DE19645068C1 - Verfahren und Zähleinrichtung zum Auszählen von Teilchen, beispielsweise Saatgut- und Körnerproben oder dergleichen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Zähleinrichtung zum Auszählen von Teilchen, z. B. zum Auszählen von Saatgut- und Körnerproben oder dergleichen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. 9.

Bei der nach wie vor große Bedeutung aufweisenden Pflanzenzüchtung, insbesondere der Zucht landwirtschaftlicher Nutzpflanzen mit verbesserten Eigenschaften, müssen eine Vielzahl von Einzelpflanzen ausgelesen, Parallelprüfungen an­ gelegt, und diese auf gewünschte Merkmale hin untersucht wer­ den.

Hierfür stehen neben rein visuellen Merkmalen quantitative und qualitative Eigenschaften im Vordergrund, die die Pflanzen bzw. das Saatgut genauer charakterisieren, um dadurch eine Selektion zu ermöglichen. Wichtige Größen sind dabei die Korn­ zahl und die in Verbindung mit dem Gewicht zu berechnende sogenannte Tausendkornmasse. Ein weiteres wesentliches Quali­ tätsmerkmal ist beispielsweise die mittlere Kornlänge, da im allgemeinen kleinere Körner bei gleicher Masse besseres Mehl ergeben.

Bei den Getreidearten wird nach Winter- und Sommerformen unterschieden, bei denen wiederum das Wintergetreide Priorität hat. Diese Arten stellen aber besondere arbeitsorganisatorische Anforderungen an die Züchter, da die Ernte in normalen Jahren in den Zeitraum Juli bis August fällt und die Aussaatzeit be­ reits im September beginnt. Das heißt, für die Auswahl des neuen Saatgutes verbleiben lediglich wenige Wochen Zeit. Ein deutlicher Engpaß besteht im Zählvorgang zur Bestimmung des erwähnten Tausendkörnergewichtes.

Bisher bekannte Zählgeräte sind einfache mechanische Hilfs­ mittel, mit denen ein Vereinzeln der Körner, verbunden mit manuellem Abzählen, erfolgt. Darüber hinaus ist es bekannt geworden, Personal-Computer zu nutzen, um Meßergebnisse abzu­ speichern, eine Mittelwertbildung vorzunehmen und um die er­ haltenen Meßwerte zu protokollieren. Aus der DD 1 57 483 ist eine Vorrichtung zum Zählen von Getreidekörnern und deren Gewichtsbestimmung bekannt, wobei unterhalb eines Austritts­ rohres eines Vorratsbehälters eine Prallplatte angeordnet ist, die in mechanischer Verbindung mit einem piezoelektrischen Kristall einen Zählvorgang ermöglicht.

Die DE 31 48 439 A1 zeigt eine Getreidekörner-Zählmaschine und dient der Ermittlung des erwähnten Tausend-Korn-Gewichtes. Gemäß dortiger Lösung ist eine Vereinzelungseinrichtung vor­ handen, wobei vereinzelte Körner auf eine Zählstrecke gelangen. Die Zählstrecke wird vorzugsweise durch eine Lichtschranke realisiert. Nach dem Hindurchtreten durch die Lichtschranke bzw. Zählstrecke gelangen die Körner in eine Wägevorrichtung.

Nach gezählten 1000 Impulsen wird das Gewicht der in der Wägevorrichtung befindlichen Körner aufgabengemäß bestimmt.

Aus Müller, "Bildanalytische Qualitätskontrolle von Körnern und Faserpräparaten", Technische Rundschau, Nr. 9, 28.2.1984, Seiten 9-11, ist es bekannt, für die Partikelmeßtechnik auf eine automatische Bildanalyse durch Kameraaufnahme mit nach­ folgender Bildaufbereitung und Datenerfassung zurückzugreifen.

Ebenfalls auf Methoden der Bildverarbeitung greift die EP 0 501 639 A2 zurück. Die zu zählenden Objekte gelangen auf ein Sensorarray, das eine Vielzahl von Fotodetektoren umfaßt. Durch den Aufbau des Arrays ist eine Konturenerfassung der zu zählenden Objekte möglich und es kann eine Vereinzelung der z. B. in Clusterform vorliegenden Objekte durch eine entspre­ chende Bildverarbeitung vorgenommen werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Zählein­ richtung, z. B. zum Auszählen von Saatgut- und Körnerproben anzugeben, welche es gestattet, den Zählvorgang automatisch in äußerst kurzer Zeit bei gleichzeitig hoher Zielgenauigkeit, d. h. verringerter Fehlerwahrscheinlichkeit der Erfassung des sogenannten Tausendkorngewichtes abzuwickeln. Darüber hinaus soll ein Verfahren angegeben werden, das es ermöglicht, Teilchen mittels einer Bildaufnahmeeinrichtung sicher auszuzählen.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Verfahren bzw. einer Einrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 bzw. 9, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen.

Gemäß einem einrichtungsseitigen wesentlichen Grundgedanken der Erfindung wird von einer Zähleinrichtung ausgegangen, wel­ che eine Zählgutaufgabe umfaßt, die nach Art eines Trichters ausgestaltet ist. Die Zählgutaufgabe ist über einer im wesent­ lichen ebenen Schüttplatte angeordnet, derart, daß aufgegebene Teilchen, z. B. Saatgut im freien Fall auf die Schüttplatte und dort im wesentlichen vereinzelt bzw. verteilt gelangt.

Im oberen Teil, vorzugsweise nahe der Zählgutaufgabe, jedoch den freien Fall der Probe nicht störend, ist eine opto-elek­ tronische Kamera, vorzugsweise eine CCD-Kamera, angeordnet, welche die Fläche der Schüttplatte mit darauf befindlichen Körnern erfaßt. Die opto-elektronische Kamera wirkt mit einer Beleuchtungseinrichtung zum Ausleuchten der Schüttplattenfläche zusammen, wobei ein Steuerrechner vorhan­ den ist, der dem Auszählen des von der Kamera erfaßten Bildes dient. Hierfür benützt der Steuerrechner entsprechende Programme, mit deren Hilfe das vorliegende Grauwertbild nach einem Nullbildabgleich auch einer Kantenfilterung zur Konturenvorhebung, wie später erläutert, unterzogen wird. Anschließend wird das kantenverstärkte Bild binärisiert und segmentiert. Dicht beieinander liegende Teilchen, z. B. Körner, werden einer Cluster-Analyse unterzogen, mit anschließender Cluster-Korrektur, so daß mit hoher Genauigkeit die Kornzahl bestimmbar ist.

Alternativ kann über eine Erfassung der Farbe sowie der durch­ schnittlichen Abmessungen, z. B. die Bauchdicke der Körner, eine Aussage über weitere Kriterien, die für die Saatgutzucht oder die Bewertung der Ernte wichtig sind, erfolgen. Durch die Erfassung weiterer Eigenschaften der Probe, nämlich Farbe, Form, Korngröße und Krankheitsbefall, kann im wesentlichen in einem einzigen Zählvorgang die Aussagerelevanz unter Rückgriff auf die im Steuerrechner vorhandene bzw. verkörperte Hard- und Software erhöht werden.

Gemäß einem weiteren einrichtungsseitigen Grundgedanken der Erfindung wird parallel zum Zählvorgang eine hängen- und/oder Gewichtsbestimmung der Probe durch ein entsprechend integrier­ tes Auswerteprogramm vorgenommen. Hierfür kann erfindungsgemäß die Schüttplatte Bestandteil einer elektronischen Wägeeinrichtung sein. Alternativ besteht die Möglichkeit, vor Aufgabe der Probe in die Zähleinrichtung diese mit einer sepa­ raten, jedoch mit dem Steuerrechner verbundenen elektronischen Wägeeinrichtung zu vermessen.

In einer speziellen Ausführungsform der Erfindung ist die Zählgutaufgabe ein Teil des Gehäuses der Zähleinrichtung, wo­ bei ein oberer, nach oben verjüngter Abschnitt des Gehäuses einen Aufgabeschlitz enthält. Der Aufgabeschlitz nimmt einen quasi nachgeordneten, im Querschnitt A-förmigen Verteiler auf, welcher gegebenenfalls Vereinzelungsstege oder -stifte umfaßt.

Die elektronische Kamera ist im vom im Querschnitt A-förmigen Verteiler umschlossenen Raum befindlich und so angeordnet, daß das Objektiv nach unten, hin zur Schüttplatte gerichtet ist, um möglichst die gesamte Schüttplattenfläche zu erfassen.

Unmittelbar benachbart zur Kamera ist eine Beleuchtungsein­ richtung vorgesehen. Diese Beleuchtungseinrichtung kann jedoch auch unterhalb der Schüttplatte, die in diesem Falle vorzugs­ weise aus einem durchscheinenden Material, z. B. Kunststoff be­ steht, angeordnet sein. Wesentlich ist, daß eine gleichmäßige Ausleuchtung der Schüttplattenfläche bzw. der darauf befindli­ chen Probe gewährleistet ist.

Erfindungsgemäß wird, mit dem Ziel einer möglichst gleichmäßi­ gen Verteilung der Probe über der Schüttfläche mit nur gerin­ gen oder keinen Clustern, der Aufgabeschlitz und Verteiler im wesentlichen im geometrischen Schwerpunkt der Schüttplatte liegend oberhalb der Schüttplatte angeordnet. Eine Freiräumvorrichtung und eine seitliche Öffnung im unteren Teil des Gehäuses sind in Verbindung mit einem Auffanggefäß vorge­ sehen, um eine ausgezählte Probe von der Schüttplatte, d. h. aus der Zähleinrichtung zu entfernen.

Der Steuerrechner dient erfindungsgemäß der Freigabe und Beendigung des Zählzyklus und wirkt mit der Beleuchtungseinrichtung und der Kamera zum Festlegen von Beginn und Ende der Biidaufnahme, die für das Auszählen der Probe maßgeblich ist, zusammen.

Kenndaten der einzelnen Proben können vor Beginn der Messungen in den Steuerrechner eingegeben und in einer entsprechenden Datei abgelegt werden. Laufende Nummern zu vermessender Proben werden programmseitig automatisch ausgegeben. Beim Sorten­ bzw. Probenwechsel ist kein Verstellen der Zieleinrichtung notwendig, da die Auswertung rein softwareseitig erfolgt. Die Auswertung erfolgt dergestalt, daß die Ergebnisse sofort ver­ fügbar und über einen Monitor und/oder Drucker darstellbar sind.

Die eigentliche Auszählung der Probe erfolgt softwaregestützt unter Nutzung digitaler Bildverarbeitungsmethoden unter Berücksichtigung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Zur Verbesserung des Signal-Rauschverhältnisses, d. h. zur Rauschminderung, können mehrere Einzelbilder aufgenommen und Mittelwerte bestimmt werden. Nach den bereits beschriebenen weiteren softwareseitigen Schritten kann neben dem eigentli­ chen Auszählen auch eine Längenbestimmung einzelner oder einer Vielzahl gefundener Einzelkörner vorgenommen werden. Ebenso ist die Bestimmung der Bauchdicke der Körner die für Mälzereien wesentlich ist, möglich.

Wie dargelegt, wird vor, während oder nach dem Zählen das Gewicht der Teilchen oder Körner bestimmt. Im Anschluß des Meßzyklus liegen sowohl Körnerzahl als auch Körnergewicht vor.

Zur Verbesserung der Zählgenauigkeit besteht ein weiterer Grundgedanke der Erfindung darin, einen festgelegten Operator, der softwareseitig dicht beieinander liegende Körner voneinan­ der trennt, anhand von Probedaten zu optimieren, wobei hierfür auf an sich bekannte neuronale Netze zurückgegriffen wird. Das erwähnte Optimieren des Operators entspricht dann dem Training des neuronalen Netzes. Demnach kann der Operator anhand kon­ kreter Bilder von Saatgutproben optimal auf den jeweiligen Einsatz abgestimmt und einem Lernvorgang unterzogen werden.

Anhand der erwähnten in einer Ausführungsform vorgesehenen Farbbildauswertung der Probe sowie in Verbindung mit der er­ faßten Körnerform, die mit einer tabellarischen Muster- Körnerform verglichen werden kann, besteht die Möglichkeit, Fehlentwicklungen und/oder Krankheitsbefall von Pflanzen zu ermitteln. Hierdurch kann die ansonsten nur manuelle Begutachtung, die in der Regel nur stichprobenartig erfolgt, durch eine automatische Analyse ergänzt werden, ohne daß hard­ wareseitig die Zähleinrichtung verändert oder ergänzt werden muß.

Die Nutzeroberfläche des Steuerrechnes zur Bedienung der Zähleinrichtung ist mit entsprechender Graphik äußerst anwen­ dungsfreundlich gestaltet, so daß zum Betreiben der erfin­ dungsgemäßen Einrichtung keinerlei Vorkenntnisse zur Bedienung des Rechners notwendig sind.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren soll eine schnelle Bestimmung der Zahl von Teilchen möglich sein, welche sich auf einer im wesentlichen ebenen Aufnahmefläche bzw. Schüttfläche befinden und wobei auf eine optische Aufnahmeeinrichtung, z. B. eine elektronische Kamera bzw. CCD-Kamera zurückgegriffen wird, um die Teilchen zu erfassen.

Problematisch ist hierbei die Tatsache, daß die Teilchen zum einen nicht völlig gleichartig sind, wie dies z. B. bei Saatgut der Fall ist, und daß die Verteilung der Teilchen auf der Fläche nicht homogen erfolgt, wobei sich einzelne Teilchen be­ rühren und sogenannte Cluster bilden.

Erfindungsgemäß wird daher verfahrensseitig zunächst ein Nullbildabgleich vorgenommen.

Der Nullbildabgleich ermöglicht bei inhomogenen Beleuchtungsbedingungen mit der Folge unterschiedlicher Helligkeit einzelner Bildbereiche, eine Kompensation dadurch, daß das aktuelle, aufgenommene Bild mit einem zuvor aufgenom­ menen Nullbild oder Eichbild ohne Teilchen abgeglichen wird. Hierfür wird die Helligkeit des aktuellen Bildes pixelweise auf die Helligkeit des Nullbildes normiert.

In einem nächsten verfahrensseitigen Schritt erfolgt eine Kontrastverstärkung zur Hervorhebung der Übergänge zwischen verschiedenen Teilchen im Sinne einer Kantenhervorhebung.

Es können zwar bei der optischen Aufnahme die Aufnahmebedingungen so gewählt werden, daß der Grauwertunterschied zwischen Unterlage und Teilchen hinrei­ chend groß ist, indem beispielsweise eine Beleuchtung der Schüttplatte unten und/oder von oben erfolgt. Grenzen jedoch zwei oder mehrere Teilchen aneinander, so besteht die Möglichkeit, daß kein deutlicher Helligkeitsunterschied zwi­ schen den aneinander angrenzenden Teilchen gegeben ist.

Durch Anwendung einer erfindungsgemäßen Filterung wird der Kontrast von Punkten, die auf der Berührungslinie zwischen zwei Teilchen liegen, verstärkt. Die Helligkeit der entspre­ chenden Bildstellen ist einem Sattelpunkt vergleichbar. In einer Richtung wächst erfindungsgemäß die Helligkeit, in der darauf senkrechten Richtung reduziert sie sich.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein virtuelles Filter ausreichender Größe, beispielsweise von 7 × 7 Pixeln eingesetzt.

Weiterhin wird verfahrensgemäß vorgeschlagen, eine Binarisierung und Bildsegmentierung der erhaltenen Bilddaten vorzunehmen. Vorzugsweise wird für die Segmentierung ein Verfahren auf der Basis eines Kettencodes genutzt. Im Ergebnis der Segmentierung entsteht eine Datei oder Liste eindeutig getrennter Teilchen und Cluster. Durch die Verwendung der voranstehend geschilderten Kontrastverstärkung wird bereits eine weitgehende Trennung benachbarter Teilchen erreicht. Je nach konkreten Aufnahmebedingungen, d. h. der Zahl der Teilchen pro Fläche, verbleiben jedoch u. U. einige Cluster von Teilchen, die nicht völlig separiert werden konnten.

In einem nächsten Schritt erfolgt deshalb eine sogenannte Clusterkorrektur, d. h. Korrektur der Teilchenzahl auf der Basis einer Cluster-Analyse.

Hiermit ist es möglich, trotz unvollständiger Trennung der Teilchen bei der Segmentierung, eine hohe Genauigkeit bei der Bestimmung der Teilchenanzahl zu erreichen.

Hier gilt jedoch die Voraussetzung, daß es sich bei den zu zählenden Teilchen um gleichartige Teilchen handelt, deren Größe zwar nicht identisch aber doch ähnlich ist. Unter Berücksichtigung dieser Annahme wird die Zahl der Teilchen in einem Cluster aus dessen Größe bzw. Fläche bestimmt. Die Größe bzw. Fläche des Clusters steht durch Auswertung des Videobildes in Verbindung mit einem entsprechenden Steuerrechner und dessen Software zur Verfügung.

Erfindungsgemäß muß die tatsächliche, absolute Größe der einzelnen Teilchen nicht unbedingt für den Zählvorgang bekannt sein, d. h. es wird die Teilchengröße bei der Zählung aus der durchschnittlichen Größe einzelner Teilchen ermittelt.

Alles in allem gelingt es mit der erfindungsgemäßen Zähleinrichtung bzw. dem Zählverfahren in außerordentlich kur­ zer Zeit, Standardproben mit hoher Genauigkeit auszuzählen. Die Zählung basiert auf Methoden der digitalen Bildverarbeitung, wobei hierfür Teilchen, z. B. Körnerproben, auf einer Schüttplatte, die als Meßfläche wirkt, möglichst gleichmäßig verteilt werden. Die Körnerprobe wird mit einer CCD-Kamera unter optimalen Beleuchtungsbedingungen aufgenommen. Das von der Kamera erhaltene Bild wird einem Steuerrechner zugeführt und dort entsprechenden Bildverarbeitungsalgorithmen unterzogen. Im Ergebnis kann die Kornzahl erfaßt werden. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit der Bestimmung weiterer Eigenschaften der Probe, wie Farbe, Form, Korngröße und Krankheitsbefall. Parallel zum Zählvorgang wird eine Längen- und/oder Gewichtsbestimmung der Probe durch ein entsprechend integriertes Auswerteprogramm entweder in Verbindung mit einer innerhalb der Zähleinrichtung befindli­ chen Wägeeinrichtung oder mit einer separaten elektronischen Waage vorgenommen.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren nä­ her erläutert werden.

Hierbei zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der wesentlichen Funktions­ komponenten der Zähleinrichtung, und

Fig. 2 den prinzipiellen Aufbau der Zähleinrichtung mit Schüttplattengehäuse und Aufgabeschlitz mit Verteiler.

Die in der Fig. 1 dargestellte Zähleinrichtung umfaßt ein Gehäuse 1, welches die Form eines z. B. quadratischen oder rechteckigen Trichters aufweist. Im oberen Abschnitt des sich nach oben verjüngenden Trichters bzw. Gehäuses 1 ist eine in Fig. 1 nicht näher gezeigte Zählgutaufgabe 2 angeordnet.

Mittels der Zählgutaufgabe 2 wird das in einem Behälter 3 be­ findliche Saatgut 4 in das Gehäuse 1 eingefüllt. Hierbei fällt das Saatgut 4 quasi im freien Fall auf eine im Inneren des Gehäuses 1 befindliche Schüttplatte 5. Über eine in der Fig. 1 nicht gezeigte Beleuchtungseinrichtung wird das Saatgut 4, das sich auf der Schüttplatte 5 befindet, beleuchtet und das so erhaltene Bild mit einer opto-elektronischen Kamera aufgenom­ men. Ausgangsseitig steht die opto-elektronische Kamera mit einem Steuerrechner bzw. einem Computer 6 in Verbindung. Der Computer 6 verfügt über bekannte Eingabemittel wie Tastatur, Maus oder dergleichen. Über einem weiteren Eingang steht der Computer 6 mit einer separaten elektronischen Wägeeinrichtung 7 zur Bestimmung des Gewichtes des Saatgutes 4 in Verbindung.

Alternativ kann die Schüttplatte 5 der Zähleinrichtung Teil einer elektronischen oder elektro-mechanischen Wägeeinrichtung sein, so daß sich das separate Vorsehen der Wägeeinrichtung 7 erübrigt.

Die berechnete Kornanzahl und/oder Korngröße bzw. die Ermittlung weitere Parameter wird mit einer Anzeigeeinrichtung s dargestellt. Optional besteht die Möglichkeit, die Meßergebnisse über einen Drucker 9 proto­ kolliert aus zugeben.

Bedienungsseitig erhält der Benutzer der Zähleinrichtung Unterstützung durch ein entsprechendes Bildschirmmenü mittels der Anzeigeeinrichtung 8. Hierdurch sind Fehlbedienungen wei­ testgehend ausgeschlossen.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung liegt die Zählgeschwindigkeit zwischen 3 und 8 Sekunden. Ein optisches und/oder akustisches Signal informiert den Nutzer ständig über den Stand des Zählvorganges. Mittels entsprechender Auswertesoftware besteht die Möglichkeit, kleinere Beimengungen von Saatgut zu unterscheiden.

Über das Bildschirmmenü wird der Nutzer in die Lage versetzt, eine richtige Einstellung der Korngrößen entsprechend der je­ weiligen Saatgutart vorzunehmen, so daß die Genauigkeit der Zählung und damit des Zählergebnisses erhöht wird.

Durch das softwareseitige Umschalten auf unterschiedliche Korngrößen oder Saatgutarten ist die Zählung verschiedener Sorten von Samen ohne Manipulationen bzw. Umrüstung der Zähleinrichtung möglich.

Nachfolgend soll unter Hinweis auf die Fig. 2 der Aufbau der Zähleinrichtung näher erläutert werden.

Die Querschnittsdarstellung gemäß Fig. 2 läßt das Gehäuse 1 mit seiner Trichterform erkennen, die sich von unten nach oben verjüngt. Der Querschnitt des Trichters kann kreisrund, qua­ dratisch oder rechteckig oder auch in jeder beliebig anderen Form ausgebildet sein. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel wird von einem annähernd quadratischen Querschnitt ausgegan­ gen.

Die eigentliche Zählgutaufgabe 2 befindet sich im oberen Teil des Gehäuses 1 und bildet einen Abschnitt dieses. Konkret ist ein Aufgabeschlitz 10 vorhanden, an dem sich in Fallrichtung ein im Querschnitt A-förmiger Verteiler anschließt.

Darüber hinaus sind Vereinzelungsstege oder -stifte vorgese­ hen. Bei dem Aufgeben des Saatgutes 4 durch Schütten hinein in den Aufgabeschlitz 10 werden die einzelnen Körner im freien Fall vereinzelt und gelangen auf die im wesentlichen ebene im unteren Bereich des Gehäuses 1 angeordnete Schüttplatte 5.

Im vom Verteiler 11 umschlossenen Raum ist eine CCD-Kamera 13 angeordnet, deren Objektiv so ausgebildet ist, daß eine vorge­ gebene, möglichst maximale Fläche der Schüttplatte 5 mit dar­ auf befindlichen Körnern erfaßt werden kann. Der Kamera 13 be­ nachbart ist eine oder sind mehrere Beleuchtungseinrichtungen 14 zum gleichmäßigen Ausleuchten der Oberfläche der Schüttplatte 5 mit Saatgutkörnern vorgesehen.

Alternativ besteht die Möglichkeit, bei einer Schüttplatte 5 aus durchscheinendem Material die Beleuchtungseinrichtung un­ terhalb der Schüttplatte 5 anzuordnen. Dies ist mit dem Bezugszeichen 15 symbolisch gezeigt.

Aufgabeschlitz 10 und Verteiler 11 befinden sich im wesentli­ chen zentral, d. h. im geometrischen Schwerpunkt der Schüttplatte 5 oberhalb dieser. Eine Freiräumeinrichtung 17 umfaßt eine seitliche Öffnung 16 im unteren Teil des Gehäuses 1, verbunden mit einem Auffanggefäß 18 (Fig. 1).

Es liegt im Sinne der Erfindung, daß die Beleuchtungseinrich­ tungen 14 und 15 mit strahlumlenkenden Mitteln, z. B. Reflektoren, und/oder Mitteln zum Homogenisieren der Beleuchtungsdichte über die Fläche der Schüttplatte 5 zu­ sammenwirken können.

Die Schüttplatte 5 kann Bestandteil einer nicht gezeigten elektronischen oder elektro-mechanischen Wägeeinrichtung sein, wobei der Steuerrechner aus Fig. 1 mit der elektronischen Wägeeinrichtung zusammenwirkt. Im letzteren Fall wird die Schüttplatte 5 vor dem Aktivieren der Waage, d. h. beim Aufgaben des Saatgutes 4 nach oben bis zu einem am Gehäuseinneren angeordneten umlaufenden Anschlag gedrückt, so daß verhindert wird, daß Saatgut in einen Zwischenraum von Gehäuseinnenseite und Schüttplatte 5 gelangt. Nach Aufgeben des Saatgutes wird die Wägeeinrichtung freigegeben, und es kann in an sich bekannter Weise eine entsprechende elektro­ nisch Meßwerterfassung vorgenommen werden.

Bei der Zähleinrichtung gemäß Ausführungsbeispiel sind sämtli­ che wesentlichen Komponenten vom trichterförmigen Gehäuse 1 umschlossen, wobei die Kommunikationsverbindungen zum Steuerrechner über eine Standardschnittstelle realisiert wer­ den. Das Gehäuse kann seitlich angeordnete Tragegriffe aufwei­ sen, so daß die Zähleinrichtung ohne weiteres transportabel ist. Die mit der Zähleinrichtung erzielten Zählergebnisse sind außerordentlich exakt, wobei gleichzeitig eine hohe Zählgeschwindigkeit erreicht wird. Korngrößen im Bereich von 0,3 bis 15 mm können sicher vermessen werden. Durch Bilderkennungsverfahren ist ein selbständiges Bestimmen ver­ schiedener Sorten und Saatgut formen möglich, so daß letztend­ lich mit hoher Zuverlässigkeit das sogenannte Tausendkorngewicht bei gleichzeitiger Protokollierbarkeit der Ergebnisse bestimmt werden kann. Für das Auszählen einer Standardzählprobe wird in Abhängigkeit vom Leistungsumfang des Steuerrechners eine Zeit von im wesentlichen 3 bis maximal 8 Sekunden benötigt. Parallel zum Zählvorgang kann eine Längen- und Gewichtsbestimmung der Probe durch ein entsprechend inte­ griertes Auswerteprogramm erfolgen. Bei Änderung der Art der zu zählenden Körner ist es nicht notwendig, mechanische Parameter zu verstellen.

Bei dem voranstehend geschilderten Ausführungsbeispiel einer Körnerzähleinrichtung wird auf ein spezielles Auswerteverfahren zurückgegriffen, das die Problematik berück­ sichtigt, daß die Teilchen, d. h. das Saatgut nicht völlig gleichartig sind, und daß die Verteilung der Teilchen auf der Schüttgutfläche nicht homogen erfolgt, d. h. sogenannte Cluster vorliegen.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Bildverarbeitung wird zur Vermeidung von inhomogenen Beleuchtungsbedingungen zunächst ein Nullbildabgleich vorgenommen, wobei das aktuelle Bild mit einem vorher aufgenommenen Eichbild oder Nullbild ohne Saatgut auf der Schüttplatte abgeglichen wird. Hierfür wird die Helligkeit des aktuellen Bildes vorzugsweise pixelweise auf die Helligkeit des Nullbildes normiert.

Im Anschluß an diesen Nullbildabgleich erfolgt eine Kontrastverstärkung zur Hervorhebung der Übergänge zwischen den verschiedenen Teilchen, um deutlichere Helligkeitsunterschiede zu erhalten. Hierfür wird der Kontrast von Punkten, die auf der Berührungslinie zwischen zwei Körnern liegen, verstärkt.

Anschließend wird in einem weiteren Verarbeitungsschritt eine Binarisierung und Bildsegmentierung vorgenommen. Die Segmentierung liefert eine Datei eindeutig getrennter Körner des Saatgutes und eine Information über Cluster, d. h. über dicht gepackte nicht ohne weiteres zu trennende Körneranhäufungen. Es sei angemerkt, daß durch die voranste­ hend geschilderte Kontrastverstärkung zwar eine weitgehende Trennung benachbarter Körner erreichbar ist, es verbleiben je­ doch in Abhängigkeit von den Aufnahmebedingungen, d. h. der Anzahl-von Saatgutkörnern pro Flächeneinheit einige Cluster, die nicht ohne weiteres vollständig separiert werden können.

Hierfür wird gemäß Ausführungsbeispiel eine Korrektur der Körnerzahl auf der Basis einer Cluster-Analyse vorgenommen, wobei der Vorteil dieses Schrittes darin liegt, das trotz un­ vollständiger Trennung der Körner bei der Segmentierung eine sehr hohe Genauigkeit der bestimmten Körnerzahl erreichbar ist. Hierbei wird die Anzahl der Körner in einem Cluster aus der Größe des Clusters indirekt bestimmt.

Bezugszeichenliste

1 Gehäuse
2 Zählgutaufgabe
3 Saatgutbehälter
4 Saatgut
5 Schüttplatte
6 Computer
7 separate Wägeeinrichtung
8 Anzeigeeinrichtung
9 Drucker
10 Aufgabeschlitz
11 Verteiler
12 Vereinzelungsstege und -stifte
13 CCD-Kamera
14, 15 Beleuchtung
16 seitliche Öffnung zum Freiräumen
17 Freiräumeinrichtung
18 Auffanggefäß

Claims (9)

1. Zähleinrichtung, insbesondere zum Auszählen von Teilchen, beispielsweise Saatgut- und Körnerproben oder dergleichen, umfassend eine Zählgutaufgabe, eine Schüttplatte sowie eine Freiräumvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählgutaufgabe (2) eine Trichterform aufweist und derart oberhalb der Schüttplatte (5) angeordnet ist, daß auf­ gegebenes Saatgut (4) im freien Fall und im wesentlichen ver­ einzelt verteilt auf die Schüttplatte (5) gelangt,
daß eine opto-elektronische Kamera (13) vorgesehen ist, welche die Fläche der Schüttplatte (5) erfaßt, wobei die opto-elektronische Kamera (13) mit einer Beleuchtungseinrichtung (14, 15) zum Ausleuchten der Schüttplattenfläche zusammenwirkt, und
daß ein Steuerrechner (6) zur Vorgabe des Meßablaufes, zum Auszählen des von der Kamera (13) erfaßten, auf der Schnittplatte befindlichen Saatgutes sowie zum Darstellen der Zählwerte vorgesehen ist.

2. Zähleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählgutaufgabe (2) ein Teil des Gehäuses (1) der Einrichtung bildet, wobei im oberen Abschnitt des nach oben verjüngten Gehäuses (1) ein Aufgabeschlitz (10) mit nachge­ ordneten, im Querschnitt A-förmigen Verteiler (11), enthaltend Vereinzelungsstege oder -stifte (12), angeordnet ist, und die elektronische Kamera (13) im vom im Querschnitt A-förmigen Verteiler (11) umschlossenen, nach unten zur Schüttplatte (5) offenen Raum befestigt ist.

3. Zähleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Abschnitt des Gehäuses (1) der Einrichtung die im wesentlichen ebene Schüttplatte (5) befindlich ist, wobei sich Aufgabeschlitz (10) und Verteiler (11) im wesentlichen im geometrischen Schwerpunkt liegend, oberhalb der Schnittplatte (5) befinden, und wobei die Freiräumvorrichtung (17) eine seitliche Öffnung im unteren Teil des Gehäuses, verbunden mit einem Auffanggefäß (18) umfaßt.

4. Zähleinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung (15) unterhalb einer durch­ scheinenden Schüttplatte (5) zur Aufnahme des Saatgutes (4) innerhalb des Gehäuses (1) angeordnet ist.

5. Zähleinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung (14) der elektronischen Kamera (13) benachbart im offenen Raum des im Querschnitt A- förmigen Verteilers (11) und/oder an den Seiteninnenwänden des Gehäuses (1) angeordnet ist.

6. Zähleinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schüttplatte (5) Bestandteil einer elektronischen oder elektro-mechanischen Wägeeinrichtung ist, wobei dem Steuerrechner (6) das Wägeergebnis der jeweiligen Saatgut- Probe zuführbar ist.

7. Zähleinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerrechner (6) die Freigabe und Beendigung des Zählzyklus vorgibt sowie derart mit der Beleuchtungseinrichtung (14, 15) und Kamera (13) verbunden ist, daß nach Auftreffen der Saatgut-Probe auf der Schüttplatte (5) der Aufnahme- und Zählzyklus selbständig und gegebenenfalls wiederholt ausführbar ist.

8. Zähleinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerrechner mit einer separaten, außerhalb des Gehäuses (1) der Einrichtung befindlichen elektronischen Wägeeinrichtung verbunden ist.

9. Verfahren zum Auszählen von Teilchen, die auf einer im wesentlichen ebenen Platte befindlich sind, mittels digitaler Bildverarbeitung, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Abgleichen des aktuell aufgenommenen Bildes mit einem vorher aufgenommenen Nullbild ohne Teilchen und Normieren der Helligkeit des aktuellen Bildes pixelweise auf die Helligkeit des Nullbildes;
Kontrastverstärkung zur Hervorhebung der Übergänge zwischen verschiedenen, jedoch eng benachbarten aneinandergrenzenden Teilchen durch Kantenhervorhebung oder Kantenfilterung;
Binarisierung und Segmentierung einzelner Teilchen und vorhandener Cluster unter Erhalt einer Datei eindeutig getrennter Teilchen und Cluster sowie
Korrektur der Teilchenanzahl auf der Basis der Analyse der verbleibenden Cluster, indem von der Größe der Cluster und der bekannten durchschnittlichen Größe der Teilchen auf die Teilchenanzahl je Cluster geschlußfolgert wird.