DE19950396C2 - Vorrichtung und Verfahren zum Bestimmen des Pflanzenzustandes - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zum Bestimmen des PflanzenzustandesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen des
Pflanzenzustandes, mit künstlichen Lichtquellen, insbesondere
Lumineszenz- und/oder Laserdioden, zum gerichteten Beleuchten
des zu messenden Pflanzenbestandes, mindestens einem Detektor
zum Registrieren des vom Pflanzenbestand reflektierten
Lichtes, einer Signal-Verarbeitungseinrichtung umfassend
einen die Reflexionsdaten auswertenden, den Pflanzenzustand
bestimmenden Mikroprozessor, wobei die Lichtquellen, der
Detektor und die Verarbeitungseinheit an/auf bzw. in einem
verfahrbaren Träger an einem Messkopf angeordnet sind, und
die Lichtquellen den zu messenden Pflanzenbestand mit einem
Lichtfleck oder -streifen aus Licht von mindestens zwei
Gruppen von Dioden mit ausgewählter Wellenlänge beleuchten.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Bestimmen des
Pflanzenzustandes, bei dem künstliche Lichtquellen,
insbesondere Lumineszenz- oder Laserdioden, Reflexionssignale
des Blattwerkes der Pflanzen im sichtbaren und/oder
nahinfraroten Spektralbereich beim Überfahren des
Pflanzenbestandes erzeugt, diese Signale mittels Detektoren
erfasst und an eine Signal-Verarbeitungseinheit weitergegeben
werden sowie in dieser nach einem speziellen
Auswertealgorithmus der Pflanzenzustand ermittelt wird.
Es ist bekannt, den Pflanzenzustand, insbesondere die
Ernährung von Pflanzen, mit Hilfe des Chlorophyllgehaltes zu
bestimmen (Prospekt "precise" der Firma Hydro Agri, 1997).
Der Chlorophyllgehalt wird üblicherweise mittels
reflexionsoptischer Sensoren ermittelt wie sie beispielsweise
grundlegend in der US 4 986 665 beschrieben sind. Als
Lichtquelle dient die natürliche Sonnenstrahlung, deren
Intensität und spektrale Verteilung zur Normierung
kontinuierlich erfaßt werden muß.
Die passive Beleuchtung hat den Nachteil, daß die Messung nur
tagsüber durchgeführt werden kann, weil nachts und am späten
Abend und frühen Morgen die Bestrahlungsstärke zu gering ist,
um ein auswertbares Signal zu erhalten. Des weiteren
beeinflußt die Verteilung der Einstrahlung über den
Himmelshalbraum die Reflexionsmessung infolge des nicht
lambert'schen Rückstreuverhaltens des Pflanzenbestandes. Dies
führt zu Ungenauigkeiten bei durchziehender Bewölkung sowie
bei niedrigen Sonnenständen. Der Auswertealgorithmus für das
Reflexionsspektrum muß darüber hinaus immer auf die
Minimierung der Einstrahleffekte ausgerichtet werden, wodurch
die Messung des Chlorophyllgehaltes mit unkalkulierbaren
Unsicherheiten behaftet ist.
Die aktive Beleuchtung des Pflanzenbestandes mit
monochromatischen Lichtstrahlen von Leucht- oder Laserdioden
im Wellenlängenbereich zwischen 400 bis 1000 nm ist aus der
US 5 389 781 bekannt. Mindestens zwei Emitter strahlen
monochromatisches Licht mit einer unterschiedlichen
Wellenlänge auf den Pflanzenbestand ab, um Unkraut aus dem
Pflanzenbestand selektiv festzustellen und anschließend zu
eliminieren. Die Emitter (LED's) werden in schneller Folge
an- und ausgeschaltet. Dies geschieht dadurch, dass der Strom
für jeden der beiden Emitter mit einer hohen Frequenz,
beispielsweise 455 kHz, moduliert wird. Die von den Emittern
abstrahlenden Lichtstrahlen werden durch Emitterlinsen
punktförmig fokussiert, bevor sie auf die vorbestimmte Fläche
treffen. Der Pflanzenbestand einschließlich Unkraut
reflektiert die Strahlung, die von einem Fotodetektor erfasst
wird. Die reflektierte Strahlung enthält unterschiedliche
Wellenlängenanteile an monochromatischem Licht je nach dem,
ob das Licht an Pflanzen oder vom Boden reflektiert wurde.
Durch eine speziell zwischen Fotodetektor und dem
Reflexionsort angeordnete Detektorlinse und eine
Aperturblende wird der Anteil der Bodenstrahlung eliminiert.
Die vom Fotodetektor erfassten Anteile der Strahlung der
beiden Emitter werden in eine Phase umgewandelt, mit einer
Vergleichsphase verglichen und in einem Rechner verarbeitet,
um einen Ausbringer für Unkrautbekämpfungsmittel zu steuern.
Ein weiteres bekanntes aktives Meßsystem (WO 97/37372) für
die Ermittlung und Bekämpfung von Unkraut in einem
Baumwollfeld verwendet eine Vielzahl von in einer Reihe
angeordneten lichtemittierenden Dioden, deren Strahlen durch
eine Linse zu einem dünnen breitgefächerten Strahl fokussiert
werden. Mit einem von den Lichtquellen beabstandeten
Lichtdetektor werden die bei Bewegung des Sensorsystems
(lichtemittierenden Dioden und Lichtdetektor) über die
Pflanzen reflektierten Lichtstrahlen erfasst und verarbeitet.
Um festzustellen, ob im beleuchteten Feld lebende Pflanzen
vorhanden sind, wird das Licht einer lichtemittierenden Diode
moduliert.
Zielstellung dieser bekannten Lösungen ist es, Unkraut in
Nutzpflanzenbeständen mit einem gezielten Ausbringen an
Unkrautbekämpfungsmitteln zu eliminieren. Das bekannte
optische Meßsystem ist zwar in der Lage, die Anwesenheit von
Pflanzen festzustellen und lebende von abgestorbenen Pflanzen
zu unterscheiden. Dadurch, dass im Detektor gleichzeitig ein
Summensignal aus Reflexionsdaten, natürlicher Bestrahlung und
Hintergrundstrahlung erfasst wird, lässt sich der
Pflanzenzustand, insbesondere Ernährungszustand an lebenden
Pflanzen, aber mit dieser bekannten Lösung nicht hinreichend
genau bestimmen.
Darüber hinaus ist der Aufbau dieser bekannten Meßsysteme mit
ihrer von der Leuchtdiodenbeleuchtung getrennten Anordnung
von Photodetektoren, Emitterlinsen, Detektorlinsen und
Aperturblenden nicht nur aufwendig, sondern auch für den
rauhen Betrieb in der Landwirtschaft zu störanfällig.
Auch andere bekannte aktive Beleuchtungssysteme (DE 37 02 811 A1,
DE 39 00 223 A1, DE 42 22 258 A1) eignen sich nur zur
Ermittlung der Anwesenheit und des Profils von Pflanzen.
Wenn der Ernährungszustand der Pflanzen mittels aktiver
Beleuchtung bestimmt werden soll, muss eine hinreichend große
Fläche des Pflanzenbestandes beleuchtet werden. Dies führt zu
dem Nachteil, dass für eine der natürlichen Beleuchtung
nahekommenden aktive Beleuchtung sehr große Lichtintensitäten
erforderlich werden, die entsprechend aufwendig,
kostenintensiv und damit teuer sind. Deshalb haben sich
bisher aktive Beleuchtungssysteme nicht durchsetzen können.
Aus der WO 95/15488 A1 ist außerdem eine Einrichtung zum
Messen von in Flüssigkeiten enthaltenen Festkörpern mit Licht
bekannt, das Infrarot- und Ultraviolettlicht einschließt.
Diese bekannte Einrichtung ist zumindest mit zwei Paar
kreuzweise angeordneten Lichttransmittern und einem Detektor
ausgerüstet. Die einzelnen zu einem Lichttransmitterpaar
angeordneten Transmitter senden kohärentes Licht, d. h. Licht
aus, das die gleiche Wellenlänge hat, während die
Wellenlängen der Transmitterpaare voneinander unterschiedlich
sind. Das in der WO 95/15488 A1 realisierte Messverfahren
beruht darauf, dass durch eine Suspension hindurchtretende
Licht zu messen und die Differenz zwischen dem emittierten
und dem detektierten Licht als eine Messgröße für die
Konzentration der Festkörper in der Flüssigkeit zu bestimmen.
Die einzelnen Lichtquellenpaare müssen bei dieser bekannten
Lösung immer eine exakt definierte Lage einnehmen und der
Detektor für den Empfang des reflektierten Lichtes muss im
Zentrum der gegeneinander emittierenden Lichtquellen liegen.
Damit erfolgt die Messung in Bezug auf die Festkörper in der
Flüssigkeit immer in einer definierten Lage.
Eine solche definierte Lage der Detektoren lassen sich beim
Überfahren eines Pflanzenbestandes allein schon durch die
Kipp- und Wankbewegungen des Trägers nicht herstellen, so
dass diese bekannte Lösung für das Bestimmen des
Pflanzenzustandes nicht geeignet ist.
Bei diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, störende Einflüsse durch die Richtungsverteilung
der Einstrahlung auf die Messung zu beseitigen, die
Genauigkeit der Messung durch eine gezielte Anpassung an die
Wellenlängen zu erhöhen, die Verfügbarkeit der Meßmethode auf
Tag und Nacht kostengünstig zu erweitern und die Robustheit
sowie Kompaktheit des Meßsystems unter gleichzeitiger
Verbesserung seiner Bedienbarkeit zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung der eingangs
genannten Gattung mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Anspruches 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des
Anspruches 14 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung und des
Verfahrens sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Die Erfindung zeichnet sich vor allem dadurch aus, dass die
Anwendung der Meßmethode unabhängig von der natürlichen
Beleuchtung wird und rund um die Uhr betrieben werden kann.
Die erfindungsgemäße Zusammenschaltung mehrerer Leuchtdioden
zu scheinwerferähnlichen Clustern ermöglicht es, hinreichend
große Bestrahlungsstärken auf den Messflächen kostengünstig
zu erzeugen. Die Messung kann beispielsweise auf die
Zielgröße Chlorophyllgehalt als Maß für den Ernährungszustand
der Pflanzen besser eingestellt werden, weil die
Einstrahleffekte eliminiert werden können. Die Genauigkeit
der Messung wird dadurch verbessert.
Das erfindungsgemäße Meßsystem (Vorrichtung) ist kompakt,
zugleich robust und einfach im Aufbau. Es ist somit für den
rauhen Betrieb in der Landwirtschaft bestens geeignet.
Für den Landwirt wird die Messung des Ernährungszustandes
der Pflanzen einfacher, überschaubarer und weniger
zeitaufwendig.
Das erfindungsgemäße Meßsystem lässt sich an fahrbaren
Trägern, beispielsweise Zugmaschinen, Arbeitsmaschinen usw.,
problemlos montieren. Die vom Meßsystem gelieferten Daten
eignen sich insbesondere für die Steuerung des Ausbringens
von Dünger.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die
beigefügten Zeichnungen.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert werden.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der erfindungs
gemäßen Vorrichtung,
Fig. 2 eine Draufsicht auf den Messkopf der
der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie A-A der
Fig. 2,
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer
softwaregesteuerten Modulation und
Differenzbildung der Messsignale eines
Messkopfes,
Fig. 5 eine schematische Darstellung gemäß
Fig. 4 mit mehreren Messköpfen,
Fig. 6 eine weitere schematische Darstellung
einer hardwaregesteuerten Modulation
und Differenzbildung der Messsignale,
Fig. 7 ein Modulationsdiagramm nach Fig. 6 und
Fig. 8 eine Variante der Integration der
erfindungsgemäßen Vorrichtung an
einem Ackerschlepper.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht im wesentlichen, wie
in Fig. 1 gezeigt, aus einem, von einem Tragarm gehaltenen,
an einem Ackerschlepper 2 befestigten Messkopf 1, der
gegenüber den Pflanzen 3 eine Neigung von etwa 60° aufweist.
Der Messkopf 1 ist mit einer im Fahrzeug 2 positionierten
Signal-Verarbeitungseinrichtung 4 verbunden, die den Messkopf
1 ansteuert, die vom Messkopf 1 gewonnenen Daten verarbeitet
und das Ergebnis auf einem Monitor 5 anzeigt.
Der Messkopf 1 ist kreisförmig ausgebildet (siehe Fig. 2) und
besitzt auf seiner dem Pflanzenbestand zugewandten Seite ein
schweinwerferähnliches Leuchtfeld 6. Dieses Leuchtfeld 6
besteht aus zwei Gruppen von Lumineszenzdioden 7 und 8, die
auf zwei ausgewählten Wellenlängen Licht emittieren. In dem
hier beschriebene Beispiel sind 44 Lumineszenzdioden 7 mit
einer Wellenlänge von 650 nm und 4 Lumineszenzdioden 8 mit
einer Wellenlänge von 830 nm zusammengeschaltet. Als Dioden
kommen handelsübliche lichtstarke Dioden, beispielsweise
HLMP-Sensoren der Firma Hewlett Packard, mit einer geringen
Strahldivergenz (< 10°) zum Einsatz. Die Gesamtzahl der im
Leuchtfeld 6 des Messkopfes 1 untergebrachten Dioden 7 und 8
wird so bemessen, dass auch noch in einer Entfernung von 5 m
von der Messfläche ein ausreichendes Messsignal zur Verfügung
steht. Das Verhältnis der Anzahl der Dioden einer Gruppe zur
Anzahl der anderen Gruppe wird so gewählt, dass die
Gesamtintensität bei beiden Wellenlängen in etwa gleich groß
ist. So kann bei Verwendung einer Wellenlänge im roten
Spektralbereich und einer Wellenlänge im nahinfraroten
Bereich ein Verhältnis von ca. 10 : 1 oder auch 3 : 1
empfehlenswert sein.
Die beiden Diodenarten 7 und 8 sind im Leuchtfeld 6 so
vermischt angeordnet, dass die Diode mit der größeren
Strahllänge von Dioden mit der geringeren Strahllänge
umschlossen ist und die optischen Achsen der jeweiligen
Summensignale übereinanderliegen.
Mittig im Leuchtfeld 6 sind zwei Fotodetektoren 9 und 10
positioniert, die mit Schmalbandfiltern 11 versehen sind.
Diese Filter 11 sind von ihrer Bandbreite und
Mittenwellenlänge auf die jeweils eingesetzten Dioden
abgestimmt und weisen eine den Dioden ähnliche spektrale
Charakteristik auf.
Fig. 3 zeigt die Anordnung der Dioden 7 und 8 sowie der
Fotodetektoren 9 und 10 im Schnitt. Die Fotodetektoren 9 und
10 sind gegenüber den Dioden 7 und 8 in einem Kanal 18
tiefer gelegt, wobei die Kanaltiefe L und der
Kanaldurchmesser d der Beziehung d/1 = tan θ/2 genügen muss,
um die Öffnung am Detektor dem Öffnungswinkel θ von etwa 10°
anzugleichen.
Auf seiner dem Pflanzenbestand abgewandten Seite (siehe Fig.
1) trägt der Messkopf 1 ein Gehäuse 12, in dem beispielsweise
die Messkopfelektronik untergebracht ist. Diese umfasst die
Treiber 13 für die Dioden 7 und 8, eine Modulationslogik 14
für eine Modulation der Dioden und einen elektronischen
Vorverstärker 15 für die Fotodetektoren 9 und 10. Es
versteht sich, dass die Messkopfelektronik auch in die
Signal-Verarbeitungseinheit 4 (Zentraleinheit) integriert
sein kann.
Die Modulationslogik 14 erzeugt Modulationsmuster aus den
Steuersignalen, die von der einer ebenfalls am Messkopf 1
positionierten elektronischen Vorverarbeitungseinheit 16 zur
Verfügung gestellt werden. Die Treiber 13 setzen die
Modulation auf die entsprechend verwendeten Dioden 7 und 8
um. Die Vorverarbeitungseinheit 16 wird von der Signal-
Verarbeitungseinrichtung 4 angesteuert.
Die im Zentrum des Leuchtfeldes 6 liegenden Fotodetektoren 9
und 10 erfassen die von den Pflanzen 3 reflektierte Strahlung
der jeweils zugeordneten Dioden, wandeln diese in über
Analog-Digital-Wandler (ADW) entsprechende Analogsignale um
und leiten die Signale über den Vorverstärker 15 der
Vorverarbeitungseinheit 16 zu, die ihrerseits mit der Signal-
Verarbeitungseinrichtung 4 zur Weiterverarbeitung der Signale
in Verbindung steht.
Mögliche Varianten der Modulierung der Dioden 7 und 8 zeigen
die Fig. 4 bis 6. Nach Fig. 6 werden die Dioden 7 und 8 eines
einzigen Messkopfes 1 durch die Signal-Verarbeitungseinheit 4
an- und ausgeschaltet. Die Steuerung der Messung der Signale
erfolgt durch einen Algorithmus derart, dass die
Hintergrundstrahlung immer dann gemessen wird, wenn die
Dioden ausgeschaltet sind. Die Reflexionssignale werden
entsprechend bei angeschalteten Dioden durch die Fotodioden
gemessen.
Sind mehrere Messköpfe 1 - wie in Fig. 5 gezeigt - im Einsatz,
so werden die Messköpfe 1 vorzugsweise phasenversetzt
angesteuert, damit Verbrauchsspitzen vermieden werden.
Fig. 6 stellt die hardwarebezogene Modulation der Dioden 7
und 8 dar. Die Dioden 7 und 8 werden durch die in die Signal-
Verarbeitungseinheit 4 integrierte Modulationslogik 14 ein-
und ausgeschaltet. Im eingeschalteten Zustand entsteht auf
dem zu messenden Pflanzenbestand ein Sichtfeld von
beispielsweise 50 cm Durchmesser. Beim Überfahren des
Pflanzenbestandes muss das Ein- und Ausschalten mindestens so
schnell erfolgen, dass sich die Sichtfelder der einzelnen
Messungen zumindest halb überschneiden. Bei bekannter
Überfahrgeschwindigkeit v und Sichtfeldgröße r muss die
minimale Modulationsfrequenz fmin der Bedingung v/r genügen.
Hinzukommt, dass bei höheren Modulationsfrequenzen schnelle
Änderungen der Einstrahlbedingungen besser korrigiert werden.
Das von den Fotodetektoren 9 und 10 erfasste Reflexionssignal
gelangt über den Vorverstärker 15, dem Abtast- und
Haltekreis 20, dem Lock-in-Verstärker 19, dem ADW zur Signal-
Verarbeitungseinheit 4.
Wie in Fig. 7 gezeigt, wurde ein Taktzyklus von t < 1/fmin
gewählt, wobei der Takt von einer Basiszeit (clock)
vorgegeben wird. Dem entsprechend ist die eine Diodengruppe 7
im Zeittakt t1 bis t4 eingeschaltet und beleuchtet den
Pflanzenbestand. Die Reflexionssignale des beleuchteten
Pflanzenbestandes werden mit den Fotodetektoren während des
Zeittaktes t2 und t3 gemessen. Am Ende des Zeittaktes t4
erfolgt das Ausschalten der Diodengruppe 7 und die Messung
der Hintergrundsignale setzt während des Zeittaktes t6 und t7
ein. Am Ende des Zeittaktes t8 erfolgt wiederum das
Einschalten der Diodengruppe 7. Der Messvorgang setzt sich
entsprechend fort.
Das von Dioden 7 und 8 abgestrahlte Licht wird synchron
moduliert (an- und abgeschaltet), um ein von den natürlichen
Strahlungsverhältnissen unabhängiges Signal zu erhalten. Die
Modulationsfrequenz in dem hier beschriebenen Beispiel
beträgt 100 Hz. Die Fotodetektoren 9 und 10 nehmen dann
nacheinander das reine Hintergrundsignal und das Summensignal
aus Lichtquelle (Dioden) und natürlicher Bestrahlung auf.
Durch Differenzbildung lässt sich problemlos das reine von
den Dioden abgegebene Signal ermitteln.
Die Messung der reflektierten Strahlung erfolgt synchron
jeweils bei an- und abgeschalteter Lichtquelle. Die
Differenzen zwischen den Signalen bei beiden Wellenlängen
werden zueinander in Beziehung gesetzt. Das auf diese Weise
gewonnene Signal ist unabhängig von den äußeren
Lichtbedingungen und vom Abstand Fotodetektor-Pflanze. Dieses
Signal ist beispielsweise ein Maß für den Chlorophyllgehalt
des gemessenen Blattwerkes.
Je nach der zu lösenden Messaufgabe wird die Art
(Wellenlänge) und die Anzahl der Dioden auszuwählen sein. Mit
der Auswahl der Wellenlänge lässt sich die Eindringtiefe der
Strahlung in den Pflanzenbestand einstellen. Das Licht des
roten Spektralbereiches wird beispielsweise bereits zu 90% in
der ersten Blattetage absorbiert, während das Licht im
nahinfraroten Bereich kaum absorbiert wird. Mit den
Reflexionssignalen können somit Aussagen über den
Chlorophyllgehalt auch der unteren Blattetagen ermittelt
werden.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnenen Signale
eignen sich beispielsweise dazu, die Ausbringung von Dünger
entsprechend dem konkreten Ernährungszustand
(Chlorophyllgehalt) der Pflanzen zu steuern. Eine Variante
der Integration der erfindungsgemäßen Vorrichtung in den
Ackerschlepper 2 zeigt Fig. 8.
1
Messkopf
2
Ackerschlepper
3
Pflanze
4
Signal-Verarbeitungseinrichtung
5
Monitor
6
Leuchtfeld
7
,
8
Lumineszenzdioden
9
,
10
Fotodetektoren
11
Schmalbandfilter
12
Gehäuse
13
Treiber für
7
,
8
14
Modulationslogik
15
Vorverstärker für
9
,
10
16
Vorverarbeitungseinheit
17
Lichtfleck
18
Kanal
19
Lock-in-Verstärker
20
Abtast- und Haltekreis
L Länge von
L Länge von
18
d Durchmesser von
18
v Überfahrgeschwindigkeit
r Radius von
r Radius von
17
θ Öffnungswinkel
Claims (22)
1. Vorrichtung zum Bestimmen des Pflanzenzustandes,
mit künstlichen Lichtquellen, insbesondere Lumineszenz-
und/oder Laserdioden, zum gerichteten Beleuchten des zu
messenden Pflanzenbestandes, mindestens einem Detektor zum
Registrieren des vom Pflanzenbestand reflektierten Lichtes,
einer Signal-Verarbeitungseinrichtung umfassend einen die
Reflexionsdaten auswertenden, den Pflanzenzustand
bestimmenden Mikroprozessor, wobei die Lichtquellen, der
Detektor und die Verarbeitungseinheit an/auf bzw. in einem
verfahrbaren Träger an einem Messkopf angeordnet sind, und
die Lichtquellen den zu messenden Pflanzenbestand mit einem
Lichtfleck oder -streifen aus Licht von mindestens zwei
Gruppen von Dioden mit ausgewählter Wellenlänge beleuchten,
gekennzeichnet dadurch, dass die Dioden
(7, 8) oder Gruppen von Dioden (7, 8) beliebig zueinander
vermischt in einem Leuchtfeld (6) angeordnet sind, und dass
die Dioden (8) mit der größeren Strahllänge von Dioden (7)
mit geringerer Strahllänge umschlossen sind und die optischen
Achsen der jeweiligen Summensignale übereinanderliegen, und
dass den Dioden (7, 8) oder einer Gruppe von Dioden ein
gemeinsamer Detektor (9, 10) zugeordnet ist, der im Leuchtfeld
(6) der Dioden angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass im Leuchtfeld (6)
mindestens 2 bis 1000 Dioden (7, 8) zusammengeschaltet
angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die Dioden (7, 8),
vorzugsweise Lumineszenz (LED)- und/oder Laser (LD)-Dioden,
eine Emissions-Wellenlänge von 400 nm bis 2500 nm aufweisen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die Dioden (7, 8) eine
Strahlendivergenz von weniger als 20°, vorzugsweise < 10°,
haben.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die Anzahl der Dioden (7)
einer Gruppe zur Anzahl der Dioden (8) der anderen Gruppe
ein solches Verhältnis aufweist, dass die Gesamtintensität
der Wellenlängen im Lichtfleck oder -streifen annähernd
gleich groß ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die Dioden (7, 8) der
Gruppen so im Leuchtfeld (6) verteilt angeordnet sind, daß
die optischen Achsen der jeweiligen Summensignale
übereinanderliegen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die lichtemittierenden
Dioden (7, 8) durch eine am/im Messkopf (1) oder in der
Signal-Verarbeitungseinheit (4) angeordnete Modulationslogik
(14) ansteuerbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass der Detektor (9, 10) mittig
im Leuchtfeld (6) angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, dass der Detektor (9, 10) eine
Fotodiode oder ein Fototransistor ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, dass der allen Dioden (7, 8)
zugeordnete gemeinsame Detektor (9, 10) einen an die größte
Wellenlängendifferenz aller eingesetzten Dioden (7, 8)
angepassten Breitbandfilter aufweist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, dass jeder Gruppe von Dioden ein
gesonderter Detektor (7, 8) mit vorgeordneten Schmalbandfilter
(11) zugeordnet ist, der auf die Bandbreite und
Mittenwellenlänge der Dioden abgestimmt ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, dass die Dioden (7, 8) und der
Detektor (9, 10) in einer gemeinsamen Schräglage gegenüber dem
zu messenden Pflanzenbestand ausgerichtet sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, dass die Dioden (7, 8) und der
Detektor (9, 10) in einer Senkrechtlage gegenüber dem zu
messenden Pflanzenbestand ausgerichtet sind.
14. Verfahren zum Bestimmen des Pflanzenzustandes,
bei dem durch künstliche Lichtquellen, insbesondere
Lumineszenz- oder Laserdioden, der zu messende
Pflanzenbestand beleuchtet, Reflexionssignale des Blattwerkes
der Pflanzen im sichtbaren und/oder nahinfraroten
Spektralbereich beim Überfahren des Pflanzenbestandes
erzeugt, diese Signale mittels Detektoren erfasst und an eine
Signal-Verarbeitungseinheit weitergegeben werden sowie in
dieser nach einem speziellen Auswertealgorithmus der
Pflanzenzustand ermittelt wird, umfassend folgende Schritte
- a) mindestens zweikanaliges Beleuchten des zu messenden Pflanzenbestandes mit einem Lichtfleck oder streifen aus mindestens vier lichtstarken Leuchtdioden unterschiedlicher Wellenlänge oder Gruppen eines Diodentyps, deren Wellenlänge in der Gruppe gleich, von Gruppe zu Gruppe jedoch verschieden sind,
- b) synchrones Modulieren der Lichtquellen (Leuchtdioden) nach Schritt a) mit einer Frequenz von mindestens 10 Hz bis einigen MHz zum An- und Abschalten der Lichtquellen in schneller Folge, um das Hintergrundsignal und das Summensignal aus Reflexionssignal und natürlicher Bestrahlung nacheinander mit dem Detektor zu erfassen, wobei die Frequenz so gewählt wird, dass sich die Sichtfelder des Lichtfleckes oder -streifens beim Überfahren zumindest halb überschneiden;
- c) Ermitteln der Reflexionssignale vom Blattwerk synchron zur Modulation durch Differenzbildung der Signale gemäß Schritt b) und
- d) Bestimmen des Pflanzenzustandes aus den Reflexionssignalen nach Schritt c).
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch
gekennzeichnet, dass die Lichtquellen oder die
Gruppen von Lichtquellen nacheinander angesteuert und die
gewonnenen Reflexionssignale einem gemeinsamen Detektor mit
Breitbandfilter zugeführt werden, um die Reflexionssignale
den Wellenlängen zuzuordnen.
16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch
gekennzeichnet, dass die Lichtquellen oder die
Gruppen von Lichtquellen gleichzeitig angesteuert und die
gewonnenen Reflexionssignale jeweils einem gesonderten, den
entsprechenden Wellenlängen zugeordneten schmalbandigen
Detektor zugeführt werden, um die Reflexionssignale den
Wellenlängen zuzuordnen.
17. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch
gekennzeichnet, dass als Lichtquellen
Lumineszenzdioden und/oder Laserdioden mit einer Wellenlänge
von 400 nm bis etwa 2500 nm und einer Strahlendivergenz < 20°,
vorzugsweise < 10°, verwendet werden.
18. Verfahren nach Anspruch 14 und 17, dadurch
gekennzeichnet, dass durch Wahl der Wellenlänge
der Lumineszenzdioden und/oder Laserdioden die Eindringtiefe
der emittierten Strahlen in den zu messenden Pflanzenbestand
eingestellt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 14 bis 18, dadurch
gekennzeichnet, dass als Detektoren Fotodioden
oder Fototransistoren verwendet werden.
20. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch
gekennzeichnet, dass die zu messenden Pflanzen
unter einem Winkel von 15 bis 75°, vorzugsweise 60°,
beleuchtet werden.
21. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch
gekennzeichnet, dass die zu messenden Pflanzen
senkrecht beleuchtet werden.
22. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass aus den gemessenen Signalen
der Pflanzenzustand, vorzugsweise der Ernährungszustand der
Pflanzen bestimmt wird, mit dem die entsprechend
auszubringende Düngermenge gesteuert wird.
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