專利名稱：用于對存在于種子批中的物體分類的方法及相應的用于生產種子的用途的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于對包含在種子批中的物體分類的方法，一種用于檢查、評估和/或制備種子的方法，一種相關的裝置，以及一種用于生產根據形狀和大小分級的種子的相應的用途。
背景技術：
盡管本申請主要涉及糖用甜菜種子，所描述的方法和裝置也可以有利地用于其它領域，例如用于研究和/或制備其它種子(如谷物種子)。現代高性能的糖用甜菜種子在加工階段經歷一系列艱難的提純和制備步驟。這些步驟的目的是生產出具有盡可能均一的大小分布的種子以方便機械播種和獲得可能的最高質量。理想地，這種種子具有100%的發芽率，即對于播種的每粒種子丸(seed ball)或者種子，都能夠期待收獲糖用甜菜。為了確保糖用甜菜田地的高效的收獲，做出艱苦卓絕的努力以盡可能生產絕對的單胚種子。野生形式的甜菜屬被已知用于生產多心皮的種子丸，即復合果實，其中I至5粒種子形成具有木本子房的單元。傳統地，為了生長甜菜，因此有必要在發芽之后分離甜菜(一項勞動密集型任務)，或者事先通過機械分割種子丸。相比之下，現代栽培為基因上的單胚，從而理想地生產出絕對的單胚種子。但是，實際上，得到的種子總是包含一定比例的雙胚種子丸，雙胚種子丸不能采用常規方法被充分地分開。在糖用甜菜種子的制備中，所有實施在種子上的步驟(例如通過形狀和大小清潔和分級)應在這個應用的范圍內，清潔過程可以通過采用例如用于去除殘梗和石子的篩選設備、歸類機和裝置而實施，對大小歸類的過程通過采用機械的圓孔開槽篩以及重力分選方法而實施。由于糖用甜菜種子不規則的三維結構，使得將其機械地單獨放置在田地中更困難，因此制備好的種子通常緊接著被粒化。上述的彼此分開的種子制備過程被證明是很難實踐的，因為采用很多不同的機器，這些機器的設置必須恰當地適配，且種子必須在這些機器之間傳輸。因此得到的種子質量一般不合格。特別地，單胚和雙胚種子丸的分離被證明是困難的，因為一般不可能令人滿意地采用機械篩將較小的雙胚與較大的單胚種子丸或兩次結實(bicarpous)的但單胚的種子丸分離開。在谷物和糖用甜菜種子的提純測試(法定的要求)中，通常人工數出定量的(例如IOOg)種子以及確定所謂的雜質，即異質種子(雜草或其它種子)、土塊、葉片、莖、殘梗、碎屑等等的比例。該過程也是異常地勞動密集的且其結果很大程度上取決于雇用人員的可靠性。DD 255 097 Al公開一種用于通過密度對植物種子分級的裝置以及一種評估和計數單元，通過密度對植物種子分級的裝置使用本身已知的第一探測器(例如光學長度測量設備)確定種子的機械尺寸以及使用本身已知的第二探測器(例如X射線設備)確定種子的特殊電磁輻射的吸收強度。采用該裝置，在同一方向單個地測量先前被分開的種子，然后確定這些種子在測量的方向中的吸收屬性。除了對種子的強制性分開和單個檢驗，以及由此導致的低產量之外，DD 255 097Al的過程的缺點在于，被檢驗的種子只是被不充分地測量，且該過程特別地應用于不規則形狀的種子時是不可行的。因此在種子批的檢驗和制備上有持續的改善需求。
發明內容
相對于背景技術，本發明提出具有獨立權利要求的特征的一種對包含在種子批中的物體分類的方法，一種檢查、評估和/或制備種子的方法，一種相關的裝置，以及一種用于制備根據形狀和大小分級的種子的相應的用途。優選的實施例為從屬權利要求及其后的描述的主題。本發明的優點根據本發明的分類方法包括采用至少一種無創傷性法檢查物體以及由此確定物體的特征。當物體的至少一個空間特征被確定時，根據本發明采用光切方法作為至少一種無創傷性法，通過光切法三維地捕獲物體。以及，通過光切法本身或通過光切法和至少一種其它無創傷性法確定的特征被共同地用于描述物體以對物體分類。本發明特別地包括光學法、光譜法和成像法作為所提到的額外的無創傷性法。光學法是指所有基于光和物質的相互作用的方法。這里的光特別地指范圍在380nm和780nm之間的電磁譜的可見部分，但是如果需要，也指從ITHz的頻率至高達300THz的頻率范圍的光。這因此也包括例如紅外光或紫外光的非可見光。所以，光學檢查方法主要得到關于光學屬性的信息，特別是被研究的樣品的表面的光學屬性的信息。采用光譜法確定被檢查的物體的能譜是可能的。光譜法可以基于光和物質的光學相互作用，即它們構成光學法。但是，光譜法也可以包括采用其它區域的電磁譜，如X射線輻射(X射線(吸收)光譜的情況)、uv輻射(如在熒光譜中)、微波(微波光譜)或無線電波(核共振光譜)，以及如電子或離子的粒子。被檢查的物體可以被一種類型的輻射激發，且被檢查的物體的不同的放射可以以另一種類型的輻射的形式被檢查出來。當輻射被檢查的物體時，獲得透射譜或吸收譜，以允許得出關于物質與輻射或被輻射的粒子的相互作用的結論。樣品的光譜檢查，特別是當樣品被采用的輻射或粒子穿透時，在同時考慮來自樣品內部的信息的情況下，使得做出對光譜的判斷是可能的。成像法從真實物體的測量值中生成圖像，從其中得到的測量值或信息通過亮度值或顏色以編碼的形式被局部地分辨和可視化。測量值可以反過來源自(局部分辨的)光學的和/或光譜檢查。典型的成像法有可見光或非可見光式攝影法、二維或三維X射線法和NMR成像。當根據本發明檢查種子批時，高產量是可期待的。這意味著單個的種子不能一個接一個地被檢查或者測量。除非，例如使用三維X射線法，每個單個的種子可以通過隨后的成像法被檢測和三維地顯示。
采用目前可獲得的技術可能性，這種方法不能以期望的產量速度實施。本發明利用光切法(將在下文說明)用于三維捕獲(記錄)種子批中的物體。在此的優點是可以同時檢查大量單個的物體(種子)。光切法提供關于被檢查的物體的三維形狀的信息。然后，基于僅通過光切法獲得的兩個或多個特征(如在下文所說明的)，或者通過一方面源自光切法另一方面源自另外的無創傷性法的兩個或多個特征(在特別有利的實施例中)，可以實施物體的分類。特別地，這種另外的無創傷性法可以提供關于物體的內部和/或外部性質的信息(在下文被稱為“結構和/或形態特征”)。檢測結構特征的前提是在該方法中采用的輻射至少部分地穿透物體。在相互作用被限制在物體的表面或特定的表層的其它情況下，作出關于形態屬性的表述是可能的。通過這種方式，本發明可以提供關于多個被同時檢查的物體的三維構造和結構和/或形態特征的信息。用于測量三維結構的光學法通常基于三角測量或立體視覺原理。另外，可以采用干涉測量方法，特別地用于測量表面的微結構。在簡單的三角測量法中，將光點投影在待測的物體的表面上，并從不同于照射方向的方向(即在三角測量角處)觀察光點。然后可以通過投影束的空間朝向和三角測量角確定照射點的坐標。單點三角測量法是準確且確鑿的，但是由于表面的逐點掃描它們也速度較慢。在本發明的范圍之內，可以用于獲得特別的優點的基于三角測量進一步發展的方法有光切技術和帶投影(stripe projection)。在光切方法中，取代單個點，將線投影在待測的物體的表面上。如在單點三角測量方法中，使用電子照相機從不同于照射方向的至少一個方向觀察這條線，表面構造中的每個變化引起照相機圖像中的明確的偏離。以如上所述的相同方式確定被照射點的空間坐標(鉛直分布圖)。由于線性掃描，在速度上有明顯的優勢。在也被歸類為光切法的緊密相關的激光切三角測量方法中，通過激光束照射待測物體，通過線性光學器件激光束在在待測物體的表面上成像。與普通的光切技術相比，由于激光光線的微小的橫向延展從而具有精確的優點。特別地，采用激光切技術檢測微觀表面結構或者粗糙度(roughness)是可能的，并且如在下文說明的，這可以用于將具有特定粗糙度的種子從異質種子或具有不同粗糙度的雜質中區分出來。這可以被特別有利地用于區分同批中的糖用甜菜種子和谷物種子。也被看作為光切法的帶投影是光切技術的進一步發展，其中將很多條線同時投影在被測量的物體的表面上。這些線的強度在橫向方向上周期性的變化，且使得單條線對于觀察照相機是可區分的。與光切技術一起被有利地采用的其它組光學法有例如雙目鏡立體視覺法。雙目鏡立體視覺法是基于這樣的事實，從不同觀測角度得到的物體的兩個視圖使得有可能得出關于它們的三維構造的結論。采用軟件算法，通過相應的分析在兩幅照片中識別物體特征。該特征在兩幅照片中的不同位置提供該特征在三維空間中的深度的測量。雙目鏡立體視覺原理可以從兩個視圖擴展至多個視圖從而可以獲得更 精確的信息且使得相應的分析更加可
O光度立體視覺法也可以與光切法一起被有利地采用。光度立體視覺法采用不同的照射條件以確定物體的形狀。與雙目鏡立體視覺法不同，觀測角保持不變。基于在照射的各個方向中的亮度，可以得出關于物體表面的坡度的結論。不僅空間深度被測量出，數學偏差也因此被測量出。光度立體視覺法特別地適合于確定局部物體結構(即，例如表面特征)；但是，整體結構測量頻繁地出錯。如已經提到的，根據本發明的用于對包含在種子批中的物體分類的方法包括采用光切法。其優點是可以以無接觸的方式實施該測量且因此不在物體上產生任何機械效應，即無創傷。另外，可以同時記錄物體上的大量點，導致測量時間的縮短且使得有可能為了分類的目的同時記錄包含在種子流中的多個物體。與上述提到的現有技術中采用的檢查方法相比，被檢查的物體因此不需要被分別地檢查，而可以一排排地高產量地被檢查，例如在傳輸帶上。根據本發明，通過一個或多個相應的方法確定物體的多個特征并且這些特征被一起用于描述以及隨后的分類。可以實施物體的順次級聯布置(即，例如首先根據大小，然后通過表面性質，然后通過形態特征，等等)或者基于檢測到的特征的特殊組合，可以將來自基本群體的個體歸類到特定類別中。有利地，通過很多特征同時描述個體。類別特征和特征的組合可被用于學習系統并基于獲得的結果(例如純度和功效)而被優化。如已經說明的，特別是采用光切法，可以特別有利地迅速且可靠地檢測出幾何屬性，即物體的空間長度和/或體積。然后可以將確定的幾何屬性彼此相關并用于分類被檢查的物體。例如，當檢查圓形種子時，如在下文具體描述的，可以將具有較大的長寬比的物體分類為必須從相應的種子批中被分離出去的所謂的雜質。采用閾值，這種方法可以特別有利地實施，其中可為特定的分類類別限定特定的期望標準。例如，種子理想地為球形形狀以使其能夠沒有任何問題地被機器播種。因此超過相對于球形的特定偏差的種子被分離出來。還可以基于形狀參數將種子劃分到形狀類別。這種基于形狀參數的分類或制備被稱為本申請范圍內的“通過形狀分級”。通過形狀分級可以特別地與通過大小分級(也有利地采用光切法實施)組合。通過這種方式，可以生產通過其形狀和大小特征被精確描述的種子粒組，其中形狀和大小特征限定機械應用屬性。常規地，如上所說明的，粒化糖用甜菜種子以改善其播種適宜性。用于糖用甜菜種子的機械播種機(mechanical seed drills)常規地包括腔式敷料器(applicator),每個腔式敷料器可以容納種子丸或種子。粒化意欲確保實際上只有一粒種子丸可以被容納在相應的腔中且因此被分別地分發。但是，粒化同時顯著地增大種子的體積(大致為其三倍)，導致有必要頻繁地重新注滿播種機且因此導致不經濟的播種操作。技術人員也清楚粒化的糖用甜菜種子具有較差的發芽屬性。因此，采用的涂布層干燥條件下避免水接觸種子，使其對種子無效。另一方面，在非常潮濕的條件下，涂布層吸收過量的水(“變得浸透的”)并因此常常使種子缺氧。因此，如果采用根據本發明的方法可以生產出“理想的”的三維形狀的種子，則可以采用合適地適配的播種機在未粒化的情況下播種。種子的粒化的缺失有益于播種的適宜性，也有益于種子在田地中的發芽屬性。本發明因此還包括如在下文說明的分類法的用途，該用途用于非粒化種子的生產，特別是在上文提供的限定范圍之內的通過形狀和大小分級的糖用甜菜種子的生產。根據本發明的方法因此實現種子成分(例如包含在葉片、土壤、草籽等的物體的種子批中的種子或果實)的快速可靠且無創傷性的測量。在根據本發明的方法的范圍之內，可以例如通過合適的分選設備(singling device)將種子或果實放置在傳輸帶上并在條型激光和一個或多個垂直成像的照相機下傳遞以檢驗它們的形狀和大小。通過光點相對于帶的基準線的偏離生成單個種子的垂直分布圖，以及通過估算分布圖測量不同的幾何參數(形狀參數、表面參數和大小參數)。利用這些測量的參數，可以將種子或果實從葉殘體、殘梗、土塊和石頭以及其它異質體中區分出來，且可以根據種子的所有三個維度的實際測量值識別種子。有利地，物體的空間形狀和/或表面性質也被檢測作為至少一個空間特征。在上文說明的空間特征因此不限于長度、寬度和相應的體積的測量值，還包括例如邊緣和/或表面屬性如粗糙度和幾何形狀。因此，雙胚糖用甜菜種子例如具有在平面圖中大體為矩形的形狀和明顯的棱角，而小麥種子(具有類似的大小特征)在縱截面上為橢圓形并具有很小的棱角。例如，通過檢查表面結構也可以將糖用甜菜種子(具有明顯的粗糙度)與谷物種子(具有平滑的表面)區分開。如所說明的，在所提到的光切法之后進行至少一個進一步的無創傷性法是特別有利的。這可以有利地是成像法，特別是超聲、X射線或者磁共振成像。以上提到的光學法或成像法也有利地包括顏色的確定。這使得例如可靠地檢測霉菌侵襲或者區別具有相同的大小和形狀參數的物體是可能的。這種成像法可以用于例如獲得二維X射線截面圖像，該二維X射線截面圖像允許區別出種子和其它物體如石頭或土塊。如果物體被識別為種子，相關的(X射線截面)圖像可以被用于圖像處理方法。在該圖像處理方法的過程中，可以分割圖像數據，例如，換句話說，可以將圖像區域或檢查數據的區域分配至被研究的物體的區域。通過這種方式，物體(例如種子或種子丸)的形態和/或結構特征可被確定并用于描述種子的質量。因此，具有種子和胚乳的果實的飽滿度對于其在田地中的發芽特性是至關重要的。因此，如果在果實內檢測到一定大小的空腔，該果實必須被舍棄。采用檢測物體的至少一種光譜特征的光譜法也是特別有利的。這種光譜法，如例如核共振、電子自旋共振、微波、振動、紅外、RAMAN、UV-VIS、熒光、原子的、X射線和/或伽馬射線光譜術對于物質屬性的檢查(物質成分、濃度的測量)是理論上已知的。這些方法可以特別有利地用于確定吸收特征或吸收特征在物體中的分布。與先前說明的成像法相比，光譜法非常快速且因此適合用于高種子產量。復雜的圖像處理方法是沒有必要的。測量的吸收特征可以例如與幾何特征一起用于描述物體。例如，在相同大小、相同三維尺寸范圍和類似的可見表面性質的物體的情況下，通過確定密度或光譜共振或滲透性可以清楚地區分土塊或石頭與種子，而在常規方法中這是不可能的，特別是在糖用甜菜種子的情況下。另外，將完全飽滿的種子或果實(即具有充分形成的胚乳的種子或果實)與具有空腔的種子區分開也是可能的。因此，設想的方法為目前為止采用的基于重力的方法提供了替代或支持。特別地，光譜特征和形狀特征的組合提供關于被檢查的物體的性質的清楚的信息，而個體檢查法提供模糊的結果。如已經說明的，這涉及例如可能具有相同的幾何形狀但是不同的透射特性的土塊和種子。如反復提到的，所涉及的方法可以用于確定具有胚芽或胚胎的果實的飽滿程度，然后可將該飽滿程度與果實的體積和/或膨脹相關。采用該方法和上文中描述的其他方法，以及利用三維形狀(體積、面積、幾何形狀)的知識，可以基于關于果實的特定的飽滿程度的信息，在所獲得的種子中(即，在校準階段中)獲得特別高的均一性。結果，可以期待在田地中的特別均勻和均一的發芽。另一個有利的實施例包括光學方法形式的至少一種進一步的無創傷性檢查，通過該無創傷性檢查確定物體的至少一個光學特征。由于某些問題，如在下文具體說明的，可以采用額外的光學評估對種子分類。因此，通過光學檢驗，可以將小麥種子與土塊(對于糖用甜菜種子一直無法處理的物體)區分開。特別有利地，光學特征可以包括顏色和/或熒光特性。應當理解的是，利用上文中提到的所有的方法，可以至少部分地記錄和/或三維測量物體。在這種情況下，例如，可以在兩個截面中實施成像法從而獲得關于物體的結構和/或形態屬性的更可靠的信息；采用光譜法通過物體的至少兩個平面或截面線可以確定吸收分布圖。至少部分三維地確定物體的空間屬性。應當理解的是，通過襯底上的光切法被檢查的物體不能作為一個整體而被幾何地記錄，因為擱置在傳輸設備上的物體的部分未被激光束和/或照相機所觸及。但是，在這種情況下，僅確定設置在襯底上的物體的“垂直數據”已被證明是得當的。根據本發明的方法可以特別有利地用于將種子批中的物體分類為至少一個形狀和/或大小類別和/或具有至少一個形態屬性的土壤顆粒、石頭、莖、葉殘體、花殘體、草籽和/或種子或果實。可以將異質體或不需要的種子或果實從種子中分離出去并舍棄。該方法特別適合用于對種子或果實自身分類。因此區分兩次結實的單胚、兩次結實的雙胚和一次結實的單胚果實是可能的。常規上不可能或很難將具有兩個腔但只有其中一個包含種子的兩次結實的單胚種子與兩次結實的雙胚種子區分開。由于對于每個被種植的種子丸，糖用甜菜種子應當理想地僅僅生成一棵甜菜(如先前所提到的)，因此必須將雙胚種子丸分離出來。但是，被可靠地檢測出來的兩次結實的單胚的種子丸可以留在種子中，從而提高天然種子材料的利用率。綜上，可以說，通過精確的測量和分類至窄類別，本發明允許不需要粒化的“高科技”的種子制備。粒化的缺失具有大大降低待種植的種子的體積和重量，在濕潤的土地和干旱的條件下均改善發芽量，以及至少降低成本的優點。本發明通過兩個傳感器系統的組合，即通過將(至少)兩種類型的特征(包括空間的、形態的、光譜的和光學的特征，并包括一方面的表面特征的檢查和另一方面的內部形態的檢查)相關，來提供最優的結果。最后，本發明可以帶來具有涉及的缺點和利用相應的分級法(振動、重力、篩孔等等)的常規的分級設備的節約。還應當指出的是，根據本發明還可以生產數個種子粒組，每個粒組具有具有相同特征(幾何的、結構的、形態的和/或光學的特征)的種子。根據本發明的方法可以被特別地用于種子純度分析(評估)。“低劣的粒組”可以被排除，獲得的“優良的粒組”可以接受視覺再評估和相應的統計估算。表I示出以質量百分比和絕對質量給出的被污染的糖用甜菜/天然種子批的成分的示例。種子提純的目的是獲得最高可能含量的不含雜質(即不需要的物質)的糖用甜菜種子丸。如表2所示，根據本發明的提純產出在優良粒組中具有最少量的雜質的99. 43的純度。低劣的粒組中(表3)的種子丸的百分比為72.2%，但是這總計僅為包含在優良粒組中的種子丸的7% (重量百分比)。在日常應用中，該方法使得每小時對大約7，000，OOO個粒子(對應于大約70kg種子)分級成為可能。表1.被污染的糖用甜菜/天然種子批的成分的示例
權利要求
1.一種用于對包含在種子批中的物體(3)分類(704)的方法，其中，采用至少一種無創傷性法(702、703)確定所述物體(3)的特征，其特征在于， 當所述物體(3)的至少一個空間特征被確定時，采用光切法(702)作為至少一種無創傷性法出02、603)，通過所述光切法三維地捕獲所述物體(3);以及 通過激光切法(702)或通過激光切法(702)和至少一種無創傷性法(602、603)獲得的特征被一起用于描述所述物體(3)以對所述物體(3)分類。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，采用光譜法￠03)，特別是X射線光譜法，作為至少一種進一步的無創傷性法出02、603)，通過所述光譜法確定所述物體(3)的至少一個光譜特征。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，采用成像法(603)，特別是X射線成像，作為至少一種進一步的無創傷性法出02、603)，通過所述成像法確定所述物體的至少一個結構和/或形態特征(401、402、403、404)。
4.根據權利要求2或3所述的方法，其特征在于，確定種子和/或果實的成熟度、胚胎體積和/或胚乳體積作為至少一個特征。
5.根據前述權利要求中的任一項所述的方法，其特征在于，確定所述物體(3)的尺寸范圍和/或體積作為至少一個空間特征。
6.根據前述權利要求中的任一項所述的方法，其特征在于，確定所述物體(3)的空間形狀和/或表面質量作為至少一個空間特征。
7.根據前述權利要求中的任一項所述的方法，其特征在于，采用光學法(603)作為至少一種進一步的無創傷性法出02、603)，通過所述光學法確定所述物體(3)的至少一個光學特征。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，確定顏色和/或熒光屬性作為至少一個光學特征。
9.根據前述權利要求中的任一項所述的方法，其特征在于，所述方法包括將所述物體(3)分類為至少一個形狀和/或大小和/或具有至少一個形態屬性類別的土壤顆粒、石頭、莖、葉殘體、花殘體、草籽和/或種子或果實。
10.根據前述權利要求中的任一項所述的方法，用于對包含在糖用甜菜種子中的物體(3)分類。
11.根據前述權利要求中的任一項所述的方法，其中，將種子批作為將被分類的種子流。
12.一種用于檢查、評估和/或制備種子的方法，其中，采用根據前述權利要求中的任一項所述的方法對包含在種子批中的物體分類。
13.一種用于對包含在種子批中的物體分類的裝置，所述裝置被設計用于實施根據權利要求1-11中的任一項所述的方法，特別是用于檢查和/或制備種子的裝置。
14.一種根據權利要求1-11中的任一項所述的方法的用途，用于制備根據形狀和大小分級的非丸狀的種子，特別是糖用甜菜種子。
全文摘要
本發明涉及一種用于對包含在種子批中的物體(3)分類(704)的方法，其中，采用至少一種無創傷性法(702、703)確定所述物體(3)的特征，其中，當所述物體(3)的至少一個空間特征被確定時，采用光切法(702)作為至少一種無創傷性法(602、603)，通過所述光切法三維地記錄所述物體(3)；以及通過激光切法(702)或通過激光切法(702)和至少一種無創傷性法(602、603)獲得的特征被一起用于描述所述物體(3)以進行分類。
文檔編號B07C5/342GK103037987SQ201180033043
公開日2013年4月10日 申請日期2011年6月30日 優先權日2010年7月2日
發明者安特耶·沃爾夫 申請人:施特魯布有限兩合公司