NL1013780C2 - Werkwijze en inrichting voor het detecteren van waterrijke objecten. - Google Patents

Description

Werkwijze en inrichting voor het detecteren van waterrijke objecten

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het detecteren van waterrijke objecten, zoals een gewas of gewasdeel dat relatief waterrijk is.

5 Het detecteren en lokaliseren van objecten, zoals in dit geval bijvoorbeeld gewassen of delen daarvan, is in veel beeldverwerkingsapplicaties een eerste stap. De detectie kan zowel op een softwarematige als op een hardwarematig aanpak gebaseerd zijn. Het voordeel van een softwarematige aanpak is dat doorgaans van universele systemen gebruikt kan worden gemaakt. De resultaten van een dergelijke aanpak 10 kunnen echter niet afdoende zijn. Met een hardwarematige aanpak kunnen soms betere resultaten worden behaald, daarvoor echter is vaak speciale, voor een bepaald probleem geschikte, hardware nodig.

Bijvoorbeeld bij het detecteren van gewassen en delen daarvan zijn de resultaten die behaald kunnen worden met een softwarematige aanpak in bepaalde gevallen niet 15 toereikend. Het detecteren van groene objecten (komkommers) tegen een achtergrond van bladeren, die het object ook deels kunnen bedekken, levert bijvoorbeeld geen bevredigende resultaten. Ook het feit dat de vorm en textuur van de te detecteren objecten relatief variabel zijn bemoeilijkt het vinden ervan. Tevens kunnen juist deze twee grootheden een goede maat zijn voor bijvoorbeeld de rijpheid van een vrucht.

20 Het is een doel van de onderhavige uitvinding te voorzien in een werkwijze waarmee waterrijke objecten, zoals relatief vochtrijke gewassen, kunnen worden gedetecteerd zonder dat men last heeft van te geringe kleurverschillen, weinig contrast en/of weinig texturele verschillen.

Dit doel wordt bereikt doordat men van een te onderzoeken gebied een eerste 25 spectraalreflectieopname maakt van de frequenties rond een waterabsorptieband, een tweede spectraalreflectieopname van frequenties rond een referentieband, bijvoorkeur liggend in het bereik met lagere frequenties dan het zichtbare licht, en dat men in het onderzochte gebied de locatie van de waterrijke objecten bepaalt door vaststelling van de zones waar de eerste en tweede spectraalreflectieopnamen verschillen.

30 Doordat objecten die lokaal veel vocht bevatten relatief veel elektromagnetische straling absorberen met een frequentie in een van de waterabsorptiebanden, zal relatief weinig straling met deze frequentie van het object reflecteren. Hierdoor ontstaan er in het spectrum van de gereflecteerde straling lokale minima rond de 1013780 2 waterabsorptiebanden. Minder vochtrijke delen, bijvoorbeeld bladeren die erg dun zijn, waardoor er lokaal weinig water aanwezig is, vertonen daarentegen rond de frequenties van de waterabsorptiebanden een in hoofdzaak vlak spectrum. Het is derhalve mogelijk uit het verschil tussen beide spectra de relatieve waterconcentratie te bepalen. Uiteraard 5 kunnen op soortgelijke manier ook de locatie van objecten die relatief weinig water bevatten worden bepaald.

Om met behulp van de spectraalopnames de waterrijke objecten te detecteren heeft het de voorkeur dat de eerste spectraalreflectieopname wordt omgezet in een eerste elektrisch signaal, de tweede spectraalreflectieopname wordt omgezet in een 10 tweede elektrisch signaal en deze elektrische signalen worden vergeleken teneinde de locaties in het te onderzoeken gebied vast te stellen. Om goed te kunnen waarnemen kan het voordelig zijn dat het te onderzoeken gebied elektromagnetisch wordt aangestraald.

De referentieband kan in het gebied van 700 tot 925 nm gekozen worden. Bij 15 voorkeur wordt een referentieband rond de 850 nm gekozen. Voor de waterabsorptiebanden kan uit drie banden gekozen worden, welke respectievelijk in hoofdzaak liggen tussen de 870 en 1031 nm, 1030 en 1220 nm en 1220 en 1610 nm. Bijvoorkeur wordt een deel van de eerste band gebruikt rond de 970 nm.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm maakt men de spectraalreflectieopname 20 rond de waterabsorptieband en/of de spectraalreflectieopname in de reflectieband met een bandbreedte kleiner dan 25 nm, bij voorkeur kleiner dan 10 nm, zoals 5 a 10 nm. Om dat te bereiken kan men de spectraalreflecties voorafgaand aan het maken van de eerste en/of tweede spectraalreflectieopname door een doorlaatbandfilter leiden, met een doorlaatbandbreedte van kleiner dan 25 nm, bij voorkeur kleiner dan 10 nm, zoals 25 5 a 10 nm.

De beschreven werkwijze kan worden toegepast in een werkwijze voor het plukken van relatief waterrijke gewasdelen, zoals komkommers, waarbij men de positie van waterrijke gewasdelen bepaalt met de werkwijze zoals beschreven, waarbij men van die waterrijke gewasdelen de kwaliteit bepaalt op basis van bijvoorbeeld vorm 30 en/of grootte en/of kleur en/of structuur, de plukmiddelen op basis van de bepaalde positie aanstuurt tot het benaderen van een gedetecteerd gewasdeel en bij voldoende kwaliteit plukmiddelen aanstuurt tot het plukken van het gedetecteerde gewasdeel.

\1 0137 80 3

Bijvoorbeeld het plukken van een relatief waterrijk gewasdeel, zoals een komkommer, bestaat uit het bepalen van de positie van het gewasdeel met de werkwijze zoals beschreven, het op basis van de bepaalde positie aansturen van plukmiddelen tot het benaderen van het gedetecteerde gewasdeel en het aansturen van 5 de plukmiddelen tot het plukken van het benaderde, gedetecteerde gewasdeel.

Een voordeel van de beschreven werkwijze is verder dat men van het gedetecteerde gewasdeel de kwaliteit kan bepalen op basis van bijvoorbeeld vorm en/of grootte en/of kleur en/of structuur. Aan de hand daarvan kan men vervolgens de plukmiddelen aansturen in afhankelijkheid van de bepaalde kwaliteit. Bij voldoende 10 kwaliteit kan men bijvoorbeeld de plukmiddelen aansturen tot het plukken van het gedetecteerde gewas. Op deze wijze kunnen de gewasdelen geplukt en gelijktijdig gesorteerd worden. Mocht het gewasdeel niet aan de wensen voldoen, het kan nog onvoldoende rijp zijn, dan kan dat eveneens opgemerkt worden en kan er van worden afgezien deze vruchten te plukken of een bepaalde handeling te doen.

15 Het is een verder doel van de onderhavige uitvinding te voorzien in een inrichting voor het detecteren van een waterrijke object, zoals een gewas of gewasdeel dat relatief waterrijk is, omvattende een eerste en een tweede filter waardoor, van het te onderzoeken gebied reflecterende, elektromagnetische straling op een detectie-inrichting valt 20 Dergelijke inrichtingen volgens de stand der techniek die volgens dit principe werken maken gebruik van zichtbaar licht en proberen eigenlijk de manier waarop de mens objecten onderscheidt na te bootsen. In de beeldverwerking blijken de met een dergelijke inrichting te behalen resultaten niet altijd afdoende te zijn. Het is derhalve een verder doel de onderhavige uitvinding te voorzien in een inrichting waarmee, beter 25 dan met inrichtingen die werken met zichtbaar licht, gewassen of gewasdelen gedetecteerd kunnen worden.

Hiertoe wordt de inrichting volgens de onderhavige uitvinding gekenmerkt doordat het eerste filter een banddoorlaatfilter is dat straling frequenties rond een referentieband doorlaat, het tweede filter een banddoorlaatfilter is dat straling rond een 30 waterabsorptieband doorlaat en doordat de inrichting is ingericht voor het ontvangen van een eerste signaal van het eerste filter en het omzetten daarvan in een eerste elektrisch signaal, het ontvangen van een tweede signaal van het tweede filter en het omzetten daarvan in een tweede elektrisch signaal, het vergelijken van het eerst en het 1013 ' 3 4 tweede elektrische signaal en het bepalen van de locaties in het te onderzoeken gebied met relatief veel water.

Zoals gezegd werkt de inrichting volgens de onderhavige uitvinding niet met zichtbaar licht maar met elektromagnetische straling met een lagere frequentie dan 5 zichtbaar licht, aangezien de waterabsorptiebanden zich in dat bereik bevinden. Om afdoende reflecterende straling te verkrijgen kan het nodig zijn de inrichting te voorzien van een bron voor elektromagnetische straling die het te onderzoeken gebied aanstraalt, wederom bijvoorbeeld met een gewone lamp.

De doorlaatband van het eerste filter van de inrichting kan bijvoorbeeld rond een 10 referentieband liggen die zich in hoofdzaak uitstrekt van 700 tot 925 nm en bij voorkeur van 750 tot 900 nm. De waterabsorptieband kan bij voorkeur liggen rond 970 nm en/of 1120 nm en/of 1420 nm. In een voorkeursuitvoeringsvorm hebben de filters een bandbreedte kleiner dan 25 nm en bij voorkeur kleiner dan 10 nm, zoals 5 a 10 nm heeft. Het referentiefilter en/of het waterabsorptiefïlter hebben bij voorkeur een 15 bandbreedte kleiner dan 25 nm en bij voorkeur kleiner dan 10 nm, zoals 5 a 10 nm.

Verder voorziet de uitvinding in een inrichting voor het plukken, maar ook bijvoorbeeld inspecteren of behandelen, van waterrijke gewasdelen. Deze inrichting omvat een detectie-inrichting zoals boven beschreven, plukmiddelen en besturingsmiddelen ingericht om de plukmiddelen aan te sturen tot het benaderen van 20 het gedetecteerde waterrijke gewasdeel en tot het plukken en/of behandelen daarvan. Met een dergelijke inrichting kan al bij het plukken van bijvoorbeeld vruchten een deel van de vervolgbewerkingen al tijdens het plukken gebeuren.

In een voorkeursuitvoeringsvorm omvat de detectie-inrichting van de inrichting volgens de onderhavige uitvinding een lens, een eerste en een tweede camera en 25 deelmiddelen, zoals een deelprisma of deelspiegel, die een door de lens vallende bundel in een eerste deelbundel naar de eerste camera en een tweede deelbundel naar de tweede camera afbuigen. Door de detectie-inrichting zo in te richten kan worden gegarandeerd dat de camera's exact dezelfde scène 'zien', waardoor het vergelijken van de waarden van overeenkomstige pixels relatief eenvoudig wordt. Bovendien is het niet 30 noodzakelijk beide camera's van een lens te voorzien, hetgeen kostenbesparend kan zijn. Het heeft verder de voorkeur dat de deelmiddelen ingericht zijn om de deelbundels elk in een verschillende richting af te buigen, welke richtingen beide dwars op de invalrichting staan.

1 C ^ 5

In het nu volgende wordt een uitvoeringsvorm van de bovengenoemde inrichting beschreven, aan de hand van enkele figuren, waarin: figuur 1 schematisch een mogelijk opstelling van de optische elementen van een uitvoeringsvorm toont; en 5 figuur 2 het deel van twee spectra toont waarin waterabsorptiebanden liggen.

In figuur 1 wordt schematisch een inrichting volgens de onderhavige uitvinding getoond. De inrichting omvat een eerste 1 en een tweede 2 camera met respectievelijk een eerste 3 en een tweede 4 filter. Om beide camera's dezelfde scène te laten zien omvat de inrichting een spiegel 5 en deelspiegel 6. Beide spiegels kunnen in een andere 10 uitvoeringsvorm door deelprisma's worden vervangen. Voor de focussering is er tevens een lenzenstelsel 7 opgenomen. De optische as van het systeem is met een streepstippellijn 8 weergegeven.

Het van het te onderzoeken gebied reflecterende licht valt vanaf de objectzijde O door het lenzenstelsel 7 op de deelspiegel, dan wel het deelprisma 6. Het ene gedeelte 15 van de straling wordt door het eerste filter 3 naar de eerste camera 1 geleid, terwijl het andere gedeelte met een extra spiegel 5 via het tweede filter 4 op de tweede camera 2 valt. Op deze manier nemen de camera's precies dezelfde scène waar. Door de keuze van de filters nemen de camera's echter ieder een verschillend deel van het spectrum van de gereflecteerde straling waar.

20 In figuur 2 is schematisch een deel van het spectrum van gereflecteerde straling getoond. Lijnen A en B geven de spectra van de straling, gereflecteerd van voorwerpen die respectievelijk relatief waterarm en waterrijk zijn. De lijnen C en D geven respectievelijk de overdrachtskarakteristiek van het referentiefilter en het waterabsorptiefilter.

25 Duidelijk is te zien dat het spectrum B enkele lokale minima bevat. Deze minima liggen respectievelijk in de buurt van de 970 nm, 1120 nm en 1420 nm en komen overeen met uit de literatuur bekende waterabsorptiebanden. Er kan echter iets van deze waarden worden afgeweken, bijvoorbeeld met +/-10 nm. Daarentegen loopt het spectrum A, van de, van een gewas met lokaal relatief weinig waterinhoud 30 gereflecteerde straling, althans voor een gedeelte ligt tussen 750 nm en 1200 nm, in hoofdzaak vlak.

Er zijn nu twee hoofdsituaties denkbaar. In de eerste situatie, als de, op een bepaald pixel van de camera vallende, gereflecteerde straling een spectrum heeft zoals 1 0 1 3 7 ft ί 6 lijn A, is de waarde van dat pixel op beide camera’s ongeveer gelijk. Dit is aannemelijk omdat de convolutie van de doorlaatfilters D,C met het spectrum A,B vrijwel evenredig is met de waarde van de respectievelijke spectra op de plaats van de top van het respectievelijke filter. Dus is de respons van de camera’s evenredig met de waarde van 5 het spectrum op de plaats van de respectievelijke filters. Uit het voorbeeld in figuur 2 volgt dat beide ongeveer eenzelfde waarde hebben (die in dit voorbeeld ligt op ongeveer 0.45). Hieruit volgt dat de verhouding van de door de respectievelijke camera's waargenomen waarden ongeveer een is. In een tweede situatie, een spectrum zoals lijn B, verschilt de waarde van het pixel per camera. De waarde van camera één is 10 in dit voorbeeld ongeveer 0.63 en die van camera twee 0.45. De verhouding is hier dus, bijvoorbeeld, ongeveer 0.71.

De lokale waterinhoud resulteert aldus in een verschil in pixelwaarde. Door de waarde van de pixels van camera één te delen door de waarde van de overeenkomstige pixels van camera twee te delen, ontstaat een beeld dat overheersend een 15 verhoudingswaarde van ongeveer 1 heeft. Op de plaats van het vochthoudende gewas zal van deze waarde worden afgeweken. Of deze waarde groter of kleiner is hangt af van de keuze hoe de verhouding wordt bepaald.

Als een beeld eenmaal is berekend kunnen de objecten daarin eenvoudig worden gesegmenteerd om er vervolgbewerkingen, zoals vorm-, kleur-, en structuurbepaling, 20 op uit te voeren. Aan de hand van deze gegevens zijn er tal van vervolghandelingen mogelijk. Als bijvoorbeeld een vrucht rijp wordt bevonden kan deze worden geplukt en gelijktijdig, omdat er inmiddels andere eigenschappen van bekend zijn, worden gesorteerd.

i o i ε ’’ 3

Claims (19)

1. Werkwijze voor het detecteren van een waterrijke objecten, waarbij - men van een te onderzoeken gebied een eerste spectraalreflectieopname maakt van de 5 frequenties rond een waterabsorptieband; - waarbij men van het te onderzoeken gebied een tweede spectraalreflectieopname maakt van de frequenties rond een referentieband; en - waarbij men in het onderzochte gebied de locatie van de waterhoudende objecten bepaalt door vaststelling van de zones waar de eerste en tweede 10 spectraalreflectieopnamen verschillen.

2. Werkwij ze volgens conclusie 1, waarbij; - de eerste spectraalreflectieopname wordt omgezet in een eerste elektrisch signaal; - de tweede spectraalreflectieopname wordt omgezet in een tweede elektrisch signaal; 15. de elektrische signalen worden vergeleken teneinde de locaties in het te onderzoeken gebied vast te stellen.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarbij men het te onderzoeken gebied elektromagnetisch aanstraalt. 20

4. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, waarbij men de referentieband neemt in het gebied van 700 tot 925 nm, bij voorkeur in het gebied van 750 tot 900 nm.

5. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, waarbij men de waterabsorptieband neemt rond ongeveer 970 nm en/of 1120 nm en/of 1420 nm.

6. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, waarbij men de spectraalreflectieopname rond de waterabsorptieband maakt met een bandbreedte 30 kleiner dan 25 nm, bij voorkeur kleiner dan 10 nm, zoals 5 a 10 nm.

7. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, waarbij men de spectraalreflecties voorafgaand aan het maken van de eerste en/of tweede 1 <?' ? ~7 spectraalreflectieopname door een banddoorlaatfilter leidt met een doorlaatbandbreedte van kleiner dan 25 nm, bij voorkeur kleiner dan 10 nm, zoals 5 a 10 nm.

8. Werkwijze voor het plukken van relatief waterrijke gewasdelen, zoals 5 komkommers, waarbij men de positie van deze waterrijke gewasdelen bepaalt met de werkwijze volgens een der conclusies 1 t/m 7; waarbij men van die waterrijke gewasdelen de kwaliteit bepaalt op basis van bijvoorbeeld vorm en/of grootte en/of kleur en/of structuur; waarbij men de plukmiddelen op basis van de bepaalde positie aanstuurt tot het 10 benaderen van een gedetecteerd gewasdeel; en waarbij men bij voldoende kwaliteit plukmiddelen aanstuurt tot het plukken van het gedetecteerde gewasdeel.

9. Werkwijze voor het plukken van een relatief waterrijk gewasdeel, zoals een 15 komkommer, waarbij men de positie van het waterrijke gewasdeel bepaalt met de werkwijze volgens een der conclusies 1 t/m 7; waarbij men op basis van de bepaalde positie plukmiddelen aanstuurt tot het benaderen van het gedetecteerde gewasdeel; en 20 waarbij men de plukmiddelen aanstuurt tot het plukken van het benaderde, gedetecteerde gewasdeel.

10. Werkwijze volgens conclusie 9, waarbij men van het gedetecteerde gewasdeel de kwaliteit bepaalt op basis van bijvoorbeeld vorm en/of grootte en/of kleur en/of 25 structuur.

11. Werkwijze volgens conclusie 10, waarbij men de plukmiddelen aanstuurt in afhankelijkheid van de bepaalde kwaliteit.

12. Inrichting voor het detecteren van een waterrijk object, zoals een gewas of gewasdeel dat lokaal relatief veel water omvat, omvattende een eerste en een tweede filter waardoor, van het te onderzoeken gebied reflecterende, elektromagnetische straling op een detectie-inrichting valt, met het kenmerk, dat het eerste filter een 1 fï i o Ύ - n S U ‘ ; v-· u banddoorlaatfilter is dat stealing frequenties rond een referentieband doorlaat, het tweede filter een banddoorlaatfilter is dat straling met frequenties rond een waterabsorptieband doorlaat en dat de inrichting is ingericht voor: - het ontvangen van een eerste signaal van het eerste filter en het omzetten daarvan in 5 een eerste elektrisch signaal; - het ontvangen van een tweede signaal van het tweede filter en het omzetten daarvan in een tweede elektrisch signaal; - het vergelijken van het eerst en het tweede elektrische signaal - het bepalen van de locaties in het te onderzoeken gebied met relatief veel water. 10

13. Inrichting volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de inrichting een bron voor elektromagnetische straling omvat, die het te onderzoeken gebied aanstraalt.

14. Inrichting een der volgens conclusie 12 of 13, met het kenmerk, dat de 15 referentieband ligt in het gebied van 700 tot 925 nm en bij voorkeur van 750 tot 900 nm.

15. Inrichting volgens conclusie 12,13 of 14, met het kenmerk, dat de gebruikte waterabsorptieband ligt rond 970 nm en/of 1160 nm en/of 1380 nm. 20

16. Inrichting volgens een van de conclusies 12 t/m 15, met het kenmerk, dat het referentiefilter en/of het waterabsorptiefilter een bandbreedte kleiner dan 25 nm en bij voorkeur kleiner dan 10 nm, zoals 5 a 10 nm heeft.

17. Inrichting voor het plukken van waterrijke gewasdelen, omvattende een detectie- inrichting volgens een de conclusies 11 t/m 15; plukmiddelen; en besturingsmiddelen ingericht om de plukmiddelen aan te sturen tot het benaderen van het gedetecteerde waterrijke gewasdeel en tot het plukken en/of behandelen daarvan.

18. Inrichting volgens een van de conclusies 12 tot en met 17, met het kenmerk, dat de detectie-inrichting omvat: - een lenzenstelsel; - een eerste en een tweede camera; en ü L , . ; ( - deelmiddelen, zoals een deelprisma of deelspiegel, die een door de lens vallende bundel in een eerste deelbundel naar de eerste camera en een tweede deelbundel naar de tweede camera afbuigen.

19. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de deelmiddelen ingericht zijn om de deelbundels elk in een verschillende richting af te buigen, welke richtingen beide dwars op de invalrichting staan. 1 0 1 3 7 : o