DE102012016911B3

DE102012016911B3 - Verfahren und Anordnung zur Detektion von Keimscheiben in befruchteten unbebrüteten Geflügeleieern

Info

Publication number: DE102012016911B3
Application number: DE102012016911A
Authority: DE
Inventors: Sven Meißner; Anke Burkhardt
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2012-08-22
Filing date: 2012-08-22
Publication date: 2013-06-20
Anticipated expiration: 2032-08-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung (1) zur Detektion von Keimscheiben (10) in befruchteten unbebrüteten Geflügeleiern (4), wobei ein Geflügelei (4) zumindest aus einer Kalkschale (16), einer Eiweißmasse (17), einem darin befindlichen Eidotter (9), der im Eidotter (9) befindlichen Keimscheibe (10) und einer Luftblase (6) an einem der beiden Pole (27, 28) der Kalkschale (16) besteht, wobei die optischen Eigenschaften der Keimscheibe (10) sich von den optischen Eigenschaften des Eidotters (9) zumindest in Bezug auf Helligkeit/Kontrast unterscheiden, wobei die Anordnung (1) zumindest gekennzeichnet ist durch – mindestens eine Lichtquelle (2), deren Spektrum im Wellenlängen-Bereich zwischen 350 nm und 520 nm liegt, – mindestens eine Einrichtung (3) zur Aufnahme eines Eis (4) in eine pollängsachsige Ausgangslage (5), bei der das Eidotter (9) des Eis (4) zumindest über einen der Pole (27, 28) von der Lichtquelle (2) aus bestrahlt wird, – eine Steuereinrichtung (11), die mit der Einrichtung (3) zur Aufnahme eines Eis (4) und einer Detektionseinrichtung (8) in Verbindung steht, – die Detektionseinrichtung (8) zur bildartigen Aufnahme des bestrahlten Eidotters (9) und der befruchteten Keimscheibe (10), wobei das Bild der Keimscheibe (10) im Vergleich zum Bild (21) des Eidotters (9) auf der Detektionseinrichtung (8) als Fleck (13) vorhanden ist, – eine Auswerteeinrichtung (14), die mittels eines Bildverarbeitungssystems (18) aus dem detektierten Bild (13) der Keimscheibe (10) die Lage der Keimscheibe (10) innerhalb des Eis (4) auswertet, und – eine Ausgabeeinheit (15) mit Display (29) zur Orts-Erkennung der Keimscheibe (10) als kontrastierender Fleck (13) gegenüber dem Bild (21) des Eidotters (9) auf einem Ausgabebild (23).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Detektion von Keimscheiben in befruchteten unbebrüteten Geflügeleiern.
Ein Verfahren und Vorrichtungen zur Bestimmung des Geschlechtes von befruchteten unbebrüteten Vogeleiern sind in der Druckschrift DE 10 2010 006 161 B3 beschrieben, wobei ein Ei eine feste Eischale/Kalkschale, ein von der Eischale/Kalkschale und weiteren Eihüllen umgebenes Eidotter und eine dem Eidotter zugeordnete Keimscheibe aufweist und wobei eine Sonde zur Messung eines Spektrums durch ein Loch der Eischale/Kalkschale hindurch in Richtung zur Keimscheibe mit Keimscheibenzellen geführt wird, mit folgenden Schritten

– Positionierung der Sonde im Bereich der Keimscheibe,
– spektroskopische in-ovo Charakterisierung der Keimscheibenzellen und
– Erkennung des Geschlechts durch eine automatische Klassifizierung von Spektren.

Als Sonde ist ein optischer Kristall eingesetzt, mit dem eine schnelle und rückwirkungsfreie Aufnahme eines Infrarot- und/oder Nahinfrarotspektrums bei Nutzung einer abgeschwächten Totalreflexion innerhalb des optischen Kristalls durch ein evaneszentes Feld im Bereich der Keimscheibe durchgeführt wird, wobei die Extinktion infolge einer spektralen Absorption von geschlechtsspezifischen Keimscheibenzellen erfolgt, wobei die Positionierung des optischen Kristalls durch eine permanente automatische Auswertung der rückgeführten Spektren bis zur Bestimmung der geschlechtsspezifischen Keimscheibenzellen begleitet wird, bis das Geschlecht des befruchteten Eis von einer Auswerteeinheit ausgewertet und von einer Anzeigeeinheit/Ausgabeeinheit eindeutig angezeigt wird.
Es ist dabei schwer, die Lage der Keimscheibe festzulegen, um eine zielgerichtete Einbringung eines Loches in die Kalkschale sowie eine zielgerichtete Strahlung zur Geschlechtsbestimmung des Vogeleis/Geflügeleis auf die freigelegte Keimscheibe zu bringen.
In den herkömmlichen Verfahren zur Feststellung der Lage der Keimscheibe kann die Keimscheibe im befruchteten unbebrüteten Geflügelei nur mit Anordnungen realisiert werden, die einerseits ionisierende Strahlung benutzen und andererseits einen hohen finanziellen Aufwand mit sich bringen. Deshalb können die Verfahren aufgrund des hohen finanziellen und technischen Aufwandes nicht für eine industrielle Anwendung in einer Brüterei vorgesehen werden.
Andere herkömmliche Verfahren beinhalten immer die Schaffung größerer Löcher in der Kalkschale, d. h., ein Teil der Kalkschale wird entfernt. Die größeren Löcher der Kalkschale erleichtern eine mögliche Kontamination des Eis durch Erreger.
Sowohl bekannte Verfahren der Magnetresonanztomografie, die in den Druckschriften Bain et al.: Non-invasive monitoring of chick development in ovo using a 7T MRI system from day 12 of incubation of through the hatching, Journal Magn. Reson. Imaging 26: 198–201, 2007 und Klein et al.: Localization of the fertilized germinal disc in the chicken egg before incubation, Poult. Sci. 81; 529–536, 2002 sowie Moser et al.: Magnetic resonance imaging methodology, Eur. J. Nucl. Med. Mol. Imaging 36 (Suppl. 1): S30–S41, 2009, beschrieben sind, als auch der Mikrocomputertomografie, die in der Druckschrift Bartels et al.: 3D-Röntgen-Mikrocomputertomographie und Optische Kohärenztomographie als Methoden zur Lagebestimmung des Blastoderms im unbebrüteten Hühnerei, Deutsche Tierärztliche Wochenschrift 115: 182–188 beschrieben ist, haben hohe Kosten.
Des Weiteren kommt bei diesen Verfahren ionisierende Strahlung zum Einsatz. Die Auswirkungen auf die Keimscheibe sind nicht bekannt. Aufgrund der Komplexizität der Verfahren sind sie für einen industriellen Einsatz in der Brüterei mit sehr hohen Stückzahlen an Eiern nicht geeignet.
Weiterhin kommt hinzu, dass für die Magnetresonanztomografie hohe Magnetfelder notwendig sind. Die starken magnetischen Felder sind nicht kompatibel mit einem Einsatz in der Brüterei, da durch die vielen magnetischen Gegenstände in der Brüterei die Sicherheit des Personals nicht gegeben ist.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren ist der hohe zeitliche Aufwand für die Detektion. Dieser Zeitbedarf ist wiederum nicht kompatibel mit den Prozessgeschwindigkeiten in einer Brüterei.
Ein Verfahren zur schnellen und zuverlässigen Lokalisierung von Keimscheiben in Vogeleiern mit folgenden Schritten ist in der Druckschrift US 2008/0289578 A1 beschrieben. Die Schritte sind:

– Bildung einer Öffnung in der Schale des Eis an einer Stelle, unter der die Keimscheibe unter Berücksichtigung der Ausrichtung des Eis positioniert ist, und Freilegung der inneren Schalenmembran,
– Einbringen eines flüssigen Materials in den Bereich der inneren Schalenmembran zur Verbesserung der Transparenz der Schalenmembran,
– Aufnahme eines Bild von der freiliegenden inneren Schalenmembran und des darunter liegenden Materials,
– Verarbeitung des erfassten Bild zur Verbesserung der Erkennbarkeit/Sichtbarkeit der Keimscheibe in dem Bild,
– Bestimmung der Lokalisierungs-Koordinaten der Keimscheibe innerhalb des Bildes und
– Übermittlung der Lokalisierungs-Koordinaten an eine Ei-Verarbeitungsvorrichtung.

Ein Problem besteht darin, dass in dem Verfahren, ohne genau die Lage der Keimscheibe zu kennen, zum Einen eine Öffnung in die Eischale eingebracht wird und zum Anderen eine Substanz – flüssiges Material – auf die Schalenmembranen aufgebracht wird, die sich negativ auf die Embryonalentwicklung bzw. den Schlupf auswirken kann. Die Öffnung in der Eischale wird unter der Annahme eingebracht wird, dass sich die Keimscheibe unmittelbar hinter dieser Öffnung befindet. Die Varianz der Keimscheibenlage ist aber sehr groß. Andererseits wird zur Verbesserung des zwischen Keimscheibe und Eidotter herauszuarbeitenden Kontrastes, der für die Erkennung der Keimscheibe notwendig ist, das flüssige Material in den Bereich der inneren Schalenmembran der geöffneten Eischale eingebracht und dann über die ins Loch hineinragenden Bauelemente die Lage der Keimscheibe bestimmt. Das stellt aber einen hohen Bearbeitungsaufwand dar.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Geschlechtes von Eiern zur Bebrütung sind in der Druckschrift US 2 118 794 A beschrieben, wobei das Verfahren aus folgenden Schritten besteht:

– Bebrütung des Eis bis zu einem Punkt, an dem die Keimscheibe, falls vorhanden, für das Auge sichtbar ist, aber kurz vor dem Punkt, falls unbefruchtet und das Ei nicht zur Konsumtion genießbar wird, und zum Auge führend und durch das Ei im Wesentlichen in einer horizontalen Richtung liegt, wobei die lange Achse des Eis im Wesentlichen in einer horizontalen Ebene liegt, in dessen Licht die langen Strahlen derart eliminiert worden sind, dass das Eigelb dagegen als dunkler Körper erscheint, und das Licht der Strahlen, die von der Seite der Keimscheibe reflektiert werden, sich deutlich zeigt, und
– Anschauen des Eis von oben, um die Anwesenheit der Keimscheibe zu bestimmen.

Um den Kontrast zwischen Keimscheibe und Eidotter zur Erkennung der Lage der Keimscheibe zu erhöhen, wird eine Bebrütung des Eis bis zu einem Punkt durchgeführt, der ausreicht, dass die Keimscheibe einen ausreichenden Kontrast zum Eidotter zur Erreichung einer augenscheinlichen Sichtbarkeit und somit zur Erkennung aufweist.
Mit der kontrastverbesserten Lagebestimmung der Keimscheibe wird ein Zugang für das Geschlechtsbestimmungsverfahren zu den in der Keimscheibe enthaltenen DNA-Informationen geschaffen. Bei der Vorrichtung ist außerdem nur eine Beleuchtung von einer Seite vorgesehen.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zur Detektion von Keimscheiben in befruchteten unbebrüteten Geflügeleiern anzugeben, die derart ausgebildet sind, dass in geringer Zeit und mit wenig Kostenaufwand bei der Durchführung der Detektion zielsicher der Ort der jeweiligen Keimscheibe in den Geflügeleiern bestimmt werden kann.
Die Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst.
Die Anordnung zur Detektion von Keimscheiben in befruchteten unbebrüteten Geflügeleiern, wobei ein Geflügelei zumindest aus einer Kalkschale, einer Eiweißmasse, einem darin befindlichen Eidotter, der im Eidotter befindlichen Keimscheibe und einer Luftblase an einem der beiden Pole der Kalkschale besteht, wobei die optischen Eigenschaften der Keimscheibe sich von den optischen Eigenschaften des Eidotters zumindest in Bezug auf Helligkeit/Kontrast unterscheiden,
weist gemäß dem Patentanspruch 1
zumindest auf:

– mindestens eine Lichtquelle, deren Spektrum im Wellenlängen-Bereich zwischen 350 nm und 520 nm liegt,
– mindestens eine Einrichtung zur Aufnahme eines Eis in eine pollängsachsige Ausgangslage, bei der das Eidotter des Eis zumindest über einen der Pole von der Lichtquelle aus bestrahlt wird,
– eine Steuereinrichtung, die mit der Einrichtung zur Aufnahme eines Eis und einer Detektionseinrichtung in Verbindung steht,
– die Detektionseinrichtung zur bildartigen Aufnahme des bestrahlten Eidotters und der befruchteten Keimscheibe, wobei das Bild der Keimscheibe im Vergleich zum Bild des Eidotters auf der Detektionseinrichtung als Fleck vorhanden ist,
– eine Auswerteeinrichtung, die mittels eines Bildverarbeitungssystems mit einem ersten Bildverarbeitungsmodul zur Sofort-Erkennung der Keimscheibe aus dem detektierten Bild der Keimscheibe die Lage der Keimscheibe innerhalb des Eis auswertet, wobei das erste Bildverarbeitungsmodul zumindest folgende Funktionseinheiten umfasst: – eine Segmentierungseinheit zur Segmentierung innerhalb des Datensatzes des aufgenommenen Bildes auf der Detektionseinrichtung, – eine Klassifizierungseinheit, die der Segmentierungseinheit nachgeordnet ist und in der detektierte Bereiche des Bildes in verschiedene Klassen sortiert werden, – eine Entscheidungslogik, die der Klassifizierungseinheit zugeordnet ist und der ein Kontrastschwellwert zur Entscheidung vorgegeben ist, ob der Kontrast zwischen Bild der Keimscheibe und Bild des Eidotters ausreichend ist zur Sofort-Erkennung der Keimscheibe auf dem Ausgabebild,
– eine Übertragungseinheit zur Übergabe eines kontrastreichen Ausgabebildes an die Ausgabeeinheit und
– eine Ausgabeeinheit mit Display zur Orts-Erkennung der Keimscheibe als kontrastierender Fleck gegenüber dem Bild des Eidotters,

– eine Auslöseeinheit zur Auslösung der Wiederholung von Bildaufnahmen mit mehreren n Bildern,
– eine Speichereinheit zur Speicherung der n Bilder,
– eine interne Steuereinheit zur Signalübergabe an die Steuereinrichtung zur Auslösung einer Drehung der Einrichtung zur Drehung des Eis in jeweils entgegengesetzte Drehwinkel-Richtungen bis zu +45° und/oder –45° über Signalleitung/en,
– eine Erfassungseinheit für die n Bilder, während das Eidotter den spontanen Winkelverschwenkungen ausgesetzt ist,
– eine Einheit zur Ermittlung einer Standardabweichung oder einer Differenz eines Kontrastes,
– eine Anschlussübertragungseinheit zur Übergabe der ermittelten Standardabweichungen oder der ermittelten Differenz des Kontrastes über Signalleitung/en an das erste Bildverarbeitungsmodul zur Auswertung des resultierenden kontrastverstärkten Bildes in ruhender Ausgangslage mit einem Durchlauf durch die Funktionseinheiten des ersten Bildverarbeitungsmoduls, wobei im zweiten Bildverarbeitungsmodul ein Kontrast oberhalb des vorgegebenen Kontrastschwellwertes erreichbar ist,

Der Einrichtung zur Aufnahme eines Eis ist ein Koordinatensystem zugeordnet, wobei bei einem xyz-Koordinatensystem die Einzelkoordinaten x₀, y₀, z₀ der Keimscheibe innerhalb des Eidotters ermittelbar sind.
Durch die Drehung des Eis mittels der Einrichtung zur Drehung für das Auge des Betrachters des Ausgabebildes kann der Fleck gegenüber dem Bild des Eidotters bei Drehung des Eis wandern und erkennbar sein.
Die Detektionseinrichtung kann eine quer zur Pollänge positionierte Kamera sein, die insbesondere oberhalb der Position angeordnet ist, bei der die Keimscheibe der Kalkschale am Nächsten beabstandet ist.
Es kann eine optische Adaptionsvorrichtung zwischen der Lichtquelle und dem Bereich des horizontal gelagerten Eis an einem der Pole angeordnet sein.
In der Auswerteeinrichtung können sich programmtechnische Mittel zur Bildverarbeitung der von der Detektionseinrichtung aufgenommenen Abbildungen befinden, wobei mittels der programmtechnischen Mittel des Bildverarbeitungssystems der der Keimscheibe zugeordnete Fleck im Bild des Eidotters in der Auswertung im ruhenden Zustand der Ausgangslageermittelbar ist.
Der Ausgabeeinheit zur Erkennung des der Keimscheibe zugeordneten Flecks kann eine Keimscheiben-Koordinatenübertragungseinheit zugeordnet sein, die an eine zugehörige Anordnung zur Erkennung und Bestimmung des Geschlechtes von Geflügeleiern über die Keimscheiben-Informationen anschließbar ist.
Das entstehende, der Ausgabeeinheit zugeführte Ausgabebild des Eis kann zumindest die Umrisse des Eis bezüglich der Kalkschale, das Bild des Eidotters und den als erkennbare Keimscheibe kontrastierenden Fleck aufweisen.
Das Verfahren zur Detektion von Keimscheiben in befruchteten unbebrüteten Geflügeleiern, wobei ein Geflügelei zumindest aus einer Kalkschale, einer Eiweißmasse, einem darin befindlichen Eidotter, der im Eidotter befindlichen Keimscheibe, und einer Luftblase an einem der Pole zur Kalkschale besteht, basierend zumindest auf dem Unterschied zwischen den optischen Eigenschaften der Keimscheib und den optischen Eigenschaften des Eidotters in Bezug auf Helligkeit/Kontrast, unter Verwendung einer vorgenannten Anordnung
umfasst gemäß dem Patentanspruch 9
zumindest folgende Schritte:

– horizontale Positionierung des Geflügeleis mit den horizontalen Lagen der Pol der Kalkschale in Richtung zu einer Lichtquelle, wobei die Luftblase um eine durch das Ei hindurch führende Pollängsachse horizontal orientiert ist,
– Bestrahlung des horizontal gelagerten Eis mittels der Lichtquelle von der Seite eines der Pole aus gerichtet und pollängs der durch die Luftblase hindurch führenden Pollängsachse,
– Abbildung des die Keimscheibe enthaltenden Eidotters einschließlich der Keimscheibe des bestrahlten Eis auf eine quer zur Pollängsachse angeordnete Detektionseinrichtung,
– Detektion des Bildes des Eidotters und des Bildes der Keimscheibe mit nachfolgender
– Auswertung der Lage der Keimscheibe in Form eines der Keimscheibe zugeordneten Flecks kontrastierend gegenüber dem Bild des Eidotters mit Hilfe einer mit programmtechnischen Mitteln versehenen Auswerteeinrichtung und
– Ausgabe des Bildes des Eidotters zur Ortung oder Orts-Erkennung der Keimscheibe im Bild des Eidotters innerhalb des Ausgabebildes,

– Segmentierung innerhalb des Datensatzes in der Segmentierungseinheit, indem eine Suche nach Strukturen erfolgt, die von Interesse sind, wobei das Ergebnis des Segmentierungsschrittes ein binäres Bild ist, in dem interessante Punkte den Wert „1” haben und alle nicht interessierenden Punkte den Wert „0” besitzen,
– Klassifizierung in der Klassifizierungseinheit, wobei die mittels des Segmentierungsschrittes detektierten Bereiche in dem Klassifizierungsschritt in verschiedene Klassen sortiert werden, und somit die Klassifizierungseinheit eine Entscheidung trifft, ob eine Struktur vorhanden ist, die die Keimscheibe repräsentiert,
– Entscheidung in der der Klassifizierungseinheit zugeordneten Entscheidungslogik, ob ein Ergebnisbild vorliegt, in dem ein oberhalb oder unterhalb eines Kontrastschwellwertes befindlicher Kontrast zur Unterscheidung zwischen dem Bild der Keimscheibe und dem Bild des Eidotters zur weiteren Nutzung vorliegt,
– Übertragung der Entscheidung mittels einer Übertragungseinheit in die Ausgabeeinheit bei einem Kontrast oberhalb des Kontrastschwellwertes,
– Übernahme der Daten in die Ausgabeeinheit, wobei hierbei die Koordinaten der Struktur, die die Keimscheibe darstellen, einen Kontrast oberhalb des Kontrastschwellwertes aufweisen,

– Drehung des Eis aus der Ausgangslage, in der das Ei ruht, in eine Positionslage, bei der das Ei beispielsweise um einen Winkel in positive Richtung von +45° und in negative Richtung von –45° gedreht ist, wodurch das Eidotter in eine oszillierende Schwingung/Pendelbewegung versetzt wird,
– Wiederholung der Bildaufnahme, wobei eine Anzahl von n Bildern aufgenommen wird, während das Eidotter auspendelt, und
– Erfassung der Bilder,
– Ermittlung einer Standardabweichung oder einer Differenz aus den erfassten Bildern, wobei die sich bewegenden Strukturen – pendelndes Eidotter mit eigenständig pendelnder Keimscheibe – erfasst werden,
– Übertragung der ermittelten Standardabweichung oder der ermittelten Differenz des Kontrastes an das erste Bildverarbeitungsmodul und
– Auswertung des resultierenden kontrastverstärkten Bildes in ruhender Ausgangslage mit Hilfe des ersten Bildverarbeitungsmoduls, wobei dort ein Durchlauf des Segmentierungsschrittes, des Klassifizierungsschrittes und des Übergabeschrittes für die Daten/den Datensatz in den zugehörigen Funktionseinheiten der Anordnung durchgeführt wird.

Nach der Übernahme der Daten kann eine Weitergabe der Daten des kontrastreichen Ausgabebildes aus der Ausgabeeinheit an eine Keimscheiben-Koordinatenübertragungseinheit durchgeführt werden, wobei die ermittelten Koordinaten den Schwerpunkt der detektierten Struktur/Keimscheibe und somit eine Sofort-Erkennung repräsentieren.
Durch eine Drehung des horizontal gelagerten Geflügeleis um die definierte Pollängsachse ist eine teilorbitale Bewegung der Keimscheibe und somit eine Bewegung des kontrastierenden hellen Flecks als Lageverschiebung auf dem Ausgabebild erreichbar.
Aus der Drehbewegung des Eis wird während der Detektion der Keimscheibe im befruchteten unbebrüteten Ei der bewegte Fleck in Bezug auf den Betrachter des Ausgabebildes erhöhten Kontrast herausgearbeitet.
Mit der Detektion können die zentralen Koordinaten x₀, y₀, z₀ der Keimscheibe und der Umfang der Keimscheibe als Mindest-Daten bestimmt werden und diese Daten an nachfolgende Anordnungen zur Bestimmung des Geschlechtes der Geflügeleier weitergeleitet werden, damit nach Abstimmung der zugehörigen Koordinatensysteme zumindest eine geschlechtsbestimmende Strahlung auf die Keimscheibe justierbar ist.
Weiterbildungen und besondere Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen mittels mehrerer Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Detektion von Keimscheiben in befruchteten unbebrüteten Geflügeleiern mit einem Geflügelei in Ausgangslage (ruhender Zustand des Eis) in Verbindung mit einem in
1a dargestellten vergrößerten Ausgabebild des Eis auf dem Display für einen Vergleich mit den Ausgabebildern in den 2 und 3,
2 ein zweites Ausgabebild auf dem Display der Ausgabeeinheit nach 1 und 1a mit einem Geflügelei in einer Lage eines Drehwinkels bei etwa +20°,
3 ein drittes Ausgabebild auf dem Display der Ausgabeeinheit nach 1 und 1a mit einem Geflügelei in einer Lage eines Drehwinkels bei etwa –20°,
4 eine schematische Darstellung der doppelpolseitigen Halterung eines Eis mit zwei sich polseitig gegenüberliegenden Lichtquellen und mit zwei synchron drehbaren Halterungseinrichtungen an den Polen sowie einer über dem Eidotter angeordneten Detektions-Kamera
5 eine Abbildung eines an den Polen gehalterten und von Seiten der Pole beleuchteten Geflügeleis mit heller Eiweißmasse, dunklem Eidotter und hell am Eidotter gekerbter Keimscheibe als digitales Schwarz-Weiß-Bild
und
6 eine detaillierte schematische Darstellung der Funktionseinheiten des ersten Bildverarbeitungsmoduls 19 und des zweiten Bildverarbeitungsmoduls 20 und deren Verbindung gezeigt.
In 1 ist in einer schematischen Darstellung eine Anordnung 1 zur Detektion der Keimscheibe 10 in einem befruchteten unbebrüteten Geflügelei 4 dargestellt, wobei das Geflügelei 4 zumindest aus einer Kalkschale 16, einer Eiweißmasse 17, einem darin befindlichen Eidotter 9, der im Eidotter 9 befindlichen Keimscheibe 10 und einer Luftblase 6 an einem der Pole 27 (28) zur Kalkschale 16 besteht, wobei die optischen Eigenschaften der Keimscheibe 10 sich von den optischen Eigenschaften des Eidotters 9 zumindest in Bezug auf Helligkeit/Kontrast unterscheiden,
wobei die Anordnung 1 in 1 zumindest umfasst

– eine Lichtquelle 2, deren Spektrum im Wellenlängen-Bereich zwischen 350 nm und 520 nm liegt,
– eine Einrichtung 3 zur Aufnahme eines Eis 4 im Bereich eines Pols 27 in einer auf die beiden Pole 27, 28 bezogene pollängsachsige Ausgangslage 5, bei der sich im Bereich des Pols 27 die Luftblase 6 des Eis 4 derart gelagert befindet, dass das Eidotter 9 über die Luftblase 6 von der Lichtquelle 2 aus bestrahlt wird,
– eine Steuereinrichtung 11, die mit der Einrichtung 3 zur Aufnahme eines Eis 4 und einer Detektionseinrichtung 8 in Verbindung steht,
– die Detektionseinrichtung 8 zur bildartigen Aufnahme des bestrahlten Eidotters 9 und der befruchteten Keimscheibe 10, wobei bei der Abbildung der Keimscheibe 10 im Vergleich zur Abbildung des Eidotters 9 auf der Detektionseinrichtung 8 das Bild 13 der Keimscheibe 10 als Fleck 13 gegenüber dem Bild 21 des Eidotters 9 hervorgehoben wird,
– eine Auswerteeinrichtung 14, die mittels eines Bildverarbeitungssystems 18 aus dem detektierten Bild 13 der Keimscheibe die Lage der Keimscheibe 10 innerhalb des Eis 4 auswertet, und
– eine Ausgabeeinheit 15 zur Erkennung und Ortsfeststellung der Keimscheibe 10 als Fleck 13 im Bild 21 des Eidotters 9.

Über ein der Einrichtung 3 zur Aufnahme eines Eis 4 zugeordnetes Koordinatensystem 26 können die zentralen Einzelkoordinaten x₀, y₀, z₀ der Keimscheibe 10 festgelegt werden.
In 1 ist die Anordnung 1 zur Detektion von Keimscheiben in befruchteten unbebrüteten Geflügeleiern mit einem Geflügelei in Ausgangslage 5 (ruhender Zustand des Eis) in Verbindung mit einem in 1a dargestellten vergrößerten Ausgabebild 23 des Eis 4 auf dem Display 29 für einen Vergleich mit dem Ausgabebild 32 in der 2 und mit dem Ausgabebild 33 in der 3 gezeigt.
An der Einrichtung 3 zur Aufnahme des Geflügeleis 4 kann eine Einrichtung 22 zur Drehung der Einrichtung 3 und somit gleichzeitig des Geflügeleis 4 angebracht sein.
Die Steuereinrichtung 11 steht mit der Einrichtung 3 zur Aufnahme eines Eis 4 und einer Detektionseinrichtung 8 in Verbindung.
Die Detektionseinrichtung 8 kann eine quer zur Pollängsachse 12 positionierte Kamera sein.
Wie in 1 gezeigt ist, kann eine optische Adaptionsvorrichtung 7 zwischen der Lichtquelle 2 und dem Bereich des Pols 27 mit der am Bereich des Pols 27 positionierten Luftblase 6 angeordnet sein.
In der Auswerteeinrichtung 14 befinden sich programmtechnische Mittel zur Bildverarbeitung der von der Detektionseinrichtung 8 aufgenommenen Bilder, wobei mittels der programmtechnischen Mittel des Bildverarbeitungssystems 18 der Fleck 13 der Keimscheibe 10 in der Auswertung im ruhenden Zustand (z. B. der Ausgangslage 5) des Eis 4 ermittelt werden kann.
Der der Auswerteeinrichtung 14 nachgeordneten Ausgabeeinheit 23 zur Erkennung des Flecks 13 der Keimscheibe 10 kann eine Keimscheiben-Koordinatenübertragungseinheit 24 zugeordnet sein, die einer zugeordneten und der Anordnung 1 angepassten Einrichtung zur Erkennung und Bestimmung des Geschlechtes von Geflügeleiern über die Keimscheiben-Informationen (nicht eingezeichnet) zugeordnet ist.
Das entstehende, der Ausgabeeinheit 15 zugeführte Bild des Eis 4 weist zumindest die Umrisse des Eis 4 (Kalkschale 16), das Bild des Eidotters 9 und den Fleck 13 als erkennbare Keimscheibe 10 auf.
Falls zu wenig Kontrast zwischen dem Fleck 13 der Keimscheibe 10 und dem Bild 21 des Eidotters 9 vorhanden ist, wird mittels der Lichtquelle 2 vorzugsweise eine Beleuchtung des Eis 4 mit blauem Licht im Wellenlängenbereich zwischen 450 nm und 500 nm durchgeführt.
Reicht die Maßnahme mit der auf das blaue Licht orientierten Beleuchtung zur Kontrasterhöhung nicht aus, um auf dem Ausgabebild 23 einen Kontrast zur Erkennung und koordinativen Ortfeststellung der Keimscheibe 10 zu erhalten, so wird über eine Drehung des Eis 4 und der damit vorhandenen Bewegung der Keimscheibe 10 innerhalb des Eidotters 9 der Bewegungsverlauf des Flecks 13 und damit der Keimscheibe 10 verfolgt.
In 2 ist ein zweites Ausgabebild 32 auf dem Display der Ausgabeeinheit 15 nach 1 und 1a mit einem Geflügelei 4 in einer Lage eines Drehwinkels von +20° mit den Koordinaten x₊₂₀, y₊₂₀, z₊₂₀ gezeigt, wobei der Index „+20” auf den Drehwinkel +20° hinweisen soll. Das Ei 4 ist dabei mittels der Einrichtung 3 zur Aufnahme eines Eis 4 vorzugsweise um einen Winkel bis zu 20° gegenüber der Ausgangslage 5 in die die positive Drehwinkel-Richtung gedreht worden.
Dadurch wird auch für das Auge des Betrachters des Ausgabebildes 23 der Fleck 13 gegenüber dem Bild 21 des Eidotters 9 deutlicher erkennbar.
Die Steuereinrichtung 11, die mit der Einrichtung 3 zur Aufnahme eines Eis 4 und einer Detektionseinrichtung 8 in Verbindung steht, kann die Einrichtung 22 zur Drehung eines Eis 4 dabei derart steuern, dass das Ei 4 um seine Pollängsachse 12 gedreht und die Keimscheibe 10 in Bewegung versetzt werden kann.
In 3 ist ein drittes Ausgabebild 33 auf dem Display 29 der Ausgabeeinheit 15 nach 1 und 1a mit einem Geflügelei 4 in einer Lage eines Drehwinkels von –20° mit den Koordinaten x_–20, y_–20, z_–20 gezeigt, wobei der Index „–20” auf den Drehwinkel –20° hinweisen soll.
Die Keimscheibe 10 vollführt bei diesen beiden Dreh-Einstellungen des Eis 4 teilorbitale Verläufe innerhalb des Eis 4.
Eine andere Ausführung der Halterung und Beleuchtung des polseitig gelagerten Eis 4 ist gemäß 4 in einer schematischen Darstellung der doppelpolseitigen Halterung eines Eis mit zwei sich gegenüberliegenden Lichtquellen und mit zwei synchron drehbaren Halterungseinrichtungen sowie einer Detektions-Kamera gezeigt.
Dabei sind zwei auf eine doppelpolige Halterung aufgerüstete Einrichtungen 3 und 30 zur Aufnahme des Eis 4 vorgesehen. Die beiden Einrichtungen 3 und 30 haltern das Ei 4 in den Bereichen der Pole 27 und 28. An den beiden Einrichtungen 3 und 30 sind jeweils eine Lichtquelle 2 und 31 angebracht, die über die Pole 27, 28 das Eidotter 9 und damit auch die Keimscheibe 10 von beiden Polseiten aus beleuchten.
In 4 können ebenfalls wie in 1 die Einrichtung 3 zur Aufnahme des Eis 4 die beiden Einrichtungen 3 und 30 mit jeweils einer Einrichtung zur Drehung (nicht eingezeichnet) in Verbindung stehen, die vorzugsweise über eine Synchronisiereinheit (nicht eingezeichnet) miteinander signaltechnisch korrespondieren und das Ei 4 mit gleicher Geschwindigkeit in Richtungen bis zu jeweils einem Drehwinkel von +45° oder –45° drehen können. Ein anderer maximaler Drehwinkelwert ist auch möglich, doch erscheint es ausreichend, mit dem Wert von 45° einen ausreichenden Bewegungsverlauf der Keimscheibe 10 innerhalb des Eidotters 9 zu erreichen, um schließlich eine koordinative Ortsfestlegung und visuelle Erkennung der Keimscheibe 10 zu erhalten.
Die Folge der Drehungen sind pendelnde Bewegungen der Keimscheibe 10 innerhalb des Bildes 21 des Eidotters 9 und somit auch des Flecks 13, so dass bei Ausbildung eines sehr geringen Kontrastes durch die pendelnde Bewegung der Keimscheibe 10 durch einen Betrachter der Ausgabebilder 23, 32, 33 der Fleck augenscheinlich besser erkannt werden kann.
In 4 ist die Detektionseinrichtung 8 in Form einer Kamera, auf die die Keimscheibe als Fleck 13 abgebildet ist, dargestellt.
In 5 ist ein digitalisiertes Ausgabebild 34 eines an den Polen 27, 28 gehalterten und von Seiten der Pole 27, 28 beleuchteten Geflügeleis 4 mit heller Eiweißmasse 17, mit dunklem Eidotter 9 und hell gekerbter Keimscheibe 10 kontrastreich dargestellt, wobei das Ei 4 mit der Doppelpol-Halterung mittels der Einrichtungen 3 und 30 zur Aufnahme detektiert ist. Mittig im Ausgabebild 34 befinden sich das geschwärzte Bild 21 des Eidotters 9 und das aufgehellte Bild 13 der Keimscheibe 10.
In 1 ist aufgeschlüsselt das Bildverarbeitungssystem 18 mit zwei Bildverarbeitungsmodulen, wobei ein erstes Bildverarbeitungsmodul 19 für eine Sofort-Erkennung der Keimscheibe 10 und ein zweites Bildverarbeitungsmodul 20 für eine Verzögerungs-Erkennung, wobei beide auch für eine Koordinatenbestimmung der Keimscheibe 10 zur Verfügung stehen.
In 6 ist eine detaillierte schematische Darstellung der Funktionseinheiten des ersten Bildverarbeitungsmoduls 19 und des zweiten Bildverarbeitungsmoduls 20 und deren Verbindung gezeigt.
Das erste Bildverarbeitungsmodul 19 der Auswerteeinheit 14 zur Sofort-Erkennung ist unmittelbar an die Detektionseinrichtung 8 angeschlossen und wird prinzipiell immer als erstes für die Bildverarbeitung des von der Detektionseinrichtung 8 erfassten und aufgenommen Bildes genutzt.
Das erste Bildverarbeitungsmodul 19 umfasst zumindest

– eine Segmentierungseinheit 40 zur Segmentierung innerhalb des Datensatzes des aufgenommenen Bildes auf der Detektionseinrichtung 8,
– eine Klassifizierungseinheit 41, die der Segmentierungseinheit 40 nachgeordnet ist und in der detektierte Bereiche des Bildes in verschiedene Klassen sortiert werden,
– eine Entscheidungslogik 42, die der Klassifizierungseinheit 41 zugeordnet ist und der ein Kontrastschwellwert zur Entscheidung vorgegeben ist, ob der Kontrast zwischen Bild 13 der Keimscheibe 10 und Bild 21 des Eidotters 9 ausreichend ist zur Sofort-Erkennung der Keimscheibe 10 auf dem Ausgabebild 23,
– eine Übertragungseinheit 43 zur Übergabe des kontrastreichen Ausgabebildes 23 an die Ausgabeeinheit 15 oder des kontrastarmen Ausgabebildes 23 an ein zweites Bildverarbeitungsmodul 20.

Im Folgenden wird die Funktionsweise des ersten Bildverarbeitungsmoduls 19 näher erläutert:
Nach der Bilderfassung mittels der Detektionseinrichtung 8 in Form einer Kamera oder Videokamera mit einer Bereitstellung eines das Aufnahmebild darstellenden digitalisierten Datensatzes werden folgende Schritte durchgeführt:

– eine Segmentierung innerhalb des Datensatzes in der Segmentierungseinheit 40, indem eine Suche nach Strukturen erfolgt, die von Interesse sind, wobei das Ergebnis des Segmentierungsschrittes ein binäres Bild ist, in dem interessante Punkte den Wert „1” haben und alle nicht interessierenden Punkte den Wert „0” besitzen,
– eine Klassifizierung in der Klassifizierungseinheit 41, wobei die mittels des Segmentierungsschrittes detektierten Bereiche in dem Klassifizierungsschritt in verschiedene Klassen sortiert werden, und somit trifft die Klassifizierungseinheit 41 eine Entscheidung, ob eine Struktur vorhanden ist, die die Keimscheibe repräsentiert,
– eine Entscheidung in der der Klassifizierungseinheit 41 zugeordneten Entscheidungslogik 42, ob ein Ergebnisbild vorliegt, in dem ein oberhalb oder unterhalb eines Kontrastschwellwertes befindlicher Kontrast zur Unterscheidung zwischen dem Bild 13 der Keimscheibe 10 und dem Bild 21 des Eidotters 9 zur weiteren Nutzung vorliegt,
– eine Übertragung der Entscheidung mittels der Übertragungseinheit 43 in die Ausgabeeinheit 15 bei einem Kontrast oberhalb des Kontrastschwellwertes oder in ein zweites Bildverarbeitungsmodul 20 bei einem Kontrast unterhalb des Kontrastschwellwertes,
– eine Übernahme der Daten in die Ausgabeeinheit 15, wobei hierbei die Koordinaten der Struktur, die die Keimscheibe 10 sein könnte, einen Kontrast oberhalb des Kontrastschwellwertes aufweist.

Danach erfolgt eine Weitergabe der Daten des kontrastreichen Ausgabebildes 23 aus der Ausgabeeinheit 15 an eine Keimscheiben-Koordinatenübertragungseinheit 24, wobei die ermittelten Koordinaten den Schwerpunkt der detektierten Struktur/Keimscheibe 10 und somit eine Sofort-Erkennung repräsentieren.
Aus der Bewegung 25 des Eis 4 während der Detektion der Keimscheibe 10 im befruchteten unbebrüteten Ei 4 wird der Fleck 13 in Bezug auf einen erhöhten Kontrast herausgearbeitet, was insbesondere für Eier mit z. B. brauner Kalkschale 16 einen Erkennungsvorteil darstellt.
Das zweite Bildverarbeitungsmodul 20 wird dann mittels der Übertragungseinheit 43 des ersten Bilderarbeitungsmoduls 19 zugeschaltet, wenn mit dem ersten Bildverarbeitungsmodul 19 die Keimscheibe 10 kaum oder nicht erkennbar ist, weil nach der Entscheidung in der Entscheidungslogik 42 ein unterhalb eines Kontrastschwellwertes befindlicher Kontrast zur Unterscheidung zwischen dem Bild 13 der Keimscheibe 10 und dem Bild 21 des Eidotters 9 vorliegt.
Das zweite Bildverarbeitungsmodul 20 umfasst zumindest

– eine Auslöseeinheit 44 zur Auslösung der Wiederholung von Bildaufnahmen mit mehreren n Bildern,
– eine Speichereinheit 45 zur Speicherung der n Bilder,
– eine interne Steuereinheit 46 zur Signalübergabe an die Steuereinrichtung 11 zur Auslösung einer Drehung der Einrichtung 3 oder der Einrichtungen 3 und 30 zur Drehung des Eis 4 in jeweils entgegengesetzte Drehwinkel-Richtungen bis zu +45° und/oder –45° über die Signalleitung 47,
– eine Erfassungseinheit 48 für die n Bilder während das Eidotter 9 den spontanen Winkelverschwenkungen ausgesetzt ist,
– eine Einheit 49 zur Ermittlung einer Standardabweichung oder einer Differenz eines Kontrastes,
– eine Anschlussübertragungseinheit 50 zur Übergabe der ermittelten Standardabweichungen oder ermittelten Differenz des Kontrastes über Signalleitung/en 51 an das erste Bildverarbeitungsmodul 19 zur Auswertung des resultierenden kontrastverstärkten Bildes in ruhender Ausgangslage mit einem Durchlauf durch die Funktionseinheiten 40, 41, 42, 43 des ersten Bildverarbeitungsmoduls 19, weil im zweiten Bildverarbeitungsmodul 20 nunmehr ein Kontrast oberhalb des vorgegebenen Kontrastschwellwertes erreicht worden ist.

Nach dem Durchlauf durch das erste Bildverarbeitungsmodul 19 erfolgt die Übergabe des Datensatzes an die Ausgabeeinheit 15 sowie bei Bedarf eine Weitergabe des Datensatzes oder der zentralen Koordinaten der Keimscheibe 10 an die Keimscheiben-Koordinatenübertragungseinheit 24, wobei die ermittelten zentralen Koordinaten den Schwerpunkt (Keimscheibenmittelpunkt) der Keimscheibe 10 repräsentieren.
Dazu werden funktionsweise folgende Schritte in dem zweiten Bildverarbeitungsmodul 20 geschaltet, die zu einer Verzögerungs-Erkennung der Keimscheibe 10 führen:

– Wiederholung der Bildaufnahme, wobei eine Anzahl von n Bildern aufgenommen wird,
– Drehung des Eis 4 aus der Ausgangslage 5, in der das Ei 4 ruht, in eine Positionslage, bei der das Ei 4 beispielsweise um einen Winkel in positive Richtung von +45° und in negative Richtung von –45° gedreht ist, wodurch das Eidotter 9 in eine oszillierende Schwingung/Pendelbewegung 25 versetzt wird,
– Erfassung der Bilder, während das Eidotter 9 auspendelt,
– Ermittlung einer Standardabweichung oder einer Differenz aus den erfassten Bildern, wobei die sich bewegenden Strukturen – pendelndes Eidotter 9 mit eigenständig pendelnder Keimscheibe 10 – erfasst werden,
– Übertragung der ermittelten Standardabweichung oder der ermittelten Differenz des Kontrastes an das erste Bildverarbeitungsmodul 19 und
– Auswertung des resultierenden kontrastverstärkten Bildes in ruhender Ausgangslage 5 mit Hilfe des ersten Bildverarbeitungsmoduls 19, wobei dort ein Durchlauf des Segmentierungsschrittes, des Klassifizierungsschrittes und des Übergabeschrittes für die Daten/den Datensatz in den zugehörigen Funktionseinheiten 40, 41, 42, 43 durchgeführt wird.

Eine Verbesserung der Erkennbarkeit und koordinativen Ortsfeststellung der Keimscheibe 10 in der Ausgangslage 5 im Eidotter 9 kann in jedem Falle, auch bei einer Sofort-Erkennung der Keimscheibe 10, somit auch durch die Drehung des Eis 4 und somit durch eine pendelnde Bewegung der Keimscheibe 10 innerhalb des sich bewegenden Eidotters 9 um deren Ausgangslage 5 erreicht werden.
Das Verfahren zur Detektion von Keimscheiben 10 in befruchteten unbebrüteten Geflügeleiern 4, wobei ein Geflügelei 4 zumindest aus einer Kalkschale 16, einer Eiweißmasse 17, einem darin befindlichen Eidotter 9, der im Eidotter 9 befindlichen Keimscheibe 10, und einer Luftblase 6 an einem der Pole 27 (28) zur Kalkschale 16 besteht, basiert zumindest auf dem Unterschied zwischen den optischen Eigenschaften der Keimscheibe 10 und den optischen Eigenschaften des Eidotters 9 in Bezug auf Helligkeit/Kontrast,
wobei das Verfahren zumindest folgende Schritte umfasst:

– horizontale Positionierung des Geflügeleis 4 mit den horizontalen Lagen der Pole 27, 28 der Kalkschale 16 in Richtung zu einer Lichtquelle 2, wobei die Luftblase 6 um eine durch das Ei 4 hindurch führende Pollängsachse 12 horizontal orientiert ist,
– Bestrahlung des horizontal gelagerten Eis 4 mittels der Lichtquelle 2 von der Seite eines der Pole 27 (28) aus gerichtet und pollängs der durch die Luftblase 6 hindurch führenden Pollängsachse 12,
– Abbildung des die Keimscheibe 10 enthaltenden Eidotters 9 einschließlich der Keimscheibe 10 des bestrahlten Eis 4 auf eine quer zur Pollängsachse 12 angeordnete Detektionseinrichtung 8,
– Detektion des Bildes 21 des Eidotters 9 und des Bildes 13 der Keimscheibe 10 mit nachfolgender
– Auswertung der Lage der Keimscheibe 10 in Form eines der Keimscheibe 10 zugeordneten Flecks 13 kontrastierend gegenüber dem Bild 21 des Eidotters 9 mit Hilfe einer mit programmtechnischen Mitteln versehenen Auswerteeinrichtung 14 und
– Ausgabe des Bildes 21 des Eidotters 9 zur Ortung/Orts-Erkennung der Keimscheibe 10 im Bild 21 des Eidotters 9 innerhalb des Ausgabebildes 23.

Durch eine Drehung des horizontal polgelagerten Geflügeleis 4 um die definierte Pollängsachse 12 (entspricht der z-Achse des eingeführten, festgelegten xyz-Koordinatensystems 26) wird eine teilorbitale Bewegung der Keimscheibe 10 und somit des kontrastierenden Flecks 13 als Lageverschiebung auf dem Ausgabebild 23 erreicht.
Die Drehung des Eis 4 kann mittels der gesteuerten Einrichtung 22 zur Drehung des Eis 4 oder den gesteuerten Einrichtungen zur Drehung bei doppelpoliger Halterung bis zu einem Winkel von 45° in beide Richtungen zur Ausgangslage 5 des Eis 4 durchgeführt werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Anordnung 1 wird es möglich, die Keimscheibe 10 im befruchteten unbebrüteten Geflügelei 4 zu detektieren, ohne die Kalkschale 16 wesentlich zu beschädigen oder gar zu zerstören.
Als Detektion ist zu werten, dass damit die Zentrums-Koordinaten (x₀, y₀, z₀) der Keimscheibe 10 und der Umfang der Keimscheibe 10 als Mindest-Daten bestimmt werden können und diese Daten an nachfolgende Verfahren zur Bestimmung des Geschlechtes der Geflügeleier 4 weitergeleitet werden können, damit zumindest eine nach detektierter Rückstrahlung auswertbare, geschlechtsbestimmende Strahlung auf die Keimscheibe 10 justiert werden kann.
In der Anordnung 1 kann nach 1 eine lichtstarke Lichtquelle 2 oder nach 4 zwei Lichtquellen 2 und 31 eingesetzt sein. Das Spektrum der Lichtquelle/n 2 liegt vorzugsweise in einem Wellenlängenbereich zwischen 350 nm und 520 nm. Das Ei 4 wird über einen Pol 27 oder Pol 28 oder zugleich über beide Pole 27, 28 bestrahlt. Die Bestrahlung kann über eine optische Adaptionsernrichtung 8 oder direkt erfolgen, was gewährleistet, dass das gesamte Licht der Lichtquelle 2 oder der Lichtquellen 2 und 31 in das Ei 4 gelangt. Da sich die optischen Eigenschaften der Keimscheibe 10 von den optischen Eigenschaften des Eidotters 9 unterscheiden, hebt sich die Keimscheibe 10 vom Eidotter 9 durch einen Fleck 13 ab und kann durch die Kalkschale 16 hindurch detektiert werden. Insbesondere kann in dem Fall, in dem eine Sofort-Erkennung der Keimscheibe 10 in dem Eidotter 9 kaum oder nicht möglich ist, durch leichtes Drehen des Eis 4 um die eigene Pollängsachse 12 die Keimscheibe 10 innerhalb des Eidotters 9 in Bewegung gesetzt werden, was wiederum eine Bewegung 25 des Flecks 13 zur Folge hat.
Die sich unter der Kalkschale 16 bewegende Keimscheibe 10 wird für einen Betrachter auf der Ausgabeeinheit 15 in einem Ausgabebild 23 als Bewegung 25 des Flecks 13 deutlich. Der Fleck 13 stellt die Lage, d. h., die Keimscheibe 10 in einem vorher festgelegten xyz-Koordinatensystem 26, der Keimscheibe 10 im Ei 4 dar.
Im Ruhezustand, d. h. bei einem Drehwinkel von ±0°, können dann die Ortskoordinaten x₀, y₀, z₀ des zentralen Bereiches der Keimscheibe 10 ermittelt und ausgegeben werden.
Die Erfindung ermöglicht die Lokalisierung der Keimscheibe 10 am intakten Ei 4. Ist die Lage mit den Koordinaten x₀, y₀, z₀ der Keimscheibe 10 bekannt, können angepasste Verfahren und Einrichtungen zur Geschlechtsbestimmung am befruchteten unbebrüteten Geflügelei 4 genutzt werden, um das Geschlecht des Geflügeleis 4 anhand der optischen Eigenschaften der Keimscheibe 10 zu bestimmen.
Die Erfindung erlaubt die Keimscheibe 10 im intakten Ei 4 zu detektieren. Somit wird es möglich, gezielt minimal kleine Löcher am Ort, an den ermittelten zentralen x₀, y₀, z₀-Koordinaten, in die Kalkschale 16 einzubringen. Neben der genannten Geschlechtsbestimmung können auch andererseits gezielt Substanzen in die Keimscheibe 10 eingebracht werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der zugehörigen Anordnung 1 können nicht nur Geflügeleier 4 für die industriemäßige Weiterverarbeitung, sondern jedes Vogelei auf die Position der Keimscheibe 10 untersucht werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist gegenüber den Verfahren des Standes der Technik frei von ionisierender Strahlung und frei von magnetischen Feldern.
Bezugszeichenliste

1: Anordnung zur Detektion
2: Lichtquelle
3: Einrichtung zur Aufnahme
4: Ei
5: Ausgangslage des Eis
6: Luftblase
7: Adaptionseinrichtung
8: Detektionseinrichtung
9: Eidotter
10: Keimscheibe
11: Steuereinrichtung
12: Polängsachse des Eis
13: Bild der Keimscheibe
14: Auswerteeinrichtung
15: Ausgabeeinheit
16: Kalkschale
17: Eiweißmasse
18: Bildverarbeitungssystem
19: Erstes Bildverarbeitungsmodul für Sofort-Erkennung
20: Zweites Bildverarbeitungsmodul für Verzögerungs-Erkennung
21: Bild des Eidotters
22: Einrichtung zur Drehung
23: Ausgabebild
24: Keimscheiben-Koordinatenübertragungseinheit
25: Bewegung der Keimscheibe/des Flecks
26: Koordinatensystem
27: Erster Pol
28: Zweiter Pol
29: Display
30: Zweite Einrichtung zur Aufnahme
31: Zweite Lichtquelle
32: Zweites Ausgabebild
33: Drittes Ausgabebild
34: Digitalisiertes Ausgabebild
40: Segmentierungseinheit
41: Klassifizierungseinheit
42: Entscheidungslogik
43: Übertragungseinheit
44: Auslöseeinheit
45: Speichereinheit
46: interne Steuereinheit
47: Signalleitung/en
48: Erfassungseinheit
49: Einheit zur Ermittlung einer Standardabweichung oder einer Differenz
50: Anschlussübertragungseinheit
51: Signalleitung/en

Claims

Anordnung (1) zur Detektion von Keimscheiben (10) in befruchteten unbebrüteten Geflügeleiern (4), wobei ein Geflügelei (4) zumindest aus einer Kalkschale (16), einer Eiweißmasse (17), einem darin befindlichen Eidotter (9), der im Eidotter (9) befindlichen Keimscheibe (10) und einer Luftblase (6) an einem der beiden Pole (27, 28) der Kalkschale (16) besteht, wobei die optischen Eigenschaften der Keimscheibe (10) sich von den optischen Eigenschaften des Eidotters (9) zumindest in Bezug auf Helligkeit/Kontrast unterscheiden, wobei die Anordnung (1) zumindest aufweist: – mindestens eine Lichtquelle (2, 31), deren Spektrum im Wellenlängen-Bereich zwischen 350 nm und 520 nm liegt, – mindestens eine Einrichtung (3, 30) zur Aufnahme eines Eis (4) in eine pollängsachsige Ausgangslage (5), bei der das Eidotter (9) des Eis (4) zumindest über einen der Pole (27, 28) von der Lichtquelle (2, 31) aus bestrahlt wird, – eine Steuereinrichtung (11), die mit der Einrichtung (3, 30) zur Aufnahme eines Eis (4) und einer Detektionseinrichtung (8) in Verbindung steht, – die Detektionseinrichtung (8) zur bildartigen Aufnahme des bestrahlten Eidotters (9) und der befruchteten Keimscheibe (10), wobei das Bild der Keimscheibe (10) im Vergleich zum Bild (21) des Eidotters (9) auf der Detektionseinrichtung (8) als Fleck (13) vorhanden ist, – eine Auswerteeinrichtung (14), die mittels eines Bildverarbeitungssystems (18) mit einem ersten Bildverarbeitungsmodul (19) zur Sofort-Erkennung der Keimscheibe (10) aus dem detektierten Bild (13) der Keimscheibe (10) die Lage der Keimscheibe (10) innerhalb des Eis (4) auswertet, wobei das erste Bildverarbeitungsmodul (19) zumindest folgende Funktionseinheiten umfasst: – eine Segmentierungseinheit (40) zur Segmentierung innerhalb des Datensatzes des aufgenommenen Bildes auf der Detektionseinrichtung (8), – eine Klassifizierungseinheit (41), die der Segmentierungseinheit (40) nachgeordnet ist und in der detektierte Bereiche des Bildes in verschiedene Klassen sortiert werden, – eine Entscheidungslogik (42), die der Klassifizierungseinheit (41) zugeordnet ist und der ein Kontrastschwellwert zur Entscheidung vorgegeben ist, ob der Kontrast zwischen Bild (13) der Keimscheibe (10) und Bild (21) des Eidotters (9) ausreichend ist zur Sofort-Erkennung der Keimscheibe (10) auf dem Ausgabebild (23), – eine Übertragungseinheit (43) zur Übergabe eines kontrastreichen Ausgabebildes (23) an die Ausgabeeinheit (15) und – eine Ausgabeeinheit (15) mit Display (29) zur Orts-Erkennung der Keimscheibe (10) als kontrastierender Fleck (13) gegenüber dem Bild (21) des Eidotters (9), wobei an der Einrichtung (3, 30) zur Aufnahme des Geflügeleis (4) zumindest eine gesteuerte Einrichtung (22) zur Drehung der Einrichtung (3, 30) zur Aufnahme angebracht ist, so dass durch die Dreheinrichtung (22) eine Drehung des Geflügeleis (4) durchführbar ist, wobei die Steuereinrichtung (11), die mit der Einrichtung (3, 30) zur Aufnahme eines Eis (4) und einer Detektionseinrichtung (8) in Verbindung steht und die Einrichtung (22) zur Drehung eines Eis (4) derart steuert, dass das Ei (4) um seine Pollängsachse (12) gedreht und die Keimscheibe (10) teilorbital um die Pollängsachse (12) in Bewegung (25) versetzbar ist, und wobei das Bildverarbeitungssystem (18) ein mit dem ersten Bildverarbeitungsmodul (19) in Verbindung stehendes zweites Bildverarbeitungsmodul (20) zur Verzögerungs-Erkennung der Keimscheibe (10) aufweist, das zumindest folgende Funktionseinheiten umfasst: – eine Auslöseeinheit (44) zur Auslösung der Wiederholung von Bildaufnahmen mit mehreren n Bildern, – eine Speichereinheit (45) zur Speicherung der n Bilder, – eine interne Steuereinheit (46) zur Signalübergabe an die Steuereinrichtung (11) zur Auslösung einer Drehung der Einrichtung (3, 30) zur Drehung des Eis (4) in jeweils entgegengesetzte Drehwinkel-Richtungen bis zu +45° und/oder –45° über Signalleitung/en (47), – eine Erfassungseinheit (48) für die n Bilder, während das Eidotter (9) den spontanen Winkelverschwenkungen ausgesetzt ist, – eine Einheit (49) zur Ermittlung einer Standardabweichung oder einer Differenz eines Kontrastes, – eine Anschlussübertragungseinheit (50) zur Übergabe der ermittelten Standardabweichungen oder der ermittelten Differenz des Kontrastes über Signalleitung/en (51) an das erste Bildverarbeitungsmodul (19) zur Auswertung des resultierenden kontrastverstärkten Bildes in ruhender Ausgangslage mit einem Durchlauf durch die Funktionseinheiten (40, 41, 42, 43) des ersten Bildverarbeitungsmoduls (19), wobei im zweiten Bildverarbeitungsmodul (20) ein Kontrast oberhalb des vorgegebenen Kontrastschwellwertes erreichbar ist.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei der Einrichtung (3, 30) zur Aufnahme eines Eis (4) ein Koordinatensystem (26) zugeordnet ist, wobei bei einem xyz-Koordinatensystem (26) die Einzelkoordinaten (x₀, y₀, z₀) der Keimscheibe (10) innerhalb des Eidotters (9) ermittelbar sind.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei durch die Drehung des Eis (4) mittels der Einrichtung (22) zur Drehung für das Auge des Betrachters des Ausgabebildes (23) der Fleck (13) gegenüber dem Bild (21) des Eidotters (9) bei Drehung des Eis (4) wandert und erkennbar ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Detektionseinrichtung (8) eine quer zur Pollängsachse (12) positionierte Kamera ist, die insbesondere oberhalb der Position angeordnet ist, bei der die Keimscheibe (10) der Kalkschale (16) am Nächsten beabstandet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine optische Adaptionsvorrichtung (7) zwischen der Lichtquelle (2, 31) und dem Bereich des horizontal gelagerten Eis (4) an einem der Pole (27, 28) angeordnet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei sich in der Auswerteeinrichtung (14) programmtechnische Mittel zur Bildverarbeitung der von der Detektionseinrichtung (8) aufgenommenen Abbildungen befinden, wobei mittels der programmtechnischen Mittel des Bildverarbeitungssystems (18) der der Keimscheibe (10) zugeordnete Fleck (13) im Bild des Eidotters (9) in der Auswertung im ruhenden Zustand der Ausgangslage (5) ermittelbar ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Ausgabeeinheit (23) zur Erkennung des der Keimscheibe (10) zugeordneten Flecks (13) eine Keimscheiben-Koordinatenübertragungseinheit (24) zugeordnet ist, die an eine zugehörige Anordnung zur Erkennung und Bestimmung des Geschlechtes von Geflügeleiern über die Keimscheiben-Informationen anschließbar ist.
Anordnung nach Anspruch 7, wobei das entstehende, der Ausgabeeinheit zugeführte Ausgabebild (23, 32, 33) des Eis (4) zumindest die Umrisse des Eis (4) bezüglich der Kalkschale (16), das Bild des Eidotters (9) und den als erkennbare Keimscheibe (10) kontrastierenden Fleck (13) aufweist.
Verfahren zur Detektion von Keimscheiben (10) in befruchteten unbebrüteten Geflügeleiern (4), wobei ein Geflügelei (4) zumindest aus einer Kalkschale (16), einer Eiweißmasse (17), einem darin befindlichen Eidotter (9), der im Eidotter (9) befindlichen Keimscheibe (10), und einer Luftblase (6) an einem der Pole (27; 28) zur Kalkschale (16) besteht, basierend zumindest auf dem Unterschied zwischen den optischen Eigenschaften der Keimscheibe (10) und den optischen Eigenschaften des Eidotters (9) in Bezug auf Helligkeit/Kontrast, unter Verwendung einer Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Verfahren zumindest folgende Schritte umfasst: – horizontale Positionierung des Geflügeleis (4) mit den horizontalen Lagen der Pole (27, 28) der Kalkschale (16) in Richtung zu einer Lichtquelle (2, 31), wobei die Luftblase (6) um eine durch das Ei (4) hindurch führende Pollängsachse (12) horizontal orientiert ist, – Bestrahlung des horizontal gelagerten Eis (4) mittels der Lichtquelle (2, 31) von der Seite eines der Pole (27, 28) aus gerichtet und pollängs der durch die Luftblase (6) hindurch führenden Pollängsachse (12), – Abbildung des die Keimscheibe (10) enthaltenden Eidotters (9) einschließlich der Keimscheibe (10) des bestrahlten Eis (4) auf eine quer zur Pollängsachse (12) angeordnete Detektionseinrichtung (8), – Detektion des Bildes (21) des Eidotters (9) und des Bildes (13) der Keimscheibe (10) mit nachfolgender – Auswertung der Lage der Keimscheibe (10) in Form eines der Keimscheibe (10) zugeordneten Flecks (13) kontrastierend gegenüber dem Bild (21) des Eidotters (9) mit Hilfe einer mit programmtechnischen Mitteln versehenen Auswerteeinrichtung (14) und – Ausgabe des Bildes (21) des Eidotters (9) zur Ortung oder Orts-Erkennung der Keimscheibe (10) im Bild (21) des Eidotters (9) innerhalb des Ausgabebildes (23), wobei nach der Bilderfassung mittels der Detektionseinrichtung (8) in Form einer Kamera oder Videokamera mit einer Bereitstellung eines das Aufnahmebild darstellenden digitalisierten Datensatzes in einem der Auswerteeinrichtung zugeordneten ersten Bildverarbeitungsmodul (19) für eine Sofort-Erkennung der Keimscheibe (10) folgende Schritte durchgeführt werden: – Segmentierung innerhalb des Datensatzes in der Segmentierungseinheit (40), indem eine Suche nach Strukturen erfolgt, die von Interesse sind, wobei das Ergebnis des Segmentierungsschrittes ein binäres Bild ist, in dem interessante Punkte den Wert „1” haben und alle nicht interessierenden Punkte den Wert „0” besitzen, – Klassifizierung in der Klassifizierungseinheit (41), wobei die mittels des Segmentierungsschrittes detektierten Bereiche in dem Klassifizierungsschritt in verschiedene Klassen sortiert werden, und somit die Klassifizierungseinheit (41) eine Entscheidung trifft, ob eine Struktur vorhanden ist, die die Keimscheibe repräsentiert, – Entscheidung in der der Klassifizierungseinheit (41) zugeordneten Entscheidungslogik (42), ob ein Ergebnisbild vorliegt, in dem ein oberhalb oder unterhalb eines Kontrastschwellwertes befindlicher Kontrast zur Unterscheidung zwischen dem Bild (13) der Keimscheibe (10) und dem Bild (21) des Eidotters (9) zur weiteren Nutzung vorliegt, – Übertragung der Entscheidung mittels einer Übertragungseinheit (43) in die Ausgabeeinheit (15) bei einem Kontrast oberhalb des Kontrastschwellwertes, – Übernahme der Daten in die Ausgabeeinheit (15), wobei hierbei die Koordinaten der Struktur, die die Keimscheibe (10) darstellen, einen Kontrast oberhalb des Kontrastschwellwertes aufweisen, wobei eine Zuschaltung eines zweiten Bildverarbeitungsmoduls (20) zur Verzögerungs-Erkennung der Keimscheibe (10) mittels der Übertragungseinheit des ersten Bildverarbeitungsmoduls (19) durchgeführt wird, wenn mit dem ersten Bildverarbeitungsmodul (19) die Keimscheibe nicht sofort erkennbar ist, weil ein unterhalb eines Kontrastschwellwertes befindlicher Kontrast zur Unterscheidung zwischen dem Bild der Keimscheibe und dem Bild des Eidotters vorliegt, wobei folgende Schritte in dem zweiten Bildverarbeitungsmodul (20) geschaltet werden, die zu einer Verzögerungs-Erkennung der Keimscheibe (10) führen: – Drehung des Eis (4) aus der Ausgangslage (5), in der das Ei (4) ruht, in eine Positionslage, bei der das Ei (4) beispielsweise um einen Winkel in positive Richtung von +45° und in negative Richtung von –45° gedreht ist, wodurch das Eidotter (9) in eine oszillierende Schwingung/Pendelbewegung (25) versetzt wird, – Wiederholung der Bildaufnahme, wobei eine Anzahl von n Bildern aufgenommen wird, während das Eidotter (9) auspendelt, und – Erfassung der Bilder, – Ermittlung einer Standardabweichung oder einer Differenz aus den erfassten Bildern, wobei die sich bewegenden Strukturen – pendelndes Eidotter (9) mit eigenständig pendelnder Keimscheibe (10) – erfasst werden, – Übertragung der ermittelten Standardabweichung oder der ermittelten Differenz des Kontrastes an das erste Bildverarbeitungsmodul (19) und – Auswertung des resultierenden kontrastverstärkten Bildes in ruhender Ausgangslage (5) mit Hilfe des ersten Bildverarbeitungsmoduls (19), wobei dort ein Durchlauf des Segmentierungsschrittes, des Klassifizierungsschrittes und des Übergabeschrittes für die Daten/den Datensatz in den zugehörigen Funktionseinheiten (40, 41, 42, 43) der Anordnung (1) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei nach der Übernahme der Daten eine Weitergabe der Daten des kontrastreichen Ausgabebildes (23) aus der Ausgabeeinheit (15) an eine Keimscheiben-Koordinatenübertragungseinheit (24) durchgeführt werden, wobei die ermittelten Koordinaten den Schwerpunkt der detektierten Struktur/Keimscheibe (10) und somit eine Sofort-Erkennung repräsentieren.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei zusätzlich durch eine Drehung des horizontal gelagerten Geflügeleis (4) um die definierte Pollängsachse (12) eine teilorbitale Bewegung der Keimscheibe (10) und somit eine Bewegung (25) des kontrastierenden hellen Flecks (12) als Lageverschiebung auf dem Ausgabebild (23) erreichbar ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei aus der Drehbewegung des Eis (4) während der Detektion der Keimscheibe (10) im befruchteten unbebrüteten Ei (4) der bewegte Fleck (13) in Bezug auf einem dem Betrachter des Ausgabebildes (23) erhöhten Kontrast herausgearbeitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei mit der Detektion die zentralen Koordinaten (x₀, y₀, z₀) der Keimscheibe (10) und der Umfang der Keimscheibe (10) als Mindest-Daten bestimmt werden und diese Daten an nachfolgende Anordnungen zur Bestimmung des Geschlechtes der Geflügeleier (4) weitergeleitet werden, damit nach Abstimmung der zugehörigen Koordinatensysteme zumindest eine geschlechtsbestimmende Strahlung auf die Keimscheibe (10) justierbar ist.