DE19858168A1

DE19858168A1 - Vorrichtung und Verfahren zur berührungslosen Ermittlung des Pflanzenbewuchses eines Feldabschnittes

Info

Publication number: DE19858168A1
Application number: DE1998158168
Authority: DE
Inventors: Andreas Hilker
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-12-16
Filing date: 1998-12-16
Publication date: 2000-06-29
Anticipated expiration: 2018-12-17
Also published as: DE19858168B4

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur berührungslosen Ermittlung des Pflanzenbewuchses eines Feldabschnittes. Die Vorrichtung umfasst eine einen Lichtstrahl (48) aussendende Lichtquelle (44), einen eine optische Achse aufweisenden Bildaufnehmer (42) und eine elektronische Auswerteeinheit, wobei der Lichtstrahl (48) zur optischen Achse des Bildaufnehmers (42) einen Winkel alpha zwischen 5 DEG und 85 DEG , vorzugsweise 45 DEG , bildet. Eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ermittlung des Pflanzenbewuchses eines Feldabschnittes zu schaffen, welche kostengünstig herstellbar und einsetzbar sind und mit dem sowohl in Reihe als auch durcheinander angeordnete Pflanzen erkannt werden, wird dadurch erreicht, dass der Bildaufnehmer (42) derart auf den Ackerboden (26) ausgerichtet ist, dass der Bildaufnehmer (42) einen vorbestimmten Feldabschnitt (52) optisch erfasst und dass die Lichtquelle (44) derart angeordnet ist, dass der Lichtstrahl (48) innerhalb dieses Feldabschnittes (52) auf den Ackerboden (26) auftrifft, sofern kein Pflanzenbewuchs vorliegt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Berührungslosen Ermittlung des Pflanzenbewuchses eines Feldabschnittes. Eine derartige Vorrichtung wird nachfolgend als Ackersensor bezeichnet. Dieser Ackersensor umfasst eine einen Lichtstrahl aussendende Lichtquelle mit einem eine optische Achse aufweisenden Bildaufnehmer und mit einer elektronischen Auswerteeinheit, wobei der Lichtstrahl zur optischen Achse des Bildaufnehmers einen Winkel α zwischen 5° und 85°, vorzugsweise von 45° bildet.

Aus der DE 195 30 356.3 ist ein Ackersensor bekannt, dessen Sender einen Lichtstrahl auf den Stiel einer dykotilen Pflanze ausstrahlt und dessen Empfänger den von der Pflanze reflektierten Teil des Lichtstrahles wieder erfasst. Dabei sind der Sender und der Empfänger in einem spitzen Winkel zueinander angeordnet. Die Erkennung der Pflanze erfolgt dann über das Reflexionsmuster des von der Pflanze reflektierten Lichtes. Mit einer derartigen Vorrichtung kann zwar die Art der Pflanze erkannt werden, es ist jedoch nur bedingt möglich über die Anzahl und die Größe der Pflanze Informationen zu erhalten.

Aus der DE 40 04 247 und aus der DE 42 20 913 sind Vorrichtungen und Verfahren zur Ermittlung des Pflanzenbewuchses eines Feldabschnittes bekannt, bei denen eine Lichtquelle und ein Bildaufnehmer derart auf ein und derselben optischen Achse angeordnet sind, dass die zu erwartende Pflanze zwischen der Lichtquelle und dem Bildaufnehmer angeordnet ist. In beiden Fällen wird über das Ankommen des Lichtstrahles im Bildaufnehmer auf das Vorhandensein einer Pflanze geschlossen. Hierdurch muss die Vorrichtung rechts und links bzw. oberhalb und unterhalb der Pflanze geführt werden, so dass die Vorrichtung sehr viel Platz wegnimmt und über sehr kostenaufwendige Haltevorrichtungen befestigt werden muss. Hiermit können nur in einer Reihe angeordnete Pflanzen ermittelt werden, nicht jedoch etwaiges Unkraut oder wild angeordnete Pflanzen.

Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ermittlung des Pflanzenbewuchses eines Feldabschnittes zu schaffen, welche kostengünstig herstellbar und einsetzbar sind und mit dem sowohl in Reihe als auch durcheinander angeordnete Pflanzen erkannt werden.

Als technische Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschla gen die eingangs genannte Vorrichtung dahingehend weiterzubilden, dass der Bildaufnehmer derart auf den Ackerboden ausgerichtet ist, dass der Bildaufnehmer einen vorbestimmten Feldabschnitt optisch erfasst und dass die Lichtquelle derart angeordnet ist, dass der Lichtstrahl innerhalb dieses Feldabschnittes auf den Ackerboden auftrifft, sofern kein Pflanzenbewuchs vorliegt.

Eine nach dieser technischen Lehre ausgebildete Vorrichtung hat den Vorteil, dass die Lichtquelle und der Bildaufnehmer die Pflanzen aus verschiedenen Blickwinkeln betrachten, so dass bei Vorhandensein einer Pflanze der Lichtstrahl entweder nicht auf dem Ackerboden ankommt, weil er auf das Blatt oder einen anderen Bestandteil Pflanze trifft oder aber weil der Bildaufnehmer den auf dem Ackerboden angekommenen Lichtstrahl nicht erkennt, weil dieser vom Stengel, vom Blatt oder einem anderen Bestandteil der Pflanze abgedeckt wird. Folglich kann die Vorrichtung aus der Tatsache, ob der Lichtstrahl erkannt wird oder nicht, Rückschlüsse auf das Vorhandensein der Pflanze ziehen. Durch mehrfaches Wiederholen dieses Vorganges kann dann nicht nur ein einzelner Punkt auf dem Acker, sondern eine größere Linie bzw. Fläche ausgewertet werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Bildaufnehmer vertikal über dem zu erfassenden Feldabschnitt angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass die Pflanze hierdurch mit Ihrer gesamten Größe vom Bildaufnehmer erkannt wird, was zu einem besonders deutlichen Erkennungseffekt führt.

In einer anderen, besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Bildaufnehmer infrarotsensitiv ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass zwischen den Pflanzen befindliche Tiere erkannt werden und gegebenenfalls Vorsichtsmaßnahmen eingeleitet werden können.

In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform ist der Winkel α einstellbar. Dies hat den Vorteil, dass je nach Art und Größe der Pflanze der Winkel α mehr oder weniger groß eingestellt werden kann. Hiermit ist eine Anpassung des Ackersensors auf die individuellen Gegebenheiten möglich.

In noch einer anderen, bevorzugten Ausführungsform weist die elektronische Auswerteeinheit eine Taste zur Speicherung des eingestellten Wertes als Sollwert auf. Hierdurch kann beispielsweise die vom Detektor erfasste Helligkeit vor Beginn der Messung als Sollwert gespeichert werden. Außerdem wäre es möglich, hierdurch die einmal eingestellte Höhe des Ackersensors über dem Boden zu erfassen und zu speichern. Einzelheiten hierzu werden in einem späteren Abschnitt beschrieben.

In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Bildaufnehmer als lichtintensitätsempfindlicher Detektor. Ein solcher Detektor ist kostengünstig herzustellen und kann die Lichtintensität erfassen. Insbesondere ist er in der Lage, das Vorhandensein des Lichtstrahles auf dem Ackerboden aufgrund der erhöhten Lichtintensität zu erkennen.

In noch einer bevorzugten Ausführungsform ist die Lichtquelle derart angeordnet, dass der Lichtstrahl an derselben Stelle auf den Ackerboden auftrifft, an der auch die optische Achse des Bildaufnehmers auf dem Ackerboden auftrifft, sofern kein Pflanzenbewuchs vorliegt. Dies hat den Vorteil, dass die optische Achse und der Lichtstrahl auf dem Ackerboden zusammentreffen, so dass der Lichtstrahl stets vom Bildaufnehmer erfasst wird, auch wenn auf dem Ackerboden ein Maulwurfshügel oder eine andere Unebenheit vorhanden ist. Ein Auswandern des Lichtstrahles aus dem Blickfeld des Bildaufnehmers ist quasi nicht möglich.

In einer ganz anderen, bevorzugten Ausführungsform ist der Lichtquelle eine Kollimatoroptik nachgeschaltet, die den Lichtstrahl zu einem Lichtfächer aufweitet, der auf dem Ackerboden eine Lichtlinie abbildet.

Diese Lichtlinie ist vorzugsweise quer zur Fahrtrichtung ausgerichtet. Hierdurch ist es möglich den zu untersuchenden Feldabschnitt mit einer einzigen Lichtquelle und einem einzigen Bildaufnehmer in seiner gesamten Breite zu erfassen.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist der Bildaufnehmer als eine Matrixpunkte aufweisende Kamera mit photosensitiven Sensoren, insbesondere als CCD Kamera ausgebildet. Hierdurch ist es möglich einzelne Punkte des zu erfassenden Feldabschnittes zu erkennen, da diese Kamera im Zeilen und Spalten unterteilte photosensitive Sensoren beinhaltet, wobei jeder einzelne photosensitive Sensor einen einzelnen Matrixpunkt bildet. Die isolierte Messung des einzelnen Matrixpunktes auf Vorhandensein eines Lichtstrahles oder nicht ermöglicht eine präzisierte Aussage über den Standort und die Größe der vorhandenen Pflanzen.

Als weitere Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird ein Verfahren zur berührungslosen Ermittlung des Pflanzenbewuchses eines Feldabschnittes vorgeschlagen, welches die in Anspruch 11 genannten Schritte (a) bis (g) umfasst.

Ein derartiges Verfahren hat den Vorteil, dass mit einer kostengünstigen Vorrichtung isolierte Informationen über das Vorhandensein einer Pflanze erhalten werden können. Durch Wiederholen dieser Schritte (a) bis (e) zu nachfolgenden Zeitpunkten erhält man Angaben über Anzahl und Größe der Pflanze, da die nacheinander ausgesendeten Lichtstrahlen quasi eine Linie in Fahrtrichtung des Traktors auf dem Ackerboden abbilden. Zwar kann mit einer derartigen Vorrichtung nur eine einzelne Linie erfasst werden, jedoch kann durch das nebeneinander Anordnen mehrerer dieser Vorrichtungen auch eine Aussage über eine bestimmten Feldabschnitt geschaffen werden. Dabei ist es vorteilhaft die Anzahl dieser Vorrichtungen je nach Art und Größe der Pflanze auszuwählen.

Als noch eine weitere Lösung der obengenannten Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur berührungslosen Ermittlung des Pflanzenbewuchses eines Feldabschnittes vorgeschlagen, welches die in Anspruch 12 genannten Schritte (h) bis (m) aufweist. Hierbei wird die auf dem Ackerboden abgebildete Lichtlinie durch beispielsweise die CCD Kamera erfasst, die für jeden einzelnen Matrixpunkt wahrnehmen kann, ob ein Lichtpunkt vorhanden ist oder nicht. Diese erkannten Lichtpunkte können dann ausgewertet werden, so dass die Position und zumindest die Breite der Pflanze festgestellt werden kann.

In einer bevorzugten Weiterbildung dieses Verfahrens werden die Schritte (h) bis (m) zu nachfolgenden Zeitpunkten wiederholt, so dass durch Hintereinanderreihen dieser Informationen ein flächenhaftes Bild des zu untersuchenden Feldabschnittes erstellt werden kann, so dass die Position und die gesamte Größe der Pflanze erkannt werden kann. Hieraus können dann wiederum Rückschlüsse auf die Art der Pflanze gezogen werden, das heißt ob es sich hierbei um Unkraut oder um eine Nutzpflanze handelt.

Ein Vorteil der Erfindung ist, dass ein relativ schwacher Laser (z. B. Schutzklasse II) verwendet wird. Dieser darf (vgl. Laserpointer) im Freien verwendet werden. Er ist stromsparend.

Als noch eine andere Lösung der oben genannten Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Ermittlung der momentanen Höhe des Aktors über dem Ackerboden vorgeschlagen, welches die in Anspruch 14 genannten Schritte (p) bis (u) umfasst.

Dieses Verfahren hat den Vorteil mit ein und demselben Ackersensor nicht nur die Pflanzendichte, sondern auch die Höhe des Aktors, beispielsweise der Spritzanlage, über dem Boden festgestellt werden kann. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn durch eine unterschiedliche Höhe die zu spritzende Flüssigkeit entweder nicht oder in einer falschen Dosierung bei der gewünschten Pflanze ankommt. Eine zu große Abweichung der Höhe des Aktors vom Ackerboden muss dann vom Bediener korrigiert werden. Dieses Verfahren zur Ermittlung der momentanen Höhe des Aktors über dem Ackerboden hat den Vorteil, dass zu Beginn der Messung die vorhandene Lichtlinie einen Logikwert I in bestimmten Matrixpunkten erzeugt. Ändert sich nun die Höhe des Ackersensors über dem Ackerboden, so wandert die Lichtlinie von den bekannten Matrixpunkten zu anderen, da der Bildaufnehmer und die Lichtquelle in einem spitzen Winkel zueinander angeordnet sind. Diese Wanderung der Lichtlinie ist proportional zur Höhenänderung und kann durch die elektronische Auswerteeinheit ausgewertet werden.

In einer bevorzugten Weiterbildung der zuvor genannte Verfahren wird der Lichtstrahl taktweise, vorzugsweise mit einer Taktfrequenz von 50 Hz, ausgesendet. Dies führt zur einer Senkung des Energiebedarfes.

In einer bevorzugten Weiterbildung wird der Bildaufnehmer der Frequenz des Lichtstrahls synchronisiert und ebenfalls taktweise betrieben, was zu einer weiteren Stromersparnis führt.

In einer weiteren ganz bevorzugten Ausführungsform wird der Bildauf nehmer mit der doppelten Frequenz betrieben, so dass der Bildaufnehmer mehr Auswertungen als ausgesendete Lichtstrahlen vornimmt. Das heißt zu einem bestimmten Zeitpunkt misst der Bildaufnehmer lediglich die Umgebungshelligkeit und kann diesen Wert als Sollwert speichern. Im nächsten Moment wird dann ein Lichtstrahl ausgesendet und der Bildaufnehmer erfasst die Helligkeit erneut. Ist die Helligkeit erhöht, so wird der Logikwert I abgespeichert, ist die Helligkeit nicht erhöht so wird kein oder der Logikwert 0 abgespeichert. Durch die momentane und fortlaufende Kalibrierung des Bildaufnehmers können hierdurch exakte und fehlerfreie Messungen durchgeführt werden, was zu einer sehr präziesen Ermittlung des Pflanzenbewuchses des zu untersuchenden Feldabschnittes führt.

Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Ackersensors ergeben sich aus der beigefügten Zeichnung und den nachfolgend beschriebenen Ausführungs formen. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln oder in beliebigen Kombinationen miteinander verwendet werden. Die erwähnten Aus führungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Traktors mit angehängter Spritzvor richtung und daran befestigtem Ackersensor;

Fig. 2 eine vergrößerte Detaildarstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ackersensors;

Fig. 3 eine Prinzipskizze des Messverfahrens des Ackersensors gemäß Fig. 2 zu einem ersten Zeitpunkt;

Fig. 4 eine Prinzipskizze des Messverfahrens des Ackersensors gemäß Fig. 2 zu einem zweiten Zeitpunkt;

Fig. 5 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ackersensors einschließlich einer Prinzipskizze des erfindungsgemäßen Messverfahrens.

Fig. 1 zeigt einen Traktor 10 mit einem daran angehängten, eine Spritzvorrichtung tragenden Anhänger 12, wobei die Spritzvorrichtung einen Tank 14 und mehrere, das Spritzmedium ausgebende Aktoren 16 umfasst. Am Anhänger 12 ist im Bereich der Aktoren 16 ein Ackersensor 18 vorgesehen, der die Größe des Pflanzenbewuchses, die Art der Pflanze (Unkraut oder Nutzpflanze), die Position der Pflanze und die Höhe des Aktors 16 über dem Ackerboden ermittelt, so dass aus diesen Informationen eine hier nicht näher dargestellte elektronische Auswerteeinheit die Menge des jeweils momentan zu spritzenden Spritzgutes ermitteln kann.

In den Fig. 2, 3 und 4 ist die Funktionsweise einer ersten Ausführungs form eines erfindungsgemäßen Ackersensors näher beschrieben. Dieser Ackersensor 18 umfasst einen als Detektor 20 ausgebildeten Bildaufnehmer, der die Lichtintensität in seinem Erfassungsbereich misst und eine als Laserdiode 22 ausgebildete Lichtquelle, die einen Laser- Lichtstrahl 24 auf den Ackerboden 26 aussendet. Der Detektor 20 ist so angeordnet, dass er einen definierten Feldabschnitt erfasst, wobei die optische Achse 28 des Detektors 20 einen Winkel α zwischen 5° und 85° mit dem Lichtstrahl 24 einschließt. Sowohl der Detektor 20 als auch die Laserdiode 22 sind verschieblich und verschwenkbar am Anhänger 12 gehalten, so dass durch entsprechendes Verschieben und Verdrehen vom Detektor 20 und von der Laserdiode 22 oder von beiden gemeinsam der Winkel α individuell, d. h. je nach der momentanen Situation auf dem Feld eingestellt werden kann. In Fig. 2 beträgt der Winkel α circa 15°, während der Winkel α in den Fig. 3 und 4 etwa 60° beträgt.

Der hier dargestellte Ackersensor 18 sendet mit einer Frequenz von 50 Hz Laser-Lichtstrahlen 24 aus, wie dies in den Fig. 3 und 4 zu erkennen ist. Im gleichen Takt erfasst der Detektor 20 den zu untersuchenden Feldabschnitt.

Nachfolgend wird die Funktionsweise dieser ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ackersensors wie folgt näher beschrieben:
Der lichtintensitätsempfindliche Detektor 20 wird so ausgerichtet, dass er einen vorbestimmten Feldabschnitt erfasst. Die optische Achse 28 des Detektors 20 fällt dabei in einem bestimmten Winkel kleiner als 90° auf den Ackerboden 26. In einer hier nicht dargestellten, bevorzugten Ausführungsform ist der Detektor jedoch so angeordnet, dass die optische Achse lotrecht auf den Ackerboden auftrifft. In einer anderen, hier ebenfalls nicht dargestellten Ausführungsform sind am Anhänger 12 mehrere Acker sensoren 18 angebracht, so dass die gesamte Breite des zu bearbeitenden Feldes erfasst werden kann.

Die Laserdiode 22 sendet ihre Lichtstrahlen 24 ebenfalls in einem Winkel kleiner als 90° auf den Ackerboden 26, wobei der Winkel α zwischen der optischen Achse 28 und dem Laserstrahl 24 zwischen 5° und 85°, in Fig. 3 bei circa 60° liegt. In der in Fig. 3 abgebildeten Ausführungsform treffen die optische Achse 28 und der Lichtstrahl 24 genau an der Oberfläche des Ackerbodens 26 aufeinander. Für den Fall, dass keine Pflanze 30 den Strahlengang behindert, kann der Detektor 20 den am Ackerboden 26 auftreffenden Lichtstrahl 24 dadurch erkennen, dass zu diesem Zeitpunkt eine erhöhte Lichtintensität vorherrscht. Die Fig. 4 zeigt den Ackersensor zu einem späteren Zeitpunkt. In diesem Fall kann der Detektor 20 den auf dem Ackerboden 26 auftreffenden Lichtstrahl 24 nicht wahrnehmen, da dieser durch die Pflanze 30 verdeckt ist. In diesem Falle nimmt der Detektor 20 keine erhöhte Lichtintensität wahr.

Für den Fall, das heißt, in dem Zeitpunkt, in dem der Detektor 20 eine erhöhte Lichtintensität wahrnimmt (siehe Fig. 3), wird in der elektrischen Auswerteeinheit ein Logikwert I abgespeichert. Für den Zeitpunkt, in dem der Detektor 20 keine erhöhte Lichtintensität wahrnimmt (siehe Fig. 4), wird in der elektronischen Auswerteeinheit ein Logikwert 0 abgespeichert. Durch Vergleich der Anzahl der vorhandenen Logikwerte I mit der Anzahl der durchgeführten Messungen (Zeitpunkte) erhält man dann einen prozentualen Bedeckungsgrad und kann hieraus Rückschlüsse darüber erhalten, ob es sich um eine Nutz- oder eine Unkrautpflanze handelt.

Da in der Praxis die Nutzpflanzen in der Regel in einer geradlinigen Reihe gepflanzt werden, wäre beispielsweise die Erfassung rechts und links neben der Pflanze ausreichend, um eine Information über den Unkrautbedeckungs grad zu erhalten. Das heißt, die in diesem Bereich erfassten Pflanzen sind immer Unkrautpflanzen und je nach fortschreitendem Wachstum dieser Unkrautpflanzen kann die Spritzflüssigkeit entsprechend dosiert werden.

In einer hier nicht dargestellten, bevorzugten Ausführungsform arbeitet der Detektor 20 mit einer Taktfrequenz, die doppelt so hoch ist wie die Frequenz der Laserdiode 22. Das heißt, der Bildaufnehmer misst zunächst die momentan vorhandene Lichtintensität, das heißt, die Helligkeit aufgrund des Umgebungslichtes, speichert diese Lichtintensität als sogenannten Sollwert und vergleicht diesen Sollwert mit der im nächsten Takt gemessenen Lichtintensität. Durch eine derartig häufige Kalibrierung des Ackersensors werden möglicherweise auftretende Fehlmessungen, die beispielsweise aufgrund von Wolkenbildung oder Schattenwurf entstehen, vermieden.

In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Acker sensors 40 dargestellt, der eine CCD-Kamera 42 und eine Laserdiode 44 umfasst. Dieser Laserdiode 44 ist eine Kullimatoroptik 46 vorgeschaltet, die den aus der Laserdiode 44 austretenden Lichtstrahl zu einem Lichtfächer 48 ausweitet, der auf dem Ackerboden 26 eine Lichtlinie 50 abbildet. Im Übrigen beträgt auch hier der Winkel α zwischen der Laserdiode 44 und der optischen Achse der CCD-Kamera 42 zwischen 5° und 85°.

Der CCD-Chip der Kamera 42 umfasst eine Vielzahl von fotosensitiven Sensoren, die in Reihen und Spalten angeordnet sind. Dieser derartig in verschiedene Matrixpunkte aufgeteilte CCD-Chip ist in der Lage, für jeden fotosensitiven Sensor die vorhandene Lichtintensität zu messen. Folglich ist diese CCD-Kamera 42 in der Lage, innerhalb des von ihr erfassten Feldabschnittes nicht nur Helligkeitspunkte festzustellen, sondern auch deren Position zu bestimmen.

Die Funktionsweise der hier in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform wird nachfolgend wie folgt beschrieben:
Die CCD-Kamera 42 umfasst einen vorbestimmten Feldabschnitt 52, der in mehrere Reihen 54 und Spalten 56 entsprechend der Anzahl und Anordnung der fotosensitiven Sensoren unterteilbar ist. Aufgrund der vorbekannten Anordnung der CCD-Kamera 42 sind somit eine Vielzahl von Matrixpunkten innerhalb des zu untersuchenden Feldabschnittes 52 bekannt. Die von der Laserdiode 44 erzeugte Lichtlinie 50 wird je nach Pflanzenbewuchs ganz oder teilweise von der CCD-Kamera 42 erfasst. Analog zu dem oben beschriebenen Verfahren gibt es nun Matrixpunkte bzw. fotosensitive Sensoren, die eine erhöhte Lichtintensität wahrnehmen und andere, die aufgrund der Pflanzenabdeckung keine erhöhte Licht intensität wahrnehmen. Dabei kann die elektronische Auswerteeinheit über die Anzahl der erkannten Lichtpunkte und deren Anordnung entlang der Lichtlinie eine Aussage über das Vorhandensein einer Pflanze 30 machen. Gegebenenfalls kann man auch eine Aussage über die Art der Pflanze machen, das heißt, ob es sich hierbei um eine Nutzpflanze oder um Unkraut handelt. Durch Wiederholen dieser Messung zu nachfolgenden Zeitpunkten kann aus der linienhaften Erfassung auch eine flächenhafte Erfassung werden, die weitere Informationen über Zustand, Größe und Vorhandensein der Pflanzen ermöglichen.

Des Weiteren kann mit der Ausführungsform gemäß Fig. 5 die Höhe des Ackersensors 40 und somit die Höhe des Aktors 16 über dem Ackerboden 26 zu jeden beliebigen Zeitpunkt in Echtzeit bestimmt werden. Hierzu wird vor Arbeitsbeginn die Sollhöhe eingestellt und in der elektronischen Aus werteeinheit gespeichert. Hierzu wird in einem nicht bepflanzten Bereich des Ackerbodens 26 eine Lichtlinie 50 erzeugt und diejenigen Matrixpunkte, die nun eine erhöhte Lichtintensität messen, werden in der elektrischen Auswerteeinheit gespeichert. Ändert sich nun während der Bearbeitung die Höhe des Ackersensors 40 über dem Ackerboden 26, so wandert die Licht linie 50 aufgrund der schrägen Einstrahlung von den Soll-Matrixpunkten weg. Die momentane Abweichung der Ist-Matrixpunkte mit erhöhter Licht intensität von den Soll-Matrixpunkten ist ein Maß für Richtung und Größe der Höhenabweichung. Die jeweilige Umrechnung ist vom Einstrahlwinkel des Lichtfächers 48 abhängig und muss vor Arbeitsbeginn entsprechend eingegeben werden.

In ähnlicher Weise ist eine Schräglage des Spritzgestänges erkennbar, nämlich dann, wenn die Ist-Lichtlinie schräg zur Soll-Lichtlinie verläuft. Auch dies kann durch die elektronische Auswerteeinheit in analoger Weise festgestellt werden. Sobald die vorhandene Abweichung auftritt, kann die Dosierung des zu spritzenden Fluidums entsprechend angepasst werden oder der Bediener kann Korrekturmassnahmen einleiten.

Die Kalibrierung des Ackersensors 40 kann in einer hier nicht dargestellten Auführungsform analog zu dem oben beschriebenen Verfahren stattfinden, indem die Laserdiode 44 in einer bestimmten Frequenz getaktete Lichtfächer 48 ausstrahlt und indem die CCD-Kamera 42 mit der doppelten Frequenz Bilder aufnimmt, wobei die jeweils dazwischenliegenden Auf nahmen zur Kalibrierung der Umgebungshelligkeit herangezogen werden.

Beim Vorhandensein von Bodenkluten (Steine, Füße oder Erdklötze) in dem relevanten Feldabschnitt können Fehlmessungen auftreten, da auch bei Bodenkluten ähnlich wie bei Pflanzenbewuchs kein Lichtstrahl, d. h. der Logikwert 0 erkannt wird. In der Praxis jedoch sind die Bodenkluten deutlich größer als die Nutzpflanze oder das Unkraut, so daß beim Vorhandensein einer überdurchschnittlich großen Pflanze auf eine Bodenklute geschlossen werden kann. Durch eine entsprechende Software in der elektronischen Auswerteeinheit kann die Erkennung einer solchen Bodenklute auch automatisch erfolgen.

Dabei ist es vorteilhaft, den Grenzwert zwischen Pflanze und Bodenklute je nach Einsatzgebiet des Ackersensors individuell, d. h. vor Beginn des Arbeitseinsatz entsprechend den tatsächlich vorhandenen Pflanzen einzugeben. Hierdurch wird die Wahrscheinlichkeit einer Fehlinterpretation signifikant reduziert.

Bezugszeichenliste

10

Traktor

12

Anhänger

14

Tank

16

Aktor

18

Ackersensor

20

Detektor

22

Laserdiode

24

Lichtstrahl

26

Ackerboden

28

optische Achse

30

Pflanze

40

Ackersensor

42

CCD-Kamera

44

Laserdiode

46

Kollimatoroptik

48

Lichtfächer

50

Lichtlinie

52

Feldabschnitt

54

Reihe

56

Spalte

Claims

1. Vorrichtung zur berührungslosen Ermittlung des Pflanzenbewuchses eines Feldabschnittes mit einer einen Lichtstrahl (24, 48) aussendenden Lichtquelle (22, 44), mit einem eine optische Achse (28) aufweisenden Bildaufnehmer (20, 42) und mit einer elektronischen Auswerteeinheit, wobei der Lichtstrahl (24, 48) zur optischen Achse (28) des Bildaufnehmers (20, 42) einen Winkel α zwischen 5° und 85°, vorzugsweise von 45°, bildet, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildaufnehmer (20, 42) derart auf den Ackerboden (26) ausgerichtet ist, daß der Bildaufnehmer (20, 42) einen vorbestimmten Feldabschnitt optisch erfasst und dass die Lichtquelle (22, 44) derart angeordnet ist, dass der Lichtstrahl (24, 48) innerhalb dieses Feldabschnittes auf den Ackerboden (26) auftrifft, sofern kein Pflanzenbewuchs vorliegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildaufnehmer (20, 42) vertikal über dem zu erfassenden Feldabschnitt angeordnet ist, so daß die optische Achse (28) lotrecht auf den Ackerboden (26) auftrifft.

3. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildaufnehmer (20, 48) infrarotsensitiv ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel α einstellbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Auswerteeinheit eine Taste zur Speicherung des eingestellten Wertes als Sollwert aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildaufnehmer (20) ein lichtintensitätsempfindlicher Detektor ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (22) derart angeordnet ist, dass der Lichtstrahl (24) auf derselben Stelle auf den Ackerboden (26) auftrifft, an der auch die optische Achse (28) des Bildaufnehmers (20) auf dem Ackerboden (26) auftrifft, sofern kein Pflanzenbewuchs vorliegt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtquelle (44) eine Kollimatoroptik (46) nachgeschaltet ist, die den Lichtstrahl zu einer Lichtlinie (50) aufweitet.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtlinie (50) quer zur Fahrtrichtung ausgerichtet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildaufnehmer (42) als eine Matrixpunkte aufweisende Kamera mit photosensitiven Sensoren, insbesondere als CCD Kamera, ausgebildet ist.

11. Verfahren zur berührungslosen Ermittlung des Pflanzenbewuchses eines Feldabschnittes, insbesondere mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

a) Erfassen des zu untersuchenden Feldabschnittes durch den Bildaufnehmer (20);
b) Aussenden eines Lichtstrahles (24) in einem Winkel α zwischen 5° und 85°, vorzugsweise von 45°, zur optischen Achse (28) eines Bildaufnehmers (20) in den zu untersuchenden Feldabschnitt;
c) Messen der Lichtintensität im zu untersuchenden Feldabschnitt durch den Bildaufnehmer (20);
d) Bestimmen eines Logikwertes I oder 0 durch Vergleichen der ge messenen Lichtintensität mit dem gespeicherten Sollwert, wobei einer erhöhten Lichtintensität der Logikwert I zugeordnet wird;
e) Speichern des Logikwertes;
f) Wiederholen der Schritte (a) bis (e) zu nachfolgenden Zeitpunkten;
g) Vergleich Anzahl der Logikwerte I mit der Anzahl der gemessenen Zeitpunkte zur Bestimmung des relativen Pflanzenbewuchses.

12. Verfahren zur berührungslosen Ermittlung des Pflanzenbewuchses eines Feldabschnittes, insbesondere mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

a) Erfassen des zu untersuchenden Feldabschnittes (52) durch den Bildaufnehmer (42);
b) Aussenden einer Lichtlinie (50) in einem Winkel α zwischen 5° und 85°, vorzugsweise von 45°, zur optischen Achse eines Bildaufnehmers (42) in den zu untersuchenden Feldabschnitt (52);
c) Messen der Lichtintensität in jedem einzelnen Matrixpunkt im zu untersuchenden Feldabschnitt (52) durch den Bildaufnehmer (42);
d) Bestimmen eines Logikwertes I oder 0 durch Vergleichen der für jeden Matrixpunkt gemessenen Lichtintensität mit dem gespeicherten Sollwert, wobei einer erhöhten Lichtintensität der Logikwert I zugeordnet wird;
e) Speichern der Matrixpunkte mit einem Logikwert I oder der Anzahl der Logikwerte I;
f) Vergleich Anzahl der Logikwerte I mit der Anzahl der Matrixpunkte entlang der Lichtlinie (50) zur Bestimmung des relativen Pflanzenbewuchses.

13. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch die Schritte,

a) Wiederholen der Schritte (h) bis (m) zu nachfolgenden Zeitpunkten;
b) Vergleich Anzahl der Logikwerte I mit der Summe der gemessenen Matrixpunkte zur Bestimmung des relativen Pflanzenbewuchses.

14. Verfahren zur Ermittlung der momentanen Höhe des Aktors über dem Ackerboden, insbesondere mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

a) Erfassen des zu untersuchenden Feldabschnittes (52) durch den Bildaufnehmer (42);
b) Aussenden einer Lichtlinie (50) in einem Winkel α zwischen 5° und 85°, vorzugsweise von 45°, zur optischen Achse eines Bildaufnehmers (42) in den zu untersuchenden Feldabschnitt (52);
c) Messen der Lichtintensität in jedem einzelnen Matrixpunkt im zu untersuchenden Feldabschnitt (52) durch den Bildaufnehmer (42);
d) Bestimmen eines Logikwertes I oder 0 durch Vergleichen der für jeden Matrixpunkt gemessenen Lichtintensität mit dem gespeicherten Sollwert, wobei einer erhöhten Lichtintensität der Logikwert I zugeordnet wird;
e) Speichern derjenigen Matrixpunkte, in denen der Logikwert I ist als Ist-Matrixpunkt;
f) Vergleichen der Ist-Matrixpunkte mit den gespeicherten Soll- Matrixpunkten und Bestimmen der Höhenabweichung von der Sollhöhe anhand der Abweichung zwischen den Ist- und den Soll- Matrixpunkten.

15. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (b) bzw. (i) bzw. (q) der Lichtstrahl (24, 48) taktweise, vorzugsweise mit einer Taktfrequenz von 50 Hz, ausgesendet wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (c) bzw. (j) bzw. (r) der Bildaufnehmer (20, 42) den zu untersuchenden Feldabschnitt (52) taktweise misst, wobei der Bildaufnehmer (20, 42) mit dem Lichtstrahl (24) bzw. mit jeder Lichtlinie (50) synchronisiert ist.

17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (c) bzw. (j) bzw. (r) unterteilt ist in die folgenden Schritte:

1. (c1, j1, r1) der Bildaufnehmer (20, 42) misst den zu untersuchenden Feldabschnitt (52) taktweise mit der doppelten Frequenz, wobei der Bildaufnehmer (20, 42) in jedem Takt in dem kein Lichtstrahl (24, 48) ausgesendet wird die Umgebungshelligkeit misst;
2. (c2, j2, r2) Speichern der momentan gemessenen Umgebungs helligkeit als neuen Sollwert.