Sensor zur Erkennung von Pflanzen!?

Hallo Leute,
ich suche einen Sensor zur Erkennung einer bestimmten Pflanze auf einer Wiese (genauer gesagt: Ampfer im Dauergrünland)

Die Eigenschaften der Pflanze:
Im Verhältnis zu den anderen Pflanzen (Gräser, Klee usw.) hat der Ampfer eine sehr große Oberfläche, d.h. er nimmt viel Platz ein (Durchmesser max. 30cm).

Anfangs dachte ich an Bildverarbeitung, doch leider hat der Ampfer annähernd die selbe Farbe wie das umliegende Gras und somit bin ich von der Idee wieder abgekommen.
Nach langen Überlegungen hab ich nun an Reflektion gedacht (siehe Animation im Anhang). Würde es da irgend eine Möglichkeit/Sensorik geben um diese Pflanze zu erkennen und danach irgenwie zu bekämpfen??


Bin schon auf eure Meinungen gespannt!

lg grex

Hmmm... wie man ihn erkennen soll habe ich keine Ahnung... leider...
Kann man aber einfach mal generell alles durchkämmen und alles große einfach ausreissen mit dem Kamm? Wobei, geht wahrscheinlich auch nicht...
Reflektion wird wahrscheinlich schwer, oder? Andere Pflanzen haben vielleicht auch noch eine größere Oberfläche...
Wenn man einfach ne Art Rechen hinter dem Bot herzieht, der sich nur in großen Pflanzen verhakt und die dann bekämpft (wahrscheinlich versucht er dann die erstbeste Kuh zu schlachten ;P
Unqualifizierte Antwort: Atombombe (bissle viel Kollateralschaden...)

Leider, ausrießen funktioniert nicht, da er viel zu fest verwurzelt ist.

Man müsste Ihn schon kontaktlos erkennen können um Ihn zu bekämpfen.

Ich hab mir nochmal die Mühe gemacht und hab hier eine Grafik "von oben" gezeichnet.

Zur Backgroundinfo: Man will den Ampfer bekämpfen da er als Futterpflanze unbrauchbar ist, und zu viel Platz verbraucht.

lg grex

Wenn das Ding gut reflektiert, dann kannst ja mal mit Reflektion arbeiten und schauen, wie lang es am Stück reflektiert und daraus die Blattgröße errechnen. Wenn >100mm, dann zerstören (wie auch immer). Ausser halt, irgendwas anderes reflektiert auch gut und is auch so groß... Oder eine Grasfläche würde auch so gut reflektieren...

Nur welche senoren würden sich da eigenen? Würde es eventuell auch mit Ultraschall funktionieren?

lg grex

Hmmm... hatte erst an IR gedacht, nur auf ner sonnigen Wiese könnte das wohl bissle arg Störanfällig sein. Bin leider kein Sensorexperte... Hab einfach mal meinen Senf dazugegeben mit der mechanischen Lösung. Weiss auch ned, ob Ultraschall so genau funktioniert. Ich kenn das nur zum Entfernung messen. wobei ich halt ned weiss, ob das Ding eine Rasenfläche von einem großen Blatt unterscheiden kann...
Hoffentlich taucht jemand auf, der davon mehr Ahnung hat und hilft...

da wäre ich echt froh darüber :)

Warum nicht mit einer Kamera. Farbe ist ja nicht das einzige Unterscheidungsmerkmal. Einfach mal ein paar Testbilder schiessen und dann schauen was in Frage kommt, z.B. Textur, Fläche, Momente, ...

Es wäre sicher auch schön einen Experten zu finden, der weiß wie sich das Ultraschallecho von Nutzpflanzen und "nicht-so-Nutzpflanzen" unterscheidet.

In der Zwischenzeit sollte man die Aufgabe noch ein bisschen näher betrachten.

Du hast eine Grasfläche und weißt welche Stellen Du suchst. Könntest Du mal ein Foto machen und die gesuchten Stellen markieren damit man sich gezielt auf die Automatisierung der Erkennung stürzen kann?
Manfred

Ja klar kann ich ein Foto schießen - werd ich gleich machen sobald ich Zeit habe - aber trotzdem würden mich vorweg einige Möglichkeiten interessieren.

Tja, dass mit der Kamera könnte ich mir auch vorstellen, aber kann es nicht sein dass die "Kameralösung" etwas langsam ist?

LG Grex

Primitivlösung : Zwei Messspitzen stechen in bestimmten Abständen in die Pflanzen. Werden zwei Grashalme erwischt, ist der R hoch, da sie nicht direkt verbunden sind (außer über den Boden). Erwischen beide Spitzen ein und dieselbe Pflanze (Ampfer), ist R klein.

Zitat:

---

Zitat von xtw

Primitivlösung : Zwei Messspitzen stechen in bestimmten Abständen in die Pflanzen. Werden zwei Grashalme erwischt, ist der R hoch, da sie nicht direkt verbunden sind (außer über den Boden). Erwischen beide Spitzen ein und dieselbe Pflanze (Ampfer), ist R klein.

---

Mit der Zeit gehen die Pflanzen dann aber ein, welche Planze läßt sich schon gern löchern :mrgreen:

Ginge es vieleicht mit nem Farbsensor der auf "grün" gestellt ist, der dann "grün" in unterschiedlichen Helligkeitsstufen abtastet? O:)

Zitat:

---

Zitat von ogni42

... Farbe ist ja nicht das einzige Unterscheidungsmerkmal. Einfach mal ein paar Testbilder schiessen und dann schauen was in Frage kommt, z.B. Textur, Fläche, Momente, ...

---

Auch mal im unterschiedlichen Spektralbereichen testen. Im IR oder UV Bereich, mit polasierierten Licht, können die eventuell besser erkennbar sein.

Wollt ich auch grad sagen. IR ist interessant, vllt kannst du ne Kamera auftreiben und kucken wie welche Pflanze unter IR aussieht. Coca-Cola®
ist zum Beispiel durchsichtig, und da das Gras sehr dünn ist, und der Ampfer eher dicke Blätter hat, lässt dich da bestimmt n unterschied feststellen

Wo bekomme ich eventuell soetwas her? Natrülich wäre das mit dem unterschiedlichen Grünstufen auch eine interessante Variante!

Ich werd gleich morgen Fotos schießen und sie euch hier präsentieren - dann kann sich jeder ein "Bild" vom "gesuchten" Objekt machen 8)
Bis morgen!!

lg grex

Wie willst du sie vernichten? Feuer ist gut, das Killt alles! Diese billig-OneTouch-Sprüher wären eigentlich Perfekte Flammenwerfer, die Geben nur nen Kurzen Feuerstoß ab!!!

Ich hab noch ne Idee:
Wie schon angesprochen, ne Cam zur Bildverarbeitung...
Nur dass vorm Objektiv ein Grünfilter(filter das "grün" heraus) und ein Polfilter (unterdrück etlv. Reflexe oder Spiegelungen) gesetzt wird. Problem wird wohl die Bildverarbeitung bei der Bewegung der Cam überm Gras.

Wär das was? :-k

NEin gerade das grün sollte drin bleiben, aber die Software sollte nach grünen niederfrequenten Bildteilen suchen die man in großen Blätter findet. Grass dagegen hat feinere Strukturen, die als höherfrequente Anteile im Bild auftauchen.
Einalgotitmus könnte etwa so Arbeiten:

Teile das Bild in kleine Blöcke von z.B. 32x32

Glätte die Ränder der Blöcke (Windowingfunktion sonst erscheinen die Blockkanten als hohe Frequenzen)

Tranformiere die Blöcke per DFT (Diskrete Fourier Transformation) oder DCT (Diskrete Cosinustranformation) in den Frequenzraum.

Entscheide für jeden Block ob er eher Gras oder große Pflanze ist.

Hi, ich würde versuchen, die "Rauheit" zu analysieren.
Gras sollte von schräg oben betrachter ja recht viele hell-dunkel-Kontraste aufweisen. (ggf. durch Filter verstärkt)

Mit einer Zeilenkamera die Wiese von schräg oben betrachten (damit man nicht unnötig viele Daten hat und das Ergebnis einfach analysieren kann.

Wenn man die Daten "raus schiebt" ergäbe sich bei Gras eine hohe Frequenz, (man könnte im einfachen Fall z.B. den gleitenden Mittelwert bilden und dann die Anzahl der Polatitätswechsel (Signal minues Mittelwert) zählen...oder eben FFT usw...
Wenn ein fettes Blatt dabei ist, wären in dem Bereich keine Polaritätswechsel vorhanden, oder es gäbe bei FFT auch tiefere Frequenzen..

Wenn der Sensor angesprochen hat, kann man ja dann noch das Blatt vermessen..

Mit einem zusätzlichen Farbsensor könnte man nun Maulwurfshügel, Kuhfladen usw. aussortieren..

Viel Erfolg

sigo

@oc2k1_

lol hab mich falsch ausgedrückt, natürlich meinte ich, dass die anderen Farben rausgefiltert werden und grün hervorgehoben ;)

So wie versprochen das "gesuchte" Objekt Abgelichtet.

Ich hoffe es ist jetzt klar was gesucht wird. Bei der Pflanze mit dem Fahrrad handelt es sich um eine Pfl. im fühen Stadium - ich meine damti, dass man ab so einer Größe die Pfl. erkennen müsste damit man Sie bekämpfen kann.

Das andere Foto ist von oben fotografiert!

Ich hoffe es hilft euch (uns) weiter! :)

lg grex

Grex,
das 1. Foto zeigt ja sehr schön, dass man am besten die Frequenz/Struktur/Rauheit des Bildes untersucht, wie oc2k1_ und ich ja bereits geschrieben hatten.
Die Auswertung sollte so nicht zu schwer sein.
Sigo

Das hilft sicher weiter.

Jetzt, wo es draußen auch wieder angenehmer ist wird sich hoffentlich auch jemand finden der die Ultraschallreflexion von so unterschiedlichen Pflanzen einmal nachmisst.

Ist eigentlich auch klar wie genau die Stelle in Position und Größe für einen Eingriff bestimmt werden soll?
Manfred

Noch einfacher als eine FFT wäre folgender Algorimus:

Führe einen Kantenhervorhbungalgoritmus durch (Laplace)

Einen Tiefpass drüberlaufen lassen

Dann Kontrast anpassen

Die Blätter sind jetzt als große schwarze Bereiche zu sehen (Siehe anhang)

Verbesserung: Das Bild invetieren und die Farbe aus dem Originalbild übernemen (Helligkeit aus unserenm Filter) Dann wären die Pflanzen als grüne bereiche sichbar.

Anschließend müssen die größe der Bereiche nur noch zusammengezählt werden und die Pflanze ist erkannt. Der Robioter würde aber alle bekämpfen was kene feinen Strukturen hat und grün ist.... (Tja scheint so als wenn der Roboter dann ein Dual-Use gegenstand wäre und nicht umbedingt überall hin exportiert werden dürfte...)

@ manf
die Position sollte zumindest so genau erkannt werden dass man gleich nach dem erkenne ein chemisches Spritzmittel anwenden kann. Wobei er Durchmesser des Anwendungsbereiches immer gleich ist.

@ oc2k1_
Wie kann ich jetzt weitergehen. Wenn ich da recht verstehe (habe noch keine Erfahrung auf dem Gebiet) müsste ich hier mit Bildauswertung arbeiten? Wie siehts aus mit Sichtwinkel (d.h. welche Arbeitsbreite habe ich dann). Wie schnell ist dieses Verfahren? Kann man dann nur 2-3km/h fahren oder vielleicht auch 5-6km/h oder mehr?
Wo bekommt man so Kameras kostengünstig? Ist die Umsetzung sehr schwer?

Fragen über Fragen... (man wächst mit der Herausforderung)


lg grex

Solnag die Bilder nicht durch bewegungunschäfe unbrauchbar werden sollte es beim Fahren keine Probleme geben. Allerdings muss auch der Rechner hinter her kommen...

Für erste Experimente würde ich ein Laptop und eine Webcam benutzten, allerdings müsste die Erkennungssoftware selbst geschrieben werden, wobei das Programm mindestends auf die Kamera zugreifen können muss

Ja, Texturanalyse bringt Dich weiter. Ansatz kann wie oc2k1_ gexschrieben hat sein. Schau mal nach Gabor-Filtern, die können Dir da weiter helfen. 32x32 Pixel halte ich aber für zu groß. Probier mal 8x8 (macht jpeg IIRC auch so) Aber Schlussendlich ist das auch eine Frage der Kameraauflösung.

Leider bin ich, wie gesagt, auf dem Gebiet noch nicht sehr Sattlfest!

Das heißt, ich sollte dann das Angezeichte Bild der Kamera verarbeiten. Funktioniert dass dann noch mit einem herkömmlichen Mikrocontroller (z.B. CControl) oder muss dass dann mit einem PC erledigt werden?

Wie kann ich jetzt weiter vorgehen?
Kenne mich da jetzt noch nicht ganz aus!

Würde es andere Varianten auch noch geben - die ich "testen" könnte (ich denke an Ultraschall oder mit einem Farbsensor?)


lg grex

Wenns an Bildverarbeitung geht, ist sicher ein PC die einfachste Lösung, da es dafür einfach schon viel fertiges gibt, von der Webcam, über Software bis hin zur günstigen Rechenleistung.

Für einen Microcontroller hab ich deshalb den Zeilensensor vorgeschlagen, da dieser sehr sehr viel weniger Daten liefert.

Der Sensor betrachtet sich eine Zeile, die kann aus 128 bis >5000 punkten bestehen und ich denke, dass es ruhig auch nur 128 bis 512 sein können..

Die werden recht einfach "rausgetaktet" und mit einem AD-Wandler des Controllers" ausgewertet. Wenn du nun die Rauheit wie beschrieben feststellst, lässt sich das mit einem Microcontroller gut machen, ohne ihn zu überfordern. NUn kann es sein, dass man sich einen umgeknickten Grashalm ausgerechnet längs ansieht, also eben nicht so viele Wechsel.

Hierzu kann man aber einfach die Ergebnisse mehrer Zeilen nehmen. Wenn mehrmals ein grobes Muster mit wenigen Polariätswechsln gelesen wird, hat mans..

Der große Vorteil der Zeile ist einfach, dass man nicht gleich 320000pixel hat, sondern eben nur 128 bis 1024..

Solche Sensoren sind z.B. in Scannern verbaut (dann eher mit ca. 5000 pix)

Wie groß dein Scanbereich ist, kannst du dir ja ausrechnen.

Überleg dir halt wie fein du die hell-dunkel-kontraste auflösen kannst/musst. also feinster Abstand der Halme...je mehr pixel, desto breiter kannste Scannen...

Da die Auswertung im einfachsten Fall mit einem Tiefpass (running Average) erfolgen kann und du die Polwechsel messen musst oder sie sogar basis-elektronisch analog mit nem echten Tiefpass unterschieden kannst (würd ich aber per Software machen, wegen Flexibilität), hat die CPU nicht sooo viel zu tun.

Sigo

Wo bekommt man solche "Zeilensensoren" bzw. wo gibt es da gute Infos dazu. Bei Conrad hab ich so einen Sensor noch nie gesehen.

Ich könnte mir Vorstellen dass das Funktioniert!

Nur Problem stellt wahrscheindlich noch die Geschindigkeit dar. Was meint Ihr? (5 - 6 km wären natürlich toll!)

Zitat:

---

Zitat von grex

Wo bekommt man solche "Zeilensensoren" bzw. wo gibt es da gute Infos dazu. Bei Conrad hab ich so einen Sensor noch nie gesehen.

Ich könnte mir Vorstellen dass das Funktioniert!

Nur Problem stellt wahrscheindlich noch die Geschindigkeit dar. Was meint Ihr? (5 - 6 km wären natürlich toll!)

---

Hallo hier ist z.B. die Sensor-Seite von ATMEL: http://www.atmel.com/products/CCD/overview.asp
Du musst dann eben nach den Distributoren in D oder A suchen und das Teil dort anfragen. Manchmal gibts auch Muster..

Diese Sensoren gibt es aber von vielen Herstellern, auch z.B. von Texas Instruments, Toshiba,...

5-6km/h sollten wohl gehn.
Das hängt halt davon ab, wie schnell du die Daten aus der Kamerazeile holen und verarbeiten kannst. Du wirst wohl einen Flash-AD-Wandler brauchen (10MHz oder so) . Ansonsten entscheidt natürlich in erster Linie die Anzahl der Pixel über die Geschwindigkeit. Einige Sensoren haben mehrere Zeilen, und es könnten sich auch 2 Controller abwechseln usw..

Auch kannst du ja mehrere kleinere Sensoren nehmen und diese noch ein Teilstück scannen lassen. So kann man prima billige Sensoren und Controller parallel einlasten...das lässt sich schon skalieren..

sigo

Hallo Signo,
ich hab mich jetzt nochmal sehr intensiv im Web (auch im Forum) umgesehen - konnte aber irgenwie nicht wirklich andere Hersteller finden? Kannst du mir vielleicht nochmal eine genaue Bezeichnung geben nach was ich suchen sollte?

@ manf
du hast mal was von Ultraschallreflektion geschrieben?
Weißt du wo ich solche Sensoren günstig bekomme, um auch diese Variante zu "testen"?


Ich hab hier nochmal einen Vortrag aus dem Web über Sensoren im Pflanzenschutz und Düngebereich gefunden:
http://www.dlg-frankfurt.de/pdf/wita2004/ehlert.pdf

Besonders Interessant finde ich den Sensor auf Seite 14. Vielleicht kennt jemand die Funktionsweise des Sensors genauer - wäre vielleicht auch eine Möglichkeit!

lg grex

Hi, ich kenn die Typen auch nicht, aber hier ist z.B. ein Datenblatt:
http://www.atmel.com/dyn/resources/p...ts/doc1995.pdf

Die Teile heißen auf englisch: CCD array sensor oder auch linear CCD

Hier ist ein Google Link: http://www.google.de/search?hl=de&q=linear+CCD&meta=

VIel Spaß beim Sichten....wirst schon was finden.

sigo

Hallo,

ich denke, man sollte _mehrere_ Erkennunssysteme kombinieren (Rauheit, spektrale Analyse, Ultraschall) und evtl. auch Gassensoren (vielleicht entströmen dem Ampfer ja bsetimmte ätherische Öle oder so) und die Summe der Eindrücke - geeignet gefiltert, vereinfacht und quantisiert - auf ein neurales Netz loslassen. Dafür gibt es reichlich Softwarebeispiele in Basic oder Delphi aus dem universitären Bereich - eben Objekterkennung.
Und das Tolle daran ist, man kann das System anlernen und muss nicht mühsam das Wissen über die Tastatur hineinprogrammieren.
Software, die z.B. in der Lage ist, Gesichter zu erkennen, sollte locker auch große Blätter von Grashalmen unterscheiden können ...

Frank

Zitat:

---

Zitat von grex

Ich hab hier nochmal einen Vortrag aus dem Web über Sensoren im Pflanzenschutz und Düngebereich gefunden:
http://www.dlg-frankfurt.de/pdf/wita2004/ehlert.pdf
lg grex

---

Hi Grex,

hier ist ein Link, der das Messprinizip des Sensors erklärt: http://satgeo.zum.de/satgeo/methoden...eiten/ndvi.htm

Es handelt sich um eine Farbverhältnisbestimmung, wie sie g.B. auch in Blutoximetern benutzt wird. (sauerstoffreiches Blut hat ein anderes absorbtionsspekrum als sauerstoffarmes, hie rnimmt man auch eine IR-LED und eine Rot-LED. Die IR-dient als Referenz, die bei beiden Blutfarben eben gleich absorbiert sind. Hiermit kann man die Fingereigenschaften, Hautfarbe usw. kompensieren, der rote bestimmt dann den Unterschied..

Hier scheint es ähnlich zu sein, eben dass gut gedüngte Pflanzen dunkler sind..oder so.

Es ist aber wohl für Dünger, nicht für Unkraut.


" Über den Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) lässt sich der Chlorophyllgehalt aus den Spektralmessungen modellieren (R2=0,83). Quelle: http://www.fal.de/de/publikationen/j...al-jb04_pb.pdf

Sigo

Effektiv fallen bei Zeilenkamera und normaler Kamera die gleichen datenmangen an. Ich würde jetzt so vorgehen:
Ein Laptop mit linux nehmen und mir den Quellcode von einem, einfachem Videoülayer für Webcams anschauen (es solltre mit einer vorhandenen Webcam funktionieren) Dann würde ich anfangen einige Filter zu Programieren, die die Blätter der Pflanzen makieren. So kann man es quasi in echtzeit anschauen. Zum schluss müsste dann nur noch der Teil geschrieben werden der entscheidet ob an dem Ort nbun die Pflanze wächst oder nicht.

Wenn die Webcam später beim Fahren keine scharfen Bilder mehr liefert macht es sinn eine Zeilenkammera zu entwicklen, allerdings muss die Optik sehr gut sein, damit nur eine schmale Pixelreihe abgebildet wird, das Bild wird dann nicht mehr Blockweise verarbeitet, sondern eher Pipleinmäßig....

hmm, mit nem Notebook im Rücken kann man es so machen wie oc2... sagt, aber für eine recht schnelle Erkennung während der Fahrt sind die Datenmenge und der Analyseaufwand bei einer Zeile einfach kleiner und schneller verarbeitet..

Wenn man sich z.B. wirklich auf die Frequenz konzentriert, könnte man ja theoretisch mit reiner Analogtechnik also n paar OPs die Auswertung machen, indem man eben mit einem OP nen Tiefpass (running average) bildet und mit einem Schmitt-Trigger eben die Polaritätswechsel ermittelt, diese kann dann jeder µC zählen einfach mitzählen und abhängig vom Ergebnis eben noch n paar Scans auswertet. Hierbei muss man dann nur noch das minimale Zählergebnis ermitteln..

Diese Methode kann man dann ja noch mit weiteren (Farbsensoren usw.) kombinieren. Und wie vorgeschlagen, z.B: mit einem Neuronalen Netz und/oder Fuzzy kombinieren..

Ein Sensor mit 1000 Pixeln könnte z.B. auf 1mm bei 1m Scanbereich auflösen. Mit einer Taktrate von z.B. 10 MHz ließen sich die 1000 Pixel in 100µs auslesen. Bei einem Tempo von bis zu 10km/h / also ca. 3m/s müsste man nach ca. 330µs wieder scannen, um so ein Raster von 1x1mm zu erhalten. In den verbleibenden 230µs (Abtastzeit - Auslesezeit) könnte man die Zeile locker analysieren, da man ja keine komplexen Rechenoperationen braucht. ODer es wurde eben bereits teilweise analog bewältigt, Das würde sogar ein ATmega packen..aber man kann ja auch mehr Leistung an den Start bringen (c166 oder ARM..).

Bez. des Verwackselns müsste die Zeile auch sehr gut sein, da sie ja sehr schnell scannt. Es wäre vor allem völlig egal, wenn sie ein wenig daneben hängt, denn wenn man innerhalb eines großen Blattes verwackelt, ändert sich nicht viel daran, dass da keine großen Kontraste sind. Die Nachbarzeilen werden dann ja für sich analysiert und nicht in Bezug zur Vorgängerzeile. Nur das Zählergebnis wird vergleichen...

Wenn man mit o.g. Analogteil arbeitet, müsste der Controller die Schaltschelle, Hysterese, die Zeitkonstante des Tiefpass usw. parametrieren können, dann würde der Analogteil die meiste Arbeit erledigen..

Wenn man sich eine große Landmaschine vorstellt, würden etliche Sensoren benötigt. Das wär aber nicht schlimm. denn man käme so auf Stückzahl und jede für sich muss keine high End Optik und Stabilisierung haben, und wäre vor allem nicht teuer, da ja nur ein recht einfacher µC und ein recht günstiger Sensor drin sind (jeder Scanner und jedes Fax enthält so einen Sensor. ..) MAn muss vor allem nicht für jeden Meter ein Notebook an den Start bringen..

Just a thought

Sigo