Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 1
Quelle: “Semiconductor Devices: Basic Principles“, J.Singh, John Wily & Sons, 2001
Dies ist eine Überschrift, zentral
Imaging und intelligente Sensorsysteme
Schlüsseltechnologien innovativer Landtechnik
Arno Ruckelshausen
Hochschule Osnabrück / Fakultät für Ingenieurwissenschaften und Informatik
COALA - Competence in Applied Agricultural Engineering
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 2
2
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 3
Landwirtschaft 2015+
Quellen: UN World Population Prospects, May 2011; : http://www.aces.edu/pubs/ systemsview.wordpress.com , MSClipArt (2011)
Globale Relevanz:
Ernährung
Energie
Ressourcen
Landschaftspflege
Herausforderungen:
Steigerung der Produktion
Schonung der Umwelt
Ressourceneinsparung
Verteilung von Ressourcen
Sozialverträglichkeit
2011: 7,0 Billion people2050: 9,3 Billion people
Too many peoplemaking too many problems.
Genesis, Land of Confusion, 1986
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 4
Übersicht
Von Pflanzen und Sensoren draußen auf dem FeldKann doch alles nicht so schwer sein … !?
Schlüsseltechnologien: Sensorik – Simulation - Feldrobotikxxs Agriculture – die wollen doch nur spielen ?
Blick in die Zukunft – Schlüsseltechnologien treffen ProzesseEinzelpflanzenlandwirtschaft , Remote Farming , … ?
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 5
Übersicht
Von Pflanzen und Sensoren draußen auf dem FeldKann doch alles nicht so schwer sein … !?
Schlüsseltechnologien: Sensorik – Simulation - Feldrobotikxxs Agriculture – die wollen doch nur spielen ?
Blick in die Zukunft – Schlüsseltechnologien treffen ProzesseEinzelpflanzenlandwirtschaft , Remote Farming , … ?
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 6
Quelle: John Deere, Bruchsal
Beispiel: AutoTrac/StarFire RTK (John Deere)
Noch immer Sensor in der Landwirtschaft: GPS
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 7
Quelle: Autoscan (2008) und NIR-Moisture Sensor (2013/2014) ; Maschinenfabrik Bernard Krone, Hochschule Osnabrück
Sensoren für Erntegut (Beispiele)
NIR / FeuchteNIR-VIS / Reifegrad
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 8
1969
Woodstock Mondlandung Entwicklung des CCD-Sensors
Innovationstreiber: Imaging
Top-Technologie „Optoelektronische Systeme“ - (Anwendungsorientierte ;-) Nobelpreise in Physik:
CCD-Bildsensor (2009), blaue LED (2014)
Dennoch sind wir erst in der “Steinzeit“ der Bildverarbeitung …
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 9
Source: H.Poorter et al. , Journal of Expoerimental Botany, Vol. 61, No.8, pp.2043-2055, 2010
Pflanzenbau
Frage: Wie wächst eine Pflanze ?
Antwort: Es kommt drauf an …
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 10
Technology meets nature
Sources: HS Osnabrück, agrarheute.com, H.Poorter et al. , Journal of Expoerimental Botany, Vol. 61, No.8, pp.2043-2055, 2010
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 11
Draußen auf dem Feld …
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 12
Draußen auf dem Feld …
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 13
Crop sensing example (1): 3D Time-of-flight Imaging
Source: Ralph Klose, Hochschule Osnabrück, PhD (in preparation Universität Hannover)
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 14
Inte
nsitä
t
Wellenlänge
1 pixel(non selective)
Inte
nsitä
t
Wellenlänge
n pixel(selective)
... n
Soil
Plant
Miniature spectrometer
Spectral Imaging
Crop sensing example (2) : Spectral Imaging
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 15
Spectral Imaging
(Technology)
Spectral Cube
(Data)
Moisture parameter
(Algorithms)
Soruce: Marius Thiel, Hochschule Osnabrück, PhD (in preparation, University Hanover)
Crop sensing example (2) : Spectral Imaging
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 16
Crop sensing example (2) : (Hyper-)Spectral Imaging
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 17
Laboratory
Field
Light curtains or laser line sensors “1-bit-imaging“
Crop sensing example (3) : „Shadow Sensors“ (light barrier)
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 18
18
Rough shape information(low resolution light curtain)
Stalk and ears of corn(high resolution light curtain)
Stalk, ears and awns(ultra-high resolution laser line sensor)
Crop sensing example (3) : „Shadow Sensors“ (light barrier)
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 19
Crop sensing example (3) : „Shadow Sensors“ (light barrier)
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 20
Crop sensing example (3) : „Shadow Sensors“ (light barrier)
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 21
Source: Wolfram Strothmann ; Arno Ruckelshausen and Joachim Hertzberg: "Multiwavelength laser line profile sensing for agricultural crop characterization ",
Proc. SPIE 9141, Optical Sensing and Detection, 2014, http://dx.doi.org/10.1117/12.2052009
Crop sensing example (4): „Multiwavelength Laser Line Profile Sensing“
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 22
Quelle: Wolfram Strothmann ; Dissertation, in Vorbereitung
Crop sensing example (4): „Multiwavelength Laser Line Profile Sensing“
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 23
Quelle: Wolfram Strothmann ; Dissertation, in Vorbereitung
Crop sensing example (4): „Multiwavelength Laser Line Profile Sensing“
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 24
Soruces: Schmidhalter/TU München, Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft, Lemnatec, N-Tester/landwirt.com, Sengis/Uni Hohenheim, Imko, AgriCon, satimagingcorp, HS Osnabrück
Anwendungsbeispiel: „Phänotypisierung“ (Plattformen/Outdoor)
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 25
Khalil Gibran: „The Madman“ (1918)
Das Auge sagte eines Tages: „ Ich sehe hinter diesen Tälern im blauen Dunst einenBerg. Ist er nicht wunderschön ?“
Das Ohr lauschte und sagte nach einer Weile: „ Wo ist ein Berg, ich höre keinen.“
Darauf sagte die Hand: „Ich versuche vergeblich ihn zu greifen. Ich finde keinen Berg.“
Die Nase sagte: „ Ich rieche nichts. Da ist kein Berg.“
Da wandte sich das Auge in eine andere Richtung. Die anderen diskutierten weiter überdies merkwürdige Täuschung und kamen zu dem Schluss: „Mit dem Auge stimmt etwasnicht.“
Sensor- und Datenfusion
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 26
Projects: BreedVision, predbreed,BoniRob (BMEL,BLE, BMBF)
Sensor-Fusion / Phänotypisierung
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 27
Konzept „BreedVision“
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 28
Konzept „BreedVision“
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 29
„BreedVision“
Juni 2015
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 30
Sensor- and data fusion (field measurements)
Light curtain
Laser distance
3D-camera
Spectral imaging
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 3131/12
Technische Wiederholbarkeit in Feldmessungen
Technische WiederholbarkeitLichtgitter versus Mensch(Feldmessung)
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 32
Busemeyer et al., BreedVision – A MultiSensor Platform for Non-Destructive Field-Based Phenotyping in Plant Breeding, Sensors, 2013, Vol. 13, pp. 2830-284.
Busemyer. Lucas, PhD Thesis, 2013 (University Stuttgart-Hohenheim / Univerrsity of Applied Sciences Osnabrück)
Busemeyer et al., Precision phenotyping of biomass accumulation in triticale reveals temporal genetic patterns of regulations, Nature Scientific Reports 3, Article Number 3442, 2013.
Take into account water content(+Spectral Imaging)
Ignore water content
Biomass detection (field trials): Sensor fusion
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 33
Übersicht
Von Pflanzen und Sensoren draußen auf dem FeldKann doch alles nicht so schwer sein … !?
Schlüsseltechnologien: Sensorik – Simulation - Feldrobotikxxs Agriculture – die wollen doch nur spielen ?
Blick in die Zukunft – Schlüsseltechnologien treffen ProzesseEinzelpflanzenlandwirtschaft , Remote Farming , … ?
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 34
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 35
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 36
Simulation
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 37
Teststände
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 38
Nature in the loop …
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 39
Simulation
Projekt: elWObot/BMEL-BLE; Andreas Linz/HS Os
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 40
Autonomer Feldroboter Cäsar (Raussendorf, Projekt elWObot)
Simulation „ist“ Realität
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 41
Realität für die Simulation
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 42
Übersicht
Von Pflanzen und Sensoren draußen auf dem FeldKann doch alles nicht so schwer sein … !?
Schlüsseltechnologien: Sensorik – Simulation - Feldrobotikxxs Agriculture – die wollen doch nur spielen ?
Blick in die Zukunft – Schlüsseltechnologien treffen ProzesseEinzelpflanzenlandwirtschaft , Remote Farming , … ?
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 43
Traktor-Anbaugerät - Field Robot-App
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 44
„App-Konzept“ zur Feldrobotik
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 45
BoniRob – autonomous field robot platform
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 46
Historie – Agritechnica (Beispiel: BoniRob)
2007 2009 2011 2013 2015
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 47
Applikation: “Soil Scout”
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 48
Applikation: “Soil Scout”
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 49
“Remote Farming“
Quelle: Gerhard Holzapfel /1975 (Dank@Oliver Hensel )
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 50
Stand der Technik – Mechanische Beikrautregulierung Möhren
(ca. 100-400 h/ha)
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 51
Transfer of weed positions,movement of manipulator to weed
Remote workermarks weed postions
Image capturingImage preprocessing
Reaction ofweeding tool
CooperativeProcess
(Human-Machine)
Prozessablauf: RemoteFarming.1
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 52
Manipulator
Visual servoing camera 2
Localization camera 1
Actuator
Systemintegration: Manipulator (Roboterarm) mit Aktor
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 53
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 54
Joe
Hey Joe,
du siehst besser aus alsletzte Woche. Auch bist du 2Zentimeter gewachen.
Bis nächste Woche !
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 55
Individual plant phenotyping
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 56
Individual plant phenotyping
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 57
BoniRob-Applikationsbeispiel: Feldphänotypisierung von Einzelpflanzen
OpenJump (GIS)
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 58
Wirtschaftlichkeit zur Feldroboter-basierte Bodenparameter-Bestimmung (Christian Scholz, Masterarbeit HS Os, Mai 2015)
Robots@Landtechnik: Gesamtprozess/Human-Robot-Logistik
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 59
Quelle: Deepfield Robics (Bosch Startup)
Robots@Landtechnik: Gesamtprozess/Human-Robot-Logistik
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 60
Arno Ruckelshausen / Imaging und intelligente Sensorsysteme 61
Top Related