用于对存在于种子批中的物体分类的方法及相应的用于生产种子的用途的制作方法

专利名称：用于对存在于种子批中的物体分类的方法及相应的用于生产种子的用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于对包含在种子批中的物体分类的方法，一种用于检查、评估和/或制备种子的方法，一种相关的装置，以及一种用于生产根据形状和大小分级的种子的相应的用途。
背景技术：
尽管本申请主要涉及糖用甜菜种子，所描述的方法和装置也可以有利地用于其它领域，例如用于研究和/或制备其它种子(如谷物种子)。现代高性能的糖用甜菜种子在加工阶段经历一系列艰难的提纯和制备步骤。这些步骤的目的是生产出具有尽可能均一的大小分布的种子以方便机械播种和获得可能的最高质量。理想地，这种种子具有100%的发芽率，即对于播种的每粒种子丸(seed ball)或者种子，都能够期待收获糖用甜菜。为了确保糖用甜菜田地的高效的收获，做出艰苦卓绝的努力以尽可能生产绝对的单胚种子。野生形式的甜菜属被已知用于生产多心皮的种子丸，即复合果实，其中I至5粒种子形成具有木本子房的单元。传统地，为了生长甜菜，因此有必要在发芽之后分离甜菜(一项劳动密集型任务)，或者事先通过机械分割种子丸。相比之下，现代栽培为基因上的单胚，从而理想地生产出绝对的单胚种子。但是，实际上，得到的种子总是包含一定比例的双胚种子丸，双胚种子丸不能采用常规方法被充分地分开。在糖用甜菜种子的制备中，所有实施在种子上的步骤(例如通过形状和大小清洁和分级)应在这个应用的范围内，清洁过程可以通过采用例如用于去除残梗和石子的筛选设备、归类机和装置而实施，对大小归类的过程通过采用机械的圆孔开槽筛以及重力分选方法而实施。由于糖用甜菜种子不规则的三维结构，使得将其机械地单独放置在田地中更困难，因此制备好的种子通常紧接着被粒化。上述的彼此分开的种子制备过程被证明是很难实践的，因为采用很多不同的机器，这些机器的设置必须恰当地适配，且种子必须在这些机器之间传输。因此得到的种子质量一般不合格。特别地，单胚和双胚种子丸的分离被证明是困难的，因为一般不可能令人满意地采用机械筛将较小的双胚与较大的单胚种子丸或两次结实(bicarpous)的但单胚的种子丸分离开。在谷物和糖用甜菜种子的提纯测试(法定的要求)中，通常人工数出定量的(例如IOOg)种子以及确定所谓的杂质，即异质种子(杂草或其它种子)、土块、叶片、茎、残梗、碎屑等等的比例。该过程也是异常地劳动密集的且其结果很大程度上取决于雇用人员的可靠性。DD 255 097 Al公开一种用于通过密度对植物种子分级的装置以及一种评估和计数单元，通过密度对植物种子分级的装置使用本身已知的第一探测器(例如光学长度测量设备)确定种子的机械尺寸以及使用本身已知的第二探测器(例如X射线设备)确定种子的特殊电磁辐射的吸收强度。采用该装置，在同一方向单个地测量先前被分开的种子，然后确定这些种子在测量的方向中的吸收属性。除了对种子的强制性分开和单个检验，以及由此导致的低产量之外，DD 255 097Al的过程的缺点在于，被检验的种子只是被不充分地测量，且该过程特别地应用于不规则形状的种子时是不可行的。因此在种子批的检验和制备上有持续的改善需求。

发明内容
相对于背景技术，本发明提出具有独立权利要求的特征的一种对包含在种子批中的物体分类的方法，一种检查、评估和/或制备种子的方法，一种相关的装置，以及一种用于制备根据形状和大小分级的种子的相应的用途。优选的实施例为从属权利要求及其后的描述的主题。本发明的优点根据本发明的分类方法包括采用至少一种无创伤性法检查物体以及由此确定物体的特征。当物体的至少一个空间特征被确定时，根据本发明采用光切方法作为至少一种无创伤性法，通过光切法三维地捕获物体。以及，通过光切法本身或通过光切法和至少一种其它无创伤性法确定的特征被共同地用于描述物体以对物体分类。本发明特别地包括光学法、光谱法和成像法作为所提到的额外的无创伤性法。光学法是指所有基于光和物质的相互作用的方法。这里的光特别地指范围在380nm和780nm之间的电磁谱的可见部分，但是如果需要，也指从ITHz的频率至高达300THz的频率范围的光。这因此也包括例如红外光或紫外光的非可见光。所以，光学检查方法主要得到关于光学属性的信息，特别是被研究的样品的表面的光学属性的信息。采用光谱法确定被检查的物体的能谱是可能的。光谱法可以基于光和物质的光学相互作用，即它们构成光学法。但是，光谱法也可以包括采用其它区域的电磁谱，如X射线辐射(X射线(吸收)光谱的情况)、uv辐射(如在荧光谱中)、微波(微波光谱)或无线电波(核共振光谱)，以及如电子或离子的粒子。被检查的物体可以被一种类型的辐射激发，且被检查的物体的不同的放射可以以另一种类型的辐射的形式被检查出来。当辐射被检查的物体时，获得透射谱或吸收谱，以允许得出关于物质与辐射或被辐射的粒子的相互作用的结论。样品的光谱检查，特别是当样品被采用的辐射或粒子穿透时，在同时考虑来自样品内部的信息的情况下，使得做出对光谱的判断是可能的。成像法从真实物体的测量值中生成图像，从其中得到的测量值或信息通过亮度值或颜色以编码的形式被局部地分辨和可视化。测量值可以反过来源自(局部分辨的)光学的和/或光谱检查。典型的成像法有可见光或非可见光式摄影法、二维或三维X射线法和NMR成像。当根据本发明检查种子批时，高产量是可期待的。这意味着单个的种子不能一个接一个地被检查或者测量。除非，例如使用三维X射线法，每个单个的种子可以通过随后的成像法被检测和三维地显示。
采用目前可获得的技术可能性，这种方法不能以期望的产量速度实施。本发明利用光切法(将在下文说明)用于三维捕获(记录)种子批中的物体。在此的优点是可以同时检查大量单个的物体(种子)。光切法提供关于被检查的物体的三维形状的信息。然后，基于仅通过光切法获得的两个或多个特征(如在下文所说明的)，或者通过一方面源自光切法另一方面源自另外的无创伤性法的两个或多个特征(在特别有利的实施例中)，可以实施物体的分类。特别地，这种另外的无创伤性法可以提供关于物体的内部和/或外部性质的信息(在下文被称为“结构和/或形态特征”)。检测结构特征的前提是在该方法中采用的辐射至少部分地穿透物体。在相互作用被限制在物体的表面或特定的表层的其它情况下，作出关于形态属性的表述是可能的。通过这种方式，本发明可以提供关于多个被同时检查的物体的三维构造和结构和/或形态特征的信息。用于测量三维结构的光学法通常基于三角测量或立体视觉原理。另外，可以采用干涉测量方法，特别地用于测量表面的微结构。在简单的三角测量法中，将光点投影在待测的物体的表面上，并从不同于照射方向的方向(即在三角测量角处)观察光点。然后可以通过投影束的空间朝向和三角测量角确定照射点的坐标。单点三角测量法是准确且确凿的，但是由于表面的逐点扫描它们也速度较慢。在本发明的范围之内，可以用于获得特别的优点的基于三角测量进一步发展的方法有光切技术和带投影(stripe projection)。在光切方法中，取代单个点，将线投影在待测的物体的表面上。如在单点三角测量方法中，使用电子照相机从不同于照射方向的至少一个方向观察这条线，表面构造中的每个变化引起照相机图像中的明确的偏离。以如上所述的相同方式确定被照射点的空间坐标(铅直分布图)。由于线性扫描，在速度上有明显的优势。在也被归类为光切法的紧密相关的激光切三角测量方法中，通过激光束照射待测物体，通过线性光学器件激光束在在待测物体的表面上成像。与普通的光切技术相比，由于激光光线的微小的横向延展从而具有精确的优点。特别地，采用激光切技术检测微观表面结构或者粗糙度(roughness)是可能的，并且如在下文说明的，这可以用于将具有特定粗糙度的种子从异质种子或具有不同粗糙度的杂质中区分出来。这可以被特别有利地用于区分同批中的糖用甜菜种子和谷物种子。也被看作为光切法的带投影是光切技术的进一步发展，其中将很多条线同时投影在被测量的物体的表面上。这些线的强度在横向方向上周期性的变化，且使得单条线对于观察照相机是可区分的。与光切技术一起被有利地采用的其它组光学法有例如双目镜立体视觉法。双目镜立体视觉法是基于这样的事实，从不同观测角度得到的物体的两个视图使得有可能得出关于它们的三维构造的结论。采用软件算法，通过相应的分析在两幅照片中识别物体特征。该特征在两幅照片中的不同位置提供该特征在三维空间中的深度的测量。双目镜立体视觉原理可以从两个视图扩展至多个视图从而可以获得更 精确的信息且使得相应的分析更加可
O光度立体视觉法也可以与光切法一起被有利地采用。光度立体视觉法采用不同的照射条件以确定物体的形状。与双目镜立体视觉法不同，观测角保持不变。基于在照射的各个方向中的亮度，可以得出关于物体表面的坡度的结论。不仅空间深度被测量出，数学偏差也因此被测量出。光度立体视觉法特别地适合于确定局部物体结构(即，例如表面特征)；但是，整体结构测量频繁地出错。如已经提到的，根据本发明的用于对包含在种子批中的物体分类的方法包括采用光切法。其优点是可以以无接触的方式实施该测量且因此不在物体上产生任何机械效应，即无创伤。另外，可以同时记录物体上的大量点，导致测量时间的缩短且使得有可能为了分类的目的同时记录包含在种子流中的多个物体。与上述提到的现有技术中采用的检查方法相比，被检查的物体因此不需要被分别地检查，而可以一排排地高产量地被检查，例如在传输带上。根据本发明，通过一个或多个相应的方法确定物体的多个特征并且这些特征被一起用于描述以及随后的分类。可以实施物体的顺次级联布置(即，例如首先根据大小，然后通过表面性质，然后通过形态特征，等等)或者基于检测到的特征的特殊组合，可以将来自基本群体的个体归类到特定类别中。有利地，通过很多特征同时描述个体。类别特征和特征的组合可被用于学习系统并基于获得的结果(例如纯度和功效)而被优化。如已经说明的，特别是采用光切法，可以特别有利地迅速且可靠地检测出几何属性，即物体的空间长度和/或体积。然后可以将确定的几何属性彼此相关并用于分类被检查的物体。例如，当检查圆形种子时，如在下文具体描述的，可以将具有较大的长宽比的物体分类为必须从相应的种子批中被分离出去的所谓的杂质。采用阈值，这种方法可以特别有利地实施，其中可为特定的分类类别限定特定的期望标准。例如，种子理想地为球形形状以使其能够没有任何问题地被机器播种。因此超过相对于球形的特定偏差的种子被分离出来。还可以基于形状参数将种子划分到形状类别。这种基于形状参数的分类或制备被称为本申请范围内的“通过形状分级”。通过形状分级可以特别地与通过大小分级(也有利地采用光切法实施)组合。通过这种方式，可以生产通过其形状和大小特征被精确描述的种子粒组，其中形状和大小特征限定机械应用属性。常规地，如上所说明的，粒化糖用甜菜种子以改善其播种适宜性。用于糖用甜菜种子的机械播种机(mechanical seed drills)常规地包括腔式敷料器(applicator),每个腔式敷料器可以容纳种子丸或种子。粒化意欲确保实际上只有一粒种子丸可以被容纳在相应的腔中且因此被分别地分发。但是，粒化同时显著地增大种子的体积(大致为其三倍)，导致有必要频繁地重新注满播种机且因此导致不经济的播种操作。技术人员也清楚粒化的糖用甜菜种子具有较差的发芽属性。因此，采用的涂布层干燥条件下避免水接触种子，使其对种子无效。另一方面，在非常潮湿的条件下，涂布层吸收过量的水(“变得浸透的”)并因此常常使种子缺氧。因此，如果采用根据本发明的方法可以生产出“理想的”的三维形状的种子，则可以采用合适地适配的播种机在未粒化的情况下播种。种子的粒化的缺失有益于播种的适宜性，也有益于种子在田地中的发芽属性。本发明因此还包括如在下文说明的分类法的用途，该用途用于非粒化种子的生产，特别是在上文提供的限定范围之内的通过形状和大小分级的糖用甜菜种子的生产。根据本发明的方法因此实现种子成分(例如包含在叶片、土壤、草籽等的物体的种子批中的种子或果实)的快速可靠且无创伤性的测量。在根据本发明的方法的范围之内，可以例如通过合适的分选设备(singling device)将种子或果实放置在传输带上并在条型激光和一个或多个垂直成像的照相机下传递以检验它们的形状和大小。通过光点相对于带的基准线的偏离生成单个种子的垂直分布图，以及通过估算分布图测量不同的几何参数(形状参数、表面参数和大小参数)。利用这些测量的参数，可以将种子或果实从叶残体、残梗、土块和石头以及其它异质体中区分出来，且可以根据种子的所有三个维度的实际测量值识别种子。有利地，物体的空间形状和/或表面性质也被检测作为至少一个空间特征。在上文说明的空间特征因此不限于长度、宽度和相应的体积的测量值，还包括例如边缘和/或表面属性如粗糙度和几何形状。因此，双胚糖用甜菜种子例如具有在平面图中大体为矩形的形状和明显的棱角，而小麦种子(具有类似的大小特征)在纵截面上为椭圆形并具有很小的棱角。例如，通过检查表面结构也可以将糖用甜菜种子(具有明显的粗糙度)与谷物种子(具有平滑的表面)区分开。如所说明的，在所提到的光切法之后进行至少一个进一步的无创伤性法是特别有利的。这可以有利地是成像法，特别是超声、X射线或者磁共振成像。以上提到的光学法或成像法也有利地包括颜色的确定。这使得例如可靠地检测霉菌侵袭或者区别具有相同的大小和形状参数的物体是可能的。这种成像法可以用于例如获得二维X射线截面图像，该二维X射线截面图像允许区别出种子和其它物体如石头或土块。如果物体被识别为种子，相关的(X射线截面)图像可以被用于图像处理方法。在该图像处理方法的过程中，可以分割图像数据，例如，换句话说，可以将图像区域或检查数据的区域分配至被研究的物体的区域。通过这种方式，物体(例如种子或种子丸)的形态和/或结构特征可被确定并用于描述种子的质量。因此，具有种子和胚乳的果实的饱满度对于其在田地中的发芽特性是至关重要的。因此，如果在果实内检测到一定大小的空腔，该果实必须被舍弃。采用检测物体的至少一种光谱特征的光谱法也是特别有利的。这种光谱法，如例如核共振、电子自旋共振、微波、振动、红外、RAMAN、UV-VIS、荧光、原子的、X射线和/或伽马射线光谱术对于物质属性的检查(物质成分、浓度的测量)是理论上已知的。这些方法可以特别有利地用于确定吸收特征或吸收特征在物体中的分布。与先前说明的成像法相比，光谱法非常快速且因此适合用于高种子产量。复杂的图像处理方法是没有必要的。测量的吸收特征可以例如与几何特征一起用于描述物体。例如，在相同大小、相同三维尺寸范围和类似的可见表面性质的物体的情况下，通过确定密度或光谱共振或渗透性可以清楚地区分土块或石头与种子，而在常规方法中这是不可能的，特别是在糖用甜菜种子的情况下。另外，将完全饱满的种子或果实(即具有充分形成的胚乳的种子或果实)与具有空腔的种子区分开也是可能的。因此，设想的方法为目前为止采用的基于重力的方法提供了替代或支持。特别地，光谱特征和形状特征的组合提供关于被检查的物体的性质的清楚的信息，而个体检查法提供模糊的结果。如已经说明的，这涉及例如可能具有相同的几何形状但是不同的透射特性的土块和种子。如反复提到的，所涉及的方法可以用于确定具有胚芽或胚胎的果实的饱满程度，然后可将该饱满程度与果实的体积和/或膨胀相关。采用该方法和上文中描述的其他方法，以及利用三维形状(体积、面积、几何形状)的知识，可以基于关于果实的特定的饱满程度的信息，在所获得的种子中(即，在校准阶段中)获得特别高的均一性。结果，可以期待在田地中的特别均匀和均一的发芽。另一个有利的实施例包括光学方法形式的至少一种进一步的无创伤性检查，通过该无创伤性检查确定物体的至少一个光学特征。由于某些问题，如在下文具体说明的，可以采用额外的光学评估对种子分类。因此，通过光学检验，可以将小麦种子与土块(对于糖用甜菜种子一直无法处理的物体)区分开。特别有利地，光学特征可以包括颜色和/或荧光特性。应当理解的是，利用上文中提到的所有的方法，可以至少部分地记录和/或三维测量物体。在这种情况下，例如，可以在两个截面中实施成像法从而获得关于物体的结构和/或形态属性的更可靠的信息；采用光谱法通过物体的至少两个平面或截面线可以确定吸收分布图。至少部分三维地确定物体的空间属性。应当理解的是，通过衬底上的光切法被检查的物体不能作为一个整体而被几何地记录，因为搁置在传输设备上的物体的部分未被激光束和/或照相机所触及。但是，在这种情况下，仅确定设置在衬底上的物体的“垂直数据”已被证明是得当的。根据本发明的方法可以特别有利地用于将种子批中的物体分类为至少一个形状和/或大小类别和/或具有至少一个形态属性的土壤颗粒、石头、茎、叶残体、花残体、草籽和/或种子或果实。可以将异质体或不需要的种子或果实从种子中分离出去并舍弃。该方法特别适合用于对种子或果实自身分类。因此区分两次结实的单胚、两次结实的双胚和一次结实的单胚果实是可能的。常规上不可能或很难将具有两个腔但只有其中一个包含种子的两次结实的单胚种子与两次结实的双胚种子区分开。由于对于每个被种植的种子丸，糖用甜菜种子应当理想地仅仅生成一棵甜菜(如先前所提到的)，因此必须将双胚种子丸分离出来。但是，被可靠地检测出来的两次结实的单胚的种子丸可以留在种子中，从而提高天然种子材料的利用率。综上，可以说，通过精确的测量和分类至窄类别，本发明允许不需要粒化的“高科技”的种子制备。粒化的缺失具有大大降低待种植的种子的体积和重量，在湿润的土地和干旱的条件下均改善发芽量，以及至少降低成本的优点。本发明通过两个传感器系统的组合，即通过将(至少)两种类型的特征(包括空间的、形态的、光谱的和光学的特征，并包括一方面的表面特征的检查和另一方面的内部形态的检查)相关，来提供最优的结果。最后，本发明可以带来具有涉及的缺点和利用相应的分级法(振动、重力、筛孔等等)的常规的分级设备的节约。还应当指出的是，根据本发明还可以生产数个种子粒组，每个粒组具有具有相同特征(几何的、结构的、形态的和/或光学的特征)的种子。根据本发明的方法可以被特别地用于种子纯度分析(评估)。“低劣的粒组”可以被排除，获得的“优良的粒组”可以接受视觉再评估和相应的统计估算。表I示出以质量百分比和绝对质量给出的被污染的糖用甜菜/天然种子批的成分的示例。种子提纯的目的是获得最高可能含量的不含杂质(即不需要的物质)的糖用甜菜种子丸。如表2所示，根据本发明的提纯产出在优良粒组中具有最少量的杂质的99. 43的纯度。低劣的粒组中(表3)的种子丸的百分比为72.2%，但是这总计仅为包含在优良粒组中的种子丸的7% (重量百分比)。在日常应用中，该方法使得每小时对大约7，000，OOO个粒子(对应于大约70kg种子)分级成为可能。表1.被污染的糖用甜菜/天然种子批的成分的示例
权利要求
1.一种用于对包含在种子批中的物体(3)分类(704)的方法，其中，采用至少一种无创伤性法(702、703)确定所述物体(3)的特征，其特征在于， 当所述物体(3)的至少一个空间特征被确定时，采用光切法(702)作为至少一种无创伤性法出02、603)，通过所述光切法三维地捕获所述物体(3);以及 通过激光切法(702)或通过激光切法(702)和至少一种无创伤性法(602、603)获得的特征被一起用于描述所述物体(3)以对所述物体(3)分类。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用光谱法￠03)，特别是X射线光谱法，作为至少一种进一步的无创伤性法出02、603)，通过所述光谱法确定所述物体(3)的至少一个光谱特征。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，采用成像法(603)，特别是X射线成像，作为至少一种进一步的无创伤性法出02、603)，通过所述成像法确定所述物体的至少一个结构和/或形态特征(401、402、403、404)。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，确定种子和/或果实的成熟度、胚胎体积和/或胚乳体积作为至少一个特征。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，确定所述物体(3)的尺寸范围和/或体积作为至少一个空间特征。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，确定所述物体(3)的空间形状和/或表面质量作为至少一个空间特征。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，采用光学法(603)作为至少一种进一步的无创伤性法出02、603)，通过所述光学法确定所述物体(3)的至少一个光学特征。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，确定颜色和/或荧光属性作为至少一个光学特征。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括将所述物体(3)分类为至少一个形状和/或大小和/或具有至少一个形态属性类别的土壤颗粒、石头、茎、叶残体、花残体、草籽和/或种子或果实。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，用于对包含在糖用甜菜种子中的物体(3)分类。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，将种子批作为将被分类的种子流。
12.一种用于检查、评估和/或制备种子的方法，其中，采用根据前述权利要求中的任一项所述的方法对包含在种子批中的物体分类。
13.一种用于对包含在种子批中的物体分类的装置，所述装置被设计用于实施根据权利要求1-11中的任一项所述的方法，特别是用于检查和/或制备种子的装置。
14.一种根据权利要求1-11中的任一项所述的方法的用途，用于制备根据形状和大小分级的非丸状的种子，特别是糖用甜菜种子。
全文摘要
本发明涉及一种用于对包含在种子批中的物体(3)分类(704)的方法，其中，采用至少一种无创伤性法(702、703)确定所述物体(3)的特征，其中，当所述物体(3)的至少一个空间特征被确定时，采用光切法(702)作为至少一种无创伤性法(602、603)，通过所述光切法三维地记录所述物体(3)；以及通过激光切法(702)或通过激光切法(702)和至少一种无创伤性法(602、603)获得的特征被一起用于描述所述物体(3)以进行分类。
文档编号B07C5/342GK103037987SQ201180033043
公开日2013年4月10日 申请日期2011年6月30日 优先权日2010年7月2日
发明者安特耶·沃尔夫 申请人:施特鲁布有限两合公司