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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Identifizieren von Beikräutern in einer identifizierten Pflanzenreihe einer landwirtschaftlichen Fläche sowie einer entsprechenden Recheneinheit, einer Pflanzenidentifizierungseinheit und einer landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine nach Gattung der unabhängigen Ansprüche. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm und ein maschinenlesbares Speichermedium
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Die
DE 10 2017 210 804 A1 offenbart ein Verfahren zum Ausbringen eines Spritzmittels auf ein Feld, wobei das Spritzmittel in Abhängigkeit von einem Bedeckungsgrad eines Auswertebereiches ausgebracht wird. Hierbei findet bei der Auswertung der Bilddaten eine Segmentierung von Pflanzen mittels Schwelle im NDVI statt. Aus dieser Segmentierung werden die Kulturreihen erkannt. Um die Kulturreihen wird ein Kulturreihenschlauch mit einer gewissen Breite gelegt. Jedes segmentierte Objekt (Pflanze) zwischen den Schläuchen ist per Definition als Beikraut klassifiziert. Alle Objekte, die in dieser Schlauchbreite der Reihen liegen oder mit Objekten in dieser Schlauchbreite verbunden sind, werden per Definition als Kulturpflanze klassifiziert.
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Andere Algorithmen nutzen zur Pflanzenerkennung Netze (Deep Learning) oder Klassifikationsmethoden. Dazu sind viele Trainingsdaten, viele Label-Daten und ein Offline-Training im Vorfeld von Nöten. Darüber hinaus sind diese Verfahren sehr rechenintensiv.
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Offenbarung der Erfindung
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Identifizieren von Beikräutern in einer identifizierten Pflanzenreihe einer landwirtschaftlichen Fläche, mit den Schritten:
- - Empfangen einer Bildinformation von einem mittels einer optischen Erfassungseinheit erfassten Feldabschnitt einer landwirtschaftlichen Fläche mit Pflanzen;
- - Identifizieren von zumindest einer Pflanzenreihe in der Bildinformation unter Verwendung der Pflanzen mittels einer Recheneinheit;
- - Definieren eines die zumindest eine identifizierte Pflanzenreihe umfassenden Kulturpflanzenbereiches unter Verwendung der zumindest einen identifizierten Pflanzenreihe in der Bildinformation mittels der Recheneinheit;
- - Ermitteln von Merkmalswerten für zumindest ein Pflanzenmerkmal von Pflanzen des definierten Kulturpflanzenbereiches in der Bildinformation mittels der Recheneinheit;
- - Vergleichen der ermittelten Merkmalswerte für das zumindest eine Pflanzenmerkmal mit einer Häufigkeitsverteilung von Merkmalswerten für das zumindest eine Pflanzenmerkmal von Pflanzen aus definierten Kulturpflanzenbereichen vorhergehend erfasster Bildinformationen der landwirtschaftlichen Fläche mittels der Recheneinheit; und
- - Identifizieren der Pflanzen des definierten Kulturpflanzenbereiches mit Merkmalswerten, welche außerhalb eines definierten Häufigkeitsbereiches der Häufigkeitsverteilung liegen, um diese als Beikräuter in einer identifizierten Pflanzenreihe zu identifizieren.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Recheneinheit, welche eingerichtet ist, die Schritte eines vorhergehend beschriebenen Verfahrens durchzuführen und/oder zu steuern.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind außerdem eine Pflanzenidentifizierungseinheit mit einer optischen Erfassungseinheit zum Erfassen eines Feldabschnitts einer landwirtschaftlichen Fläche mit Pflanzen, um eine Bildinformation von dem erfassten Feldabschnitt zu erhalten, und einer vorhergehend beschriebenen Recheneinheit.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist des Weiteren eine landwirtschaftliche Arbeitsmaschine, insbesondere Feldspritze, mit einem landwirtschaftlichen Arbeitswerkzeug, insbesondere einer Spritzvorrichtung, und einer vorhergehend beschriebenen Pflanzenidentifizierungseinheit, wobei das Arbeitswerkzeug, insbesondere die Spritzvorrichtung in Abhängigkeit von den identifizierten Beikräutern in der identifizierten Pflanzenreihe, mittels der Recheneinheit angesteuert wird.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, die Schritte eines vorangehend beschriebenen Verfahrens durchzuführen und/oder zu steuern, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es nunmehr möglich, auf sehr einfache und ressourcensparende Art und Weise Beikräuter in einer Pflanzenreihe bzw. Kulturpflanzenreihe zu identifizieren, ohne dass dabei eine Bilddatenbank oder dergleichen benötigt wird. Das Verfahren ist demnach sehr flexibel einsetzbar, da es sich die Pflanzenmerkmale der tatsächlich auf der landwirtschaftlichen Fläche befindlichen Pflanzen und Beikräuter zunutze macht und genau diese extrahiert, um Beikräuter in den Pflanzenreihen zu identifizieren.
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Dies erfolgt erfindungsgemäß dadurch, dass Merkmalswerte für ein Pflanzenmerkmal von Pflanzen des definierten Kulturpflanzenbereiches in der Bildinformation ermittelt werden und mit einer Häufigkeitsverteilung von Merkmalswerten für das Pflanzenmerkmal in definierten Kulturpflanzenbereichen vorhergehend erfasster Bildinformationen der landwirtschaftlichen Fläche verglichen werden. Das heißt, mit anderen Worten, dass mittels statistischer Auswertung eines Pflanzenmerkmals von Pflanzen in der identifizierten Pflanzenreihe bzw. innerhalb des definierten Kulturpflanzenbereiches, welche auf einer Historie dieses Pflanzenmerkmals aus den vorherigen Bilddaten bzw. vorherigen Pflanzen in der Reihe beruht, eine Unterscheidung in der aktuellen Kulturpflanzenreihe zwischen Kulturpflanzen und Unkräutern erfolgen.
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Dabei wird keine gewöhnliche Klassifikationsmethode angewandt, die aus den Pflanzenmerkmalen, bspw. Formfaktoren ein Clustering durchführt und diese dann eine Entscheidung bestimmt zu welcher Klasse (Kulturpflanze oder Beikraut) ein Objekt am wahrscheinlichsten gehört. Ein Klassifikator ist eine Methode, die am Ende eine Wahrscheinlichkeit berechnet, wie gut ein Objekt zu einer Klasse gehört.
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Stattdessen wird ermittelt wie häufig bspw. welche Pflanzengrößen vorkommen und bei denjenigen Objekten mit den Flächengrößen, die am häufigsten vorkommen, geht man davon aus, dass es sich dabei um Kulturpflanzen handelt, da diese in Reihen gesät wurden und dort in großer Anzahl vorkommen bzw. wachsen. Pflanzen, die davon stark abweichende Flächengrößen (kleiner oder größer) besitzen und diese auch seltener vorkommen, werden als Beikraut identifiziert.
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Hierdurch wird eine Reihe von Vorteilen geboten:
- - Es resultierte eine verbesserte Identifizierung der Beikräuter
- - Es ist keine Sammlung von vielen Bilddaten und kein Anfertigen von Labels notwendig, um ein Netz oder Klassifikation zu trainieren, wodurch der Gesamtaufwand stark reduziert wird.
- - Es ist kein Offline-Training anhand von Bilddaten im Vorfeld notwendig.
- - Die erforderliche Rechenzeit für die Identifizierung oder Klassifizierung anhand eines oder weniger Pflanzenmerkmale ist sehr gering.
- - Die Information über die identifizierten Beikräuter in dem Kulturpflanzenbereich kann für darauffolgende Schritte genutzt werden, um Pflanzenreihen besser bzw. genauer zu identifizieren, da die identifizierten bzw. erkannten Beikräuter hierfür unberücksichtigt bleiben bzw. „ignoriert“ werden können.
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Unter einer landwirtschaftlichen Fläche kann eine landwirtschaftlich genutzte Fläche, eine Anbaufläche für Pflanzen oder auch eine Parzelle einer solchen Fläche bzw. Anbaufläche verstanden werden. Die landwirtschaftliche Fläche kann somit eine Ackerfläche, ein Grünland oder eine Weide sein. Die Pflanzen umfassen Kulturpflanzen bzw. Nutzpflanzen, deren Frucht landwirtschaftlich genutzt wird, beispielsweise als Nahrungsmittel, Futtermittel oder als Energiepflanze, sowie Beikräuter bzw. Unkräuter.
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Der Feldabschnitt kann ein Erfassungsabschnitt bzw. ein erfasster Bildabschnitt einer optischen Erfassungseinheit sein. Die Bildinformation kann bspw. ein Bild des erfassten Feldabschnitts sein. Unter einer optischen Erfassungseinheit kann beispielsweise eine Kamera oder eine 3D-Kamera oder eine Infrarot-Erfassungseinheit verstanden werden. Die optische Erfassungseinheit kann kalibriert sein, um z. B. die Höhenzuordnung aus erfassten Bilder zu errechnen.
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Das Verfahren kann einen Schritt des Erfassens eines Feldabschnitts einer landwirtschaftlichen Fläche mit Pflanzen mittels der optischen Erfassungseinheit umfassen. Der Schritt des Erfassens kann während einer Überfahrt oder eines Fluges der Pflanzenidentifizierungseinheit durchgeführt werden. Zumindest ein weiterer Schritt des Verfahrens, insbesondere alle Schritte des Verfahrens kann/können während einer Überfahrt oder eines Fluges der Pflanzenidentifizierungseinheit durchgeführt werden.
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Hierbei kann die Pflanzenidentifizierungseinheit eine mobile Einheit umfassen oder auf einer mobilen Einheit angeordnet sein, wobei die mobile Einheit insbesondere als Landfahrzeug und/oder Luftfahrzeug und/oder Anhänger ausgebildet sein kann. Die mobile Einheit kann auch ein selbstfahrender bzw. autonomer Roboter sein. Die Pflanzenidentifizierungseinheit ist bevorzugt Teil einer landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine. Die landwirtschaftliche Arbeitsmaschine ist bevorzugt eine Beikrautregulierungsmaschine, insbesondere eine Feldspritze. Das landwirtschaftliche Arbeitswerkzeug ist bevorzugt eine Spritzvorrichtung, kann jedoch auch ein mechanisches Werkzeug zur Beikrautregulierung sein.
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Das Verfahren umfasst einen Schritt des Identifizierens von zumindest einer Pflanzenreihe bzw. einer Kulturpflanzenreihe in der Bildinformation des erfassten Feldabschnitts mittels der Recheneinheit. Das Identifizieren der zumindest einen Pflanzenreihe erfolgt bevorzugt unter Verwendung zumindest einer der folgenden Informationen: Farbanteil, insbesondere roter Farbanteil von Pflanzen des erfassten Feldabschnitts, Infrarotanteil von Pflanzen des erfassten Feldabschnitts, Pflanzenabstand, Pflanzreihenabstand, Wachstumsstadium der Pflanzen, Geokoordinaten einer Aussaat der Pflanzen. Mittels dieser Informationen können die Pflanzenreihen auf einfache Art und Weise identifiziert werden, da bspw. Kulturpflanzen in der Regel äquidistant angepflanzt werden oder die Kulturpflanzen vom Wachstumsstadium weiter sind als die Beikräuter bzw. Unkräuter. Bevorzugt werden in dem Schritt des Identifizierens der zumindest einen Pflanzenreihe alle Pflanzenreihen in der Bildinformation bzw. in dem erfassten Feldabschnitt identifiziert.
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Der Schritt des Identifizierens von zumindest einer Pflanzenreihe umfasst verständlicherweise das Erfassen von Pflanzen in der Bildinformation bzw. in dem erfassten Feldabschnitt. Unter einem Erfassen von Pflanzen kann beispielsweise das Bestimmen des Vorhandenseins von Pflanzen in dem Feldabschnitt verstanden werden, insbesondere ohne dass dabei eine Klassifizierung der einzelnen Pflanzen erfolgt. Der Schritt des Erfassens von Pflanzen kann ein Erfassen eines Farbanteils, insbesondere eines roten Farbanteils und/oder eines Infrarotanteils in dem Feldabschnitt bzw. Bildabschnitt umfassen. Hierbei können mittels der optischen Erfassungseinheit, bspw. durch Auswertung von Lichtspektren oder anhand eines vorbestimmten NDVI-Wertes (Normalized Differenced Vegetation Index, er wird aus Reflexionswerten im nahen infraroten und sichtbaren roten Wellenlängenbereich des Lichtspektrums gebildet), indem Biomasse vom (Erd-)Boden unterschieden wird, Pflanzen erfasst werden.
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Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Definierens eines die zumindest eine identifizierte Pflanzenreihe umfassenden Kulturpflanzenbereiches unter Verwendung der zumindest einen identifizierten Pflanzenreihe mittels der Recheneinheit. Der Kulturpflanzenbereich wird bevorzugt unter Verwendung von Nachbarschaftspixeln von erfassten Pflanzen des Kulturpflanzenbereiches definiert. Hierbei wird der Kulturpflanzenbereich bevorzugt um eine erzeugte Pflanzenreihenmittelpunktlinie definiert, insbesondere wobei sich die erzeugte Pflanzenreihenmittelpunktlinie im Wesentlichen geradlinig erstreckt. Der Kulturpflanzenbereich kann die Pflanzen der Pflanzenreihe vollständig umfassen. Der Kulturpflanzenbereich kann jedoch auch die Pflanzenreihe umfassen, ohne dass die einzelnen Pflanzen der Pflanzenreihe vollständig umfasst sind.
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Demnach kann der Kulturpflanzenbereich die einzelnen Pflanzen der Pflanzenreihe auch nur teilweise umfassen. Der Kulturpflanzenbereich kann um die jeweilige Pflanzenreihenmittelpunktlinie mit einer konstanten bzw. definierten Breite definiert werden. Der Kulturpflanzenbereich kann jedoch auch eine variable Breite aufweisen, wobei die Breite von einem Wachstumsstadium einer in einem entsprechenden Häufigkeitsbereich angeordneten Pflanze des Kulturpflanzenbereiches abhängen kann. Der Kulturpflanzenbereich ist somit schlauchförmig ausgebildet. Der Kulturpflanzenbereich weist eine geringere Breite als der erfasste Feldabschnitt bzw. die entsprechende Bildinformation auf.
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Das Verfahren umfasst des Weiteren einen Schritt des Ermittelns von Merkmalswerten für zumindest ein Pflanzenmerkmal von Pflanzen des definierten Kulturpflanzenbereiches in der Bildinformation mittels der Recheneinheit. Hierbei wird jeweils ein Merkmalswert je Pflanzenmerkmal und je Pflanze ermittelt. Die Pflanzenmerkmale sind bevorzugt Merkmale, in denen sich die Kulturpflanzen von den Beikräutern stark unterscheiden. Vorteilhafterweise ist das zumindest eine Pflanzenmerkmal bevorzugt ein geometrisches Merkmal bzw. Formmerkmal der Pflanzen, insbesondere ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Fläche, insbesondere Pixelfläche, Größe, Schwerpunkt, Rundheit, Kompaktheit, Konvexität, Wölbung, Schiefe. Das Pflanzenmerkmal ist bevorzugt eine Fläche bzw. eine überdeckte Fläche des Bodens. Die Fläche kann bspw. in Pixel ermittelt werden, sodass der Merkmalswert eine Pixelanzahl der Fläche ist. Diese Maßnahme bietet zum einen den Vorteil, dass die genannten Pflanzenmerkmale sich sehr gut zur Unterscheidung der Beikräuter von den Kulturpflanzen und damit zur Identifizierung der Beikräuter eignen. Zum anderen liegt der große Vorteil darin, dass zumindest ein Pflanzenmerkmal, insbesondere die Fläche bereits für eine andere Verwendung bzw. Entscheidung berechnet wurde, sodass ohne merkliche Erhöhung der (kritischen) Rechenzeit die bereits vorliegende Information zusätzlich zur Identifizierung der Beikräuter genutzt werden kann.
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Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Vergleichens der ermittelten Merkmalswerte für das zumindest eine Pflanzenmerkmal mit einer Häufigkeitsverteilung, d.h. eine Historie von Merkmalswerten für das zumindest eine Pflanzenmerkmal von Pflanzen aus definierten Kulturpflanzenbereichen vorhergehend erfasster Bildinformationen der landwirtschaftlichen Fläche mittels der Recheneinheit. Hierbei umfassen die definierten Kulturpflanzenbereiche der vorhergehend erfassten Bildinformationen bevorzugt dieselbe zumindest eine identifizierte Pflanzenreihe bzw. vorhergehend erfasste Abschnitte derselben Pflanzenreihe. Demnach handelt es sich bei den vorhergehend erfassten Bildinformationen bevorzugt um unmittelbar zuvor erfasste Bildinformationen mittels der Bilderfassungseinheit, insbesondere während der gleichen Bewegung bzw. Überfahrt der Bilderfassungseinheit über der landwirtschaftlichen Fläche.
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Das Verfahren umfasst außerdem einen Schritt des Identifizierens der Pflanzen des definierten Kulturpflanzenbereiches mit Merkmalswerten, welche außerhalb eines definierten Häufigkeitsbereiches der Häufigkeitsverteilung liegen, um diese als Beikräuter in einer identifizierten Pflanzenreihe bzw. in dem die identifizierte Pflanzenreihe umfassenden Kulturpflanzenbereich zu identifizieren. Die Häufigkeitsverteilung ist bevorzugt eine Verteilung der absoluten Häufigkeit der Merkmalswerte für das zumindest eine Pflanzenmerkmal. Es ist jedoch möglich, dass die Häufigkeitsverteilung eine relative Häufigkeit ist, bspw. bezogen auf die Summe von 300 Pflanzenobjekten.
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Es ist vorteilhaft, wenn der definierte Häufigkeitsbereich der Häufigkeitsverteilung mit steigender Anzahl vorhergehend erfasster Bildinformationen oder einer definierten Anzahl unmittelbar vorhergehend erfasster Bildinformationen während des Verfahrens, insbesondere während einer Bewegung der optischen Erfassungseinheit über der landwirtschaftlichen Fläche dynamisch angepasst wird. Es ist ferner vorteilhaft, wenn der Häufigkeitsbereich der Häufigkeitsverteilung in Abhängigkeit von einem Mittelwert oder Median der Merkmalswerte für das zumindest eine Pflanzenmerkmal definiert wird, insbesondere diesen mit umfasst. Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn ein unterer Häufigkeitsschwellenwert und/oder ein oberer Häufigkeitsschwellenwert des Häufigkeitsbereichs der Häufigkeitsverteilung in Abhängigkeit von dem Mittelwert oder Median, insbesondere von definierten Prozentwerten des Mittelwerts oder Medians definiert wird/werden. Die Häufigkeitsschwellenwerte bzw. die jeweiligen definierten Prozentwerte können manuell eingebbar oder automatisiert ermittelt werden. Die Häufigkeitsschwellenwerte bzw. die jeweiligen definierten Prozentwerte können bspw. von der Art und/oder der Gattung und/oder dem Wachstumsstadium und/oder der Streuung der Fläche/Größe der Nutzpflanzen abhängen.
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D.h., mit anderen Worten, dass sich der definierte Häufigkeitsbereich in seiner Breite und/oder Position dynamisch während der Feldüberfahrt ändert, denn es fließen stets neue Merkmalswerte neuer Bildinformationen in die Häufigkeitsverteilung mit ein. Ferner fallen bevorzugt (alte) Merkmalswerte alter Bildinformationen heraus, bspw., wenn lediglich eine definierte konstante Anzahl an aktuellen Bildinformationen berücksichtigt wird, sodass sich die Häufigkeitsschwellenwerte den neusten Gegebenheiten auf der landwirtschaftlichen Fläche anpassen. Somit können mit einfachen statistische Auswertungen, wie bspw. der Bestimmung des Medians oder Mittelwerts und einer optionalen Eliminierung von Ausreißern nach unten und oben Häufigkeitsschwellenwerte definiert werden, welche die Pflanzen basierend auf dem Pflanzenmerkmal, bspw. der Fläche bzw. Größe aufteilen. Wenn die Häufigkeitsschwellenwerte auf parametrisierbaren Prozentwerten bezogen auf den Median oder Mittelwert basieren, ergeben sich im Falle der Fläche ein niedrigerer unterer Flächenhäufigkeitsschwellenwert für ein kleines Beikraut, das wesentlich kleiner als die Kulturpflanzen ist, und eine höherer Flächenhäufigkeitsschwellenwert für sehr großes Beikraut. Zwischen diesen beiden Häufigkeitsschwellenwerten sind dann die eigentlichen Kulturpflanzen vertreten. Durch diese Maßnahme ist das Verfahren sehr flexible, da die Häufigkeitsschwellenwerte für die Identifizierung in Echtzeit und individuell auf jedem Feld oder Feldabschnitt anhand der vorkommenden Pflanzen in der Reihe in den letzten, bspw. 300 Bildinformationen bzw. Bildern (Historie) angepasst werden.
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Es ist außerdem vorteilhaft, wenn das Verfahren einen Schritt des Klassifizierens der identifizierten Beikräuter in der identifizierten Pflanzenreihe in eine Pflanzenklasse, insbesondere eine Beikrautklasse mittels der Recheneinheit umfasst. Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn zunächst ein Schritt des Klassifizierens der, d.h. aller identifizierten Pflanzen des definierten Kulturpflanzenbereiches in eine erste Pflanzenklasse, insbesondere eine Kulturpflanzenklasse vorgesehen ist, und anschließend ein Schritt des Reklassifizierens der identifizierten Beikräuter in der definierten Pflanzenreihe des definierten Kulturpflanzenbereiches in eine von der ersten Pflanzenklasse verschiedene zweite Pflanzenklasse, insbesondere eine Beikrautklasse mittels der Recheneinheit vorgesehen ist. D.h., mit anderen Worten, dass zunächst per Definition alle Pflanzen in dem Kulturpflanzenbereich als Objekte derselben Klasse angesehen bzw. derselben Klasse zugeordnet werden, bspw. der Klasse „Kulturpflanzen“, und anschließend fehlklassifizierte Beikräuter innerhalb der Pflanzenreihen identifiziert und richtig reklassifiziert werden.
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Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn das Verfahren einen Schritt des Ansteuerns einer landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine, insbesondere eines landwirtschaftlichen Arbeitswerkzeugs einer landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine, insbesondere einer Spritzvorrichtung einer Feldspritze, in Abhängigkeit von den identifizierten Beikräutern in der identifizierten Pflanzenreihe umfasst. Hierdurch ermöglich das Verfahren, gezielt Beikräuter in den Pflanzenreihen zu bekämpfen bzw. zu regulieren.
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Die Recheneinheit ist bzw. die Recheneinheiten sind zur Bildverarbeitung ausgebildet bzw. eingerichtet, sodass sie Berechnungsschritte bzw. Bildverarbeitungsschritte zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführen kann. Demnach weist jede Recheneinheit eine entsprechende Bildverarbeitungssoftware auf. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten bspw. elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.
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Demnach kann das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware in der Recheneinheit bzw. einem Steuergerät implementiert sein.
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Die Recheneinheit kann vollständig oder teilweise an der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine angeordnet bzw. in diese integriert sein. Die Recheneinheit kann jedoch auch vollständig oder teilweise extern, bspw. in einer Cloud integriert sein. Die Recheneinheit kann somit auch auf verschiedene, bspw. mobile und stationäre Einheiten aufgeteilt sein.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
- 1 eine Bildinformation bzw. ein Bild eines erfassten Feldabschnitts;
- 2 eine Historie von Pflanzen aus zuvor erfassten Bildinformationen mit ihrer Fläche; und
- 3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt eine Bildinformation bzw. ein Bild 10 eines mittels einer (nicht gezeigten) optischen Erfassungseinheit bzw. Kamera erfassten Feldabschnitts 12 einer landwirtschaftlichen Fläche mit Pflanzen 14. Hierbei umfassen die Pflanzen 14 Kulturpflanzen 16 und Beikräuter 18.
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Wie aus 1 ersichtlich, wurden nach dem Erfassen der Pflanzen 14 (unter Verwendung des roten Farbanteils und/oder Infrarotanteils und einer Pflanzenabstandsinformation) in dem Feldabschnitt 12 Pflanzenreihen 20 mittels einer (nicht gezeigten) Recheneinheit identifiziert. Die Identifizierung der Pflanzenreihen 20 ist hierbei durch Einpassung von geradliniger Pflanzenreihenmittelpunktlinien 22 in Bildtrajektorien mit dem höchsten NDVI Wert (Differenz rot zu NIR) der Pflanzen 14 erfolgt.
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Wie weiter aus 1 ersichtlich, wurde ein Kulturpflanzenbereich 24, welcher die identifizierten Pflanzenreihen 20 umfasst, mittels der Recheneinheit definiert. Der Kulturpflanzenbereich 24 ist schlauchförmig ausgebildet und weist eine definierte konstanten Breite um die jeweilige Pflanzenreihenmittelpunktlinie 22 auf. Der Kulturpflanzenbereich 24 umfasst hierbei nicht den gesamten Pflanzenkörper der Pflanzen 14 der Pflanzenreihen 20.
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Anschließend wurden Merkmalswerte für ein Pflanzenmerkmal, welches im gezeigten Ausführungsbeispiel die Fläche der Pflanzen 14 des definierten Kulturpflanzenbereiches 24 mittels der Recheneinheit ermittelt und mit einer Häufigkeitsverteilung, d.h. einer Historie von Flächen von Pflanzen aus dieselbe Pflanzenreihe 20 umfassenden definierten Kulturpflanzenbereichen 24 vorhergehend erfasster Bildinformationen 10 der landwirtschaftlichen Fläche 10 mittels der Recheneinheit verglichen. Die Flächen wurde hierbei in Pixel ermittelt, sodass der Merkmalswert eine Pixelanzahl der Fläche ist.
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In 2 ist die Häufigkeitsverteilung bzw. Historie anhand eines Liniendiagramms mit einer Kurve 26 dargestellt, welche stets dynamisch aufgrund neuer Bildinformationen 10 angepasste wurde. Hierbei ist auf der Abszisse die Anzahl der Pflanzen 14 und auf der Ordinate die Fläche in Pixel aufgetragen. Wie ferner aus 2 ersichtlich, wurde in der Häufigkeitsverteilung ein Häufigkeitsbereich 28 mit einem unteren Häufigkeitsschwellenwert 30 und einem oberen Häufigkeitsschwellenwert 32 definiert. Die Häufigkeitsschwellenwerte 30, 32 wurden hierbei in Abhängigkeit von dem Mittelwert 34 bzw. von definierten Prozentwerten des Mittelwerts 34 definiert.
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Um nun die Beikräuter 18 in der identifizierten Pflanzenreihe 20, d.h. in dem die identifizierte Pflanzenreihe 20 umfassenden Kulturpflanzenbereich 24 zu identifizieren, wurden schließlich diejenigen Pflanzen 14 des definierten Kulturpflanzenbereiches 24 identifiziert, welche eine Flächen aufweisen, welche außerhalb des definierten Häufigkeitsbereiches 28 der Häufigkeitsverteilung liegen. Demnach wurden alle Pflanzen 14 mit einer Fläche unterhalb des unteren Häufigkeitsschwellenwerts 30, d.h. im Bereich 34, und mit einer Fläche oberhalb des Häufigkeitsschwellenwerts 32, d.h. im Bereich 36, als Beikräuter 18 identifiziert bzw. klassifiziert. Alle restlichen Pflanzen 14 mit einer Fläche größer oder gleich dem unteren Häufigkeitsschwellenwert 30 und kleiner oder gleich dem oberen Häufigkeitsschwellenwert 32 wurden als Kulturpflanzen 16 identifiziert bzw. klassifiziert.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des hier vorgestellten Ansatzes als Verfahren 100 zum Identifizieren von Beikräutern 18 in einer identifizierten Pflanzenreihe 20 einer landwirtschaftlichen Fläche. Das Verfahren 100 umfasst einen Schritt des Empfangens 102 einer Bildinformation 10 von einem mittels einer optischen Erfassungseinheit erfassten Feldabschnitt 12 einer landwirtschaftlichen Fläche mit Pflanzen 14, 16, 18. Das Verfahren 100 umfasst ferner einen Schritt des Identifizierens 104 von zumindest einer Pflanzenreihe 20 in der Bildinformation 10 unter Verwendung der Pflanzen 14, 16, 18 mittels einer Recheneinheit. Das Verfahren 100 umfasst außerdem einen Schritt des Definierens 106 eines die zumindest eine identifizierte Pflanzenreihe 20 umfassenden Kulturpflanzenbereiches 24 unter Verwendung der zumindest einen identifizierten Pflanzenreihe 20 in der Bildinformation 10 mittels der Recheneinheit. Das Verfahren 100 umfasst des Weiteren einen Schritt des Ermittelns 110 von Merkmalswerten für zumindest ein Pflanzenmerkmal von Pflanzen 14, 16, 18 des definierten Kulturpflanzenbereiches 24 in der Bildinformation 10 mittels der Recheneinheit. Das Verfahren 100 umfasst ferner einen Schritt des Vergleichens 112 der ermittelten Merkmalswerte für das zumindest eine Pflanzenmerkmal mit einer Häufigkeitsverteilung von Merkmalswerten für das zumindest eine Pflanzenmerkmal von Pflanzen 14, 16, 18 aus definierten Kulturpflanzenbereichen 24 vorhergehend erfasster Bildinformationen 10 der landwirtschaftlichen Fläche mittels der Recheneinheit. Das Verfahren 100 umfasst außerdem einen Schritt des Identifizierens 114 der Pflanzen 14 des definierten Kulturpflanzenbereiches 24 mit Merkmalswerten, welche außerhalb eines definierten Häufigkeitsbereiches 28 der Häufigkeitsverteilung liegen, um diese als Beikräuter 18 in einer identifizierten Pflanzenreihe 20 zu identifizieren.
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Der Weiteren umfasst das Verfahren 100 einen optionalen Schritt des Klassifizierens 108 der identifizierten Pflanzen 14, 16, 18 des definierten Kulturpflanzenbereiches 24 in eine erste Pflanzenklasse, insbesondere eine Kulturpflanzenklasse, und einen weiteren optionalen Schritt des Reklassifizierens 116 der identifizierten Beikräuter 18 in der definierten Pflanzenreihe 20 des definierten Kulturpflanzenbereiches 24 in eine von der ersten Pflanzenklasse verschiedene zweite Pflanzenklasse, insbesondere eine Beikrautklasse mittels der Recheneinheit.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017210804 A1 [0002]
