Das Auge der Hacke

So funktionieren Hacken mit intelligentem Kamerasystem

Intelligente Kamerasysteme lenken immer mehr Hacken exakt durch die Reihen. Wie funktionieren die Systeme, wo kommen sie an ihre Grenzen und wohin geht die Entwicklung?

Beim Hacken kommt es darauf an, so viel Fläche wie möglich zu bearbeiten und das so dicht wie möglich an der Reihe. Bei hoher Geschwindigkeit ist das mit Hackgeräten im Heck sehr anspruchsvoll. Deshalb bieten die Hersteller von Hackgeräten und spezialisierte Zulieferer automatische Lenksysteme an.

Weil selbst ein RTK-System nicht genau genug arbeitet, liefern Kamerasysteme das entsprechende Lenksignal für die Hacke. Unter guten Einsatzbedingungen lassen sich damit Genauigkeiten von bis zu ± 1 cm erreichen. Die Preise für Kameralenkungen starten bei etwa 20.000 €.

Wir wollten wissen, wie die Kamera-Lenksysteme arbeiten, wo sie an die Grenzen kommen und wo sie sich gerade weiterentwickeln. Dazu haben wir mit Experten von Claas, Einböck, K.U.L.T., Steketee und Schmotzer-Hacktechnik über das Thema diskutiert.

Im Prinzip soll jedes Kamerasystem geometrische Reihenstrukturen anhand von Unterschieden erkennen. Die Software weiß die Reihenbreite und versucht, diese Linienstruktur mit den Strukturen im Kamerabild in Einklang zu bringen. Durch das hydraulische Verschieben bzw. Lenken legt das System quasi die virtuellen Linien und die Bestandsstruktur übereinander.

Je nach Software kann man den Systemen vorgeben, ob sie Einzel- oder Mehrfachreihen folgen sollen, die z.B. bei Möhren und Zwiebeln üblich sind. Die Systeme erkennen auch Maisdoppelreihen (Deltarow).

Lenken nach Farben

In erster Linie geht es beim Erkennen der Reihen um Farbunterschiede, also im einfachsten Fall eine Reihe grüner Pflanzen auf braunem Boden. Bei flächiger Verunkrautung wird das deutlich schwieriger.

Je mehr unterschiedliche Farben oder Farbnuancen ein Kamerasystem unterscheiden kann, desto eher erkennt es wieder Reihenstrukturen auf grünen Flächen. Weitere Unterscheidungsmöglichkeiten können Wuchshöhen oder Blattformen sein.

Gängig ist das Lenken der Hacke in den Reihen, das man Inter-Row oder Reihennavigation nennt. Hier kann die Kamera an einer oder mehreren Reihen entlang „schauen“. Deutlich anspruchsvoller wird es, den genauen Standraum einer einzelnen Pflanze zu lokalisieren und innerhalb einer Reihe die Zwischenräume zu hacken. Dieser Einsatz heißt Intra-Row bzw. Inrow. Bei einigen Systemen braucht jede Reihe eine eigene Kamera. Manche Kamerasysteme können aber auch Inrow die Pflanzen in mehreren Reihen erfassen.

Für die Reihennavigation reicht dagegen in den meisten Fällen eine einzelne Kamera aus. Bei einigen Anbietern ist es möglich, auf der anderen Seite der Hacke eine zweite Kamera zu integrieren. Das bietet z.B. an schrägen Vorgewendelinien oder in Keilen Vorteile. Denn manche Hacken haben einen hydraulischen Aushub der Einzelreihen bzw. Section Control.

Die Firmen nutzen Kameras mit unterschiedlichen Funktionsprinzipien:

  • Farbkameras, die im RGB-Bereich arbeiten: Sie können auf Basis der Grundfarben Rot, Grün und Blau das auch fürs menschliche Auge sichtbare Farbspektrum unterscheiden. Hier sind Claas und Tillet & Hague wichtige Anbieter.

  • Kameras, die im Infrarot- (IR) oder Nahinfrarotbereich (NIR) arbeiten, nehmen das nicht sichtbare Farbspektrum wahr. Sie erkenne vor allem das Chlorophyll und können zwischen lebender und abgestorbener Biomasse unterscheiden. Bspw. vom dänischen Anbieter Poulsen kommt eine Kamera, die mit zwei Sensoren (IR, NIR) arbeitet.

  • Multispektralkameras, die verschiedene Farbspektren bündeln und so für mehr Unterscheidungsmerkmale sorgen. Unter anderem setzt Steketee bei seinem IC-Light-System auf diese Technik. Multispektralkameras werden mit ihren verschiedenen Farbbändern auch im Labor in der Analysetechnik eingesetzt und sind bei KI-Anwendungen im Einsatz (KI = künstliche Intelligenz, selbstlernende Systeme).

Dazu kommt die Bildauflösung: Je besser die Auflösung der Kamera, desto jüngere Kulturpflanzen erkennt sie. Weil die meisten Kameras ein zweidimensionales Bild erzeugen, entscheidet die Pflanzenfläche, nicht die Höhe. Heute sind HD-Kameras oft Stand der Technik. Sie können Kulturen ab etwa 2 cm Fläche ausmachen. Frühere VGA-Kameras brauchten mindestens 4 cm zum sicheren Unterscheiden.

Mehr Farben, mehr Unterschied

Frühe Kamerakonzepte konnten nur Grüntöne vom Boden (braun-schwarz) unterscheiden. Bei Kulturen mit anderen Farben, z.B. gelbliche Maispflanzen im Stress, kamen sie an ihre Grenzen. Das Gleiche gilt für Bestände mit dichtem Unkrautbesatz, die kaum den Boden erkennen lassen. Neuere Kameras identifizieren erheblich mehr Farbunterschiede. Dazu brauchen sie die Rechnerkapazität. Die Lenksysteme haben deshalb ihr eigenes, unabhängiges Rechnersystem zur Bildverarbeitung.

Bei der Claas Culticam, die u.a. bei Einböck oder Schmotzer im Einsatz ist, kann der Fahrer drei Farbmodi wählen: Grün-blau für gut mit Stickstoff versorgtes Getreide, grün-gelb für gestressten Mais, rot für den Salat-Bereich. Der Hersteller beschränkt sich auf drei Varianten, um dem Fahrer nicht zu viele Einstellungen aufzubürden.

Einige andere Hersteller, wie z.B. THT (Tillet & Hauge Industries) bei K.U.L.T., erlauben mehr Einstellungen. Hier lässt sich z.B. am Monitor ein Cursor entlang einer Farbskala bzw. eines Regenbogens verschieben. Der Fahrer erhält dann ein akustisches und optisches Signal, ob die Bildqualität für ein sicheres Navigieren...