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Die Erfindung betrifft eine Betäubungsvorrichtung zur automatisierten Betäubung von Schlachttieren, mit (i) einem Schlachtschussapparat, (ii) einer Positioniereinheit zum Positionieren des Schlachtschussapparats, (iii) zumindest einer bildgebenden Einrichtung zum Erfassen einer Körperpartie des Schlachttiers, die eine Einwirkposition für den Schlachtschussapparat aufweist, (iv) einem Erkennungsmodul zum Erkennen der Einwirkposition auf Grundlage der von der bildgebenden Einrichtung erstellten Bilder und (v) einer Steuereinheit zur Ansteuerung der Positioniereinheit und/oder des Schlachtschussapparats in Abhängigkeit von der erkannten Einwirkposition.
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Eine derartige Vorrichtung ist aus der Druckschrift
US 6,623,348 B1 bekannt. Diese zeigt diverse Anlagen und Verfahren zum Manipulieren von Tierkörpern, darunter eine Anlage und ein entsprechendes Verfahren zur automatisierten Betäubung von Schlachttieren mit einem Schlachtschussapparat, einer Positioniereinheit zum Positionieren des Schlachtschussapparats, einer Kamera, einem Controller und einem Softwaremodul zum Erkennen der Einwirkposition auf Grundlage der von der Kamera erstellten Bilder, wobei der Controller die Positioniereinheit und/oder den Schlachtschussapparat in Abhängigkeit von der erkannten Einwirkposition ansteuert. Die in dieser Druckschrift beschriebenen Anlagen und Verfahren unterscheiden jedoch nicht zwischen Tierkörpern bereits getöteter oder zumindest betäubter Tiere und lebenden Tieren, die erst betäubt werden sollen. Letztere weisen eine erheblich höhere und komplexere eigene Dynamik auf.
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Es ergibt sich bei lebenden Tieren, die erst betäubt werden sollen, also die Notwendigkeit eines dynamischen Nachführens des Schlachtschussapparates.
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Bei der im Zusammenhang mit der Erfindung verwendete Wendung „Betäubungsvorrichtung zur Betäubung von Schlachttieren“ soll der Begriff „Schlachttier“ lediglich angeben, dass mittels der Betäubungsvorrichtung eine solche Betäubung an einem Tier vorgenommen werden kann, wie sie für ein anschließendes Schlachten dieses Tieres notwendig ist. Gleiches gilt für den feststehenden Begriff „Schlachtschussapparat“. Unter einem Schlachttier soll im Zusammenhang mit der Erfindung ein zur Schlachtung vorgesehenes oder dazu zumindest geeignetes Tier zu verstehen sein. Beispiele für Schlachttiere sind Rinder, Schweine, Schafe, Ziegen und andere Paarhufer, Pferde und andere Einhufer, Kaninchen, etc.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung entsprechende Maßnahmen anzugeben, die ein derartiges dynamisches Nachführen des Schlachtschussapparats ermöglichen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Bei der erfindungsgemäßen Betäubungsvorrichtung zur automatisierten Betäubung von Schlachttieren, mit (i) einem Schlachtschussapparat, (ii) einer Positioniereinheit zum Positionieren des Schlachtschussapparats, (iii) zumindest einer bildgebenden Einrichtung zum Erfassen einer Körperpartie des Schlachttiers, die eine Einwirkposition für den Schlachtschussapparat aufweist, (iv) einem Erkennungsmodul zum Erkennen der Einwirkposition auf Grundlage der von der bildgebenden Einrichtung erstellten Bilder und (v) einer Steuereinheit zur Ansteuerung der Positioniereinheit und/oder des Schlachtschussapparats in Abhängigkeit der erkannten Einwirkposition ist vorgesehen, dass das Erkennungsmodul als Objekterkennungs- und Objektverfolgungsmodul zum Erkennen und Verfolgen besagter Körperpartie und zum Nachverfolgen der sich mit einer Bewegung der Körperpartie des Schlachttiers mitbewegenden Einwirkposition über die Bilder der bildgebenden Einrichtung ausgebildet ist.
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Derartige Objekterkennungs- und Objektverfolgungsmodule sind in der Regel Softwaremodule, wie sie beispielsweise aus dem Automotiv-Bereich bekannt sind. Dort finden sie bei Fahrerassistenzsystemen Anwendung, wo sie beispielsweise beim autonomen Einparken genutzt werden.
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Der Begriff Objekterkennung beschreibt in der Regel ein Verfahren zum Identifizieren eines oder mehrerer Objekte innerhalb eines Objektraums mittels optischer, akustischer oder anderer physikalischer Erkennungsverfahren. So wird zum Beispiel das Vorhandensein eines Objektes in einem Bild oder einem Bereich aber auch dessen Position und Lage bestimmt. Es handelt sich also um eine 3D-Erkennung. In der abstrakten Bildverarbeitung dienen Objekterkennungsmethoden dazu, bestimmte Objekte beziehungsweise Muster von anderen Objekten zu unterscheiden. Dazu muss das eigentliche Objekt zunächst mathematisch beschrieben werden. Oft genutzte Verfahren der Bildverarbeitung sind die Kantenerkennung, Transformationen sowie Größen- und Farberkennung. Die bei diesen Verfahren erkannten charakteristischen Merkmale wie Kanten, Farbmerkmale, etc. werden dann den einzelnen Objekten zugeordnet.
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Objekterkennungs- und Objektverfolgungsmethoden kommen dann zum Einsatz, wenn sich schnell bewegende Objekte in einem Bild beziehungsweise einer Bilderserie verfolgt werden müssen. Dann kommen mathematische Korrelatoren zum Einsatz, die sich an das Objekt anpassen können. Die einzelnen Merkmale besitzen Bewegungsprofile, die ebenfalls zu Zuordnung zu jeweiligen Objekten genutzt werden können.
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Bei einem lebenden Tier ergeben sich unterschiedliche Körperpartien, die von einem Objekterkennungs- und Objektverfolgungsmodul aufgrund des Bewegungsprofils ihrer Merkmale als jeweilige Objekte in den Bildern erkannt und über die Zeit dynamisch verfolgt werden. Die entsprechenden Informationen können von der Steuereinheit zur Ansteuerung der Positioniereinheit und/oder des Schlachtschussapparats genutzt werden, den Schlachtschussapparat dynamisch nachzuführen. Die für die Betäubungsvorrichtung mit Schlachtschussapparat relevante Körperpartie des Schlachttieres ist in der Regel der Kopf oder die Stirnpartie des Kopfes. Bei der Betäubung mittels Schlachtschussapparat wird dieser ab einem bestimmten Zeitpunkt zwangsläufig auch in den Bildbereich beziehungsweise Objektraum der bildgebenden Einrichtung geraten und ganz analog als weiteres Objekt erkannt.
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Das Nachschlagewerk: Herbert Süße, Erik Roder: „Bildverarbeitung und Objekterkennung: Computer Vision in Industrie und Medizin“; Springer-Verlag 2014 (ISBN 978-3-8348-2606-0) gibt einen Überblick über aktuelle Verfahren und Anwendungen der 2D- und 3D-Bildanalyse sowie der Objekterkennung.
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Der Schlachtschussapparat selbst ist ein Gerät, das bei der Schlachtung zum Betäuben von Schlachttieren verwendet wird. Der Schlachtschussapparat ist meist als Bolzenschussapparat ausgebildet und eher selten als Kugelschussapparat.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Objekterkennungs- und Objektverfolgungsmodul zur Erkennung der Körperpartie über charakteristische Merkmale eingerichtet ist, wobei das Modul weiterhin eingerichtet ist, die Bewegung der Einwirkposition über die Bewegung einer ausgewählten Gruppe dieser charakteristischen Merkmalen zu verfolgen, die eine vorgegebene Relativposition zur Einwirkposition aufweisen.
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Kommt es aus Sicht der bildgebenden Einrichtung zu einem Überlapp von Schlachtschussapparat und Körperpartie mit der Einwirkposition, so können nur noch Merkmale mit einer bestimmten Relativposition zur Einwirkposition zur Verfolgung des Objekts „Körperpartie mit Einwirkposition“ genutzt werden, da die anderen Merkmale ganz oder teilweise vom Schlachtschussapparat verdeckt werden oder durch dessen Schattenwurf schwer erkennbar sind.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Nachverfolgen der sich mit einer Bewegung der Körperpartie des Schlachttiers mitbewegenden Einwirkposition in Echtzeit oder quasi-Echtzeit. Dazu muss die Bildfrequenz und die Arbeitsgeschwindigkeit des Objekterkennungs- und Objektverfolgungsmoduls entsprechend hoch sein.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die bildgebende optische Einrichtung mindestens eine Kamera auf oder ist als Kamera ausgebildet. Neben einer Einzelkamera kann also auch ein Kamerasystem mit mehreren Kameras vorgesehen sein.
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Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass die Kamera oder zumindest eine der Kameras als Infrarotkamera und/oder 3D-Kamera, insbesondere Lichtlaufzeitkamera, ausgebildet ist. Beide Kameratypen haben Vorteile in Bezug auf die Betäubung von Schlachttieren.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Positioniereinheit einen Roboterarm aufweist, über den der Schlachtschussapparat positioniert wird. Eine solche Positioniereinheit mit Roboterarm ist grundsätzlich aus der eingangs erwähnten Druckschrift
US 6,623,348 B1 bekannt. Für eine dynamische Nachführung des Schlachtschussapparats muss diese Positioniereinheit jedoch hinreichend schnell und präzise sein.
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Dabei ist mit Vorteil vorgesehen, dass der Roboterarm mindestens vier Freiheitsgrade aufweist. Die Freiheitsgrade können rotatorischer wie translatorischer Natur sein. Über die vier Freiheitsgrade kann der Schlachtschussapparat der Einwirkposition bei einem sich bewegenden Schlachttier hinreichend gut nachgeführt werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Betäubungsvorrichtung eine Beleuchtungseinrichtung, insbesondere eine Beleuchtungseinrichtung deren Wellenlängenbereich auf den Wellenlängenbereich der bildgebenden Einrichtung oder zumindest einer der bildgebenden Einrichtungen abgestimmt ist, aufweist. Die Positionierung und Ausrichtung dieser Beleuchtungseinrichtung ist an das Setup angepasst.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Betäubungsvorrichtung als Halbautomat ausgebildet, dessen Schlachtschussapparat nur manuell auslösbar ist.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur automatisierten Positionierung eines Schlachtschussapparats zur Betäubung von Schlachttieren mittels (i) einer Positioniereinheit zum Positionieren des Schlachtschussapparats, (ii) zumindest einer bildgebenden Einrichtung zum Erfassen einer Körperpartie des Schlachttiers, die eine Einwirkposition für den Schlachtschussapparat aufweist, (iii) einem Erkennungsmodul zum Erkennen der Einwirkposition auf Grundlage der von der bildgebenden Einrichtung erstellten Bilder und (iv) einer Steuereinheit zur Ansteuerung der Positioniereinheit und/oder des Schlachtschussapparats in Abhängigkeit der erkannten Einwirkposition. Es ist vorgesehen, dass das Erkennungsmodul als Objekterkennungs- und Objektverfolgungsmodul ausgebildet ist, welches zum Nachverfolgen der sich mit einer Bewegung der Körperpartie des Schlachttiers mitbewegenden Einwirkposition über die Bilder der bildgebenden Einrichtung die besagte Körperpartie erkennt und verfolgt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Objekterkennung durch das Objekterkennungs- und Objektverfolgungsmodul über charakteristische Merkmale erfolgt, wobei das Modul die Bewegung der Einwirkposition über die Bewegung einer ausgewählten Gruppe dieser charakteristischen Merkmale verfolgt, die eine vorgegebene Relativposition zur Einwirkposition aufweisen.
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Die Erfindung betrifft ein Computerprogrammprodukt welches Programmteile umfasst, die in einem Prozessor eines Computers geladen zur Durchführung des vorstehend genannten Verfahrens eingerichtet sind.
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Die Erfindung betrifft schließlich auch eine Verwendung eines Objekterkennungs- und Objektverfolgungsmoduls zum Nachverfolgen der sich mit einer Bewegung einer Körperpartie eines Schlachttiers mitbewegenden Einwirkposition einer Betäubungsvorrichtung, insbesondere einer vorstehend genannten Betäubungsvorrichtung, wobei das Modul über Bilder einer bildgebenden Einrichtung die besagte Körperpartie erkennt und verfolgt.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
- 1 einen Betäubungsplatz mit einem Schlachttier und einer Betäubungsvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und
- 2 ein Bild des Kopfes des Schlachttiers mit diversen von einem Objekterkennungs- und Objektverfolgungsmodul der Betäubungsvorrichtung erkannten Merkmalen.
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Die 1 zeigt einen Betäubungsplatz 10 mit einem Schlachttier 12 in einer von Gattern 14 begrenzten Box und einer Betäubungsvorrichtung 16 zum automatisierten Betäuben des in der Box befindlichen Schlachttiers. Das hier gezeigte Schlachttier 12 ist ein Rind. Andere Tiere, für die diese Betäubungsvorrichtung 16 genutzt werden kann sind zum Beispiel Schaf, Schwein, etc. Die Betäubungsvorrichtung 16 weist einen Schlachtschussapparat 18 und eine Positioniereinheit 20 zum Positionieren des Schlachtschussapparats 18 auf. Der hier gezeigte Schlachtschussapparat 18 ist ein Bolzenschussgerät. Die Positioniereinheit 20 ist im gezeigten Beispiel ein Roboterarm 22 der in einem Bereich oberhalb des Kopfendes der Box befestigt ist. Der Roboterarm 22 weist mehrere Gelenke auf und an einem beweglichen Ende des Arms 22 ist der Schlachtschussapparat 18 befestigt. Die Betäubungsvorrichtung 16 weist weiterhin eine bildgebende Einrichtung 24 zum visuellen Erfassen des Schlachttiers 12 auf. Die hier gezeigte bildgebende Einrichtung 24 ist eine Kamera 26. Diese Kamera 26 ist ebenfalls am Roboterarm 22 befestigt, genauer gesagt schräg hinter dem Schlachtschussapparat 18. Alternativ oder zusätzlich kann zumindest eine weitere bildgebende Einrichtung vorgesehen sein (im Beispiel nicht gezeigt).
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Die Positioniereinheit 20 wie auch der Schlachtschussapparat 18 werden mittels eines Computers 28 - hier als eine Art PC mit Tower, Bildschirm, Tastatur und Maus dargestellt - angesteuert. Der Computer 28 bildet daher einerseits eine Steuereinheit 30 zur Ansteuerung dieser Komponenten 18, 20 der Betäubungsvorrichtung 16, andererseits bildet er ein Objekterkennungs- und Objektverfolgungsmodul 32, welches eingerichtet ist die diversen Körperpartien des Schlachttiers 14 oder aber zumindest die Körperpartie 34 des Schlachttiers 12 auf die der Schlachtschussapparat 18 einwirken soll, im Sinne einer Objekterkennung zu erkennen. Unter dem Begriff Objekterkennung versteht man in der Regel das Identifizieren eines oder mehrerer Objekte innerhalb eines Objektraums mittels optischer oder anderer Erkennungsverfahren. So wird zum Beispiel das Vorhandensein eines Objektes in einem Bild oder einem Bereich aber auch dessen Position und Lage bestimmt. In der abstrakten Bildverarbeitung dienen Objekterkennungsmethoden dazu, bestimmte Objekte beziehungsweise Muster von anderen Objekten zu unterscheiden. Dazu muss das eigentliche Objekt zunächst mathematisch beschrieben werden. Oft genutzte Verfahren der Bildverarbeitung sind die Kantenerkennung, Transformationen sowie Größen- und Farberkennung. Die bei diesen Verfahren erkannten charakteristischen Merkmale wie Kanten, Farbmerkmale, etc. werden dann den einzelnen Objekten zugeordnet.
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Die Steuereinheit 30 ist im gezeigten Beispiel eine softwarebasierte Steuereinheit 30 und das Objekterkennungs- und Objektverfolgungsmodul 32 ist ein Softwaremodul oder ein softwarebasiertes Modul. Der Computer 28 weist zumindest einen (nicht gezeigten) Prozessor und zumindest einen Datenspeicher auf.
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Die 2 zeigt nun ein erkanntes Objekt eines Bildes. Das entsprechende Bild ist beispielsweise ein Bild einer mittels der Kamera 26 aus 1 gemachten Bilderreihe. Das Bild zeigt neben dem hier gezeigten Objekt, nämlich dem Kopf 36 des Schlachttiers 12 noch andere Objekte wie z. B. andere Körperpartien des Schlachttiers 12, Teile der Box wie etwa dem Gatter 14, Teile des Roboterarms 22, Teile der Schlachtschussapparatur 18, Schatten, Reflexionen und Hintergrunddetails. Aus all diesen Bildkomponenten erkennt das Objekterkennungs- und Objektverfolgungsmodul 32 nun die Körperpartie 34 des Schlachttiers als Objekt und verfolgt dieses Objekt in der Bilderserie der Kamera 26 nach.
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Die Erkennung des Objekts „Körperpartie“ 34 erfolgt wie gesagt über charakteristische Merkmale. Das Objekt „Kopf 36 eines Rindes“ weist zum Beispiel die Merkmale: zwei Augen 38, zwei Hörner 40, zwei Ohren 42 und ein Maul 44 auf, die im Objekt relativ zu einander auf ganz bestimmte Weise angeordnet sind. Diese Merkmale 38, 40, 42, 44 sind dabei ihrerseits mit den erwähnten charakteristischen Merkmalen verknüpft. So ist das Merkmal Auge 38 beispielsweise mit einem charakteristischen Helligkeitsmerkmal verbunden, die Merkmale Horn 40 und Ohr 42 mit charakteristischen Kanten und das Merkmal Maul 44 mit einem charakteristischen Farbmerkmal.
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Durch das Erkennen und Zuordnen der Merkmale bestimmt das Objekterkennungs- und Objektverfolgungsmodul 32 die Position und die Dynamik des entsprechenden Objektes, hier also der Körperpartie 34 „Kopf“ 36. Die Einwirkposition 46 für den Schlachtschussapparat bzw. den Bolzen oder die Kugel dieses Apparates 46 auf dem Objekt / der Körperpartie 34 lässt sich über die erkannten Merkmale des Objekts / der Körperpartie 34 bestimmen.
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Das Objekterkennungs- und Objektverfolgungsmodul 32 ist zur Erkennung der Körperpartie 34 über charakteristische Merkmale 38, 40, 42, 44 eingerichtet, wobei das Modul 32 weiterhin eingerichtet ist, die Bewegung der Einwirkposition über die Bewegung einer ausgewählten Gruppe dieser charakteristischen Merkmalen 38, 40 zu verfolgen, die eine vorgegebene Relativposition zur Einwirkposition 46 aufweisen. Im gezeigten Beispiel ergibt sich die Einwirkposition 46 über einander kreuzende gedachte Verbindungslinien 48 zwischen je einem Horn 40 und einem Auge 38. Beim Kreuzungspunkt dieser gedachten Linien 48 befindet sich die Einwirkposition 46.
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Kommt es aus Sicht der bildgebenden Einrichtung 24 (hier also der Kamera 26) zu einem Überlapp von Schlachtschussapparat 18 und Körperpartie 34 mit der Einwirkposition 46, was beim Aufsetzen des Schlachtschussapparates 18 auf die Körperpartie 34 an der Einwirkposition 46 natürlich immer passieren muss, so können nur noch Merkmale 38, 40, 42, 44 mit einer bestimmten Relativposition zur Einwirkposition 46 zur Verfolgung des Objekts „Körperpartie 34 mit Einwirkposition“ genutzt werden, da die anderen Merkmale ganz oder teilweise vom Schlachtschussapparat 18 verdeckt werden oder durch dessen Schattenwurf schwer erkennbar sind.
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Ist der Schlachtschussapparat 18 der Körperpartie 34 nachgeführt und schließlich aufgesetzt, so wird der Schlachtschussapparat 18 ausgelöst. Dies kann technisch (z.B. über die Steuereinheit 30) sowohl automatisch oder aber auch „von Hand“ über eine Benutzerschnittstelle des Computers 28 erfolgen. Im zweiten Fall ist die Betäubungsvorrichtung 16 also als Halbautomat ausgebildet, dessen Schlachtschussapparat 18 nur manuell auslösbar ist.
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Alternativ zu dem im Beispiel beschriebenen Objekterkennungs- und Objektverfolgungsmodul 32 kann das Erkennen und Nachverfolgen der Einwirkposition 46 auf Grundlage der von der bildgebenden Einrichtung 24 erstellten Bilder auch auf Grundlage einer andersartigen Erkennungsmechanismus mittels eines dementsprechenden Erkennungsmoduls erfolgen. Entscheidend ist, dass das Erkennen und Nachverfolgen derart schnell erfolgt, dass der Schlachtschussapparat 18 über die Positioniereinheit 20 schnell genug in Position gebracht werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Betäubungsplatz
- 12
- Schlachttier
- 14
- Gatter
- 16
- Betäubungsvorrichtung
- 18
- Schlachtschussapparat
- 20
- Positioniereinheit
- 22
- Roboterarm
- 24
- bildgebende Einrichtung
- 26
- Kamera
- 28
- Computer
- 30
- Steuereinheit
- 32
- Objekterkennungs- und Objektverfolgungsmodul
- 34
- Körperpartie (Schlachttier)
- 36
- Kopf (Schlachttier)
- 38
- Auge (Merkmal)
- 40
- Horn
- 42
- Ohr
- 44
- Maul
- 46
- Einwirkposition
- 48
- gedachte Verbindungslinie
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6623348 B1 [0002, 0019]
