德国专利申请No.4132637A1公开了实现除去杂草的方法和装置。根 据该方法，根据杂草地图进行除草。所述杂草地图由该文件中所述讨论的 除草仪器的光学传感器和摄像机构建而成，所述光学传感器和所述摄像机 都与计算机相连。记录图像过程中，所述仪器在给定路径上移动。所述杂 草地图的构建仅仅基于检测从所述光学传感器扫描过的区域所反射的光和 分析被记录的所述图像。在所述分析期间，研究当前图像，并且把出现绿 色的部分看作在进行除草，从相应于出现绿色的部分的绿色象素形成杂草 地图。这种方式得到的杂草地图提供了关于杂草化程度的信息，然而并没 有包含有关导致所述杂草化本身的杂草种类的信息。
匈牙利专利申请No.P0202205也公开了一种基于杂草地图实现的除草 方法，以及安装在轨道小车上用于施行所述方法的除草设备。除了杂草化 的程度，本结构的杂草地图还包括关于要进行除草的地区上杂草种类的信 息。然而，由于所述除草仪器和杂草地图构建单元的结合，所述杂草地图 构建单元尺寸相当大，仅仅允许在轨道之间和选择性地沿铁路轨道斜坡上 的区域实施杂草地图的构建。组成的杂草地图与所述轨道的路径密切相关。 因此，根据匈牙利专利申请No.P0202205的杂草除去方法，其优先从环境 观点来考虑并且提供一种基于能相对低地消耗化学药剂的杂草地图执行的 程序，能施用于相对小的区域(例如沿着铁道轨道)。在所述匈牙利专利 申请中讨论的除草方法的另一缺点就是通过本方法所述杂草地图仅仅能在 在某天的某一时间(例如整个白天)并且在合适的光照条件(例如用于记 录所述图像的充足自然光照)存在下进行构造。
所述除草设备的再一个缺点就是某些情况下，例如，在快速改变亮/ 暗效果条件下或者由于所述仪器的快速移动导致图像模糊，与所述杂草种 类相关的各条信息就只能不确定地测定。然而，当有目标地相对于所述杂 草地图的组成也就是使用种类专用的除草剂执行消除杂草时，这可能是非 常不利的。由于种类的错误识别，可能就会在进行基于杂草地图的杂草消 除时不会使用能够最有效地控制给定区域上实际出现的杂草的除草剂。

本发明旨在消除上述缺点。特别地，本发明的目的是提供一种用于构 建杂草地图的装置，其中所述装置既能基本上在任何覆盖杂草区域单独使 用，也能简单地连接到任何现有杂草消除仪器以基于杂草地图执行除草过 程，其中由所述装置绘制的杂草地图具有高空间准确度并且同样可靠地说 明将要进行除草区域的地形条件、所述杂草化程度和导致所述杂草化本身 的杂草类型。本发明要实现的另一个目的是如果需要，即使在低能见度条 件下和/或在一天中任何时间也能提供一种能可靠地用来构建杂草地图的 装置。还要实现的一个目的是开发一种用于构建杂草地图的装置，所述杂 草地图能可靠地使用并且即使在强日照下或者快速改变亮/暗效果条件下 和/或当日出/日落时覆盖杂草区域的色谱出现大的转换时也能提供关于杂 草种类的精确信息。
基于上述发现，根据本发明对于将所述杂草地图构成单元构建为独立 设备是有利的，所述独立设备可与所述除草仪器在物理上是可断开连接的， 但是可与其除草控制单元建立数据通信连接，此外可装配其自身的位置探 测单元。此外，还有利于对用于构建杂草地图的装置装配其自身的光源， 所述光源的控制(即开关切换)通过所述装置本身执行。
通过开发用于构建杂草地图的装置实现上述目的，所述装置包括光源、 具有定位元件和至少一个用来更精确地确定由所述定位元件提供的空间坐 标的位置细化元件的位置探测单元，其中所述图像记录单元、所述位置探 测单元和所述光源都和所述图像处理和评价单元处于数据通信连接，并且 其中所述图像处理和评价单元安装有一个或多个控制输出，其中一个所述 控制输出能与独立的除草仪器的控制单元建立数据通信连接。用于构建杂 草地图的装置的可能的进一步的实施例由从属权利要求限定。
附图说明
本发明和其优选实施方案将参照附图进行详细解释，其中
图1示出根据本发明的用于构建杂草地图的装置的可能的实施例的框 图；以及
图2示出根据本发明的用于构建杂草地图的装置的可能的另一实施方 案的框图。

图1所示用于构建杂草地图的装置100包括图像记录单元110、图像 处理和评价单元120、数据存储单元130、杂草数据库135、位置探测单元 150和光源160。用于构建杂草地图的装置100还优选地安装有亮度传感器 170并且可选择地连接到显示单元180。此外，用于构建杂草地图的装置 100被构造成可连接到独立的除草仪器的控制单元190。
图像记录单元110能安装在运载车辆(比如例如轨道车辆或者合适的 机动车辆)。通过装配有减震器的支架实现安装，所述减震器保证在所述 运载车辆移动期间图像记录单元110的无振动位置。通过配有减震器的支 架的安装方式也保证图像记录单元110在其运行期间不会移动，因此其始 终能记录清晰图像。
图像记录单元110的任务是当用于构建杂草地图的装置100行进时， 记录所走过路径的连续图像，其一方面提供关于所走过路径的杂草化的明 确视觉信息，另一方面提供所走过路径出现的杂草种类，第三方面提供所 走过路径的地形条件(即关于其斜度或者不平整度)。因此，图1所示的 图像记录单元110包括摄像机112和地貌跟踪激光摄像机114。摄像机112 是高分辨率彩色摄像机，其装有合适的光学元件(例如文献中已知的滤 色片或者起偏器)用于消除各种干扰光影响。地貌跟踪激光摄像机114也 是(高分辨率)数字摄像机，其在给定波长范围的成像过程是由发射激光 的光源(图中未示出)协助。该光源优选构成激光摄像机114的一部分， 然而并不是必须的。摄像机112和激光摄像机114将它们记录下的图像通 过有线(通过适当的数据电缆)或者无线(例如红外或者蓝牙)数据传输 发送到图像处理和评价单元120。图1所示的实施例中杂草化程度的计算 和杂草种类的识别在摄像机112记录下的镜头的基础上进行，而地貌跟踪 激光摄像机114用来测定地形条件。
如图1所示，通过光源160保证可以不依赖于一天中的时间操作用于 构建杂草地图的装置100，其开关是由图像处理和评价单元120基于亮度 传感器170信号执行。光源160是保证具有色温相当于或者接近(自然) 日光色温的集中照明的光源。光源160优选金属卤化物灯。为了在所走过 的路径恰好记录下的部分获得最好的光照强度，一个优选实施例中光源 160与图像记录单元110结合。
位置探测单元150的任务是确定图像记录单元110的精确实际位置， 和/或确定所记录视频信息的精确实际位置，以便从记录的视频信息获得的 杂草化、杂草种类和地形的信息能够指派在它们的空间位置方面用可能的 最高精确度构建的杂草地图上。因此，位置探测单元150包括定位元件152 和至少一个用来更精确地确定由定位元件152提供的空间坐标的位置细化 元件154。在一个优选实施例中，定位元件152是卫星导航装置，例如， GPS单元。在另一优选实施例中，定位元件152是利用蜂窝通信网络基站 发出的信号的导航装置。
特别地，如果图像记录单元110不移动，基于卫星的位置测定允许 10cm精度的定位。当杂草地图构建期间由于图像记录单元110位移，图 像记录单元110改变了它的位置，基于GPS的实际位置(以及因此记录下 的视频信息的实际位置)的测定变得相对不精确了(即3-5米精度内)。 为了构建以后能用作计划和高效除草过程的根据的杂草地图，图像记录单 元110的实际位置必须更加精确地得知。这就是位置探测单元150为什么 至少装配一个额外的位置细化元件154的原因。
优选地，位置细化元件154是传感器，优选地例如安装在实现图像记 录单元110移动的运载车辆轮子上的角位移传感器。此外，位置细化元件 154也能由任何其它种类的传感器提供，例如作为非常精确地检测运载车 辆速度的速度传感器。位置细化元件154的任务是细化由定位元件152(可 选地，由GPS单元)提供的相对于图像记录单元110移动期间实际位置的 空间坐标。因此，杂草地图的精确度基本上不是由定位元件152提供的信 息，而是由检测/计算图像记录单元110的位移的传感器来定义，借助于传 感器可以实现几厘米的精确度。为了精确计算杂草地图上图像记录单元 110的当前位置，当图像记录单元110不移动时，使用的(多个)传感器 和定位元件152，优选GPS单元，彼此同步进行。
定位元件152和位置细化元件154提供的坐标通过位置探测单元150 经由有线数据传输(通过适当的数据电缆)或者无线数据传输(例如红外 或者蓝牙)发送到图像处理和评价单元120。
来自摄像机112和激光摄像机114的视频信息以及由位置探测单元 150提供的信息的位置类型存储在数据存储单元130内。数据存储单元130 优选快速存取硬盘，但是任何其它适合数据存储的装置同样能用。杂草数 据库135构成数据存储单元130的一部分(即它被存储在其中)，然而这 并不是必须的；杂草数据库135也能连接用于构建杂草地图的装置100作 为独立单元(例如以固件的形式)。
基本上，图1所示装置100的图像处理和评价单元120的任务是确定 杂草化程度和导致杂草化的杂草种类，以及基于处理摄像机112和激光摄 像机114的图像的地形条件，然后储存由此获得的信息作为与位置探测单 元150提供的空间坐标一致的杂草地图。图像处理和评价单元120通过适 当的预编程软件程序进行处理所述获得的信息，其单个步骤通过构成图像 处理和评价单元120一部分的处理器(图中没有示出)执行。所走过路径 的染有杂草部分是通过考虑摄像机112所记录图像中绿色阴影部分由所述 软件的杂草化报告算法定义。考虑到装置100的分辨率，由根据本发明的 用于构建杂草地图的装置100可识别为杂草点的最小部分由10×10厘米的 区域表示。杂草种类的识别是通过与杂草数据库135内包含的关于杂草的 具体种类的信息比较通过光谱分析和形状识别进行。此外，为保证根据本 发明用于构建杂草地图的装置100的紧凑结构，图像处理和评价单元120、 数据存储单元130和杂草数据库135都构成个人计算机(例如膝上个人计 算机)的组成部分。
图像处理和评价单元120也安装有至少两个控制输出122、124。一个 控制输出122以这样的一种方式形成：图像处理和评价单元120通过其可 连接到显示单元180。为了杂草地图和进入图像处理和评价单元120的信 息的实时显示，显示单元180为屏幕，优选为触摸屏。为了保证有关信息 适合打印，显示单元180也能以打印设备形式提供。
另一个控制输出124以这样的一种方式形成：在图像处理和评价单元 120和独立的除草设备的控制单元190之间可以通过它建立数据通信连接。 旨在提供一种准备好的杂草地图适合直接下载到除草设备，以确定所需参 数(除草剂类型，其所需剂量，发配位置和时间段)用于实现消除杂草。 数据传输还可以是有线传输或者无线传输。
图2所示用于构建杂草地图的装置100’在特性上不同于图1所示装 置100，为保证以更高精确度识别各种杂草种类的能力，其图像记录单元 110’除了包括摄像机112和地貌跟踪激光摄像机114，还包括种类细化激 光摄像机115。种类细化激光摄像机115是高分辨率数字摄像机，其在给 定波长范围的成像过程是由发射高强度激光的光源(图中未示出)协助。 优选地，激光发射光源由一个或者多个激光二极管提供，其发射波段为在 电磁波频谱可见红外范围内所述杂草特有的窄波段。优选地，激光发射光 源构成种类细化激光摄像机115的一部分，然而这并不是必须的；激光发 射光源也能作为光源160的一部分提供。激光发射光源的输出以这种方式 调节，就是在照明点上发射的相干光的强度是明显更强，优选地比所考虑 的点测定的自然日光(也可选地运行光源160发射光)强度要高出10倍。 在此应当注意，所述激光光源基本上扮演了常规闪光灯的角色。可能干扰 摄像机112的自然光照效果(例如快速改变亮/暗效果，日出/日落时记录 图像的色谱出现大转变)和/或由于用于构建杂草地图的装置100’的图像 记录单元110’快速移动的影响(例如模糊图像)可以通过利用激光进行 瞬时照明来消除。由于利用激光照明，太阳的影响对通过适当的光学装置 (图中未示出)照明的地点不起支配作用，因此即使在相对不同光照条件 下，等光强图像可以由激光摄像机115记录。在利用短脉冲的照明存在时 记录的图像即使在高速下也能保持静止，并且比摄像机112从同一区域记 录的图像更清晰。因此，基于杂草数据库135，利用适当形状识别算法和 考虑由种类细化激光摄像机115记录的图像以及将这些图像与由摄像机 112记录的那些图像比较，在这种情况下由图像处理和评价单元120完成 杂草类型的识别比在图1所示装置100的情况下可更精确，其结果是提高 了所构建的杂草地图的可靠性。
在根据本发明用于构建杂草地图的装置100、100’的应用之后详细讨 论杂草地图的构建。
在图像记录单元110、110’装到运载车辆上后，图像记录单元110、 110’的固定位置中，定位元件152和位置细化元件154彼此同步。这样， 基于位置细化元件154的信号，在图像记录单元110、110’和运载车辆的 耦合移动期间的每个时刻都会精确得知图像记录单元110、110’的位置。 同步后运载车辆开始移动，图像记录单元110、110’同时开始运转，即它 记录了所走过路径和覆盖所述路径的杂草植被的图像。图像由高分辨率彩 色摄像机112和地貌跟踪激光摄像机114记录，如果需要可配以光源160 进行均匀照明。由此获得的视频信息通过有线或无线数据传输发送到图像 处理和评价单元120。所需的光源160的开关基于亮度传感器170的输入 信号由图像处理和评价单元120控制。如果使用图像记录单元110’，与 种类细化激光摄像机115关联并作为常规闪光灯的激光发射光源也随所述 运载车辆的位移开始运行，并且随着所述激光的瞬时照明，激光摄像机115 还记录所走过路径的图像。这些图像也通过有线或无线数据传输发送到图 像处理和评价单元120。
接着，基于输入的视频信息，计算杂草化程度，执行引致杂草化的杂 草种类的种类识别，通过图像处理和评价单元120确定所走过路径的地形 状况。为此，执行分析图像中杂草的颜色和特性的光谱检测算法，和/或将 从摄像机112接收——可选择从激光摄像机115接收——并将其固定的画 面应用于形状识别算法。各种杂草发出光对发射光的杂草是特有的，所以 需要应用形状辨认算法，然而，它们彼此波长非常接近。杂草的辨认基于 先前在在的杂草数据库135的数据进行。
对输入的视频信息分析完成后，对于随后的使用，在当前研究的区域 的杂草化、造成杂草化的杂草种类和地形状况，以及由位置探测单元150 提供的精确坐标存储在数据存储单元130中作为杂草地图和/或提交给显 示单元180。为了实现消灭杂草，由此组成的杂草地图也能在同时发送到 独立的除草设备的控制单元190。
由根据本发明用于构建杂草地图的装置100、100’组成的杂草地图包 括开始和到达坐标、所走过的路径、以米为单位表示的覆盖距离、所走过 路径的坐标(优选例如由传感器细化的GPS坐标)、以％为单位并的单位 面积的杂草化程度，以及探测的杂草种类。
根据本发明用于构建杂草地图的装置100、100’具有以下优点：
-它可基本在任何环境中从除草设备上物理上断开连接并独立于除草 设备运行，然而，为进行除草，装置100、100’与所述设备连接后由装置 100、100’绘制的杂草地图能容易地下载到所述除草设备；
-具有高精确度和包含除杂草化外也包含杂草种类的杂草地图在一天 任何时间段和/或自然照明不足的条件下也能由装置100、100’构建；
-画进杂草地图中的杂草种类的识别即使当亮/暗效果变化相对快速 时也能很精确地执行；这保证了当基于杂草地图进行除草过程时，就消除 某一区域覆盖的杂草方面而言最有效的种类专用除草剂会喷在将要进行除 草的区域。