DE4204843A1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung des volumens, der form und des gewichts von fisch oder anderen objekten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Volumens, der Form und des Gewichtes von beleuchteten Objekten, beispielsweise Fischen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei der Fischverarbeitung ist es notwendig, Fischstücke in verschiedene Kategorien sowohl nach der Form, d. h. ob es sich um ein Schwanzstück, ein Lendenstück oder ein Mittelstück etc., handelt und nach dem Gewicht entsprechend den Wünschen der Abnehmer einzuteilen. Zur Zeit wird diese Einteilung nach der Form manuell ausgeführt, wobei anschlie­ ßend jede Untergruppe gewogen wird. Dies wird insbesondere für besondere Abnehmer durchgeführt. Es ist auch üblich, Fischfilets vor ihrer Portionierung im Hinblick auf die weitere Verarbeitung einzuteilen. Eine Einteilung nach Gewicht bringt nur begrenzte Informationen, da keinerlei Informationen über die Fleischverteilung des Fisches etc. erhalten werden. Mittels einer Analyse der Form und des Volumens können wesentlich mehr Informationen erhalten werden, die dann bei der Entscheidung über die Weiterver­ arbeitung des Fisches genutzt werden können.

Eine häufig verbreitete Technik zur Messung der dreidimen­ sionalen Form von Objekten ist das sogenannte "strukturierte Anleuchten", wobei ein Linienmuster unter einem bestimmten Winkel auf das Objekt projiziert und dann aus einem anderen Winkel mit einer Kamera untersucht wird. In diesem Zusammen­ hang kann beispielsweise die Patentanmeldung von ISHIDA er­ wähnt werden. Der grundsätzliche Nachteil dieser Meßmethode des strukturierten Anleuchtens besteht darin, daß zwischen den Linien, die auf den Fisch projiziert werden, ein spezi­ fisches Mindestintervall vorhanden sein muß, so daß sie sich nicht überlappen. Üblicherweise beträgt dieses Inter­ vall 2,5 cm, was 0,4 Linien pro Zentimeter entspricht, und es ist selten, daß mehr als 50 Punkte auf jeder Linie gemessen werden, so daß nur 20 Meßpunkte pro Zentimeter erhalten werden. Wenn der Erfassungsfehler beim struk­ turierten Anleuchten betrachtet wird, ist offensichtlich, daß dieser relativ groß ist, wie das folgende Beispiel zeigen soll. 50 cm seien mit 256×256 Pixel beleuchtet und zwischen den auf den Fisch projizierten Linien sei ein Intervall von 2,5 cm vorgesehen. Somit sind etwa 20 Linien auf den Fisch projiziert, wobei die Dicke entlang jeder Linie mittels 13 Pixel gemessen wird. Häufig wird jedoch die Dicke auch nur mit 5 bis 10 Pixel gemessen. Es ist somit er­ sichtlich, daß dabei ein wesentlicher Fehler auftritt, der wesentlich größer ist als nach dem später beschriebenen Verfahren. Ein anderer wesentlicher Nachteil des struk­ turierten Anleuchtens besteht in der großen Menge an zu verarbeitenden Daten: 256×256 oder 65 536 Meßpunkte und eine äußerst komplexe Bildverarbeitungstechnik sind notwendig, um die Größe und die Position des Fisches auf der Basis derartiger Daten zu bestimmen. Dies führt auch dazu, daß das Verfahren nur sehr langsam arbeitet. Es ist offensichtlich, daß beträchtliche Fehlerquoten bei der visuellen Schätzung während der Einteilung der Filets nach Form und Größe erreicht werden und daß das Wiegen nach traditionellen Wiegetechniken schwierig oder teuer sein kann, beispielsweise an Bord von Fischereischiffen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die einfacher, schnel­ ler, genauer und billiger als die bisher verwendeten Ver­ fahren bzw. Vorrichtungen sind.

Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Bestimmung des Volumens, der Form und des Gewichtes eines beleuchteten Objektes, beispielsweise eines Fischstückes. Gemäß dem Verfahren wird der Fisch auf einem Förderband plaziert, das ihn unterhalb einer speziellen Kamera hindurchführt, die gleichzeitig Bilder der Dicke und der Breite des Fisch­ stückes aufnimmt, was exakt in regelmäßigen Intervallen durchgeführt wird. Diese Daten werden zur weiteren Ver­ arbeitung an einen Computer übertragen, der auf der Basis besonderer Vorgaben das Gewicht, die Form und das Volumen des Fischstückes genau feststellen kann. Diese Messung ist vollständig unabhängig von äußeren Bewegungen, beispiels­ weise der Bewegung eines Schiffes auf See.

Das zusammengesetzte Bild des Fisches besteht aus vielen Querschnitten, wobei die Breite und die maximale Dicke des Fisches in jedem Querschnitt gemessen werden. Das Volumen V des Fisches wird durch Multiplizieren des Quer­ schnittsbereichs A mit der Geschwindigkeit v des Förder­ bandes und der Zeit T zwischen dem Lesen einzelner Ab­ tastlinien erhalten. Dies wird für jeden Querschnitt durch­ geführt, wobei die Einzelvolumen dann addiert werden, um das Gesamtvolumen des Fisches zu erhalten:

Das Gewicht des Fisches wird dann durch Multiplizieren des Volumens V mit dem spezifischen Gewicht der zu wie­ genden Fischart erhalten.

Der Querschnittsbereich A wird von der Kamera gemessen. In jeder Abtastlinie wird die Breite b und die maximale Dicke h des Fisches in dem Querschnitt gemessen, wobei dann die Fläche A erhalten wird durch:
wobei β der Formfaktor ist. Der Wert von β wird von fol­ gendem bestimmt:

• - Der Position des Fisches oder Objektes. Die Position des Querschnitts wird bestimmt auf der Basis der Daten beider Bilder. Die Richtung des Fisches wird identifiziert auf der Basis des Bildes, das die Fläche angibt. Dies führt zu der Orientierung des Fisches bezüglich der Bewegungsrichtung des Förderbandes und unter Verwendung einer einfachen Morphologie können einzelne Abschnitte des Fisches identifiziert werden. Das Dickenprofil gibt ebenfalls an, welcher Teil des Stückes gemessen wird.
• - Dem Typ des Fisches oder Objektes. Dieser wird bestimmt, bevor die Einteilung nach Form und Gewicht durchgeführt wird.
• - Der geschätzten Größe des Fisches oder Objek­ tes. Die Größe wird auf der Basis der Fläche des Fisches oder Objektes geschätzt.

Die bisher häufig verwendeten Verfahren zum Messen der dreidimensionalen Form von Objekten bedingen die Verwendung des sogenannten strukturierten Anleuchtens, bei dem ein Linienmuster auf ein Objekt unter einem bestimmten Winkel projiziert und mit einer Kamera aus einem anderen Winkel untersucht wird (siehe Patentanmeldung von ISHIDA). Die grundsätzlichen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber dem strukturierten Anleuchten sind:

• - Eine größere Genauigkeit, da mit dem erfindungs­ gemäßen Verfahren zumindest 20 Linien pro cm gemessen werden. Sobald die Linien festgestellt werden, werden 3 Punkte in jeder Linie gemessen. Jeder Punkt liegt an einem spezifischen Ort (2 Punkte sind an den Rändern angeordnet, während einer am höchsten Punkt jedes Quer­ schnitts angeordnet ist). Auf diese Weise werden zumindest 60 Meßpunkte pro cm erhalten. Durch deren Kombination mit den Informationen über die Positionierung des Querschnitts ist es möglich, eine genaue dreidimensionale Messung der Form zu erhalten.

Beim strukturierten Anleuchten muß zwischen den, auf den Fisch projizierten Linien ein Mindestabstand eingehalten sein, so daß sich die Linien nicht überlappen. Dieser Ab­ stand beträgt üblicherweise 2,5 cm, was 0,4 Linien pro cm entspricht. Mehr als 50 Punkte werden selten in einer Linie gemessen, so daß nur 20 Meßpunkte pro cm erhalten werden.

Wenn der Quantifizierungsfehler beim strukturierten An­ leuchten untersucht wird, ergibt sich, daß dieser außer­ ordentlich groß ist.

• - Größere Geschwindigkeit: Unmittelbar nach­ dem das gesamte Bild des Objektes erfaßt wurde, sind, wenn 20 Linien pro cm bei einem 25 cm Objekt vorliegen, 1500 Meßpunkte bekannt, wo­ bei über die Position jedes Meßpunktes genaue Daten vorliegen.

Beim strukturierten Anleuchten umfaßt die entsprechende Datenmenge 256×256 bzw. 65 536 Meßpunkte, wobei ein äußerst komplexes Bildauswertungsverfahren notwendig ist, um die Größe und die Position des Fisches zu bestimmen.

Somit ist das erfindungsgemäße Verfahren wesentlich schnel­ ler, da sowohl weniger zu verarbeitende Daten benötigt werden, als auch über die Daten mehr Informationen vorlie­ gen, wenn die Berechnung beginnt.

Die einzelnen Merkmale der Erfindung sind bezüglich des Verfahrens im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 und bezüglich der Vorrichtung in den nebengeordneten Ansprüchen 5 und 7 beschrieben.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfah­ rens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung ersichtlich. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung,

Fig. 2 einen Querschnitt senkrecht zur Bewegungsrichtung des Förderbandes,

Fig. 3 die Form eines Fischstückes und das Muster der Bildlinien und

Fig. 4 die Position des Spiegels re­ lativ zu der Kamera und dem Förderband.

Fig. 1 zeigt eine Ansicht der Vorrichtung. Eine Zeilenab­ tast-Kamera 1 ist oberhalb eines kontinuierlichen Förder­ bandes 6 angeordnet, auf dem Fischstücke 5 oder andere Objekte plaziert sind. Wenn das Förderband bewegt wird, werden die Fischstücke unter dem Objektiv 2 der Kamera hindurchgeführt, wobei ein Foto von der Oberseite des Fischstückes aufgenommen wird. Zusätzlich wird ein seit­ liches Foto mit Hilfe eines Spiegels 3 aufgenommen, der an einem ortsfesten Träger seitlich des Förderbandes 4 angeordnet ist.

Fig. 2 zeigt die Anordnung und Ausrichtung der Kamera 2, des Spiegels 3, des Fischstückes 5 und des Förderbandes 6 im Detail.

Fig. 3 zeigt ein Fischstück 5, das in lineare Abschnitte unterteilt ist. Die Breite b bezeichnet die Breite des Fischstückes in jedem Bild, während die Länge e den Ab­ stand zwischen einzelnen Linien angibt.

Fig. 4 zeigt die Position von Lampen 7 und 8 relativ zu dem Objektiv der Kamera 2, wobei die Lampen 7 und 8 den Fisch anleuchten, so daß ein klares Bild des Fisches sowohl von der Oberseite als auch mit Hilfe des Spiegels 3 von der Seite erhalten wird. Das Fischstück 5 ist auf dem Förderband 6 angeordnet, das unter der Kamera in oben­ beschriebener Weise hindurchgeführt wird. Mittels des Bildes werden zwei Werte erfaßt: die Breite b des Fisch­ stückes und seine Dicke h. In der Figur sind zwei Winkel 1 und 2 dargestellt, wobei der Spiegel 3 derart ange­ ordnet ist, daß ein horizontales Bild des Fischstückes unter dem gleichen Winkel 2 zu der Zeilenabtast-Kamera reflektiert wird.

Claims (8)

1. Verfahren zur Bestimmung des Volumens, der Form und des Gewichtes von beleuchteten Objekten, beispiels­ weise Fischen, auf einem Förderband, wobei eine Bil­ derserie der Umrisse des Fisches mit einer in eine Richtung ausgerichteten Kamera aufgenommen wird, wäh­ rend der Fisch unter der Kamera hindurchgeführt wird, wobei die Kamera so ausgestaltet ist, daß sie die aufgenommenen Bilddaten in Form von elektronischen Signalen an eine Elektronik-Schaltung, beispiels­ weise einen Mikroprozessor überträgt, der die Sig­ nale weiterverarbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit der Aufnahme der ersten Bilder­ serie zumindest eine Serie von korrespondierenden reflektierten, Bildern der Umrisse des Fisches (5) aus einer ande­ ren Richtung aufgenommen wird, wobei diese Richtung sich sowohl zur Orientierung der ersten Bilder als auch zur Bewegungsrichtung des Förderbandes (6) im wesentlichen in einem rechten Winkel erstreckt, und daß anschließend das Volumen des Fisches (5) und/oder sein Gewicht in dem Mikroprozessor auf der Basis der empfangenen Bilddaten sowie vorher eingegebener Daten bezüglich der Bewegungsgeschwindigkeit des Förderban­ des (6) und des Querschnittsbildes des Fisches in ei­ ner die Richtungen der ersten und der zweiten Bildse­ rie enthaltenen Ebene berechnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der Bildaufnahme die zweite Richtung im wesentlichen parallel zu der Oberfläche des Förder­ bandes (6) verläuft, auf dem der Fisch (5) liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die die Daten verarbeitende Elektro­ nik-Schaltung einen Mikroprozessor aufweist und daß das Volumen des Fisches in dem Mikroprozessor auf der Basis der empfangenen Daten berechnet wird, wobei das Volumen des Fisches durch Addieren einer Vielzahl von Werten berechnet wird, die jeweils dem Volumen eines Abschnitts des Fisches entsprechen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Fisches durch Addieren von multiplen Werten berechnet wird, wobei die Komponenten jedes Wertes zusätzlich zu einem Formfaktor, der für jede Fischart spezifisch ist, die maximale Breite des jeweils relevanten Abschnit­ tes, die mittels der Kamera in der ersten Bildserie gemessen wird, und die maximale Dicke umfassen, die mittels der Kamera in der zweiten Bildserie gemessen wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach ei­ nem der Ansprüche 1 bis 4, mit einer Kamera, die oberhalb eines Förderbandes angeordnet ist, einer oder mehreren Lichtquellen, mittels derer das För­ derband beleuchtet ist, und einer Elektronik-Schal­ tung zur Datenverarbeitung, die mit der Kamera ver­ bunden ist, gekennzeichnet durch einen Spiegel (3), der derart seitlich des Förderbandes (6) angeordnet ist, daß die Durchdringungslinie der Spiegelebene mit der Ebene des Förderbandes im wesentlichen parallel mit der Bewegungsrichtung des Förderbandes verläuft und daß die Spiegelebene mit der Ebene des Förderbandes einen Winkel bildet, so daß die Kamera den gleichen Abschnitt des Förderbandes er­ faßt, auf den sie auch direkt gerichtet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kamera eine Zeilenabtast-Kamera ist.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einer Kamera, die oberhalb eines Förderbandes angeordnet ist, das Fisch transportiert, wobei die Kamera in einer Richtung auf den Fisch gerichtet ist, der unter ihr hindurch geführt wird, und maschinenlesbare Da­ ten an eine Elektronik-Schaltung, beispielsweise einen Mikroprozessor, zur Weiterverarbeitung über­ tragen kann, mit zumindest einer Spiegeloberfläche, die in dem Bildbereich der Kamera angeordnet ist, so daß ein Bild des Fisches von der Kamera aus einer anderen Richtung empfangen wird, die sowohl zur Aufnahmerichtung der ersten Bilder als auch zu der Bewegungsrichtung des Förderbandes im wesent­ lichen im rechten Winkel verläuft, wobei der Mikro­ prozessor das Gewicht oder das Volumen des Fisches auf der Basis der empfangenen Bilddaten sowie vorher eingegebener Daten bezüglich der Bewegungsgeschwin­ digkeit des Förderbandes (6) und des Querschnitts­ bildes des Fisches in einer die beiden Richtungen enthaltenden Ebene berechnet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegeloberfläche bezüglich des Förderbandes derart angeordnet ist, daß die zweite Richtung eben­ falls parallel zu der den Fisch lagernden Oberfläche des Förderbandes verläuft.