Escáner 3D compacto con cámara industrial de nivel de placa de IDS, que ocupa muy poco espacio

Escáner 3D, terminal y Software

PlantEye consta de tres módulos: Escáner 3D, terminal y Software. El escáner se desplaza sobre los bancales o las plantas mediante un sistema de transporte. Se comunica de forma inalámbrica con el terminal, al que se puede acceder desde cualquier ordenador portátil o tableta táctil a través de un navegador. Aquí, el investigador puede consultar el crecimiento actual de las plantas en tablas y gráficos, introducir medidas de gestión del cultivo y documentar el cultivo completo. El tercer módulo del sistema es el Software PlantEye, que analiza el manejo de los cultivos, el desarrollo de las plantas y los datos climáticos, y determina el potencial de optimización.

La Software permite un almacenamiento seguro y duradero en una base de datos centralizada, es compatible con el ordenador climático y dispone de una función de importación para otros sensores externos. En la pantalla también se muestran, por ejemplo, los datos meteorológicos actuales y las previsiones. Las poblaciones vegetales se dividen en cuadrículas y, para cada cuadrícula, se pueden visualizar una gran variedad de parámetros. De este modo, las desviaciones se hacen visibles fácilmente.

Gracias a la movilidad del escáner, el sistema es extremadamente potente.

En dos horas, el escáner puede recorrer hasta 4000 m² de superficie cultivada y determinar automáticamente la superficie foliar, el volumen vegetal y el crecimiento por estiramiento. Para ello, el escáner utiliza el método de corte óptico, que es perfecto para este campo de aplicación. Un láser integrado proyecta una línea sobre el objeto de medición desde una dirección, y una cámara captura la línea de luz como imagen desde otra dirección. De acuerdo con el principio de triangulación, se pueden calcular todas las coordenadas de los objetos que se encuentran en el plano de luz. A partir de la imagen 2D de la cámara se genera un perfil de altura 1D. Esta disposición de sensores, relativamente sencilla, permite un diseño muy compacto. El escáner PlantEye 3D mide solo 420 x 200 x 95 mm y tiene un diseño extremadamente robusto, de modo que su delicada tecnología está debidamente protegida frente a las condiciones bastante adversas del invernadero, entre las que se incluyen, por ejemplo, salpicaduras de agua y altas temperaturas.

Phenospex integra una cámara industrial IDS en formato de placa base en el escáner.

El modelo UI-1221LE cuenta con un sensor CMOS mono con resolución WVGA (752 x 480), una interfaz USB y una montura de objetivo S-Mount. La cámara está diseñada para integrarse en espacios reducidos, ya que solo mide aproximadamente 3,6 x 3,6 x 2 cm, y ofrece una alta sensibilidad en el rango del infrarrojo cercano. Ambas características son fundamentales para Phenospex. El diseño compacto de la cámara permite montarla en el centro de la carcasa del escáner. A continuación, un espejo desvía el haz de luz de la cámara hacia las plantas. De este modo, se puede lograr un gran ángulo de apertura y un amplio ancho de escaneo incluso a distancias cortas del escáner. Debido a la alta sensibilidad del sensor en el rango NIR, también se pudo seleccionar un láser en el rango de 930 nm, una longitud de onda que las plantas reflejan bien. Otra ventaja de la cámara USB 2.0 integrada en la placa es su frecuencia de imagen relativamente alta, de casi 90 fps, ya que determina la velocidad a la que el escáner puede desplazarse por los bancales. En el proceso de corte por luz, el conjunto de sensores debe moverse sobre el objeto para poder generar un perfil de altura 2D o una nube de puntos 3D a partir de un perfil de altura 1D. Con una velocidad de medición de 50 mm/s, el sistema PlantEye alcanza una resolución del orden de milímetros.

Finalmente, se analizan y segmentan las nubes de puntos. Se recorta la planta, se reconocen las hojas y se mide la superficie. También se evalúa la altura. Todos los parámetros están entonces a disposición del usuario en una base de datos. Para lograr un rendimiento óptimo, es decir, velocidad, Phenospex no utiliza software estándar para el análisis de imágenes, sino un desarrollo propio, programado en C++. Esta extrae los parámetros mencionados anteriormente de los datos brutos en menos de un segundo.

La API uEye actúa como interfaz entre la Software PlantEye y la cámara IDS.

La interfaz forma parte de la IDS Software Suite y es compatible con todas las funciones del sensor de la cámara a nivel de placa. El SDK para Windows y Linux (32 y 64 bits) se incluye con las cámaras de IDS y es idéntico para todos los modelos, independientemente de si tienen conexión USB 3.0, USB 2.0 o GigE. Los clientes OEM como Phenospex se benefician doblemente de ello. Por un lado, la integración de las cámaras resulta especialmente sencilla y rápida; por otro, es independiente del modelo y la interfaz. De este modo, es posible cambiar sin problemas en cualquier momento de una cámara USB 2.0 a un modelo más potente con conexión USB 3.0 o Gigabit Ethernet. La IDS Software Suite incluye además programas de demostración para la integración de cámaras y la captura de imágenes con los códigos fuente correspondientes en C, C++ y VB. Los desarrolladores pueden incorporarlos rápidamente a sus propios programas y adaptarlos a requisitos especiales. Hay disponibles interfaces directas para muchos otros programas habituales de visión artificial, como Common Vision Blox, HALCON, MERLIC, NeuroCheck o LabVIEW.

Perspectiva

Phenospex quiere aumentar aún más la velocidad de medición del sistema PlantEye. Con la filosofía de controladores IDS, se apuesta por una solución con garantía de futuro si, en su caso, se desea utilizar otro modelo de cámara de la amplia gama del fabricante. No sería necesario reprogramar la aplicación, solo habría que ajustar los parámetros específicos de la cámara.