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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung von Pflanzen oder Pflanzenbestandteilen. Weiterhin umfasst die Erfindung ein Computerprogrammprodukt, das dazu ausgebildet ist, zumindest mittelbar das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen, eine Erfassungseinrichtung sowie ein landwirtschaftliches Fahrzeug mit einer Erfassungseinrichtung.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 10 2018 222 428 A1 ist es im Rahmen eines Verfahrens zum Ausbringen von Spritzmittel auf eine landwirtschaftliche Fläche bekannt, ein Verfahren zu Erfassung von Pflanzen oder Pflanzenbestandteilen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 zu verwenden. Dabei wird im Rahmen eines ersten Auswerteverfahrens der aus dem Stand der Technik bekannte sogenannte NDVI-Index (Normalized Difference Vegetation Index) berechnet, um damit die Vegetation auf der landwirtschaftlichen Fläche zu erkennen. Der NDVI-Index ist dazu ausgelegt, den Grünanteil von Pflanzen, d.h. insbesondere deren Blätter, zu erfassen.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erfassung von Pflanzen oder Pflanzenbestandteilen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass es eine besonders gute bzw. zuverlässige und positionsgenaue Identifikation von Pflanzen oder Pflanzenbestandteilen ermöglicht. Insbesondere gelingt es durch das erfindungsgemäße Verfahren, bei Situationen eine gute Auswertung zu ermöglichen, bei denen alleine durch das erste Auswerteverfahren in einem untersuchten Bereich auf eine Anwesenheit von Pflanzen oder Pflanzenbestandteilen geschlossen wird, während sich dort tatsächlich keine Pflanzen bzw. Pflanzenbestandteile befinden. Derartige Fehlinterpretationen durch das erste Auswerteverfahren treten zum Beispiel auf, wenn das Blätterdach von Pflanzen einen Teil des Infrarotlichts durchlässt und erst am Boden der landwirtschaftlichen Fläche zur Kamera reflektiert wird. Wenn gleichzeitig in diesem Bildbereich das Blätterdach einen Schatten auf den Teil der landwirtschaftlichen Fläche wirft, kommt dort nur sehr wenig rotes Licht an. Dies hat zur Folge, dass das erste Auswerteverfahren ein höheres Signal erzeugt, das auf eine Pflanze hindeutet. Insbesondere ist das Signal immer noch so hoch, wie es in anderen Bereichen der Pflanzen selbst erscheint.
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Vor dem Hintergrund der obigen Erläuterungen schlägt es daher das erfindungsgemäße Verfahren zur Erfassung von Pflanzen oder Pflanzenbestandteilen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vor, dass zusätzlich zum ersten Auswerteverfahren ein zweites Auswerteverfahren verwendet wird, wobei das zweite Auswerteverfahren eine Modifikation des ersten Auswerteverfahrens umfasst, und wobei die Modifikation durch eine Veränderung der in den Segmenten durch das erste Auswerteverfahren (AV1) durch Berücksichtigung des infraroten Spektralbereichs des Lichts gewonnenen Werte erfolgt, und dass die Erfassung von Pflanzen oder Pflanzenbestandteilen unter Berücksichtigung der Ergebnisse der beiden Auswerteverfahren erfolgt.
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Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass die Auswertung der Bilddaten in einem zweistufigen Verfahren erfolgt, wobei in der ersten Stufe ein erstes Auswerteverfahren sowie ein durch Modifikation des ersten Auswerteverfahrens erzeugtes zweites Auswerteverfahren durchgeführt werden, und wobei in der zweiten Stufe die Ergebnisse sowohl des ersten Auswerteverfahrens als auch des zweiten Auswerteverfahrens berücksichtigt werden, um auf einen Pflanzenbewuchs in einem Segment schließen zu können.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erfassung von Pflanzen oder Pflanzenbestandteilen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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Wie bereits oben erläutert, findet das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere Anwendung bei ersten Auswerteverfahren, bei denen die Berechnung eines NDVI-Indexes erfolgt, der einen ersten Wert in jedem (Bild-) Segment generiert. Die Verwendung des NDVI-Indexes als Basis für das zweite Auswerteverfahren hat den Vorteil, dass dieses eine gute Basis zur Erfassung bietet und sich mit bekannten Tools (Hardware und Software) einfach umsetzen lässt.
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In konkreter Ausgestaltung des zweiten Auswerteverfahrens ist es vorgesehen, dass das zweite Auswerteverfahren in einem ersten Schritt die Erzeugung eines zweiten Werts umfasst, der durch eine Erhöhung des NDVI-Indexes bei einen Grenzwert überschreitenden Infrarot-Werten und/oder einer Verminderung des NDVI-Index bei einen Grenzwert unterschreitenden Infrarot-Werten der in den Segmenten generierten ersten Werte gewonnen wird.
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Weiterhin ist es vorgesehen, dass durch das zweite Auswerteverfahren in einem zweiten Schritt die Gewinnung eines zusätzlichen Werts in jedem Segment umfasst, wobei der zusätzliche Wert durch eine Kombination des zweiten Werts mit dem in dem jeweiligen Segment generierten ersten Wert des NDVI-Index gewonnen wird.
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Um eine besonders gute bzw. deutliche Differenzierung in Abhängigkeit des Infrarot-Anteiles durch den zweiten Schritt zu ermöglichen, ist es dabei vorgesehen, dass eine derartige Kombination durch eine Multiplikation des zweiten Werts mit dem im jeweiligen (Bild-) Segment generierten ersten Wert des NDVI-Index erfolgt.
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Mit Blick auf die Interpretation des auf die oben beschriebene Art generierten zweiten Wertes im zweiten Auswerteverfahren ist es vorgesehen, dass für den Fall, dass der zusätzliche Wert einen Schwellenwert, insbesondere einen vorgebbaren Grauwert überschreitet, auf Pflanzen oder Pflanzenbestandteilen in dem betreffenden Segment geschlossen wird, und dass bei unterhalb des Schwellenwertes berechnetem zusätzlichem Wert auf eine Nicht-Pflanze bzw. eine Abwesenheit von Pflanzen oder Pflanzenbestandteilen geschlossen wird.
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Hinsichtlich der Kombinatorik der beiden Auswerteverfahren ist es vorgesehen, dass für den Fall, dass beide Auswerteverfahren Pflanzen oder Pflanzenbestandteile erkennen, das jeweilige Segment als Pflanze klassifiziert wird, dass für den Fall, dass das erste Auswerteverfahren eine Pflanze und das zweite Auswerteverfahren eine Nicht-Pflanze ergibt, das jeweilige Segment als Nicht-Pflanze (Abwesenheit von Pflanzen oder Pflanzenbestandteilen) erkannt wird, und dass für den Fall, dass beide Auswerteverfahren Nicht-Pflanzen ergeben, das jeweilige Segment als Nicht-Pflanze erkannt wird.
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Weiterhin umfasst die Erfindung auch ein Computerprogrammprodukt, insbesondere ein Datenprogramm oder einen Datenträger, aufweisend einen Algorithmus, der dazu ausgebildet ist, ein soweit beschriebenes erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen.
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Auch umfasst die Erfindung eine Erfassungseinrichtung, insbesondere für ein landwirtschaftliches Fahrzeug, umfassend eine bildaufnehmende Einrichtung und eine Auswerteeinrichtung, die dazu ausgebildet sind, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
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Zuletzt umfasst die Erfindung ein landwirtschaftliches Fahrzeug mit einer derartigen Erfassungseinrichtung und wenigstens einer von der Erfassungseinrichtung zumindest mittelbar ansteuerbaren Dosiereinheit zum selektiven Ausbringen eines Mediums auf Pflanzen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnungen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt in einer vereinfachten Seitenansicht ein landwirtschaftliches Fahrzeug beim Überfahren einer mit Pflanzen bewachsenen landwirtschaftlichen Nutzfläche,
- 2 und 3 jeweils mittels einer bildaufnehmenden Einrichtung erzeugte Bilder beim Überfahren der landwirtschaftlichen Nutzfläche bei der Anwendung eines bildauswertenden Auswerteverfahrens und
- 4 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung eines vorgeschlagenen Auswerteverfahrens.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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In der 1 ist ein landwirtschaftliches Fahrzeug 10 in Form eines Traktors oder ähnlichem dargestellt, das in einer Fahrtrichtung FR auf einer Nutzfläche NF entlangfährt. Auf der Nutzfläche NF befinden sich Pflanzen P, insbesondere Nutzpflanzen oder aber Unkraut, die bzw. das mit einem flüssigen Medium 1, im Falle von Nutzpflanzen beispielsweise in Form eines Düngers und im Falle von Unkraut beispielsweise in Form eines Pestizids, behandelt werden sollen. Hierzu weist das landwirtschaftliche Fahrzeug 10 an seinem Heckbereich einen Vorratstank 12 auf, der zur Speicherung des Mediums 1 dient. Weiterhin ist am Heckbereich des Fahrzeugs 10 eine Spritzeinheit mit einem Spritzgestell 14 angeordnet, das sich quer zur Fahrtrichtung FR des Fahrzeugs 10 erstreckt, d.h. senkrecht zur Zeichenebene der 1. In Längsrichtung des Spritzgestells 14 weist dieses, wie an sich bekannt, beispielsweise in gleichmäßigen horizontalen Abständen zueinander angeordnete Spritzdüsen 16 auf, die selektiv von einer fahrzeuginternen Steuereinrichtung 20 angesteuert werden können, um im Sprühbereich der jeweiligen Spritzdüse 16 befindliche Pflanzen P mit dem Medium 1 besprühen zu können. Hierzu sind die Spritzdüsen 16 weiterhin in an sich bekannter Art und Weise über Ventileinrichtungen und Flüssigkeitsleitungen (nicht dargestellt) mit dem Vorratstank 12 verbunden.
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Zur positionsgenauen Erfassung der Pflanzen P ist darüber hinaus beispielhaft am Frontbereich des landwirtschaftlichen Fahrzeugs 10 eine an einem Ausleger 22 befestigte Erfassungseinheit 25 als Bestandteil einer Erfassungseinrichtung vorgesehen. Die Erfassungseinheit 25 umfasst ebenfalls rein beispielhaft mehrere gleiche bzw. gleichartige, vorzugsweise in gleichmäßigen horizontalen Abständen senkrecht zur Zeichenebene der 1 angeordnete Aufnahmeeinheiten 26 zur Ausbildung einer bildaufnehmenden Einrichtung. Die Aufnahmeeinheiten 26 können beispielhaft jeweils einen bestimmten Teilbereich der von dem landwirtschaftlichen Fahrzeug 10 überfahrenen Nutzfläche NF im Bereich der von den Spritzdüsen 16 behandelbaren Areale erfassen.
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Von den Aufnahmeeinheiten 26 werden jeweils beispielsweise in gleichmäßigen Zeitabständen (und ggf. geschwindigkeitsabhängig) Bilddaten BD erzeugt, die der Steuereinrichtung 20 als Eingangsgröße zugeführt werden. Die Steuereinrichtung 20, der typischerweise zusätzliche Daten als Eingangsgröße zugeführt werden, weist unter anderem einen Algorithmus 28 als Bestandteil einer Auswerteeinrichtung 30 auf, wobei der Algorithmus 28 insbesondere in Form eines Computerprogrammproduktes ausgebildet ist, das dazu ausgebildet ist, die Bilddaten BD hinsichtlich der Lokalisation, d.h. der Anwesenheit von Pflanzen P oder Pflanzenbestandteilen zu analysieren.
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Insbesondere ist der Algorithmus 28 dazu ausgebildet, zwei unterschiedliche Auswerteverfahren AV1 und AV2 anhand der gewonnenen Bilddaten BD auszuführen und anhand der Ergebnisse der beiden Auswerteverfahren AV1 und AV2 sowie deren Kombination daraus zu schließen, ob an einem bestimmten Ort der Nutzfläche NF sich Pflanzen P bzw. Pflanzenbestandteile befinden, die mittels des Mediums 1 behandelt werden sollen bzw. müssen.
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Mit Blick auf die beiden Auswerteverfahren AV1 und AV2 wird nunmehr auf die 2 bis 4 verwiesen. Dabei ist in der 4 ein Ablaufdiagramm bzgl. des Verfahrens zur Erkennung der Pflanzen P oder Pflanzenbestandteilen dargestellt. Die beiden Auswerteverfahren AV1 und AV2 zielen darauf ab, im sichtbaren Licht grüne Bestandteile der Pflanzen P zu erfassen.
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In einem 1. Schritt 101 werden dabei die Bilddaten BD der in den
2 und
3 dargestellten Aufnahmen in (Bild-) Segmente S bzw. Pixel unterteilt, wie dies an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist. In einem 2. Schritt 102 erfolgt anschließend die Ausführung des ersten Auswerteverfahrens AV
1 durch den Algorithmus 28. Das erste Auswerteverfahren AV
1 sieht die Berechnung des NDVI-Indexes vor, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist. Der NDVI-Index berechnet sich dabei aus den Reflexionswerten im nahen Infrarotbereich und des roten sichtbaren Lichts (Wellenlänge etwa 620nm bis 700nm) des Lichtspektrums gemäß der bekannten Formel
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Durch die Normierung des Indexes ergibt sich dabei ein Werteberich zwischen -1 und +1. Ein Wert zwischen 0 und 0,2 entspricht nahezu vegetationsfeien Flächen, d.h. Flächen, in denen keine Pflanzen P bzw. Pflanzenbestandteile vorhanden sind, während ein Wert nahe 1 auf eine hohe Vegetationsbedeckung mit grünen Pflanzen P bzw. Pflanzenbestandteilen schließen lässt.
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Anschließend erfolgt in einem 3. Schritt 103 eine Modifikation der mittels des ersten Auswerteverfahrens AV1 gewonnenen Werte W1 für die einzelnen (Bild-) Segmente S durch das zweite Auswerteverfahren AV2. Dabei werden die in den einzelnen (Bild-) Segmenten bzw. Pixeln gewonnenen (ersten) Werte W1 des ersten Auswerteverfahrens AV1 durch Berücksichtigung des infraroten Spektralbereichs des Lichts modifiziert. Insbesondere sieht das zweite Auswerteverfahren AV2 in dem 3. Schritt 103 zunächst die Erzeugung eines zweiten Werts W2 vor, der durch eine Erhöhung des NDVI-Indexes bei einem Grenzwert GW überschreitenden Infrarotwerten und/oder einer Verminderung des NDVI-Indexes bei einen den Grenzwert unterschreitenden Infrarot-Werten beinhaltet.
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Anschließend wird in einem 4. Schritt 104 ein zusätzlicher Wert ZW generiert, der durch eine Kombination des in dem dritten Schritt 103 gewonnenen zweiten Werts W2 in dem jeweiligen Segment S und des in diesem Segment S gewonnenen NDVI-Indexes erfolgt. Die Kombination sieht dabei eine Multiplikation des ersten Werts mit dem in dem jeweiligen Segment S generierten NDVI-Indexes vor. Der Wert ZW wird anschließend in einem 5. Schritt 105 mit einem im Algorithmus 28 vorgegebenen Grauwert GR verglichen. Ist der zusätzliche Wert ZW größer als der Grauwert GR, so wird auf Pflanzen P oder Pflanzenbestandteile in dem betreffenden Segment S geschlossen. Ist hingegen der gewonnene Wert kleiner als der vorgegebene Grauwert GR, so wird in dem entsprechenden Segment S auf eine Nicht-Pflanze NP, d.h. auf die Abwesenheit von Pflanzen P oder Pflanzenbestandteilen geschlossen.
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Anschließend erfolgt in einem 6. Schritt 106 eine kombinatorische Betrachtung KB der Ergebnisse der beiden Auswerteverfahren AV1 und AV2. Der sechste Schritt 106 sieht dabei vor, dass für den Fall, dass beide Auswerteverfahren AV1 und AV2 Pflanzen P oder Pflanzenbestandteile erfassen, dass jeweilige Segment als Pflanze P klassifiziert wird, dass für den Fall, dass das erste Auswerteverfahren AV1 eine Pflanze P und das zweite Auswerteverfahren AV2 eine Nicht-Pflanze NP ergibt, dass jeweilige Segment S als Nicht-Pflanze NP (Abwesenheit von Pflanzen P oder Pflanzenbestandteilen) einklassifiziert wird, und dass für den Fall, dass beide Auswerteverfahren AV1 und AV2 Nicht-Pflanze NP ergeben, dass jeweilige Segment S als Nicht-Pflanze NP einklassifiziert wird.
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In der 2 ist ein Bildausschnitt mit Bilddaten BD und beispielhaft angedeuteten Segmenten S dargestellt. Dabei sind insbesondere durch die Linien L die Umrisse von Pflanzen P dargestellt. In der beispielhaft durch den Kreis markierten Fläche sind jedoch auch Bereiche B erkennbar, in denen durch das erste Auswerteverfahren AV1 Pflanzen P aufgrund des Schattenwurfs Pflanzen P erkannt wurden.
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In der 3 ist hingegen der gleiche Bildausschnitt unter Verwendung alleine des zweiten Auswerteverfahrens AV2 unter Berücksichtigung des Grauwerts GR dargestellt. Insbesondere erkennt man, dass in den Bereichen B innerhalb des Kreises, in denen mit dem erste Auswerteverfahren AV1 Pflanzen P erkannt wurden, keine Pflanzen P erkannt werden.
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Das soweit beschriebene Verfahren kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018222428 A1 [0002]
