DISPOSITIVO PORTATIL PARA EL RECONOCIMIENTO DE LA MADUREZ DE FRUTOS.

Dispositivo portátil que permite obtener información del estado de madurez de frutos a partir de la captación de imágenes en la propia zona de cultivo ya sea en entornos abiertos o en entornos cerrados y a partir de información suministrada por sensores externos.

Las imágenes capturadas por la cámara del sistema de captura de imágenes (1) del dispositivo son analizadas en el procesador (2) del dispositivo que ejecuta un algoritmo para detectar los elementos que aparecen en la imagen, seleccionar los elementos que son fruta madura y los que no lo son y almacenar los datos obtenidos para su posterior análisis.

Dispositivo portatil para el reconocimiento de la madurez de frutos.

La presente invención se refiere a un dispositivo portátil para la obtención de información del estado de madurez de frutos a partir de la captación de imágenes y de la información suministrada por sensores externos, así como al procedimiento implementado con dicho dispositivo para el análisis de la imagen capturada y la extracción de características propias de cada fruto como la madurez, tamaño, parámetros morfológicos, números de frutos, etc.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La agricultura tradicional, principalmente debido a motivos económicos trata grandes superficies mediante prácticas agrarias uniformes. Esto conlleva habitualmente un consumo ineficiente de los recursos y a una productividad relativa inferior a la presente en cultivos a menor escala.

Desde mediado de los años 90 se comienza a dar forma al concepto de agricultura de precisión. Este nuevo enfoque en la agricultura consiste en el control y monitorización electrónica aplicada a la recolección de datos, procesamiento de la información, y apoyo a la toma de decisiones, para la ubicación temporal y espacial de insumos en la producción de cultivos.

El cultivo de frutos en hileras tales como el de la fresa, requieren habitualmente de cuidados destinados a comprobar la evolución de la planta. Estos análisis van destinados a tareas como evitar la propagación de enfermedades, a realizar correcciones de las necesidades de riego o a definir las necesidades particulares en la aplicación de fitosanitarios en el cultivo.

Además, algunos de los frutos plantados en hileras presentan un escalonamiento en su maduración, y por tanto la recolección se realiza en diversas pasadas con turnos que comprenden días. Este hecho requiere de la adecuación constante de los recursos del agricultor a las necesidades de cada periodo de cosecha: cantidad de insumos, previsiones de logística, almacenaje, personal, etc.

Así pues es necesario tener información predictiva de las necesidades tanto para hileras de frutos particulares como para la parcela de cultivo en su conjunto.

Frente a otras invenciones que muestran un fin más relacionado con alguna tarea de control o tratamiento de los cultivos en hilera, el dispositivo objeto de la presente invención tiene un fin analítico, independientemente de la utilidad para la cual pudiera ser destinado. Su fin puede ser la recolección de datos estadísticos para la elaboración de modelos estadísticos y predictivos en frutos o su utilización en todas aquellas aplicaciones que requieran de la necesidad del análisis del fruto (recolección, riego, fumigación, clasificación etc.)

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El objeto de la presente invención es un dispositivo portátil para el reconocimiento de la madurez de los frutos. Este dispositivo portátil comprende un dispositivo de captura de imagen y un conjunto de entradas para la obtención de información sensorial externa, tales como posición, temperatura, información meteorológica y otras. El dispositivo es utilizado para componer un dispositivo final destinado a la recopilación de información del estado del cultivo de frutos en hileras (tales como, fresas o frutos similares) en tiempo real y situados en entornos abiertos o en invernaderos.

El dispositivo de la invención, gracias al dispositivo de captura de imagen que lleva incorporado es capaz de capturar imágenes de las frutas cultivas. Además incluye procedimientos para el análisis de las imágenes obtenidas. El núcleo principal del procedimiento de análisis determina el número y el grado de madurez de los frutos detectados, asimismo el dispositivo incorpora los procedimientos de almacenamiento y transmisión de la información para su posterior tratamiento. Con los parámetros que el dispositivo recoge y almacena de la fruta analizada se crea un histórico de datos que se pueden utilizar posteriormente para crear modelos predictivos.

Los elementos que se conectan al dispositivo, para ser incorporados, deben o bien disponer de los conectores genéricos utilizados, o bien adaptarse a ellos. Esto permite al dispositivo la modificación de las especificaciones del diseño para adaptarse a diferentes necesidades o a futuros avances. Este dispositivo permite modificar la óptica que actualmente trabaja en el espectro de luz visible, por ópticas sensibles al rango de infrarrojos, o por ejemplo permite actualizar la unidad de procesamiento a versiones más modernas de manera sencilla. Así mismo la cercanía del elemento de captura y del elemento de procesamiento permite evitar dispositivos de comunicaciones ajenos al dispositivo.

El dispositivo objeto de la presente invención comprende un dispositivo de captura de imágenes, un procesador y un bloque de conexiones de entrada/salida para comunicación y control de señales externas.

La inclusión de estos tres elementos en un solo dispositivo, junto con sus sensores, y en un caso de uso donde se prescinda por completo de elementos auxiliares tales como portátiles u otros, permite asegurar la portabilidad y usabilidad del dispositivo en entornos como invernaderos o de difícil acceso. En la configuración usada en la realización preferida, el dispositivo realiza un consumo muy moderado, y es suficiente con una pequeña batería para asegurar el funcionamiento del dispositivo durante horas.

Por otro lado, el uso del espacio de color YUV es poco habitual en las implementaciones destinadas al análisis de la imagen en la agricultura de precisión. YUV (YCbCr) y en particular Y422 es un formato diseñado específicamente para la transmisión de señales de video (MPEG) donde se desacoplan la capa de luminosidad y las capas de crominancia. Este espacio de color está basado en Intensidad y Crominancia, y aunque habitualmente se hace uso de espacios de color como HSI basado en Intensidad, tono y saturación, para el caso del análisis de frutos como la fresa, este espacio de color suministrado directamente por el dispositivo es suficiente y adecuado. Entre otros factores muestra un buen desacoplo entre los valores de crominancia e iluminación. Además es posible realizar una rápida distinción entre parejas de colores de interés para este tipo de análisis, como son el verde y el rojo, o el verde y el azul, con una simple comparación en una de sus capas de color. Por último, y aunque puede suponer una pérdida de precisión en la definición de elementos horizontales, el formato de comprimido YUV422 permite reducir el tamaño de la escena analizada un 33%, mientras que las búsquedas exclusivamente basadas en color permiten reducir el espacio de búsqueda en un 50%. Esto conlleva una sustancial mejora en los tiempos de ejecución.

Hay que tener en cuenta que, frente a otros dispositivos desarrollados previamente, y muy en particular frente a los dispositivos destinados a la recogida de frutos, esta invención es un dispositivo portátil, de aplicación múltiple, que hace uso de una sola cámara, desarrollando localmente todo el proceso algorítmico, simplificando el problema al análisis de un objeto sobre un determinado plano, no requiriéndose una localización en tres dimensiones del mismo. Esto permite una velocidad de cómputo extremadamente rápida y la aplicación de algoritmos de reconocimiento más sencillos, el uso de un simple sensor de distancia situado junto a la óptica permitiría realizar aproximaciones aceptables a las dimensiones reales del fruto situado frente a esta.

El dispositivo incluye un conversor analógico/digital que relaciona una entrada analógica con el bus digital de comunicaciones del dispositivo ya que existen numerosos sensores, particularmente en agricultura, cuyas mediciones se expresan con valores continuos de voltaje. La mayoría de los sensores mantendrán una comunicación digital con el dispositivo.

Las capacidades de comunicación del dispositivo se ajustan a un conjunto de protocolos serie seleccionados por tratarse de estándares ampliamente difundidos o especialmente indicados para entornos industriales. Algunos de los protocolos que pueden ser utilizados en este dispositivo, en el primer grupo localizamos los protocolos RS-232, USB e I2C, mientras que el protocolo RS-485 es utilizado a menudo en entornos industriales, dado su mejor comportamiento en entornos muy ruidosos.

El dispositivo de la invención integra un bloque destinado al almacenamiento de información tanto temporal como permanente. El soporte principal consiste en una memoria ROM programable y borrable eléctricamente, dado su amplia difusión, su bajo coste y sus diferentes capacidades, suponen el elemento ideal para el almacenamiento temporal o permanente de información relevante de los análisis llevados...

1. Dispositivo portátil para el reconocimiento de la madurez de frutos destinado a la recopilación de información del estado del cultivo de frutos en tiempo real y situados en entornos abiertos o cerrados, caracterizado por que comprende un sistema de captura de imágenes (1) , un procesador (2) y un conjunto de entradas/salidas (3) y por

que ejecuta un algoritmo que comprende las siguientes etapas: -capturar la imagen (6) , -segmentar la imagen (7) e identificar los elementos presentes en la imagen, -delimitar la zona de trabajo (8) a la zona madura de las frutas, -detectar y caracterizar los elementos de la imagen clasificados como fruta inmadura (9) ,

- filtrar la imagen (10) mediante el estudio de la luminosidad de los elementos de la imagen,

- transformar, ajustar y almacenar los datos obtenidos (11) .

2. Dispositivo portátil según la reivindicación 1 en el que el algoritmo realiza en la primera etapa una segmentación en base a un valor de crominancia característico de la madurez de las frutas presentes en la imagen. 15