SE443050B - Metod och anordning for beroringsfri detektering av vexter - Google Patents

Description

8403364-6 10 15 20 25 30 35 2 eller plantorna i radens längdriktning möjliggöras.

Vid utläggning av granulerat bekämpningsmedel mot parasiter i exempelvis kálodlingar använder man idag radutläggare, vilka lägger ut bekämpningsmedlet som en kontinuerlig sträng. Endast ca 10-30% av bekämpnings- medlet hamnar på plantorna, resten är spill. Kostnaderna för bekämpningsmedel utgör en stor del av odlarens ut- gifter. Med en anordning för detektering av växterna eller plantorna skulle således ca 70-90% av bekämpnings- medlet kunna sparas med därav följande stora ekonomiska och miljömässiga fördelar. hßeträffande sockerbetor är det så att endast en mindre del av sockerbetsodlingen gallras. Detta beror bl a på att de på marknaden förekommande gallringsmaskd- nerna inte tar hänsyn till storlek på och avstånd mellan plantorna. Manuell gallring förekommer i liten omfatt- ning och är alltför kostnadskrävande. Med en anordning för detektering av plantorna kan både storleken på och avståndet mellan dessa registreras för borthackning av oönskade plantor.

Av det ovan sagda framgår, att det finns ett stort behov av en metod och en anordning för beröringsfri __ detektering om växternas placering och/eller storlek» Vid en genom US-patentskriften 4 308 456 känd metod och anordning för beröringsfrí detektering av växter mäts frekvensen hos elektromagnetisk strålning i det synliga spektret på olika sätt, bl a med hjälp av op- tiska filter. Dessa filter filtrerar de inkommande ljus- flödena till en våglängd, som ligger inom 560-620 nm, dvs ett i sammanhanget brett vàglängdsomràde. Detta gör, att man med den kända metoden och anordningen inte kan detektera enskilda gröna plantor.

Det ovan angivna behovet tillgodoses nu på ett enkelt och sinnrikt sätt med metoden enligt uppfinningen genom att ljusflödena filtreras till smala vàglängdsom- råden, företrädesvis ca 680 resp 730 nm.

Genom att såsom vid föreliggande uppfinning använda 10 15 20 25 30 35 8403364-6 3 åtminstone tvà smalbandsfilter, vilka således filtrerar ljusflödena till smala våglängdsområden, i det föredragna fallet till ca 680 resp 730 nm, erhålls en effektiv, beröringsfri detektering av enskilda gröna växter. Detta beror till övervägande delen på att 680 nm är en av de våglängder en grön växts klorofyll absorberar kraf- tigt och att 730 nm är en våglängd växten reflekterar mycket kraftigt.

Den på denna metod baserade anordningen har en optikenhet för insamling av reflekterat ljus från en" yta, en stråldelare för uppdelning av det reflekterade ljuset i åtminstone två ljusflöden, ett interferens- filter för vartdera ljusflödet för filtrering av detta till en förutbestämd våglängd, en fotodiod för vardera våglängden för omvandling av denna till en elektrisk signal, en operationsförstärkare för vardera signalen för förstärkning av denna, en dividerare för mottagning av båda signalerna och dividering av dessa för att avge en kvotsignal och en komparator-för jämförelse av kvot- signalen med en förutbestämd referenssignal för att ge en utsignal, vilken anger närvaro/icke-närvaro av en växt på ytan. Det kännetecknande nya med denna anord- ning är att filtren filtrerar de från stråldelaren kom- mande ljusflödena till smala våglängdsomràden.

Uppfinningen beskrivs närmare i det följande med hänvisning till de bifogade ritningarna, på vilka fig l visasr ett optiskt/elektriskt funktionsblockschema över anordningen, fig 2 schematiskt visar en av många möjliga tillämpningar av uppfinningen och fig 3 visar ett diagram över reflektionsintensiteten som en funk- tion av våglängden.

Metoden och anordningen enligt uppfinningen för beröringsfri, seende detektering av växter bygger pá spektralsignatur. Vid den här visade och beskrivna ut- föringsformen betraktar detekteringsanordningen två specifika våglängder i reflektionsspektrat från den yta den för tillfället tittar mot. Dessa båda vågläng- 8403364-6 10 15 20 25 30 35 4 der uppvisar en karakteristisk intensitetsrelation för växter, vilken direkt omsätts i den enkla utsignalen närvaro/icke-närvaro av växt eller kortare växt/icke- växt.

Genom att samtidigt betrakta ytterligare vågläng- der i reflektionsspektrat blir även diskriminering mel- lan olika slags växter möjlig.

Detekteringsprincipen bygger således på optisk signatur. Intensitetsrelationen mellan våglängden 680 nm och 730 nm avgör om växt skall indikeras i detekteï ringsanordningens utsignal eller inte. 680 nm är en 7 av de ljusvåglängder vilken växtens klorofyll kraftigt absorberar. Intensiteten av denna våglängd är därför mycket låg i reflektionsspektrat från en växt. 730 nm' är en våglängd som växten reflekterar mycket kraftigt.

Intensiteten av denna våglängd är därför mycket hög i reflektionspektrat från en växt.

Denna påtagliga skillnad i reflektionsintentsite- ten för dessa båda våglängder är ovanlig för andra före- mål än växter, varför detekteringsprincipen kan ge mycket pålitliga resultat.

Pig 3 visar som ett exempel på detta reflektions;_ spektrat från sockerbetor eller rättare sagt dessas < blast.

Metoden och anordningen enligt uppfinningen för beröringsfri detektering av växter fungerar och är upp- byggd pá följande sätt.

Som schematiskt visas i fig l är den generellt med l betecknade detekteringsanordningen innesluten i ett damm- och fukttätt hölje 2. Detekteringsanord- ningen har vid den visade utföringsformen en roterande scanner 3 med speglar 4, som sveper den yta 5 som skall detekteras. Det från ytan 5 reflekterade ljuset 6 samlas via scannern 3 in av en optikenhet 7. Denna optikenhet har vid den visade utföringsformen ett bländardon 8 med två linser 9 och två linser 10 samt en mellan dessa båda par linser i deras gemensamma fokus placerad hål- bländare ll för att ta bort ströljus från det reflek- 10 15 20 25 30 35 8403564-6 5 terade ljuset 6. Optikenheten 7 har också ett samlings- don 38 med två linser 12 för att ta emot det ströljus- fria ljuset 6 och leda detta till en strâldelare 13.

Stráldclaren 13 är bildad av en halvgenomskinlig spegel och delar upp det reflekterade ljuset 6 i två ljusflöden 14 och 15. Dessa båda ljusflöden 14 och 15 når via var sitt interferensfilter 16 och 17 på ca 680 nm resp ca 730 nm var sin fotodiod 18, 19 för att om- vandlas till elektriska signaler 20, 21.

De från fotodioderna 18 och 19 kommande signalerna 20, 21 förstärks av var sin operationsförstärkare 22, 23 av FET-typ med fast förstärkning och sammanförs efter ytterligare förstärkning 1,10 eller 100 ggr av paral- lellt inställbara förstärkare 24, 25 till en analog ' dividerare 26, där 680 nm-signalen förs in i täljaren.

Ut- eller kvotsignalen 27 från divideraren 26 kommer härigenom att nå sitt minimum då detekteringsanordning- en betraktar en växt.

En komparator 28 jämför den analoga dividerarens kvotsignal 27 med en förutbestämd referenssignal 29 för att ge en utsignal 30, vilken anger närvaro/icke- närvaro av en växt 31 på ytan 5. ' __ Utsignalerna 30 från detekteringsanordningen 1 = kan i sin tur utnyttjas som styrsignaler för att via en mikrodator styra olika typer av don för bearbetning och/eller behandling av den detekterade växten 31 eller andra pà förutbestämt avstånd frán denna placerade väx- ter eller av omrädet kring dessa.

I fig 2 visas en av många möjliga tillämpningar av uppfinningen. Närmare bestämt är detekteringsanord- ningen l monterad vid den ena sidan av en radrenshacka 32 för radrenshackning av radodlade grödor, exempelvis sockerbetor 33. Radrenshackan 32 är antingen dragen eller buren av en traktor 34 och har ett flertal hack- knivar 35 för hackning i raderna mellan raderna av grö- dor 33. För att hindra den av knivarna 35 lösgjorda jorden från att täcka små plantor används skyddsrullar 36. 8403364-6 10 15 20 25 30 35 6 Detekteringsanordningen l är så placerad på hackan 32 att den befinner sig rakt över en rad grödor 33 ome- delbart till höger om hackan eller mittemellan två rader.

Hackan 32 är vid den visade utföringsformen försedd med två styrbara hjul 37, ett på vardera sidan, vilka är via en inte visad manövermekanism operativt anslutna till och styrbara med detekteringsanordningen l. När traktorn 34 och hackan 32 framförs längs raderna pá det i fig 2 visade sättet detekterar detekteringsanordningen l efter hand grödorna 33 i raden till höger om hackan' 32. Eftersom avståndet mellan raderna är konstant och knivarna 35 är anordnade pà ett inbördes avstånd mot- svarande radavståndet hackar de jorden mellan raderna av gröda 33. Om hackan 32 av någon anledning skulle \ komma ur kurs, exempelvis om marken är kuperad och/eller sluttar kraftigt åt det ena eller andra hållet, detek- terar detekteringsanordningen l detta förhållande genom att den känner att grödorna 33 inte finns rakt under scannern 3, varigenom detekteringsanordningen 1 ger en styrsignal till manövermekanismen att styra hjulen 37 åt det håll som krävs för att återfå hackan 32 i I rätt läge i sidled. __ Den optiska detekteringsanordningens l förmåga 3 att upptäcka växter med aktiv eller "vilande" fotosyn- tes ger den många applikatíonsområden. Som nämnts tidi- gare är detekteringsanordningen i princip en optisk givare som med hjälp av två optiska filter och två foto- dioder skiljer på växt och icke-växt.

Givaren kan göras mer eller mindre avancerad med scanner såsom visats och beskrivits eller en fast spe- gel, beroende på användningsomrädet. Bearbetas informa- tionen från detekteringsanordningen och andra givare,_ exempelvis en gånglägesgivare, av en mikrodator och dess program kan många olika applikationer erhållas.

Det enda som skiljer de olika applikationerna från var- andra är programmet i datorn samt redskapens uppbyggnad och funktion. Vid tillämpningen enligt fig 2 scannar 10 8403364-6 7 detekteringsanordningens l scanner 3 i sidled tvärs mot traktorns 34 och hackans 32 framföringsriktning, men scannern 3 kan även anordnat att scanna i längd- riktningen eller i höjdled. Den sistnämnda tillämpning- en kan vara fördelaktig-vid exempelvis blastning av betor, varvid scannern 3 kan arbeta så att detekterings- anordningen 1 detekterar var blasten börjar på betan.

Denna information kan sedan användas för styrning av ett blastaggregat, som blastar varje beta på precis rätt ställe. - Uppfinningen får givetvis inte anses begränsad till de visade och beskrivna utföringsformerna utan kan modifieras på flera sätt inom ramen för det begärda patentskyddet. ,

Claims (9)

'8403364-6 PATENTKRAV
1. l. Metod för beröringsfri detektering av växter, vid vilken metod reflekterat ljus från en yta samlas in och delas upp i åtminstone två ljusflöden, vilka filtreras och omvandlas till elektriska signaler, som förstärks och 5 divideras, varvid kvotsignalen jämförs med en förutbestämd referenssignal för att ge en utsignal, vilken anger när- varo/icke-närvaro av en växt på ytan, k ä n n e t e 0-k - n a d av att ljusflödena filtreras till smala vàglängds- områden. 10
2. 2. Metod enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d av att ljusflödena filtreras till en våglängd av ca 680.nm respektive ca 730 nm.
3. 3. Metod enligt krav l eller 2, k ä n n e t e c k - n a d av att ytan scannas för att ge utsignaler som anger l5 växternas placering och/eller storlek.
4. 4. Metod enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a d av att utsignalerna utnyttjas som styrsig- naler för att styra don för bearbetning och/eller behand- ling av den detekterade växten eller andra på förutbestämt 20 avstånd från denna placerade växter eller av området kring dessa.
5. 5. Anordning för beröringsfri detektering av växter (31), vilken anordning har en optikenhet (7) för insamling av reflekterat ljus (6) från en yta (5), en stràldelare 25 (13) för uppdelning av det reflekterade ljuset (6) i åt- minstone två ljusflöden (14, 15), ett interferensfilter (16, 17) för vartdera ljusflödet för filtrering av detta till en förutbestämd våglängd, en fotodiod (18, 19) för vardera våglängden för omvandling av denna till en elek- 30 trisk signal (20, 21), en operationsförstärkare (22, 23) för vardera signalen för förstärkning av denna, en divi- derare (26) för mottagning av båda signalerna (20, 21) och dividering av dessa för att avge en kvotsignal (27) och en komparator (28) för jämförelse av kvotsignalen (27) 10 15 20 25 30 8403364-6 9 med en förutbestämd referenssignal (29) för att ge en ut- signal (32), vilken anger närvaro/icke-närvaro av en växt (31) på ytan (5), filtrerar de fràn stráldelaren (13) kommande ljusflödena (14, 15) till smala väglängdsomrâden.
6. 6. Anordning enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d av att optikenheten (7) har dels ett bländardon (8) med linser (9, 10) och en mellan dessa i deras gemensamma fokus placerad hálbländare (11) för att ta bort ströljus frán det reflekterade ljuset (6), dels en samlingsdon'(38) med åtminstone en lins (12) för att ta emot det ströljus- fria ljuset och leda detta till strâldelaren (13). k ä n n e - k ä n n e t e c k n a d av att filtren
7. 7. Anordning enligt krav 5 eller 6, t e c k n a d av att filtren (16, 17) filtrerar de från stràldelaren (13) kommande ljusflödena (14, 15) till en våglängd av ca 680 nm respektive ca 730 nm och att divi- deraren (26) efter omvandlingen av dessa våglängder till motsvarande signaler (20, 21) i fotodioderna (18, 19) och förstärkningen av dessa signaler i förstärkarna (22, 23) dividerar dessa signaler med 680 nm-signalen i nämnaren.
8. 8. Anordning enligt något av kraven 5-7, k ä n n e - t e c k n a d av att en scanner (3) är placerad före __ optikenheten (7) för att scanna ytan (5) och därigenom fastställa växternas (31) placering och/eller storlek.
9. 9. Anordning enligt något av kraven 5-8, k ä n n e - t e c k n a d av att don (35) för bearbetning och/eller behandling av den detekterade växten (31, 33) eller andra pá förutbestämt avstånd från denna placerade växter (31, 33) eller av området kring dessa är operativt anslutna till och styrbara med detektoranordningen (1).