DE102020000839B3

DE102020000839B3 - Vorrichtung und Verfahren zum Erfassen von Daten zu mindestens einer Pflanze

Info

Publication number: DE102020000839B3
Application number: DE102020000839.9A
Authority: DE
Inventors: Hans-Georg Luigs
Original assignee: Individual
Current assignee: HOLZSCHNEIDER, SASCHA, DE; LUIGS, HANS-GEORG, DE
Priority date: 2020-02-10
Filing date: 2020-02-10
Publication date: 2021-08-05
Anticipated expiration: 2040-02-11
Also published as: EP4102955A1; WO2021160197A1

Abstract

Bei einer Vorrichtung zum Erfassen von Daten zu mindestens einer Pflanze mit mindestens einem Sensor, der ein Abbild der Pflanze aufnimmt, wird der mindestens eine Sensor so auf eine Rhizotronscheibe ausgerichtet und neben dem mindestens einen Sensor wird eine Lichtleiste derart angeordnet, dass das Licht mit einer Vorsatzlinse auf die Rhizotronscheibe ausgerichtet ist. Dadurch werden Spiegelungen, die in den Messbereich der Kamera gelangen könnten, vermieden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen von Daten zu mindestens einer Pflanze mit mindestens einem Sensor, der ein Abbild der Pflanze aufnimmt.
Insbesondere betrifft die Erfindung die Erfassung von Daten eines Rhizotrons. Ein Rhizotron ist ein mit Erde gefüllter Pflanzcontainer mit einer durchsichtigen Scheibe. Durch diese Scheibe können die Wurzeln der Pflanze beobachtet werden. Der Pflanzcontainer wird schräg gelagert, damit die Wurzeln an der Scheibe entlang wachsen. Dieses Wachstum wird zu mehreren Zeitpunkten mit einer Kamera aufgenommen. In diesem Fall sind somit die Wurzeln der Teil der Pflanze, von dem Daten erfasst werden.
Ein großes Problem bilden die homogene Ausleuchtung der gesamten Rhizotronscheibe und Spiegelungen.
Dieses Problem wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bisher wurde die Rhizotronscheibe, um die Wurzeln sichtbar zu machen, möglichst homogen diffus beleuchtet oder ein homogener Hintergrund hinter der Kamera wurde beleuchtet und reflektierte in Richtung Rhizotronscheibe. Aus den Druckschriften CN 110 031 465 A und CN 107 655 888 A sind hierzu Vorrichtungen zur Aufnahme von Wurzeln bekannt. In der Dissertation von A. Walter, „Räumliche und zeitliche Wachstumsmuster in Wurzeln und Blättern dikotyler Pflanzen", Universität Heidelberg (2001),https://doi.org/10.11588/heidok.00001445 wird ebenfalls eine Vorrichtung zur Aufnahme von Wurzeln beschrieben. Dem Produktkatalog der Firma Falcon Illumination MV GmbH & Co. KG, Untereisesheim, aus dem Jahr 2020 sind auf Seite 44 LED-Lichtleisten zu entnehmen. Diese sind jeoch nicht mit vorgesetzten Linsen ausgestattet. Eine LED-Vorrichtung mit vorgesetzten Linsen wird auf Seite 50 nur für die Beleuchtung des Messfelds einer Zeilenkamera als vorteilhaft beschrieben.
Die Erfindung weist eine spezielle LED-Leiste auf, die auf besondere Art angebracht ist.
Die LED-Leiste besteht vorzugsweise aus mehreren sehr hellen LEDs mit einer Vorsatzlinse. Die Vorsatzlinse vor jeder LED stellt sicher, dass fast alles Licht nur auf die Rhizotronscheibe fällt und der Hintergrund relativ dunkel bleibt. So werden mögliche Spiegelungen aus dem Kamerahintergrund minimiert, da sie kaum beleuchtet werden. Wenn die Rhizotronscheibe von mindestens zwei LED-Leisten beleuchtet wird, stellt sich eine homogene Ausleuchtung ein. Die LEDs in jeder LED-Leiste sind so dicht untereinander angebracht, dass die Scheibe auch vertikal homogen ausgeleuchtet wird. Es wird daher vorgeschlagen, dass an zumindest zwei Seiten des Sensors Lichtleisten angeordnet sind.
Dabei sollte darauf geachtet werden, dass die Lichtleiste gegenüber der Pflanze so angebracht ist, dass direkte Spiegelungen an dem Sensor vorbei gehen und so außerhalb des Messbereichs des Sensors sind. Die Positionierung der LEDs mit ihren Vorsatzlinsen sollte so gewählt werden, dass die Spiegelung des direkten Lichts nicht zurück auf den Sensor gespiegelt wird. Außerdem sollten die LED Linsen so ausgewählt werden, dass nur das ganze Rhizotron mit der richtigen Homogenität beleuchtet wird und kaum der Hintergrund.
Die Kamera, LED-Leisten und Rhizotronscheibe sollten vorzugsweise so zueinander angebracht sein, dass direkte Spiegelungen in der Scheibe (nach dem Gesetz: Einfallswinkel=Ausfallswinkel) nicht zurück in die Kamera gespiegelt werden können.
Als Sensor können beliebige bildgebende Einrichtungen verwendet werden. Es wird vorgeschlagen, dass der Sensor eine Kamera ist oder eine Kamera aufweist.
Die Lichtleiste kann nur eine LED mit Vorsatzlinse aufweisen. Vorteilhaft ist es jedoch, wenn sie mehrere nebeneinander angeordnete LEDs aufweist.
Die Helligkeit der LED kann variabel sein und beispielsweise kann durch Zuschaltung von LEDs die Helligkeit gesteigert werden und es können einzelne LEDs ausgeschaltet werden, um die Helligkeit zu verringern. Vorteilhaft ist es jedoch, wenn die Helligkeit dimmbar ist und insbesondere sogar stufenlos dimmbar ist.
Entsprechend sollte auch die Aufnahmedauer des Sensors variierbar sein und vorzugsweise sogar stufenlos.
Die Helligkeit ist so zu wählen, dass der Kontrast zwischen Wurzel und Erde auch bei feinen Wurzeln gut sichtbar ist. Dazu ist auch die Aufnahmedauer der Kamera wichtig. Die Aufnahmedauer der Kamera wird nach unten von der zu maximierenden Helligkeit der Wurzel begrenzt und nach oben durch den Wunsch, dass die Erde möglichst dunkel erscheint.
Eine vorteilhafte Ausführungsvariante sieht vor, dass mehrere LEDs Linsen aufweisen, die das Licht auf das Sichtfeld ausrichten. Es wird ferner vorgeschlagen, dass die Lichtleiste mit einem konstanten Strom versorgt wird. Die LEDs sollten nicht mit Maximalstrom betrieben werden, um ihre starke Erhitzung incl. Kühlkörper zu vermeiden. Eine Ansteuerung der LEDs mit Konstantstrom und nicht mit Pulsweitenmodulation wird vorgeschlagen, da sonst, insbesondere bei geringen Exposurezeiten, die Kamera Helligkeitsschwankungen im Bild entdecken würde.
Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden beschrieben. Es zeigt

1 zeigt eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Anordnung mit LED-Leisten,
2 eine Seitenansicht der in 1 gezeigten Anordnung aus Kamerasicht,
3 ein Wurzelbild vor der Beleuchtungsoptimierung der LED-Beleuchtung von der Seite mit deutlichen Spiegelungen auf der Rhizonscheibe und mangelhaftem Kontrast zwischen Wurzeln und Erde und
4 ein Wurzelbild nach der Beleuchtungsoptimierung.

Die in 1 gezeigte Draufsicht auf die Vorrichtung 1 zum Erfassen von Daten einer Pflanze hat einen Sensor 2, der im Ausführungsbeispiel eine Kamera ist. Diese Kamera ist auf ein Sichtfeld 3 ausgerichtet, das im vorliegenden Fall eine Rhizotronscheibe ist, hinter der die Wurzeln einer Pflanze in Erde (nicht gezeigt) sichtbar sind. Neben dem Sensor 2 ist beidseits jeweils eine Lichtleiste 4, 5 angeordnet. Die Lichtleisten haben jeweils eine Vielzahl untereinander angeordneter LEDs 6 bis 15, deren Licht über Vorsatzlinsen 17 bis 26 auf das Sichtfeld 3 ausgerichtet ist.
Die Lichtleisten 4, 5 sind an zwei Seiten 27, 28 des Sensors 2 so angeordnet, dass fast alles Licht nur auf das Sichtfeld 3 fällt und der Hintergrund relativ dunkel bleibt. Dadurch werden Spiegelungen auf der Rhizotronscheibe minimiert.
In der 4 ist die Pflanze 16 gezeigt, von der die Wurzeln hinter der Rhizotronscheibe zu sehen sind.

Claims

Vorrichtung (1) zum Erfassen von Daten zu mindestens einer Pflanze (16) mit mindestens einem Sensor (2), der ein Abbild der Pflanze (16) aufnimmt, wobei (2) auf eine Rhizotronscheibe ausgerichtet ist und neben dem mindestens einen Sensor (2) mindestens eine Lichtleiste (4, 5) angeordnet ist, die mindestens eine LED (6 bis 15) aufweist, deren Licht mit mindestens einer Vorsatzlinse (17 bis 26) auf die Rhizotronscheibe ausgerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest zwei Seiten (27,28) des mindestens einen Sensors (2) Lichtleisten (4, 5) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Lichtleiste (4, 5) gegenüber der Pflanze (16) so angebracht ist, dass direkte Spiegelungen an dem mindestens einem Sensor (2) vorbei gehen und so außerhalb eines Messbereichs des des mindestens einen Sensors (2) sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor (2) eine Kamera ist oder eine Kamera aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Lichtleiste (4, 5) mehrere nebeneinander angeordnete LEDs (6 bis 15) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Helligkeit der mindestens einen LED (6 bis 15) dimmbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmedauer des mindestens einen Sensors (2) variierbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere LEDs (6 bis 15) Vorsatzlinsen (17 bis 26) aufweisen, die das Licht auf die Rhizotronscheibe ausrichten.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Lichtleiste (4, 5) mit einem konstanten Strom versorgt wird.
Verfahren zum Erfassen von Daten zu mindestens einer Pflanze (16) mit mindestens einem Sensor (2), der ein Abbild der Pflanze (16) aufnimmt, wobei der mindestens eine Sensor auf eine Rhizotronscheibe ausgerichtet wird und mindestens eine Lichtleiste (4, 5) gegenüber der Pflanze (16) so angebracht wird, dass direkte Spiegelungen an dem mindestens einen Sensor (2) vorbei gehen und so außerhalb eines Messbereichs des mindestens einen Sensors (2) sind.