zwischen 1000nm und 1750nm und/oder zwischen 1950nm und 2500nm empfindlich ist, beim Bearbeiten einer landwirtschaftlich genutzten Wiesenfläche eine Sicherungs- und Rettungsmaßnahme eingeleitet wird, wenn im Spektralbereich zwischen 1000nm und 1750nm ein Reflexionsgrad ρ₁ > 0,6 und/oder im Spektralbereich zwischen 1950nm und 2500nm ein Reflexionsgrad ρ₂ > 0,3 festgestellt wird.
Verfahren zum Detektieren und Diskriminieren von Tieren in Gestalt von Rehkitzen in landwirtschaftlich genutzten Wiesenflächen, wobei mittels eines an einem landwirtschaftlichen Fahrzeug angebrachten Sensorsystems spektrale Signaturen in Form von spektralen Reflexionsgraden dieser Tiere einschließlich Gelegen und der Umgebung a priori ermittelt werden dadurch gekennzeichnet, dass wenn das an dem landwirtschaftlichen Fahrzeug angebrachte Sensorsystem Reflexionsgrade in den Spektralbereichen Grün (G) um 550nm und Rot (R) um 680nm misst, aus den Messungen in den Spektralbereichen Rot (R) und Grün (G) Quotienten Q = R/G gebildet werden und bei einem Quotienten Q > 1,5 eine Sicherungs- und Rettungsmaßnahme eingeleitet wird.
Verfahren zum Detektieren und Diskriminieren von Tieren in Gestalt von Rehkitzen in landwirtschaftlich genutzten Wiesenflächen, wobei mittels eines an einem landwirtschaftlichen Fahrzeug angebrachten Sensorsystems spektrale Signaturen in Form von spektralen Reflexionsgraden dieser Tiere einschließlich Gelegen und der Umgebung a priori ermittelt werden dadurch gekennzeichnet, dass beim Bearbeiten der landwirtschaftlich genutzten Wiesenfläche mittels eines an dem landwirtschaftlichen Fahrzeug angebrachten Sensorsystems, das den Reflexionsgrad in den Spektralbereichen um 2010nm, 2057nm, 2105nm, 2180nm sowie 2236nm misst, Quotienten der gemessenen Reflexionsgrade ρ(2010)/ρ(2057), ρ(2105)/ρ(2057), ρ(2105)/ρ(2180) und ρ(2236)/ρ(2180) gebildet werden, und eine Sicherungs- und Rettungsmaßnahme eingeleitet wird, wenn alle vier ermittelten Quotienten größer eins sind.