DE102011110674B4

DE102011110674B4 - Vorrichtung zur Bestimmung eines Wachstums einer Pflanze oder eines Bestandes durch eine Höhenbestimmung

Info

Publication number: DE102011110674B4
Application number: DE102011110674A
Authority: DE
Inventors: Grégoire Hummel; Uladzimir Zhokhavets
Original assignee: PHENOSPEX BV
Current assignee: PHENOSPEX BV
Priority date: 2011-08-19
Filing date: 2011-08-19
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2031-08-20
Also published as: WO2013026439A1; DE102011110674A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Wachstums einer Pflanze oder eines Bestandes durch eine Höhenbestimmung, umfassend eine beweglich gelagerte Entfernungsmessvorrichtung, die in einer vorbestimmten Höhe über einer Pflanze oder eines Bestandes vorbeigeführt werden kann, wobei die Vorrichtung eine Auswerteeinheit umfasst, die Messwerte der Entfernungsmessvorrichtung sowohl in der Höhe als auch in der Anzahl zur Bestimmung eines Wachstumspunktes die Messwerte zur Bestimmung der Höhe der Pflanze oder eines Bestandes immer zu einer annähernd identischen Uhrzeit gemessen werden und vom Maximalwert der Höhe in Abhängigkeit von einer zu vermessenden Pflanzenart oder Pflanzengattung mindestens 5% und maximal 40% abgezogen werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Wachstums einer Pflanze oder eines Bestandes durch eine Höhenbestimmung, umfassend eine beweglich gelagerte Entfernungsmessvorrichtung, die in einer vorbestimmten Höhe über einer Pflanze oder eines Bestandes vorbeigeführt werden kann.
Aus der EP 0 425 595 B1 ist ein Verfahren zur automatischen optischen Klassifikation von Pflanzen bekannt, bei dem mittels Videoanalyse unter Digitalisierung der Messergebnisse geometrische Formmerkmale und Farbmerkmale, unter anderem die Pflanzenhöhe einer einzelnen Pflanze bestimmt werden. Eine weitere Verarbeitung dieser Ergebnisse ist nicht vorgeschlagen.
Aus der US 2010/0032495 A1 ist ein Bewässerungssystem bekannt, dass um einen zentralen Punkt drehbar gelagert angeordnet ist. Dabei umfasst das Bewässerungssystem eine Wasserleitung, die mit einer unter Druck stehenden Quelle für Wasser verbunden ist. Das Bewässerungssystem ist dabei insbesondere auf einem Feld angeordnet und dreht sich, angetrieben durch eine Antriebseinheit, kreisförmig. Zur Aufnahme von Messdaten sind mehrere Feld-Messstationen in dem Feld angeordnet, die Daten zu einem Mikroprozessor einer Basisstation senden, wobei Daten über die Sonneneinstrahlung, Windintensität und -richtung und dergleichen gesammelt werden. Nachteilig bei einem solchen Bewässerungssystem ist, dass ausschließlich Umweltdaten erfasst werden und keine direkten Informationen über ein Pflanzenwachstum.
Die DE 103 46 541 A1 beschreibt eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Bewerten der räumlichen und massemäßigen Ausbildung von Pflanzenbeständen mittels einer Pflanzenbestandsmesseinrichtung, die einen Laser mit einem geringem Lichtbündelquerschnitt nutzt, und wobei der Laser nach dem Triangulationsverfahren arbeitet. Dabei sollen bei dem Einsatz des Lasers mit einer hohen Frequenz sehr viele einzelne Informationen ausgewertet werden können, um ein Abbild der Bestandsverhältnisse der Pflanze zu erlangen. Je nach Entfernung, in welcher ein erzeugter Laserabstrahl des Lasers auf eine Reaktionsfläche, also auf eine Pflanze oder auf einen Boden trifft, entsteht ein anderes Bild an einer Empfangseinheit. Diese Ortsinformationen werden in einer Auswerteeinrichtung ausgewertet, um die Höhe und weitere Informationen einer Pflanze zu bestimmen. Dabei kann die Messeinrichtung an Pflanzen vorbeigeführt werden.
Die gattungsgemäße Vorrichtung weist dabei insbesondere den Nachteil auf, dass zwar die räumliche und die massemäßige Ausbildung von Pflanzen erfasst werden kann, diese Informationen jedoch keinen zuverlässigen Rückschluss auf das Pflanzenwachstum ermöglichen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Vorrichtung derart weiterzuentwickeln, dass die Nachteile des Stands der Technik überwunden werden, insbesondere soll eine Vorrichtung geliefert werden, die es ermöglicht, das Wachstum einer Pflanze möglichst genau zu bestimmen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Vorrichtung eine Auswerteeinheit umfasst, die Messwerte der Entfernungsmessvorrichtung sowohl in der Höhe als auch in der Anzahl zur Bestimmung eines Wachstumspunktes die Messwerte zur Bestimmung der Höhe der Pflanze oder des Pflanzenbestandes immer zu einer annähernd identischen Uhrzeit gemessen werden und vom Maximalwert der Höhe in Abhängigkeit von einer zu vermessenden Pflanzenart oder Pflanzengattung mindestens 5% und maximal 40% abgezogen werden.
Auch ist bevorzugt, dass der Wachstumspunkt mittels eines gewichteten Mittelwertes eines vorbestimmten Ausschnitts eines Histogramms von Messwerten repräsentativ für gemessene Höhenwerte bestimmt wird, wobei insbesondere ein „Crop”-Algorithmus eingesetzt wird und dabei der Ausschnitt einen ersten Bereich des Histogramms umfasst, wobei ein zweiter Bereich mit niedrigeren Messwerten, repräsentativ für niedrigere Höhenwerte, und ein dritter Bereich, mit höheren Messwerten repräsentativ für größere Höhenwerte, für die Bildung des gewichteten Mittelwerts nicht berücksichtigt werden, wobei insbesondere der erste, zweite und/oder dritte Bereich in Abhängigkeit von einer Pflanzenart bzw. Pflanzengattung bestimmt ist bzw. sind.
Erfindungsgemäß ist dabei auch bevorzugt, dass der Wachstumspunkt aus einer Peak-Breite in einem Histogramm umfassend Messwerte repräsentativ für Höhenwerte ermittelt wird, wobei insbesondere ein „Peak”-Algorithmus eingesetzt wird und die Peak-Breite mit einem für eine Pflanze spezifischen Faktor multipliziert wird.
Auch ist vorgesehen, dass eine projizierte Blattfläche berechnet wird, wobei vorzugsweise die Gesamtzahl der Messwerte mit einem Kalibrierungsfaktor und einer Geschwindigkeit des Vorbeiführens der Entfernungsmessvorrichtung multipliziert wird und durch die Bodenfläche der Pflanze dividiert wird.
Insbesondere hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass ein Volumen der Pflanze durch das Produkt von projizierter Blattfläche und der Höhe der Pflanze bestimmt durch den Wachstumspunkt, bestimmt wird.
Auch ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Vorrichtung zumindest ein Trägerelement für die Entfernungsmessvorrichtung und/oder ein Schienensystem umfasst, wobei insbesondere die Entfernungsmessvorrichtung an dem Schienensystem angeordnet werden kann.
Erfindungsgemäß ist dabei auch bevorzugt, dass das Schienensystem zumindest einen Endschalter umfasst, der an einem Ende einer Schiene angeordnet ist, wobei ein Berühren oder/oder ein Induzieren des mindestens einen Endschalters durch das Trägerelement einen Messvorgang startet und/oder beendet.
Auch kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein Referenzelement umfasst ist, das in einem definierten Abstand zu der Entfernungsmessvorrichtung angeordnet ist, so dass der Abstand von der Entfernungsmessvorrichtung zu dem wenigstens einen Referenzelement eindeutig bestimmbar ist.
Insbesondere ist bevorzugt, dass die Vorrichtung Einrichtungen zur Datenanalyse, Daten-Vorverarbeitung und/oder Visualisierung von Daten und/oder eine Software zur Visualisierung und/oder Analyse der von der Entfernungsmessvorrichtung erfassten Messwerte umfasst.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Entfernungsmessvorrichtung eine Lichtquelle, insbesondere einen Laser, und/oder einen Bildwandler, vorzugsweise eine Kamera, optische Sensoren, Ultraschall-Sensoren und/oder Sensoren zur Laufzeit- und/oder Phasenlagemessung umfasst, vorzugsweise eine Lasertriangulations-Messeinrichtung.
Auch kann vorgesehen sein, dass zur Kompensation von Störsignalen ein Filter umfasst ist, insbesondere ein Hochpass-, Tiefpass-, Interferenz-, Halbwertsbreiten-, Background- und/oder Schwellenwertfilter, vorzugsweise zur Kompensation von Umgebungslicht.
Erfindungsgemäß ist bevorzugt, dass die Messwerte, insbesondere Bildinformationen der Kamera, mittels eines Filters nachbearbeitet werden, insbesondere mittels eines Rangordnungsfilters, vorzugsweise mittels eines Medianfilters, insbesondere mittels eines 3 mal 3 Medianfilters.
Der Erfindung liegt somit die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass für eine Bestimmung eines Pflanzenwachstums eine Bestimmung des Apikalmeristem, also eines Indikators eines Wachstumspunkts einer Pflanze, entscheidend ist. Dieser Wachstumspunkt liefert einen adäquaten Wert zur Bestimmung des Höhenwachstums einer Pflanze.
Bei dem Apikalmeristem oder auch dem Vegetationspunkt handelt es sich um ein „Endständiges Meristem” (Bildungsgewebe) an der Spitze der Sprossachse einer Pflanze mit Zellen von embryonalem Charakter. Dieses Gewebe ist durch hohe Zellteilung und sehr geringer Differenzierung gekennzeichnet. In diesem Gewebe werden neue Zellen gebildet, die bei Ausdehnung das Längenwachstum der Organe (Blätter, Blüten, Sprossachse) vorantreibt.
Unter Pflanzenwachstum soll im Folgenden der irreversible Aufbau von neuem Pflanzengewebe bzw. neuen Zellen und der damit verbundene Aufbau neuer Biomasse (Trockenbiomasse) verstanden werden. Dies wird durch Zellteilung in den Meristemen und einer anschließenden Volumenzunahme (Streckung) der Zellen durch die Einlagerung von Wasser erreicht. Das Meristem ist ein Gewebe, das aus undifferenzierten Zellen besteht, an welchem Wachstum durch Zellteilung stattfindet. Bei krautigen Pflanzen oder Bäumen bezeichnet man das oberste Meristem des Sprosses als Apikalmeristem (Scheitelmeristem). Alle anderen Meristeme sind untergeordnet. Aus diesen Meristemen entwickeln sich die Seitentriebe oder Äste dadurch entsteht der typische Habitus (Form) eines Baumes oder einer krautigen Pflanze. Die Meristeme der Sträucher verfügen über keine apikale Dominanz und es können so viele (apikale) Meristeme nebeneinander coexisitieren. Dadurch entsteht der typische Habitus (Form) eines Strauches mit vielen gelichwertigen Spoßachsen.
Bei Sträucher, Bäumen und krautigen Pflanzen befinden sich die Apikalmeristeme ca. 5% bis 40% unterhalb der maximalen Pflanzenhöhe. Bei Stauden könne die Apiklameristeme auch deutlich tiefer liegen.
Zur Bewertung des Pflanzenwachstums, insbesondere eines Längenwachstums einer Pflanze, sollte daher nicht der höchste Punkt der Pflanze herangezogen werden, der z. B. ein hochstehendes Blatt sein kann, sondern die Lage des Apikalmeristems bzw. des Wachstumspunktes. Das Apikalmeristem ist der Ort der Zellteilung, d. h. hier wird echtes, neues Pflanzengewebe gebildet. Die Standortveränderung des Apikalmeristems ist auf tatsächliches Wachstum (Längenwachstum), also Bildung von neuem Gewebe bzw. Biomasse zurückzuführen, und nicht beispielsweise auf die Blattbewegungen der Pflanze. Eine Pflanze kann auch aus mehreren gleichwertigen Sprössen bestehen, beispielsweise bei einem Strauch, und verfügt dementsprechend über die gleiche Anzahl an Apikalmeristemen.
Beispielhaft ist in einer 8 eine Pflanze 50 mit einem Apikalmeristem 52 nach dem Stand der Technik dargestellt. Die Pflanze 50 umfasst dabei das Apikalmeristem 52 sowie Blätter 54, einen Spross 56 und Wurzeln 58. Das Apikalmeristem liegt dabei 5% bis 40% unter dem höchsten Punkte einer Pflanze, der sich beispielsweise je nach Tageszeit und Sonnnenstand ändern kann.
Dafür ist es erfindungsgemäß vorgesehen, unterschiedliche Höhenpunkte einer Pflanze möglichst genau zu bestimmen, um aus diesen Messwerten den Wachstumspunkt zu errechnen. Auch können weitere Informationen über die Pflanze gewonnen werden, beispielsweise über das Pflanzenvolumen oder die Pflanzenoberfläche. Dabei ist es von besonderem Interesse, die Wachstumsdynamik über die Zeit zu erfassen und auszuwerten.
Auch ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine Vielzahl von Pflanzen zu einem Pflanzenbestand zusammengefasst und gemeinsam vermessen werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Pflanzenbestand eines Beets, eines Abschnitts eines Beets oder eines definierten Sektors mit zumindest zwei einzelnen Pflanzen und/oder Sträuchern als eine einzige „virtuelle” Pflanze definiert ist und diese „virtuelle” Pflanze entsprechend einer einzelnen Pflanze vermessen wird. Nachfolgend sollen daher die Begriffe Pflanze und Pflanzenbestand synonym verstanden werden.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann dabei eine oder mehrere Entfernungsmessvorrichtungen umfassen, um Messdaten über die zu untersuchenden Pflanzen zu erfassen. Des Weiteren kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung Einrichtungen zur Datenanalyse, Daten-Vorverarbeitung und/oder Visualisierung von Messdaten umfassen. Auch kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass in eine Vorrichtung Kulturführungsmaßnahmen eingegeben werden, die Auswirkungen auf die Pflanzenkultur haben. Des Weiteren ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine Software zur Visualisierung und/oder Analyse der von der Entfernungsmessvorrichtung aufgenommenen Messwerte zum Einsatz kommt.
Eine erfindungsgemäße Entfernungsmessvorrichtung kann dabei einen oder mehrere Sensoren, beispielsweise optische Sensoren, Ultraschall-Sensoren, Laser-Triangulationssensoren, oder dergleichen, umfassen.
Bei einer optischen Erfassung von Pflanzen können immer nur Bereiche erfasst und ausgewertet werden, die für die eingesetzten Messvorrichtungen sichtbar sind. Alle Bereiche z. B. unterhalb einer Blattoberfläche, z. B. Blätter die unterhalb anderer Blätter liegen, können nicht erfasst werden. Deswegen ist die Position bzw. die Höhe der Meristeme nicht direkt erfassbar, sondern kann nur indirekt durch eine Mittelung von Höhenprofilen der Pflanze oder des Bestandes berechnet werden.
Zur optischen Bestimmung des Pflanzenwachstums (Streckungswachstum) kann z. B. die tägliche Zunahme der maximalen Pflanzenhöhe herangezogen werden. Dieser Punkt ist jedoch nicht repräsentativ für die gesamte Pflanze. Der höchste Punkt kann beispielsweise ein nach oben abstehendes Blatt sein kann und somit zu einer Verfälschung der Messwerte führen. Valider hingegen ist, wenn über einen definierten Bereich der Pflanzen- bzw. der Bestandshöhe gemittelt wird. In diesem Bereich befindet sich bei krautigen Pflanzen, bei Bäumen und bei Sträuchern in der Regel auch die/das Apikalmeristem(e). Diese gemittelte Höhe wird im Folgenden als Wachstumspunkt definiert.
Der Wachstumspunkt ist artspezifisch und befindet sich bei Bäumen, Sträuchern und krautigen Pflanzen 5%–40% unterhalb des höchsten Punktes der Pflanze bzw. des Bestandes und ist abhängig von der maximalen Pflanzenhöhe, der Höhe des Apikalmeristems und der geometrischen Wuchsform der Pflanze.
Für eine Erfassung von Messwerten wird erfindungsgemäß zumindest eine Entfernungsmessvorrichtung umfassend eine Lasertriangulationsvorrichtung mit einem Trägerelement in Verbindung gebracht. Bei einem solchen Trägerelement kann es sich beispielsweise um eine Vorrichtung handeln, die auf Schienen geführt werden kann. Üblicherweise sind in Gewächshäusern Schienen bereits vorhanden, an denen ein Bewässerungssystem geführt werden kann. Es ist dabei erfindungsgemäß bevorzugt, solche vorhandenen Schienensysteme als Führungselemente für das Trägerelement zu verwenden, um die Entfernungsmessvorrichtung an zu vermessenden Pflanzen vorbeiführen zu können. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass an den Enden des Schienensystems Endschalter angeordnet sind, wobei besagte Endschalter zum Starten bzw. Beenden eines Messvorganges ausgewertetet werden können. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass auf bestehende Führungssysteme für die Entfernungsmessvorrichtung zurückgegriffen werden kann.
Zur Bestimmung des Wachstumspunktes einer Pflanze oder eines Pflanzenbestandes wird die Entfernungsmessvorrichtung an der Pflanze vorbeigeführt, um ein Histogramm der Höhenverteilung der Pflanze oder des Pflanzenbestands messtechnisch zu erfassen.
Als besonders vorteilhaft haben sich dabei optische Entfernungsmessvorrichtungen, wie beispielsweise Lasertriangulation-Vorrichtungen, herausgestellt. Selbstverständlich können jedoch auch andere optische Messverfahren oder alternative Messverfahren zum Einsatz kommen.
Bei der Lasertriangulation handelt es sich um ein Verfahren, das aktiv eine Lichtquelle, insbesondere einen Laser, nutzt, um unter einem vorbestimmten Winkel ein Objekt zu beleuchten. Ein elektronischer Bildwandler, insbesondere eine CCD- oder CMOS-Kamera oder eine andere entsprechend geeignete Vorrichtung, registriert das entstehende Streulicht. Sofern die Strahlrichtung ebenso bekannt ist wie der Abstand zwischen dem Bildwandler und der Lichtquelle, kann der Abstand vom Objekt zum Bildwandler bestimmt werden. Eine erfindungsgemäße Entfernungsmessvorrichtung umfasst somit eine Lichtquelle, insbesondere eine Laser, und einen Bildwandler, insbesondere eine Kamera.
Bei einem Einsatz von Lasertriangulationsvorrichtungen bei der Entfernungsmessvorrichtung werden die geometrischen Parameter vom Pflanzenbestand dadurch erfasst, dass während des Messvorgangs wiederholt zweidimensionale Abstandsprofile aufgenommen werden. Dabei wird eine möglichst schmale Laserlinie auf das zu vermessende Objekt, insbesondere die Pflanzen, projiziert. Das diffus gestreute Licht dieser Linie wird mit dem Bildwandler, insbesondere einer Kamera, aufgenommen. Die erfassten Messwerte bzw. das erfasste Kamerabild wird anschließend Spalten und/oder Zeilenweise ausgewertet, um den Messwerten Punkten in einem Koordinatensystem zuzuweisen. Dabei ist eine erste Achse, auch als y-Achse bezeichnet, des Koordinatensystems durch die Bewegung der Entfernungsmessvorrichtung im Raum definiert. Die y-Achse wird dabei auch als Länge, also als Repräsentant der Länge einer Pflanze oder mehrerer Pflanzen, bezeichnet.
Das Koordinatensystem umfasst dabei vorzugsweise drei Achsen x, y und z, die jeweils senkrecht aufeinander angeordnet sind. Eine zweite Achse, auch z-Achse genannt, des Koordinatensystems bestimmt den Abstand einer Pflanze, eines Pflanzenbestandes oder eines Bodenelements von der ersten Achse. Die z-Achse soll auch als Repräsentant der Höhe einer Pflanze oder eines Pflanzenbestandes verstanden werden und deswegen auch als Höhe bezeichnet. Eine dritte Achse, auch x-Achse genannt, ist senkrecht zu der ersten und der zweiten Achse angeordnet, so dass die Messsignale räumlich ausgewertet werden können. Die x-Achse wird dabei auch als Breite oder Breite einer Pflanze, mehrerer Pflanzen, oder des Pflanzenbestands bezeichnet. Durch das zeilen- oder spaltenweise Auswerten des Kamerabildes, je nach räumlicher Anordnung der Kamera, können y-Koordinaten von jedem Punkt auf der Laserlinie bestimmt werden. Aus Punktkoordinaten (x, y) auf dem erfassten Messsignal, insbesondere dem Bild bei Verwendung einer Kamera als Entfernungsmessvorrichtung, können anschließend über eine Kalibrierungsfunktion die Messwerte im reellen Raum (x, z) berechnet werden.
Nachdem dieser Vorgang für alle Spalten oder Zeilen eines aufgenommen Bildes abgeschlossen ist, wird ein zweidimensionales x,z-Profil errechnet. Somit entsteht für eine Visualisierung von der Oberfläche des vermessenen Objekts ein zweidimensionales Profil im reellen Raum. Durch das kontinuierliche Aufnehmen von Messwerte bzw. Bildern während des Messvorgangs entsteht eine Vielzahl besagter zweidimensionaler Profile, so dass im Anschluss aus dieser Vielzahl eine 3D-Kontur von den erfassten Objekten berechnet werden kann.
Besonders bevorzugt ist es erfindungsgemäß, wenn jedes von der Entfernungsmessvorrichtung bzw. der Kamera erfasste Bild mit einem nicht-linearen Filter, beispielsweise einem 3×3 Median-Filter, vorverarbeitet wird. Ein Median-Filter gehört zu der Klasse der Rangordnungsfilter und sortiert die einzelnen Pixel innerhalb einer definierten Umgebung eines Pixels im Zentrum dieser Umgebung nach ihrer Größe, wobei der Wert des zu ersetzenden Pixels in die Berechnung einfließt. Der mittlere Wert der sortierten Liste wird zurückgegeben und der Wert des zentralen Pixels durch ihn ersetzt.
Bei einem Einsatz von optischen Messverfahren der Höhenverteilung von Pflanze n ist es vorteilhaft, bestimmte Störeffekte durch bauliche Maßnahmen zu verhindern oder diese mittels Filtertechniken und Methoden der Signalverarbeitung herauszurechnen. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, nur einen bestimmten Bereich eines optischen Spektrums zu berücksichtigen. Auch kann es vorgesehen sein, mittels bekannter Verfahren der Bildverarbeitung fehlerhafte Messwerte rechnerisch zu kompensieren.
Auch ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass für eine Kompensation des Umgebungslichtseinflusses auf die Messwerte ein Interferenz-, ein Hochpass- und/oder ein Tiefpassfilter zum Einsatz kommt bzw. kommen. Der Durchlassbereich der Filter muss dabei an die Wellenlänge der Lichtquelle angepasst sein. Auch kann vorgesehen sein, dass Schwellenwertfilter softwareseitig verwendet werden, um zu dunkle Messwerte zu selektieren und damit den Einfluss von Störlicht zu minimieren.
Ein oberer Schwellenwertfilter arbeitet dabei erfindungsgemäß derart, dass im Falle eines Intensitätsmaximums, dass oberhalb eines oberen Schwellenwerts liegt, dieses nicht ausgewertet wird. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn das Licht einer optischen Lichtquelle von einem Material besonders gut reflektiert wird, wie dies zum Beispiel bei Metalloberflächen der Fall ist. Durch diesen oberen Schwellenwertfilter können somit erfindungsgemäß Signale, die nicht von Pflanzen stammen, unterdrückt werden.
Des Weiteren ist erfindungsgemäß ein Einsatz von Halbwertsbreiten-Filtern vorgesehen. Falls die Halbwertsbreite von einer ausgewerteten Linie eines von einer Kamera erfassten Bildes einen bestimmten Wert überschreitet, erfindungsgemäß vorzugsweise eine Breite von 2 bis 20 Pixel, insbesondere 3 bis 10 Pixel, wird dieses Maximum nicht ausgewertet. Dadurch wird gewährleistet, dass auch bei einer hohen Intensität von Fremdlicht, beispielsweise einer ungünstigen Sonnenlichteinstrahlung, nur sehr schmale Strukturen als Messsignal, insbesondere als Reflexion eines Lasers, erkannt werden.
Auch ist der Einsatz von Background-Filtern vorgesehen, die einen Messwert nicht berücksichtigen, wenn die integrale Intensität in einer Bild-Spalte einen Grenzwert überschreitet. Dieser Filter soll zum Einsatz kommen, um schwache Laserlinien bei starker Hintergrundbeleuchtung, zum Beispiel direktem Sonnenlicht, zu verwerfen.
Erfindungsgemäß kann insbesondere vorgesehen sein, dass bereits vorhandene technische Anlagen in Gewächshäusern, wie beispielsweise Bewässerungsanlagen, mit einer erfindungsgemäßen Entfernungsmessvorrichtung nachgerüstet werden. Wird die Entfernungsmessvorrichtung beispielsweise auf Schienen an einem langen Beet mit Pflanzen vorbeigeführt, ist erfindungsgemäß vorgesehen, Referenzenmessungen vorzunehmen, um an bestimmten Zwischenpositionen Höhenwerte aufzunehmen. Diese gemessenen Referenzwerte der Höhe dienen für eine genaue Bestimmung des Abstands der Entfernungsmessvorrichtung von dem Beet, so dass Ungenauigkeiten durch beispielsweise sich durchbiegende Schienen kompensiert werden können.
Des Weiteren ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine nachfolgende Auswertung der erfassten Messdaten über einen bestimmten Zeitverlauf erfolgt, um die Wachstumsdynamik einer Pflanze oder des Pflanzenbestandes richtig zu bestimmen. Dabei können erfindungsgemäß zwei verschiedene Algorithmen zum Einsatz kommen.
Zunächst wird für eine Berechnung der Höhe einer Pflanze bzw. eines Pflanzenbestandes die aus Messwerten bestehende 3D-Punktwolke auf eine Dimension reduziert. Dabei werden nur die z-Koordinaten von den 3D-Messwerten verwendet. Daraus resultiert ein Histogramm in Abhängigkeit von den Messwerten der Höhe.
Um die gewünschte Höhe einer Pflanze oder eines Pflanzenbestandes zu berechnen, wird in dem ersten Algorithmus zunächst ein bestimmter Bereich des Histogramms ausgewählt. Dieser Bereich ergibt sich durch ein Ausschneiden von Ausläufern links und rechts vom Hauptmaximum des Histogramms, so dass dieser erste Algorithmus als „Crop”-Algorithmus bezeichnet wird.
Bei dem „Crop”-Algorithmus wird somit eine Auswahl von Messwerten getroffen, so dass für die weitere Analyse nur die Messwerte aus der „Mitte” der Pflanze oder des Pflanzenbestandes berücksichtigt werden. Über die ausgewählten Messwerte wird ein Mittelwert Z_PF gebildet und die Pflanzenhöhe bzw. die Pflanzenbestandshöhe H als Differenz zwischen dem bekannten Abstand der Entfernungsmessvorrichtung vom Boden Z_Abstand und dem Mittelwert Z_PF errechnet. Die Begrenzung der Auswahl der Messwerte wird dabei anhand von hinterlegten, empirisch gewonnenen Daten für unterschiedliche Pflanzenarten individuell festgelegt.
Nachteilig an dem klassischen „Crop”-Algorithmus ist jedoch, dass der Abstand Z_Abstand der Entfernungsmessvorrichtung vom Boden in der Praxis nicht immer über den ganzen Messbereich konstant ist. Somit ist es möglich, dass ein voreingestellter, konstanter Abstand Z_Abstand zu einem Fehler in der errechneten Pflanzenhöhe H führt. Diese Abstandsänderung des Abstandes Z_Abstand durch z. B. Durchbiegen der Führungsschienen ist beispielsweise abhängig von der Temperatur, einer Füllung eines Gießwagens, oder dergleichen.
Zur Verbesserung der Messgenauigkeit kann daher ein modifizierter „Crop”-Algorithmus eingesetzt werden. Dabei wird neben dem Mittelwert Z_PF auch der Abstand zu einem Referenzwertelement, wie beispielsweise einem Marker oder dergleichen, ermittelt. Im Anschluss wird die Pflanzenhöhe bzw. die Pflanzenbestandshöhe bestimmt durch eine Höhe H_M des Referenzwertelements zuzüglich des Abstands Z_M der Entfernungsmessvorrichtung von dem Referenzwertelement abzüglich des Mittelswerts Z_PF, oder auch: Pflanzenhöhe/Pflanzenbestandshöhe H = Z_M + H_M – Z_PF.
Entscheidend ist für einen Einsatz des Crop-Algorithmus, dass die Ausläufer des Histogramms richtig beschnitten werden. Die richtige Auswahl durch Beschneidung der Ausläufer bestimmt sich dabei nach der Art der Pflanze bzw. deren Gattung. Zunächst muss für eine Bestimmung der richtigen Auswahl der Beschneidung der Messewerte eine Messung des Wachstumspunktes und von Meristemen einer Pflanzenart bzw. -gattung von Hand erfolgen. Somit kann für verschiedene Pflanzenarten bzw. -gattungen eine ungefähre Bestimmung der Höhe des Wachstumspunkts einfach ermittelt werden. Aus dieser händischen Bestimmung lässt sich für den zukünftigen Einsatz des Crop-Algorithmus die richtige Auswahl der Messwerte bereitstellen und bestimmen, in wie weit die Ausläufer der Messwerte beschnitten werden müssen.
Mit dem Crop-Algorithmus kann der Wachstumspunkt folgender Gattungen und Arten bestimmt werden. Trivialname und die wissenschaftliche Gattungsbezeichnung (in Klammern):
Rose (Rosa); Tulpe (Tulipa); Gerbera; Chrysanthemen (Chrysanthemum); Lilie (Lilium); Nelke (Dianthus); Sonnenblume (Helianthus); Amaryllis; Narzissen (Narcissus); Pelargonien (Pelargonium); Stiefmütterchen (Viola); Primeln (Primula); Petunien (Petunia); Edel Lieschen (Impatiens); Mageriten (Leucanthemum), Begonien (Begonia); Erika (Erica); Weihnachtsstern (Euphorbia pulcherrima); Alpenveilchen (Cyclamen); Azalee (Rhododendron); Hortensie (Hydrangea); Flammendes Käthchen (Kalanchoe); Anthurie (Anthurium); Usambaraveilchen (Saintpaulia); Chicoree (Cichorium); Endivie (Cichorium); Feldsalat (Valerianella); Salatpflanzen (Lactuca); Löwenzahn (Taraxacum); Mangold (Beta); Petersilie (Petroselinum); Rhabarber (Rheum); Rucola (Diplotaxis); Spinat (Spinacia); Salbei (Salvia); Basilikum (Ocimum); Rosmarin (Rosmarinus); Thymian (Thymiane); Soja (Glycine max); Raps (Brassica); Mais (Zea); Reis (Oryza); Weizen (Triticum); Gerste (Hordeum); Hafer (Avena); Roggen (Secale); Schnittlauch (Allium); Gartenkresse (Lepidium); Kartoffel (Solanum tuberosum); Tomate (Solanum lycopersicum); Gurke (Cucumis sativus); Paprika (Capsicum spec.) und Christrose (Helleborus spec.).
Selbstverständlich kann auch der Wachstumspunkt weiterer hier nicht aufgeführter Gattungen und Arten mit dem erfindungsgemäßen Crop-Algorithmus bestimmt werden.
Alternativ kann die Pflanzenhöhe bzw. die Pflanzenbestandshöhe H durch einen „Peakbreite”-Algorithmus bestimmt werden. Dieser basiert auf der Annahme, dass die Messwerte über die gesamte Höhe einer Pflanze oder eines Pflanzenbestandes verteilt sind. In der Praxis bedeutet das, dass die Pflanzen nicht zu dicht beieinander stehen dürfen und dass auch untere Bereiche, insbesondere auch die unteren Blätter, der Pflanze für die Entfernungsmessvorrichtung zugänglich sein müssen. Ist dies der Fall, so ist es möglich, die Höhe einer Pflanze über die Breite eines Histogramm-Peaks zu bestimmen. Dabei ist eine signifikante Korrelation der Breite von einem Histogramm-Peak mit einer Pflanzenhöhe feststellbar. Für eine Bestimmung der Pflanzenhöhe wird die Peak-Breite mit einem empirisch bestimmten, pflanzenspezifischen Faktor multipliziert.
Die Peakbreite selbst kann entweder direkt aus den Histogramm-Daten ermittelt werden als Halbwertsbreite, oder durch den Abgleich der Histogramm-Daten mit einer Gauß-Verteilung und/oder einer asymmetrischen Häufigkeits-Verteilung.
Im Unterschied zu dem erfindungsgemäßen „Crop”-Verfahren hat das „Peakbreite”-Verfahren den Vorteil, dass der absolute Abstand zu der zu erfassenden Pflanze nicht von Bedeutung ist. Damit ist die Messgenauigkeit weitgehenden unabhängig von der mechanischen Stabilität des verwendeten Trägersystems.
Des Weiteren ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine projizierte Blattfläche einer Pflanze berechnet wird. Diese wird bestimmt durch eine Anzahl N von erfassten Messwerten, wobei sich die projiziert Blattfläche pro Pflanze S wie folgt bestimmt: S = k·N·v/S₀; wobei k für einen Kalibrierungsfaktor, v für die Geschwindigkeit des Vorbeiführens der Entfernungsmessvorrichtung und S₀ für die Bodenfläche pro Pflanze steht.
Ein Pflanzenvolumen bestimmt sich erfindungsgemäß aus dem Produkt von projizierter Blattfläche mit dem Wachstumspunkt und somit der Höhe einer Pflanze.
Im Folgenden wird nun beispielhaft die Inbetriebnahme einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und die Durchführung einer Bestimmung eines Pflanzenwachstums beschrieben. Die nachfolgende Beschreibung ist ausschließlich beispielhaft zu verstehen und kann in offensichtlicher Weise auch in beliebigen Variationen der beschriebenen Schritte mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt werden.
Vor der Durchführung einer Messung müssen die benötigten Elemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung aufgebaut werden, sofern die Anlage nicht bereits fertig installiert ist. Diese Installation kann beispielsweise die Installation einer Entfernungsmesseinrichtung, einer Lichtschranke und/oder eines Referenzelements zur Höhenbestimmung umfassen. Des Weiteren muss der Höhenunterschied von der Entfernungsmesseinrichtung zum Boden und von der Entfernungsmesseinrichtung zu dem Referenzelement, wenn vorhanden, vermessen und mittels einer Eingabeeinrichtung in eine von der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasste Datenverarbeitungsanlage eingegeben werden. Des Weiteren muss die Topfhöhe der Pflanzen bestimmt und eingegeben sowie Identifikationsnummern für die zu vermessenden Pflanzen bereitgestellt werden.
Des Weiteren sollte bevorzugt eine Art und eine Sorte der zu vermessenden Pflanzenkultur eingegeben werden und einer der vorangehend beschriebenen Algorithmen, also beispielsweise der Crop-Algorithmus oder ein beliebiger anderer Algorithmus, ausgewählt werden.
Für eine Durchführung der Messung ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung derart eingestellt ist, dass die Messungen immer um annähernd dieselbe feste Uhrzeit durchgeführt werden. Als Messvorrichtung kann dabei bevorzugt eine Entfernungsmessvorrichtung geeignet zur Durchführung eines Lasertriangulationsverfahrens zum Einsatz kommen.
Die erfassten Messwerte werden im Anschluss insbesondere mittels einem oder mehrerer der oben beschriebenen Filter gefiltert und anschließend die Messwerte in der Datenverarbeitungsanlage gespeichert. Nachfolgend ist bevorzugt, dass die Messwerte durch ein Auslesen der Identifikationsnummer der Pflanzen zu einem bestimmten Messfeld zugeordnet werden.
Anschließend kann dann beispielsweise erfindungsgemäß der Wachstumspunkt einer einzelnen Pflanze, eines Pflanzenbestandes oder der durchschnittliche Wachstumspunkt eines Bestandsabschnitts oder Sektors bestimmt werden, in dem der vorgewählte Algorithmus, also beispielsweise der Crop-Algorithmus, zum Einsatz kommt, der unter Berücksichtigung der zu vermessenden Pflanzenart bzw. -gattung den gewünschten Wachstumspunkt errechnet.
Auch kann es vorgesehen sein, dass eine Visualisierung des Wachstumspunktes sowie des Wachstums einer Pflanze gegenüber der oder den letzten Messungen vorgenommen wird.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von schematischen Zeichnungen beispielhaft erläutert werden, ohne dadurch die Erfindung zu beschränken. Dabei zeigt:
1: eine schematische Querschnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Höhenbestimmung einer Pflanze;
2: ein zweidimensionales Diagramm von Messwerten repräsentativ für die Höhe und die Breite einer Pflanze;
3: ein Intensitätsprofil von Messwerten entlang der Länge einer Pflanze;
4: eine Häufigkeitsverteilung bzw. ein Histogramm der Höhe einzelner Messwerte;
5: eine Häufigkeitsverteilung bzw. ein Histogramm der Höhe einer einzelnen Pflanze Solanum jasminoides;
6: eine Häufigkeitsverteilung bzw. ein Histogramm eines kompletten Bestandes von Euphorbia pulcherrima;
7: eine Häufigkeitsverteilung bzw. ein Histogramm der Höhe eines kompletten Bestandes von Pelargonium; und
8: eine schematische Querschnittansicht einer krautigen Pflanze mir Darstellung des Apikalmeristem nach dem Stand der Technik.
In 1 ist beispielhaft eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Entfernungsmesseinrichtung 1 dargestellt. Die Entfernungsmesseinrichtung 1 ist dabei an einem Trägerelement 3 angeordnet und umfasst eine Lasertriangulations-Messeinrichtung 5. Die Lasertriangulations-Messeinrichtung 5 sendet ein Messsignal 7 aus und empfängt das an einer Pflanze 9 oder anderweitig reflektierte Signal 7' zur weiteren Verarbeitung. Dabei ist die Entfernungsmesseinrichtung 1 mittels Schienen 11 an den Pflanzen 9 in y-Richtung vorbeiführbar.
An den Enden der Schienen 11 sind Begrenzungselemente 13, 13' angeordnet, die dazu vorgesehen sein können, einen Messvorgang zu starten oder zu beenden. Des Weiteren können Referenzelemente 15 vorgesehen sein, die einen Abstand der Entfernungsmesseinrichtung 1 in z-Richtung von den Pflanzen 9 definieren, wobei ein Referenzelement 15 beispielsweise immer genau 20 cm hoch ist.
In 2 ist ein zweidimensionales Diagramm 17 von Messwerten 19 gezeigt. Das Diagramm 17 zeigt dabei eine Auswertung der erfassten Messwerte 19 von einer Pflanze in der Höhe (z-Achse) und Breite (x-Achse). Dieses Diagramm 17 entsteht erfindungsgemäß nach einem Kalibrieren der erfassten Messwerte 19 und wird durch kontinuierliche Aufnahme von Messwerten in eine 3D-Kontur des Pflanzenbestand s überführt (nicht gezeigt). Diese 3D-Kontur wird auch als 3D-Punktwolke bezeichnet.
In 3 ist ein ein Intensitäts-Profil 20 entlang einer Kamera Spalte in y-Richtung dargestellt. Ein Messsignal 22 ist dabei entlang der Länge einer Pflanze aufgetragen, Durch den Einsatz eines Schwellenwertfilters mit einem oberen Schwellenwert 24 und einem unteren Schwellenwert 26 soll der Einfluss von Störlicht minimiert werden. Fällt ein Intensitätsmaximum 28 oberhalb des oberen Schwellenwerts 24 an, wird dieses Maximium nicht ausgewertet. Befindet es sich wie in 3 dargestellt unterhalb des oberen Schwellwertes, wird es für die weitere Auswertung berücksichtigt. Ein Intensitätsmaximum (nicht gezeigt) oberhalb des oberen Schwellenwerts 24 entsteht beispielsweise durch eine Reflexion des Messsignals 22 an einer metallischen Oberfläche oder einer anderen Oberfläche, die stärker reflektiert als dies der üblichen Reflexion der Oberfläche einer Pflanze entspricht.
Des Weiteren werden Messsignale 22 unterhalb des unteren Schwellenwerts 26 nicht berücksichtigt, da diese als Hintergrundrauschen 30 interpretiert werden.
Auch ist vorgesehen, dass ein Halbwertsbreiten-Filter zum Einsatz kommen kann. Eine Berücksichtigung einer Halbwertsbreite 32 führt dazu, dass nur sehr schmale Strukturen des Messsignals 22 ausgewertet werde, so dass auch bei starkem Fremdlicht ein zuverlässiges Erfassen von Messsignalen 22 möglich ist. Überschreitet die Halbwertsbreite 32 einen bestimmten Wert an Pixeln, so wird das zugehörige Maximum nicht ausgewertet.
In 4 ist eine Häufigkeitsverteilung bzw. ein Histogramm 40 der Höhe einzelner Messwerte 42 gezeigt. Für das Histogramm 40 sind dabei nur die Höhenwerte der Messwerte 42 berücksichtigt worden. Für einen erfindungsgemäßen „Crop”-Algorithmus werden zunächst für eine Auswahl eines bestimmten ersten Bereichs 44 Ausläufer der Messwerte 42 rechts und links von dem Hauptmaximum abgeschnitten, in 4 also ein zweiter Bereich 46 und ein dritter Bereich 48. Die Anteile der ersten, zweiten und dritten Bereiche 44, 46, 48 müssen für unterschiedliche Pflanzenarten jeweils individuell gewählt werden. Nach Auswahl des ersten Bereichs 44 wird ein Mittelwert über die ausgewählten Messwerte 42 gebildet und die Höhe einer Pflanze aus der Differenz des Mittelwerts und dem bekannten Abstand der Entfernungsmessvorrichtung 1 aus 1 vom Boden (nicht gezeigt) errechnet.
In 5 ist ein Histogramm 60 der Höhe einer einzelnen (nicht gezeigten) Pflanze (Solanum jasminoides) dargestellt. Die Höhe des Wachstumspunktes wird beispielhaft mit einem der oben beschriebenen Algorithmen ermittelt, insbesondere mit einem erfindungsgemäßen Crop-Algorithmus. Das Histogramm 60 wird von der rechten und linken Seite beschnitten oder „gecropt”, d. h. es werden vom kleinsten Wert aufsteigend 80% der Messwerte verworfen (0.–80. Perzentil; linke Seite des Histogramms 60) und vom höchsten Wert abnehmend 5% aller Messwerte verworfen (95.–100. Perzentil; rechte Seite des Histogramms 60). Diese prozentuale Beschneidung der Ausläufer der Messwerte ergibt sich direkt aus vorher manuell bestimmten Werten der Meristeme bzw. des händisch bestimmten Wachstumspunkts einer anderen Pflanze der selben Art bzw. Gattung.
Die verbleibenden Messwerte vom 81. bis zum 94. Perzentil, in 5 grau hinterlegt, werden gemittelt und ergeben die Höhe des Wachstumspunktes. In diesem Beispiel liegt die Höhe des Wachstumspunktes bei 82,5 mm, die max. Höhe der Pflanze liegt bei 95,5 mm. Entsprechend befindet sich das Apikalmeristem 14% unterhalb des höchsten Punktes der Pflanze.
In 6 ist ein Histogramm 70 der Höhe eines gesamten Pflanzenbestandes (nicht gezeigt) von Euphorbia pulcherrima dargestellt. Zur Bestimmung der durchschnittlichen Höhe des Wachstumspunktes eines Bestandes von Euphorbia pulcherrima wird analog zu dem in 5 beschriebenem beispielhaften Messverfahren vorgegangen. Jedoch wird hier im Unterschied zu dem anhand von 5 beschriebenem beispielhaften Messverfahren ein anderer (artspezifischer) „Crop”-Parameter verwendet, der ebenfalls vorab händisch bestimmt wurde. Für die Art Euphorbia pulcherrima (Cristmas Feelings^®) werden vom kleinsten Wert aufsteigend 70% der Messwerte (0.–70. Perzentil) und vom höchsten Wert abnehmend 10% aller Messwerte (90.–100. Perzentil) „gecropt”.
Durch die Mittelung der verbleibenden Messwerte wird die Höhe des Wachstumspunktes bestimmt (in 6 grau hinterlegt). Die durchschnittliche Höhe des Wachstumspunktes des Bestandes liegt in diesem Beispiel bei 76,2 mm; die maximale Höhe des Bestandes bei 119,5 mm, d. h. 36% niedriger als der maximale Wert.
In 7 ist ein Histogramm 80 der Höhe eines gesamten Pflanzenbestandes (nicht gezeigt) von Pelargonium dargestellt. Für die Bestimmung der durchschnittlichen Höhe des Wachstumspunktes wird analog zu den beispielhaft beschriebenen Messverfahren in den 5 und 6 verfahren. Die „Crop”-Paramter betragen bei Pelargonium 75% und 10%. Das Histogramm 80 wird also vom kleinsten Wert aufsteigend 75% der Messwerte „gecropt” (0.–75. Perzentil) und vom höchsten Wert abnehmend 10% aller Messwerte „gecropt” (90.–100. Perzentil).
Die durchschnittliche Höhe des Wachstumspunktes des Bestandes liegt in diesem Beispiel bei 52,9 mm; die max. Höhe des Bestandes liegt bei 108,3 mm. Die hohen Maxima entstehen durch die aus dem Kronendach austretenden Blütenstängel. Bei dem „Crop”-Algorithmus wird jedoch von dem Kronendach ausgegangen. Die maximale Höhe des Kronendachs liegt im Durchschnitt bei 82,0 mm. Der Wachstumspunkt liegt damit ca. 35% niedriger als der maximale Wert des Kronendachs.
Die in der voranstehenden Beschreibung, den Ansprüchen sowie den Zeichnungen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in jeder beliebigen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
Bezugszeichenliste

1: Entfernungsmessvorrichtung
3: Trägerelement
5: Lasertriangulations-Messeinrichtung
7, 7': Messsignal
9: Pflanze
11: Schiene
13, 13': Begrenzungselement
15: Referenzelement
17: Diagramm
19, 42: Messwert
20: Intensitätsprofil
22: Messsignal
24, 26: Schwellenwert
28: Intensitätsmaximum
30: Rauschen
32: Halbwertsbreite
40, 60, 80: Histogramm
44, 46, 48: Bereich
50: Pflanze
52: Apikalmeristems
54: Blatt
56: Spross
58: Wurzel

Claims

Vorrichtung zur Bestimmung eines Wachstums einer Pflanze oder eines Pflanzenbestandes (9, 50) durch eine Höhenbestimmung, umfassend eine beweglich gelagerte Entfernungsmessvorrichtung (1), die in einer vorbestimmten Höhe über einer Pflanze (9, 50) vorbeigeführt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Auswerteeinheit umfasst, die Messwerte (19, 42) der Entfernungsmessvorrichtung (1) sowohl in der Höhe als auch in der Anzahl zur Bestimmung eines Wachstumspunktes während des Vorbeiführens auswertet, wobei zur Bestimmung des Wachstumspunktes die Messwerte zur Bestimmung der Höhe der Pflanze bzw. des Pflanzenbestandes immer zu einer annähernd identischen Uhrzeit gemessen werden und vom Maximalwert der Höhe in Abhängigkeit von einer zu vermessenden Pflanzenart oder Pflanzengattung mindestens 5% und maximal 40% abgezogen werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wachstumspunkt mittels eines gewichteten Mittelwertes eines vorbestimmten Ausschnitts eines Histogramms (40, 60, 70, 80) von Messwerten (19, 42) repräsentativ für gemessene Höhenwerte bestimmt wird, wobei insbesondere ein „Crop”-Algorithmus eingesetzt wird und dabei der Ausschnitt einen ersten Bereich (44) des Histogramms (40, 60, 70, 80) umfasst, wobei ein zweiter Bereich (46) mit niedrigeren Messwerten (19, 42) repräsentativ für niedrigere Höhenwerte und ein dritter Bereich (48) mit höheren Messwerten (19, 42) repräsentativ für größere Höhenwerte für die Bildung des gewichteten Mittelwerts nicht berücksichtigt werden, wobei insbesondere der erste, zweite und/oder dritte Bereich (44, 46, 48) in Abhängigkeit von einer Pflanzenart bzw. Pflanzengattung bestimmt ist bzw. sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wachstumspunkt aus einer Peak-Breite in einem Histogramm (40, 60, 70, 80) umfassend Messwerte (19, 42) repräsentativ für Höhenwerte ermittelt wird, wobei insbesondere ein „Peak”-Algorithmus eingesetzt wird und die Peak-Breite mit einem für eine Pflanze (9, 50) spezifischen Faktor multipliziert wird.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine projizierte Blattfläche berechnet wird, wobei vorzugsweise die Gesamtzahl der Messwerte (19, 42) mit einem Kalibrierungsfaktor und einer Geschwindigkeit des Vorbeiführens der Entfernungsmessvorrichtung (1) multiplizierte wird und durch die Bodenfläche der Pflanze (9, 50) (1) dividiert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Volumen der Pflanze (9, 50) bestimmt ist durch das Produkt von projizierter Blattfläche und der Höhe der Pflanze (9, 50) bestimmt durch den Wachstumspunkt.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zumindest ein Trägerelement (3) für die Entfernungsmessvorrichtung (1) und/oder ein Schienensystem (11) umfasst, wobei insbesondere die Entfernungsmessvorrichtung (1) an dem Schienensystem (11) angeordnet werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schienensystem (11) zumindest einen Endschalter (13, 13') umfasst, der an einem Ende einer Schiene (11) angeordnet ist, wobei ein Berühren und/oder ein Induzieren des mindestens einen Endschalters (13, 13') durch das Trägerelement (3) einen Messvorgang startet und/oder beendet.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Referenzelement (15) umfasst ist, das in einem definierten Abstand zu der Entfernungsmessvorrichtung (1) angeordnet ist, so dass der Abstand von der Entfernungsmessvorrichtung (1) zu dem wenigstens einen Referenzelement (15) eindeutig bestimmbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Einrichtungen zur Datenanalyse, Daten-Vorverarbeitung und/oder Visualisierung von Daten und/oder eine Software zur Visualisierung und/oder Analyse der von der Entfernungsmessvorrichtung (1) erfassten Messwerte (19, 42) umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfernungsmessvorrichtung (1) eine Lichtquelle, insbesondere einen Laser, und/oder einen Bildwandler, vorzugsweise eine Kamera, optische Sensoren, Ultraschall-Sensoren und/oder Sensoren zur Laufzeit- und/oder Phasenlagemessung umfasst, vorzugsweise eine Lasertriangulations-Messeinrichtung (5).
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kompensation von Störsignalen ein Filter umfasst ist, insbesondere ein Hochpass-, Tiefpass-, Interferenz-, Halbwertsbreiten-, Background- und/oder Schwellenwertfilter, vorzugsweise zur Kompensation von Umgebungslicht.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte (19, 42), insbesondere Bildinformationen der Kamera, mittels eines Filters nachbearbeitet werden, insbesondere mittels eines Rangordnungsfilters, vorzugsweise mittels eines Medianfilters, insbesondere mittels eines 3 mal 3 Medianfilters.