BR112020017937B1 - SEED IMAGING SYSTEM AND METHOD - Google Patents

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BR112020017937B1
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Eric L. Borrowman
Govind Chaudhary
Hsin-Chen Chen
Jeffrey L. Kohne
Johnny J. Kotyk
Louis M. Pompe Van Meerdervoort
Randall K. Rader
Brad D. White
Chi Zhang
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Monsanto Technology Llc
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Abstract

Um sistema de imageamento de semente para imagear sementes inclui uma estação de transferência de semente configurada para mover sementes através do sistema. Um conjunto de imageamento inclui uma primeira câmera montada em relação à estação de transferência de semente e configurada para adquirir imagens das sementes quando as sementes se movem através do sistema. Uma segunda câmera é montada em relação à estação de transferência de semente e é configurada para adquirir imagens das sementes quando as sementes se movem através do sistema. A segunda câmera tem uma modalidade de imageamento diferente de uma modalidade de imageamento da primeira câmera. A primeira e a segunda câmeras podem ser dispostas acima e abaixo das estações de transferência de sementes, tal como uma correia transparente.A seed imaging system for imaging seeds includes a seed transfer station configured to move seeds through the system. An imaging assembly includes a first camera mounted relative to the seed transfer station and configured to acquire images of the seeds as the seeds move through the system. A second camera is mounted relative to the seed transfer station and is configured to acquire images of the seeds as the seeds move through the system. The second camera has an imaging modality different from an imaging modality of the first camera. The first and second cameras may be disposed above and below the seed transfer stations, such as a transparent belt.

Description

[001] A presente divulgação se refere, em geral, a um sistema e método para processar sementes e, mais especificamente, um sistema de imageamento de semente e método para imagear e armazenar sementes.[001] The present disclosure relates generally to a system and method for processing seeds, and more specifically, a seed imaging system and method for imaging and storing seeds.

FUNDAMENTOSFUNDAMENTALS

[002] Na indústria agrícola e, mais especificamente na indústria de reprodução de semente, é importante que os cientistas sejam capazes de analisar sementes com alto rendimento. Com isto queremos dizer que a análise das sementes ocorre, de preferência, não apenas rapidamente, mas também de forma confiável e com alto volume total. Historicamente, sementes são categorizadas por tamanho usando equipamento mecânico contendo telas com furos correspondendo a tamanhos predeterminados. Categorização de semente também é conduzida usando análise de imagem das sementes, para detectar certas características de aparência das sementes. Entretanto, sistemas anteriores de análise de semente são limitados em sua capacidade de detectar o tamanho, o formato e a aparência das sementes. Como resultado, sistemas anteriores de análise de imagem têm capacidades limitadas para caracterizar formato e defeitos de semente. Adicionalmente, sistemas de análise de imagem anteriores não permitem coleta automatizada de quantidades de dados estatisticamente significativos para o desenvolvimento de modelos de dados robustos para determinar correlações entre bateladas de sementes usando métricas de qualidade de sementes.[002] In the agricultural industry, and more specifically in the seed breeding industry, it is important for scientists to be able to analyze seeds with high throughput. By this we mean that seed analysis preferably occurs not only quickly, but also reliably and with high total volume. Historically, seeds have been categorized by size using mechanical equipment containing screens with holes corresponding to predetermined sizes. Seed categorization has also been conducted using image analysis of seeds to detect certain appearance characteristics of the seeds. However, previous seed analysis systems are limited in their ability to detect seed size, shape, and appearance. As a result, previous image analysis systems have limited capabilities to characterize seed shape and defects. Additionally, previous image analysis systems do not allow for automated collection of statistically significant amounts of data for the development of robust data models to determine correlations between batches of seeds using seed quality metrics.

SUMÁRIOSUMMARY

[003] Em um aspecto, um sistema de imageamento de semente para imagear sementes geralmente compreende uma estação de transferência de semente configurada para mover sementes através do sistema. Um conjunto de imageamento compreende uma primeira câmera montada em relação à estação de transferência de semente e configurada para adquirir imagens das sementes à medida que as sementes se movem pelo sistema. Uma segunda câmera é montada em relação à estação de transferência de semente e é configurada para adquirir imagens das sementes à medida que as sementes se movem pelo sistema. A segunda câmera tem uma modalidade de imageamento diferente de uma modalidade de imageamento da primeira câmera.[003] In one aspect, a seed imaging system for imaging seeds generally comprises a seed transfer station configured to move seeds through the system. An imaging assembly comprises a first camera mounted relative to the seed transfer station and configured to acquire images of the seeds as the seeds move through the system. A second camera is mounted relative to the seed transfer station and is configured to acquire images of the seeds as the seeds move through the system. The second camera has an imaging modality different from an imaging modality of the first camera.

[004] Em outro aspecto, um método para imagear sementes geralmente compreende mover sementes através do sistema usando uma estação de transferência de semente; adquirir, usando uma primeira câmera montada em relação à estação de transferência de semente, imagens das sementes à medida que as sementes se movem através do sistema via a estação de transferência de semente; e adquirir, usando uma segunda câmera montada em relação à estação de transferência de semente, imagens das sementes conforme as sementes se movem através do sistema via a estação de transferência de semente, uma modalidade de imageamento da segunda câmera sendo diferente de uma modalidade de imageamento da primeira câmera.[004] In another aspect, a method for imaging seeds generally comprises moving seeds through the system using a seed transfer station; acquiring, using a first camera mounted relative to the seed transfer station, images of the seeds as the seeds move through the system via the seed transfer station; and acquiring, using a second camera mounted relative to the seed transfer station, images of the seeds as the seeds move through the system via the seed transfer station, an imaging modality of the second camera being different from an imaging modality of the first camera.

[005] Em ainda outro aspecto, um sistema de imageamento de semente para imagear sementes geralmente compreende uma estação de transferência de semente configurada para mover sementes através do sistema. Um conjunto de imageamento compreende uma primeira câmera montada acima da estação de transferência de semente e configurada para adquirir imagens das sementes à medida que as sementes se movem através do sistema. Uma segunda câmera é montada abaixo da estação de transferência de semente e configurada para adquirir imagens das sementes à medida que as sementes se movem através do sistema.[005] In yet another aspect, a seed imaging system for imaging seeds generally comprises a seed transfer station configured to move seeds through the system. An imaging assembly comprises a first camera mounted above the seed transfer station and configured to acquire images of the seeds as the seeds move through the system. A second camera is mounted below the seed transfer station and configured to acquire images of the seeds as the seeds move through the system.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[006] Fig. 1 é um diagrama de blocos de um sistema de imageamento de semente automatizado;[006] Fig. 1 is a block diagram of an automated seed imaging system;

[007] Fig. 2 é uma perspectiva do sistema de imageamento de semente com um conjunto de imageamento e análise do sistema removido;[007] Fig. 2 is a perspective view of the seed imaging system with one imaging and analysis assembly of the system removed;

[008] Fig. 2A é outra perspectiva do sistema de imageamento de semente mostrando o conjunto de imageamento e análise;[008] Fig. 2A is another perspective of the seed imaging system showing the imaging and analysis assembly;

[009] Fig. 2B é uma perspectiva fragmentada ampliada da Fig. 2;[009] Fig. 2B is an enlarged fragmentary perspective view of Fig. 2;

[0010] Fig. 3 é uma vista frontal do sistema de imageamento de semente com o conjunto de imageamento e análise removido;[0010] Fig. 3 is a front view of the seed imaging system with the imaging and analysis assembly removed;

[0011] Fig. 4 é uma vista fragmentada ampliada da Fig. 3 mostrando esquematicamente o conjunto de imageamento e análise;[0011] Fig. 4 is an enlarged fragmentary view of Fig. 3 showing schematically the imaging and analysis assembly;

[0012] Fig. 5 é uma ilustração esquemática do sistema de imageamento de semente;[0012] Fig. 5 is a schematic illustration of the seed imaging system;

[0013] Fig. 6 é outra ilustração esquemática do sistema de imageamento de semente;[0013] Fig. 6 is another schematic illustration of the seed imaging system;

[0014] Fig. 7 é uma vista fragmentada ampliada da Fig. 2;[0014] Fig. 7 is an enlarged fragmentary view of Fig. 2;

[0015] Fig. 8 é uma perspectiva de um sistema de imageamento de semente de outra modalidade;[0015] Fig. 8 is a perspective view of a seed imaging system of another embodiment;

[0016] Fig. 9 é uma vista frontal de um sistema de imageamento de semente de outra modalidade;[0016] Fig. 9 is a front view of a seed imaging system of another embodiment;

[0017] Fig. 10 é outra modalidade de um sistema de imageamento de semente; e[0017] Fig. 10 is another embodiment of a seed imaging system; and

[0018] Fig. 11 se refere a dados exemplares de um sistema de imageamento de semente.[0018] Fig. 11 refers to exemplary data from a seed imaging system.

[0019] Caracteres de referência correspondentes indicam partes correspondentes ao longo dos desenhos.[0019] Corresponding reference characters indicate corresponding parts throughout the drawings.

DESCRIÇÃO DETALHADADETAILED DESCRIPTION

[0020] Com referência às Figs. 1 a 2A e 3 a 6, um sistema de imageamento de semente é indicado geralmente em 10. O sistema é configurado para receber, analisar e armazenar uma pluralidade de sementes para processamento, avaliação e/ou análise posterior. O sistema 10 compreende um conjunto de carga e transferência 12 configurado para receber e distribuir as sementes através do sistema, um conjunto de imageamento e análise 14, para coletar dados de imagem das sementes à medida que elas são distribuídas através do sistema pelo conjunto de carga e transferência, e um conjunto de pesagem 15 para pesar as sementes e um conjunto de armazenamento 16 configurado para armazenar as sementes para processamento posterior. Um controlador 18 (por exemplo, um processador e memória adequada) é programado para operar o sistema 10. O conjunto de imageamento e análise 14 adquire dados de imagem e incorpora algoritmos de análise de imagem otimizados para fornecer características de sementes rápidas e altamente precisas, incluindo um ou mais de dados de cor, tamanho, formato, textura, composição interna, massa, volume, teor de umidade e composição química das sementes que fornecem uma imagem completa da aparência e da condição das sementes. Ser capaz de capturar a imagem interna e externa completa da semente permite que o sistema 10 detecte de maneira confiável defeitos nas sementes.[0020] Referring to Figs. 1-2A and 3-6, a seed imaging system is generally indicated at 10. The system is configured to receive, analyze, and store a plurality of seeds for further processing, evaluation, and/or analysis. The system 10 comprises a loading and transfer assembly 12 configured to receive and distribute the seeds through the system, an imaging and analysis assembly 14 for collecting image data of the seeds as they are distributed through the system by the loading and transfer assembly, and a weighing assembly 15 for weighing the seeds and a storage assembly 16 configured to store the seeds for further processing. A controller 18 (e.g., a processor and suitable memory) is programmed to operate system 10. Imaging and analysis assembly 14 acquires image data and incorporates optimized image analysis algorithms to provide rapid and highly accurate seed characteristics, including one or more of the color, size, shape, texture, internal composition, mass, volume, moisture content, and chemical composition data of the seeds that provide a complete picture of the appearance and condition of the seeds. Being able to capture the complete internal and external image of the seed allows system 10 to reliably detect defects in the seeds.

[0021] O conjunto de imageamento e análise 14 combina múltiplas modalidades de imageamento para medir a cor, o tamanho, a forma, a textura e as características internas das sementes, por exemplo, o que fornece uma indicação mais precisa de sua aparência e condição. O conjunto de armazenamento 16 é configurado para armazenar as sementes em microplacas para posterior processamento, avaliação e/ou análise. Em um ou mais outros exemplos, o conjunto de armazenamento pode ser configurado para classificar sementes individualmente em duas ou mais frações a granel, tal como no final do conjunto de carga e transferência 12. Por exemplo, pulsos de ar podem dirigir as sementes, dependendo das análises realizadas nas sementes, para um ou mais recipientes a granel. Adicionalmente, o sistema 10 é projetado para aquisição de dados de alto conteúdo. Dados de imagem (por exemplo, cor, características internas, forma etc.) serão minerados dos dados de alto conteúdo para extrair os melhores preditores de qualidade. Um sistema de correia de alto rendimento pode ser incorporado posteriormente para coletar essas características usando dispositivos de imageamento mais rápidos.[0021] The imaging and analysis assembly 14 combines multiple imaging modalities to measure the color, size, shape, texture, and internal characteristics of seeds, for example, which provides a more accurate indication of their appearance and condition. The storage assembly 16 is configured to store the seeds in microplates for later processing, evaluation, and/or analysis. In one or more other examples, the storage assembly may be configured to sort individual seeds into two or more bulk fractions, such as at the end of the loading and transfer assembly 12. For example, pulses of air may direct the seeds, depending on the analyses performed on the seeds, into one or more bulk containers. Additionally, the system 10 is designed for high-content data acquisition. Image data (e.g., color, internal characteristics, shape, etc.) will be mined from the high-content data to extract the best predictors of quality. A high-throughput belt system may be incorporated later to collect these characteristics using faster imaging devices.

[0022] Com referência às Figs. 2 a 6, o conjunto de carga e transferência 12 compreende uma tremonha (amplamente, uma estação de carregamento de semente) 20 incluindo uma entrada 22 para receber as sementes na tremonha e uma saída 24 para dispensar as sementes da tremonha, uma alimentação vibratória 25 na saída para individualizar as sementes à medida que elas são dispensadas da saída e um transportador 26 (amplamente, uma estação de transferência de semente) numa saída da alimentação vibratória. A alimentação vibratória 25 compreende um par de alimentadores vibratórios 27 e um par de canais vibratórios 29 associados a um alimentador vibratório respectivo. Os alimentadores vibratórios 27 usam energia vibratória para transportar as sementes ao longo dos canais vibratórios 29 e organizar as sementes em uma única fileira. A energia vibratória também separa as sementes umas das outras dentro da fileira, de modo que cada semente possa ser imageada individualmente pelo conjunto de imageamento e análise 14, uma vez que a semente seja transportada para o transportador 26. Taxas de alimentação vibratória podem ser controladas pelo controlador 18. Embora uma alimentação vibratória 25 seja mostrada, é previsto que outros métodos para individualizar as sementes podem ser usados. Numa modalidade, uma roda de individualização (não mostrada) pode ser usada. Adicionalmente, um sensor de rastreamento 33 está localizado numa saída da alimentação vibratória 25. O sensor de rastreamento 33 coincide com cada semente à medida que ela sai da alimentação vibratória 25. O sensor de rastreamento 33 permite que o sistema 10 rastreie cada semente antes de ser imageada a fim de parar momentaneamente a carga vibratória, se necessário, para permitir amplo espaçamento entre as sementes antes do imageamento. Adicionalmente, o sensor de rastreamento 33 permite que os dados de imageamento coletados pelo conjunto de imageamento e análise 14 sejam adequadamente associados com a semente correta.[0022] Referring to Figs. 2-6, the loading and transfer assembly 12 comprises a hopper (broadly, a seed loading station) 20 including an inlet 22 for receiving seeds into the hopper and an outlet 24 for dispensing seeds from the hopper, a vibratory feed 25 at the outlet for individualizing seeds as they are dispensed from the outlet, and a conveyor 26 (broadly, a seed transfer station) at an outlet of the vibratory feed. The vibratory feed 25 comprises a pair of vibratory feeders 27 and a pair of vibratory channels 29 associated with a respective vibratory feeder. The vibratory feeders 27 use vibratory energy to transport seeds along the vibratory channels 29 and arrange the seeds in a single row. The vibratory energy also separates the seeds from each other within the row so that each seed can be imaged individually by the imaging and analysis assembly 14 as the seed is transported to the conveyor 26. Vibratory feed rates can be controlled by the controller 18. Although a vibratory feed 25 is shown, it is anticipated that other methods for individualizing seeds can be used. In one embodiment, an individualization wheel (not shown) can be used. Additionally, a tracking sensor 33 is located at an outlet of the vibratory feed 25. The tracking sensor 33 matches each seed as it exits the vibratory feed 25. The tracking sensor 33 allows the system 10 to track each seed prior to being imaged in order to momentarily stop the vibratory load, if necessary, to allow for ample spacing between the seeds prior to imaging. Additionally, the tracking sensor 33 allows the imaging data collected by the imaging and analysis assembly 14 to be properly associated with the correct seed.

[0023] Na modalidade ilustrada, o transportador 26 compreende uma correia 28 definindo uma superfície de transporte de transportador horizontal plana. O transportador 26 fornece uma superfície plana para as sementes repousarem à medida que elas são distribuídas através do sistema 10. Como resultado, o sistema 10 é capaz de controlar melhor a viagem de cada semente através do sistema e, portanto, rastrear melhor a posição das sementes à medida que elas se movem no transportador 26, porque as sementes permanecerão numa orientação e posição substancialmente fixas no transportador. Em uma modalidade, um codificador de alta precisão (não mostrado) é incorporado ao sistema 10 para rastrear a posição das sementes no transportador 26. O codificador pode trabalhar em combinação com, ou incluir, o sensor de rastreamento 33. O codificador também pode agir como um dispositivo de temporização mestre para disparar diferentes modalidades de imageamento para adquirir suas imagens. Conforme será explicado em mais detalhes abaixo, a superfície plana permite que medições mais precisas sejam adquiridas pelo conjunto de imageamento e análise 14. Além disso, em um exemplo, ser capaz de rastrear com precisão a posição e localização das sementes à medida que elas viajam no transportador 26 permite que o sistema 10 localize cada semente para colocação em uma microplaca do conjunto de armazenamento 16 para avaliação posterior. As sementes podem ser carregadas no transportador de múltiplos canais de abastecimento, pelo que as sementes são individualizadas em paralelo ao longo do comprimento da correia, por exemplo. Em outro exemplo, as sementes podem ser carregadas em bandejas (por exemplo, cada célula recebida em uma célula de uma "bandeja de escaneamento" e a bandeja com sementes carregadas pode ser transportada ao longo do transportador. Assim, cada semente dentro de uma célula ou posição correspondente na bandeja é imageada e analisada, de modo que os dados adquiridos sejam associados com a localização da semente na bandeja (isto é, as sementes sejam rastreadas por sua célula ou posição correspondente na bandeja).[0023] In the illustrated embodiment, conveyor 26 comprises a belt 28 defining a flat horizontal conveyor transport surface. Conveyor 26 provides a flat surface for seeds to rest on as they are distributed through system 10. As a result, system 10 is able to better control the travel of each seed through the system and therefore better track the position of the seeds as they move on conveyor 26, because the seeds will remain in a substantially fixed orientation and position on the conveyor. In one embodiment, a high precision encoder (not shown) is incorporated into system 10 to track the position of the seeds on conveyor 26. The encoder may work in combination with, or include, tracking sensor 33. The encoder may also act as a master timing device to trigger different imaging modalities to acquire their images. As will be explained in more detail below, the flat surface allows for more accurate measurements to be acquired by the imaging and analysis assembly 14. Furthermore, in one example, being able to accurately track the position and location of the seeds as they travel on the conveyor 26 allows the system 10 to locate each seed for placement in a microplate of the storage assembly 16 for later evaluation. The seeds may be loaded onto the conveyor from multiple supply channels, whereby the seeds are individually spaced in parallel along the length of the belt, for example. In another example, the seeds may be loaded into trays (e.g., each cell received in a cell of a "scanning tray" and the tray with loaded seeds may be transported along the conveyor. Thus, each seed within a corresponding cell or position on the tray is imaged and analyzed, such that the acquired data is associated with the location of the seed on the tray (i.e., the seeds are tracked by their corresponding cell or position on the tray).

[0024] O transportador 26 pode ser um transportador de baixa velocidade operando a velocidades de cerca de 5 a 10 sementes/minuto. Em uma ou mais outras modalidades, o transportador pode operar a velocidades de cerca de 30 a 100 sementes/minuto ou outras taxas. A velocidade da correia 28 pode ser controlada pelo controlador 18. Numa modalidade, o transportador 26 é transparente. A natureza transparente do transportador 26 permite que imageamento por baixo do transportador seja realizado, conforme será explicado em mais detalhes abaixo. Entretanto, o transportador pode ser translúcido ou semitransparente sem afastamento do escopo da divulgação. Em uma modalidade, a correia 28 é formada de Mylar. Outros materiais, incluindo materiais transmissivos opticamente e de raios-X são contemplados sem afastamento do escopo da divulgação. Um revestimento também pode ser aplicado à correia 28 do transportador 26. O revestimento pode ser configurado para repelir poeira e/ou ter propriedades resistentes a arranhões, o que pode ajudar a manter a correia 28 limpa e livre de marcas que possam prejudicar a capacidade do conjunto de imageamento e análise 14 de adquirir imagens nítidas. Adicionalmente ou alternativamente, uma pluralidade de ionizadores (não mostrados) pode ser fornecida para dissipar cargas estáticas no sistema 10 para reduzir aderência de matéria particulada fina no transportador 26. Em uma ou mais outras modalidades, as sementes podem ser carregadas em "bandejas de escaneamento", que são colocadas no transportador, para imagear e rastrear sementes individuais por múltiplas modalidades. Os dados coletados podem ser usados para fusão de dados e treinamento de classificador multimodal.[0024] Conveyor 26 may be a low speed conveyor operating at speeds of about 5 to 10 seeds/minute. In one or more other embodiments, the conveyor may operate at speeds of about 30 to 100 seeds/minute or other rates. The speed of belt 28 may be controlled by controller 18. In one embodiment, conveyor 26 is transparent. The transparent nature of conveyor 26 allows imaging from beneath the conveyor to be performed, as will be explained in more detail below. However, the conveyor may be translucent or semi-transparent without departing from the scope of the disclosure. In one embodiment, belt 28 is formed of Mylar. Other materials, including optically and X-ray transmissive materials are contemplated without departing from the scope of the disclosure. A coating may also be applied to the belt 28 of the conveyor 26. The coating may be configured to repel dust and/or have scratch-resistant properties, which may help to keep the belt 28 clean and free of marks that may impair the ability of the imaging and analysis assembly 14 to acquire clear images. Additionally or alternatively, a plurality of ionizers (not shown) may be provided to dissipate static charges in the system 10 to reduce adhesion of fine particulate matter to the conveyor 26. In one or more other embodiments, seeds may be loaded into “scanning trays,” which are placed on the conveyor, to image and track individual seeds across multiple modalities. The collected data may be used for data fusion and multimodal classifier training.

[0025] Com referência às Figs. 2 a 6, o conjunto de imageamento e análise 14 compreende uma primeira câmera de refletância hiperespectral 30 montada acima da superfície de transportador para coletar e processar dados de imagem através do espectro eletromagnético. Em uma modalidade, a primeira câmera de refletância hiperespectral 30 obtém dados de imagem através do espectro de luz visível. A primeira câmera de refletância hiperespectral 30 pode ter uma faixa espectral de cerca de 400 nm a cerca de 900 nm. Entretanto, uma faixa espectral diferente é prevista sem afastamento do escopo da divulgação. Uma segunda câmera de refletância hiperespectral 32 é montada acima da superfície de transportador para coletar e processar dados de imagem em todo o espectro eletromagnético. Em uma modalidade, a segunda câmera de refletância hiperespectral 32 obtém dados de imagem através do espectro de infravermelho próximo. A segunda câmera de refletância hiperespectral 32 pode ter uma faixa espectral de cerca de 1.000 nm a cerca de 1.700 nm. Entretanto, uma faixa espectral diferente é prevista sem afastamento do escopo da divulgação. Câmeras hiperespectrais olham para objetos usando uma ampla faixa do espectro eletromagnético. Isso está em contraste com o olho humano, que vê apenas luz visível no espectro vermelho, verde e azul. No entanto, certos objetos podem deixar impressões digitais únicas no espectro eletromagnético. Essas impressões digitais podem ajudar a identificar materiais que compõem um objeto escaneado. No caso atual, sementes imageadas pelas câmeras de refletância hiperespectral 30, 32 podem deixar impressões digitais que podem indicar certas condições da semente. O conjunto de imageamento e análise 14 inclui também um processador e uma memória para processar (isto é, analisar) os dados de imagem, embora em outras modalidades, o controlador 18 possa ser usado para tal processamento. Câmeras hiperespectrais também podem ser adicionadas abaixo da correia para imagear o fundo da semente para interrogação de mais de 90% da área de superfície total da semente. Materiais de correia podem ser escolhidos para serem amplamente transparentes em toda a faixa espectral de interesse. Em todos os casos, as amostras são iluminadas com conjuntos de luz de fonte de linha que têm saídas espectrais cobrindo a faixa das câmeras hiperespectrais. Por exemplo, lâmpadas halógenas de quartzo tungstênio e semelhantes podem ser usadas.[0025] Referring to Figs. 2-6, the imaging and analysis assembly 14 comprises a first hyperspectral reflectance camera 30 mounted above the carrier surface to collect and process image data across the electromagnetic spectrum. In one embodiment, the first hyperspectral reflectance camera 30 obtains image data across the visible light spectrum. The first hyperspectral reflectance camera 30 may have a spectral range of about 400 nm to about 900 nm. However, a different spectral range is envisioned without departing from the scope of the disclosure. A second hyperspectral reflectance camera 32 is mounted above the carrier surface to collect and process image data across the electromagnetic spectrum. In one embodiment, the second hyperspectral reflectance camera 32 obtains image data across the near-infrared spectrum. The second hyperspectral reflectance camera 32 may have a spectral range of about 1,000 nm to about 1,700 nm. However, a different spectral range is contemplated without departing from the scope of the disclosure. Hyperspectral cameras look at objects using a broad range of the electromagnetic spectrum. This is in contrast to the human eye, which sees only visible light in the red, green, and blue spectrum. However, certain objects may leave unique fingerprints in the electromagnetic spectrum. These fingerprints may help identify materials that make up a scanned object. In the present case, seeds imaged by the hyperspectral reflectance cameras 30, 32 may leave fingerprints that may indicate certain conditions of the seed. The imaging and analysis assembly 14 also includes a processor and memory for processing (i.e., analyzing) the image data, although in other embodiments, the controller 18 may be used for such processing. Hyperspectral cameras can also be added below the belt to image the bottom of the seed for interrogation of more than 90% of the total seed surface area. Belt materials can be chosen to be broadly transparent across the spectral range of interest. In all cases, samples are illuminated with line source light arrays that have spectral outputs covering the range of the hyperspectral cameras. For example, quartz tungsten halogen lamps and the like can be used.

[0026] Uma primeira câmera vermelho-verde-azul (RGB) de varredura de linha 2D (amplamente, uma primeira câmera 2D) 34 é montada acima da superfície de transportador para adquirir dados de imagem das sementes para medir a cor, o tamanho, o formato e a aparência das sementes em duas dimensões e uma segunda câmera RBG de varredura de linha 2D (amplamente, uma segunda câmera 2D) 36 é montada abaixo da superfície de transportador para adquirir dados de imagem das sementes para medir a cor, o tamanho, o formato e a aparência das sementes em duas dimensões. Numa modalidade, a câmera 2D superior 34 é montada acima do transportador 26 numa orientação substancialmente vertical, de modo que um eixo geométrico focal da câmera se estenda perpendicular a um plano horizontal do transportador, e a câmera 2D inferior 36 é montada abaixo do transportador numa orientação substancialmente vertical, de modo que um eixo geométrico focal da câmera se estenda perpendicular a um plano horizontal do transportador. As dimensões de comprimento e largura das sementes podem ser calculadas usando uma rotina de processamento de imagem executada pelo controlador 18. Com as dimensões de comprimento e largura das sementes, as áreas de cada semente podem ser calculadas. Cada câmera 2D 34, 36 é configurada para imagear uma faixa de 150 mm na correia 28 do transportador 26 com uma resolução espacial de cerca de 0,14 mm. Um exemplo de uma câmera 2D adequada é o modelo CV-L107CL de JAI.[0026] A first 2D line scan red-green-blue (RGB) camera (broadly, a first 2D camera) 34 is mounted above the conveyor surface to acquire image data of the seeds to measure the color, size, shape, and appearance of the seeds in two dimensions, and a second 2D line scan RGB camera (broadly, a second 2D camera) 36 is mounted below the conveyor surface to acquire image data of the seeds to measure the color, size, shape, and appearance of the seeds in two dimensions. In one embodiment, the upper 2D camera 34 is mounted above the conveyor 26 in a substantially vertical orientation such that a focal axis of the camera extends perpendicular to a horizontal plane of the conveyor, and the lower 2D camera 36 is mounted below the conveyor in a substantially vertical orientation such that a focal axis of the camera extends perpendicular to a horizontal plane of the conveyor. The length and width dimensions of the seeds can be calculated using an image processing routine executed by the controller 18. With the length and width dimensions of the seeds, the areas of each seed can be calculated. Each 2D camera 34, 36 is configured to image a 150 mm strip on the belt 28 of the conveyor 26 with a spatial resolution of about 0.14 mm. An example of a suitable 2D camera is the JAI model CV-L107CL.

[0027] Adicionalmente, cada câmera 2D 34, 36 tem um conjunto de luz associado 37 para iluminar os campos de visão das câmeras 34, 36 para auxiliar na produção de imagens nítidas e brilhantes. Cada conjunto de luz 37 compreende um par de luzes brancas superiores 37A e uma luz azul traseira 37B. Os conjuntos de luzes 37 fornecem iluminação que complementa o transportador claro 28, de modo que as imagens das câmeras 34, 36 sejam nítidas e brilhantes. O campo de visão da câmera 2D superior 34 é iluminado pelas luzes brancas 37A montadas acima da superfície de transportador e pela luz azul 37B montada abaixo da superfície de transportador. Inversamente, o campo de visão para a câmera 2D inferior 36 é iluminado por luzes brancas 37A montadas abaixo da superfície de transportador e pela luz azul 37B montada acima da superfície de transportador. Usando apenas as câmeras 2D superior e inferior, o conjunto de imageamento 14 é capaz de imagear acima de 90% da superfície de cada semente. Numa modalidade similar, câmeras superiores e/ou inferiores adicionais podem ser adicionadas em orientações fora da perpendicular em relação ao transportador 26. Essas câmeras podem ser usadas em conjunto com a câmera 2D superior 34 e/ou a câmera 2D inferior 36 para inspeção detalhada de defeitos através de uma porção maior da área de superfície de semente.[0027] Additionally, each 2D camera 34, 36 has an associated light assembly 37 for illuminating the fields of view of the cameras 34, 36 to aid in producing bright, clear images. Each light assembly 37 comprises a pair of top white lights 37A and a rear blue light 37B. The light assemblies 37 provide illumination that complements the light carrier 28 so that the images from the cameras 34, 36 are clear and bright. The field of view for the top 2D camera 34 is illuminated by the white lights 37A mounted above the carrier surface and by the blue light 37B mounted below the carrier surface. Conversely, the field of view for the bottom 2D camera 36 is illuminated by the white lights 37A mounted below the carrier surface and by the blue light 37B mounted above the carrier surface. Using only the upper and lower 2D cameras, the imaging assembly 14 is capable of imaging over 90% of the surface of each seed. In a similar embodiment, additional upper and/or lower cameras may be added in orientations off-perpendicular to the conveyor 26. These cameras may be used in conjunction with the upper 2D camera 34 and/or the lower 2D camera 36 for detailed inspection of defects across a larger portion of the seed surface area.

[0028] Embora a modalidade ilustrada mostre as câmeras hiperespectrais 30, 32 montadas a montante das câmeras 2D 34, 36, é contemplado que pelo menos uma das câmeras 2D possa ser montada a montante das câmeras hiperespectrais de modo que a câmera 2D seja o primeiro dispositivo de imageamento ultrapassado pelas sementes (ver Fig. 9). Nesta modalidade (Fig. 9), a câmera 2D superior 134 é montada a montante das câmeras hiperespectrais 130 e 132 e pode ser usada para localizar uma semente para predizer à medida que a semente chegará a nas câmeras hiperespectrais para predizer à medida que disparar as câmeras hiperespectrais de modo que apenas dados da região de sementes sejam adquiridos e/ou salvos. Isso tem o benefício de reduzir dramaticamente o tamanho de arquivo e pode evitar problemas de memória de computador. Nessa modalidade, a câmera 2D inferior 136 está disposta entre as duas câmeras hiperespectrais 130, 132 ao longo do caminho de transportador. Além disso, além da câmera 3D superior 140 (que pode ser a mesma ou semelhante à câmera 3D 40), uma segunda câmera 3D 142 (que pode ser a mesma ou semelhante à câmera 3D superior 140) é montada abaixo da correia transportadora 128. Embora não mostrado na Fig. 9, uma câmera de raios-x, como a câmera de raios-x 38 na Fig. 2A e descrita abaixo, também pode ser incorporada ao conjunto de imageamento.[0028] Although the illustrated embodiment shows the hyperspectral cameras 30, 32 mounted upstream of the 2D cameras 34, 36, it is contemplated that at least one of the 2D cameras may be mounted upstream of the hyperspectral cameras such that the 2D camera is the first imaging device passed by the seeds (see Fig. 9). In this embodiment (Fig. 9), the top 2D camera 134 is mounted upstream of the hyperspectral cameras 130 and 132 and may be used to locate a seed to predict when the seed will arrive at the hyperspectral cameras to predict when to trigger the hyperspectral cameras so that only data from the seed region is acquired and/or saved. This has the benefit of dramatically reducing file size and may avoid computer memory issues. In this embodiment, the lower 2D camera 136 is disposed between the two hyperspectral cameras 130, 132 along the conveyor path. Furthermore, in addition to the upper 3D camera 140 (which may be the same or similar to the 3D camera 40), a second 3D camera 142 (which may be the same or similar to the upper 3D camera 140) is mounted below the conveyor belt 128. Although not shown in Fig. 9, an x-ray camera, such as the x-ray camera 38 in Fig. 2A and described below, may also be incorporated into the imaging assembly.

[0029] O conjunto de imageamento e análise 14 compreende ainda uma câmera de raios-X 38 montada acima da superfície de transportador e uma fonte de raios-X abaixo da correia para produzir radiação detectada pela câmera de raios-X para adquirir imagens de raios-X das sementes. A câmera de raios-X 38 está alojada dentro de uma carcaça de raios-X 39 que também permite passagem da correia transportadora 28 através da carcaça. Em particular, a carcaça 39 inclui uma passagem (Fig. 3) através da qual a correia 28 passa. Uma abertura na passagem fornece uma janela para a câmera de raios-X 38 visualizar a correia 28 de modo que as sementes viajando na correia possam ser imageadas pela câmera de raios-X 38. Em uma modalidade, a câmera de raios-X 38 compreende uma câmera de TDI (retardo de tempo e integração) de raios-X de baixa energia. Tecnologia TDI é baseada no conceito de acumular múltiplas exposições de um objeto em movimento, aumentando efetivamente o tempo de integração disponível para coletar luz incidente. De fato, para acomodar as sementes no transportador móvel 26, a técnica de imageamento preferida para todas as modalidades de imageamento do sistema 10 é um método de varredura em linha de vassoura de pressão em que as sementes em movimento são imageadas uma linha de cada vez. As linhas imageadas podem ser acumuladas a uma taxa de quadros referenciada à velocidade da correia 28. Na modalidade mostrada na FIG. 10, as carcaças interna e externa para a fonte de raios-X são mostradas. A carcaça interna 139A inibe a maioria das emissões de raios-X e protege os outros equipamentos de imageamento, embora permitindo que as sementes e a correia atravessem. A carcaça externa 139B impede que quaisquer raios-X que saiam da carcaça interna 139A (principalmente as aberturas onde as sementes entram e saem) saiam para fora do dispositivo (por exemplo, para um laboratório).[0029] The imaging and analysis assembly 14 further comprises an X-ray camera 38 mounted above the conveyor surface and an X-ray source below the belt for producing radiation detected by the X-ray camera to acquire X-ray images of the seeds. The X-ray camera 38 is housed within an X-ray housing 39 that also allows passage of the conveyor belt 28 through the housing. In particular, the housing 39 includes a passageway (Fig. 3) through which the belt 28 passes. An opening in the passageway provides a window for the X-ray camera 38 to view the belt 28 so that seeds traveling on the belt can be imaged by the X-ray camera 38. In one embodiment, the X-ray camera 38 comprises a low-energy X-ray TDI (time delay and integration) camera. TDI technology is based on the concept of accumulating multiple exposures of a moving object, effectively increasing the integration time available to collect incident light. Indeed, to accommodate the seeds on the moving conveyor 26, the preferred imaging technique for all imaging embodiments of the system 10 is a pressure broom line scanning method in which the moving seeds are imaged one line at a time. The imaged lines may be accumulated at a frame rate referenced to the speed of the belt 28. In the embodiment shown in FIG. 10, the inner and outer housings for the X-ray source are shown. The inner housing 139A inhibits most X-ray emissions and shields the other imaging equipment, while allowing the seeds and belt to pass through. The outer housing 139B prevents any X-rays exiting the inner housing 139A (primarily the openings where the seeds enter and exit) from exiting the device (e.g., to a laboratory).

[0030] Um perfilador a laser de linha 3D (amplamente, uma câmera 3D) 40 também é montado acima da superfície de transportador para adquirir dados de imagem 3D das sementes para medir o tamanho e a forma das sementes em três dimensões. Numa modalidade, a câmera 3D 40 é montada acima do transportador numa orientação substancialmente vertical, de modo que um laser da câmera se projete substancialmente perpendicular a um plano horizontal do transportador 26, e um eixo geométrico focal da câmera se estenda num ângulo ligeiramente inclinado em relação à vertical, de modo que um eixo geométrico focal da câmera 3D se estenda num ângulo não ortogonal ao plano do transportador. A câmera 3D 40 projeta um laser de linha para criar um perfil de linha da superfície da semente. A câmera 3D 40 mede o perfil de linha para determinar deslocamento que é representado por uma imagem da semente mostrando intensidades de pixel variáveis correspondentes a diferenças de altura. Uma dimensão de espessura é obtida através da intensidade de pixel da imagem 3D produzida pela câmera 3D 40. Por exemplo, uma intensidade máxima de pixel pode ser interpretada como um marcador da espessura de semente. Assim, quando as sementes passam pela janela focal da câmera 3D 40, uma espessura de cada semente é registrada como a intensidade máxima de pixel detectada pela câmera 3D para cada semente. Para adquirir uma medição de espessura precisa, pode ser necessário calibrar a medição de distância da câmera 3D 40 com base em objetos de altura conhecida. Usando as dimensões de comprimento e largura adquiridas a partir das câmeras 2D 34, 36 e as dimensões de espessura adquiridas a partir da câmera 3D 40, o sistema 10 pode obter estimativas de volume para cada semente. Em outra modalidade, pode ser usado processamento de imagem mais sofisticado para estimar volume a partir de um mapa de contorno detalhado da metade superior de cada semente. Mais ainda, uma segunda câmera 3D inferior (não mostrada) poderia gerar um mapa de contorno detalhado da metade inferior da semente. Os mapas de contorno das câmeras 3D superior e inferior podem ser combinados para fornecer uma estimativa mais completa do volume de semente global. Em qualquer caso, para um peso conhecido ou estimado (tal como medido por mecanismo de pesagem de semente 15) da semente, os dados de volume podem ser usados para estimar densidade de semente. Um exemplo de uma câmera 3D adequada é o modelo DS1101R de Cognex.[0030] A 3D line laser profiler (broadly, a 3D camera) 40 is also mounted above the conveyor surface to acquire 3D image data of the seeds to measure the size and shape of the seeds in three dimensions. In one embodiment, the 3D camera 40 is mounted above the conveyor in a substantially vertical orientation, such that a laser from the camera projects substantially perpendicular to a horizontal plane of the conveyor 26, and a focal axis of the camera extends at a slightly inclined angle to the vertical, such that a focal axis of the 3D camera extends at an angle non-orthogonal to the plane of the conveyor. The 3D camera 40 projects a line laser to create a line profile of the seed surface. The 3D camera 40 measures the line profile to determine displacement which is represented by an image of the seed showing varying pixel intensities corresponding to differences in height. A thickness dimension is obtained from the pixel intensity of the 3D image produced by the 3D camera 40. For example, a maximum pixel intensity may be interpreted as a marker of seed thickness. Thus, as seeds pass through the focal window of the 3D camera 40, a thickness of each seed is recorded as the maximum pixel intensity detected by the 3D camera for each seed. In order to acquire an accurate thickness measurement, it may be necessary to calibrate the distance measurement of the 3D camera 40 based on objects of known height. Using the length and width dimensions acquired from the 2D cameras 34, 36 and the thickness dimensions acquired from the 3D camera 40, the system 10 may obtain volume estimates for each seed. In another embodiment, more sophisticated image processing may be used to estimate volume from a detailed contour map of the top half of each seed. Furthermore, a second, bottom-facing 3D camera (not shown) could generate a detailed contour map of the bottom half of the seed. The contour maps from the top and bottom 3D cameras can be combined to provide a more complete estimate of the overall seed volume. In any case, for a known or estimated weight (as measured by seed weighing mechanism 15) of the seed, the volume data can be used to estimate seed density. An example of a suitable 3D camera is the Cognex DS1101R model.

[0031] Dispositivos de imageamento adicionais também podem ser montados no sistema 10 para adquirir dados de imagem adicionais. Por exemplo, câmeras hiperespectrais adicionais, incluindo fluorescência óptica, imagem de polarização óptica, um dispositivo de espectroscopia NMR 1D e/ou um sistema de medição de micro-ondas podem ser montados no sistema 10 para fornecer dados adicionais para as sementes. Em um exemplo, como mostrado na Fig. 10, uma ou mais das seguintes modalidades estão incluídas: RGB 100 Superior; RGB 102 Inferior; Hiperespectral Visível Superior 104; Hiperespectral Visível Inferior 106; Hiperespectral NIR Superior 108; Perfilômetro a Laser Superior 110; Perfilômetro a Laser Inferior 112; Imageamento de Absorção de Raios-X 114; Espectroscopia de Fluorescência de Raios- X 116; Espectroscopia de Fluorescência a Laser 118; Hiperespectral NIR Inferior 120; Luz de Fundo NIR usando luz polarizada 122; e Medição de massa 124 (pesagem de sementes).[0031] Additional imaging devices may also be mounted on system 10 to acquire additional image data. For example, additional hyperspectral cameras, including optical fluorescence, optical polarization imaging, a 1D NMR spectroscopy device, and/or a microwave measurement system may be mounted on system 10 to provide additional data for the seeds. In one example, as shown in Fig. 10 , one or more of the following embodiments are included: Upper RGB 100; Lower RGB 102; Upper Visible Hyperspectral 104; Lower Visible Hyperspectral 106; Upper NIR Hyperspectral 108; Upper Laser Profilometer 110; Lower Laser Profilometer 112; X-Ray Absorption Imaging 114; X-Ray Fluorescence Spectroscopy 116; Laser Fluorescence Spectroscopy 118; Lower NIR hyperspectral 120; NIR backlight using polarized light 122; and Mass measurement 124 (seed weighing).

[0032] Geralmente, combinar dados de duas ou mais modalidades de imageamento pode fornecer uma predição melhorada em comparação com um método simples. Por exemplo, como mostrado na FIG. 10, a identificação de sementes defeituosas pode ser melhorada suplementando imagens de aparência externa das câmeras RGB 34, 36 com imagens da câmera de raios-X 38 para inspeção de anormalidades ocorrendo naturalmente da estrutura interna de semente interna ou danos decorrentes de etapas de processamento de sementes. A predição pode ser ainda intensificada adicionando dados da câmera 3D 40 para caracterização detalhada de forma, área de superfície, volume e densidade de semente simples, com a última derivada combinando volume com a massa de semente medida no conjunto de pesagem 15. Refletância VIS-NIR hiperespectral óptica 30, 32 e fluorescência também podem ser adicionadas para fornecer informações adicionais sobre contaminação perto da superfície, doença e composição, o que pode afetar a viabilidade de semente. 1D-NMR e Fluorescência de raios-X (XRF) podem fornecer informações adicionais sobre a composição em bruto da semente, incluindo óleo interno, água e outros constituintes. Coletivamente, essas técnicas formam um conjunto detalhado de aparência externa, estrutura interna e características em bruto em um nível de semente simples para uma caracterização mais completa da semente defeituosa em relação à semente viável. A seleção de técnicas e características preditivas de cada modalidade pode não ser intuitiva e revelada apenas com aprendizado de máquina e outros métodos de modelagem de dados combinatórios.[0032] Generally, combining data from two or more imaging modalities can provide improved prediction compared to a single method. For example, as shown in FIG. 10 , identification of defective seeds can be improved by supplementing external appearance images from RGB cameras 34, 36 with images from X-ray camera 38 for inspection of naturally occurring abnormalities of internal seed structure or damage resulting from seed processing steps. Prediction can be further enhanced by adding data from 3D camera 40 for detailed characterization of single seed shape, surface area, volume, and density, with the latter derivative combining volume with the seed mass measured at weighing assembly 15. Optical hyperspectral VIS-NIR reflectance 30, 32 and fluorescence can also be added to provide additional information about near-surface contamination, disease, and composition, which can affect seed viability. 1D-NMR and X-ray Fluorescence (XRF) can provide additional information about the bulk composition of the seed, including internal oil, water, and other constituents. Collectively, these techniques form a detailed set of external appearance, internal structure, and bulk features at a single seed level for a more complete characterization of defective seed relative to viable seed. The selection of techniques and predictive features of each modality may be counterintuitive and revealed only with machine learning and other combinatorial data modeling methods.

[0033] A preservação de orientação da semente em cada modalidade de imageamento superior ou inferior quando ela viaja ao longo da correia 28 permite alinhamento de imagens de diferentes técnicas usando métodos de coincidência em processamento de software pós-aquisição. A combinação de todas as técnicas de imageamento aplicadas a regiões localizadas espacialmente, possivelmente tão pequenas quanto um pixel simples, pode produzir impressões digitais de defeitos e estruturas fisiológicas que seriam difíceis de classificar usando um método simples. Por exemplo, a combinação de assinaturas espectrais das câmeras hiperespectrais 30, 32 com dados de altura local da câmera 3D 40 e mudanças de atenuação nas imagens da câmera de raios-X 38 podem indicar uma anormalidade na ou perto da superfície da semente, o que pode ser difícil de identificar por métodos de inspeção manual atuais ou classificar usando características derivadas de análise de toda a área de sementes. Uma abordagem semelhante pode ser empregada para identificar pequenas estruturas fisiológicas na semente, tal como a região de embrião.[0033] Preservation of the seed's orientation in each upper or lower imaging modality as it travels along belt 28 allows alignment of images from different techniques using coincidence methods in post-acquisition software processing. The combination of all imaging techniques applied to spatially localized regions, possibly as small as a single pixel, can produce fingerprints of defects and physiological structures that would be difficult to classify using a simple method. For example, the combination of spectral signatures from hyperspectral cameras 30, 32 with local height data from 3D camera 40 and attenuation changes in images from X-ray camera 38 may indicate an abnormality at or near the surface of the seed, which may be difficult to identify by current manual inspection methods or classify using features derived from analysis of the entire seed area. A similar approach can be employed to identify small physiological structures in the seed, such as the embryo region.

[0034] Colocalização de defeitos com estruturas de sementes fisiológicas pode melhorar a predição de qualidade, pois o efeito do defeito pode depender da localização na semente. Por exemplo, doença ou dano na região de embrião da semente podem ter um impacto mais pronunciado na vitalidade de semente em comparação com defeitos em outras partes da semente. Neste exemplo, depois de usar uma combinação de técnicas de imageamento para identificar com precisão a região de embrião, um procedimento semelhante pode ser usado para identificar anormalidades localizadas, possivelmente com uma combinação diferente de técnicas. Dados de pontuação de qualidade de semente simples podem, então, ser usados como uma variável de resposta para examinar o efeito de localização de defeito em relação a embrião ou outras estruturas críticas de semente. Adicionalmente ou alternativamente, os dados de pontuação podem ser usados para definir uma assinatura combinatória localizada característica de um embrião ou outra região que prediz uma baixa qualidade de semente. Essas abordagens não seriam possíveis se as sementes fossem transportadas para diferentes instrumentos para aquisição de dados de imageamento, uma vez que a orientação de semente não poderia ser mantida de maneira confiável para cada técnica.[0034] Colocalization of defects with physiological seed structures can improve quality prediction, as the effect of the defect may depend on the location in the seed. For example, disease or damage in the embryo region of the seed may have a more pronounced impact on seed vitality compared to defects in other parts of the seed. In this example, after using a combination of imaging techniques to accurately identify the embryo region, a similar procedure can be used to identify localized abnormalities, possibly with a different combination of techniques. Single seed quality score data can then be used as a response variable to examine the effect of defect location relative to the embryo or other critical seed structures. Additionally or alternatively, the score data can be used to define a localized combinatorial signature characteristic of an embryo or other region that predicts poor seed quality. These approaches would not be possible if seeds were transported to different instruments for imaging data acquisition, since seed orientation could not be reliably maintained for each technique.

[0035] Usando métodos de limiarização baseados em processamento de imagem em tempo real, sementes únicas podem ser discriminadas do fundo da correia e isoladas no campo de visão para cada modalidade de imagem. Isso assegura que apenas dados de sementes sejam retidos, reduzindo o tamanho dos arquivos de imagem. Além disso, como a alimentação vibratória 25 produz um espaçamento definido entre as sementes e a velocidade de correia pode ser ajustada pelo controlador 18, as imagens produzidas de cada modalidade de imageamento podem ser associadas a uma dada semente. Adicionalmente ou alternativamente, a detecção de semente de uma técnica de imageamento pode ser usada para antecipar a chegada de semente em outra técnica e disparar a aquisição de câmera de forma adequada. Arquivos de imagem de cada modalidade de imageamento podem ser salvos independentemente ou combinados em um único arquivo de imagem com múltiplas camadas de dados consistindo nos dados de imagem separados de todas as modalidades. Em qualquer caso, a identidade de cada semente é mantida através de todas as modalidades, o que evita erros de marcação. Além disso, como a orientação das sementes é a mesma para todos os modos de imageamento, é possível fazer correlações dentre os diferentes modos. Por exemplo, defeitos visivelmente aparentes no exterior da semente e imageados pelas câmeras ópticas podem se correlacionar com estruturas internas observadas nas imagens de raios-X. Ao manter a identidade de semente no mecanismo de armazenamento de identidade de semente simples 16 para ensaios de qualidade pós-imageamento (por exemplo, testes RET (teste de emergência de radícula), germinação e vigor), dados de imageamento de semente simples podem ser minerados para extrair características espaciais e/ou estruturais relevantes de uma ou mais modalidades de imageamento que fornecem dados intrínsecos de qualidade de semente. Adicionalmente, a fonte de danos às sementes pode ser determinada analisando as sementes em diferentes estágios durante o processamento de semente (por exemplo, colheita, transporte, processamento ou classificação). Para esse efeito, danos mecânicos induzidos por processo e os efeitos da formulação e da taxa de aplicação de tratamentos de sementes podem ser determinados.[0035] Using thresholding methods based on real-time image processing, unique seeds can be discriminated from the belt background and isolated in the field of view for each imaging modality. This ensures that only seed data is retained, reducing the size of image files. Furthermore, because the vibratory feed 25 produces a defined spacing between seeds and the belt speed can be adjusted by the controller 18, images produced from each imaging modality can be associated with a given seed. Additionally or alternatively, seed detection from one imaging technique can be used to anticipate seed arrival in another technique and trigger camera acquisition accordingly. Image files from each imaging modality can be saved independently or combined into a single image file with multiple data layers consisting of the separate image data from all modalities. In either case, the identity of each seed is maintained across all modalities, which prevents labeling errors. Furthermore, since the orientation of the seeds is the same for all imaging modes, correlations can be made between the different modes. For example, defects visibly apparent on the exterior of the seed and imaged by optical cameras can correlate with internal structures observed in the X-ray images. By maintaining seed identity in the single seed identity storage mechanism 16 for post-imaging quality assays (e.g., RET (radicle emergence test), germination, and vigor tests), single seed imaging data can be mined to extract relevant spatial and/or structural features from one or more imaging modalities that provide intrinsic seed quality data. Additionally, the source of seed damage can be determined by analyzing seeds at different stages during seed processing (e.g., harvesting, transporting, processing, or grading). To this end, process-induced mechanical damage and the effects of formulation and application rate of seed treatments can be determined.

[0036] O conjunto de imageamento e análise 14 é configurado para determinar circularidade, solidez e suavidade a partir das imagens produzidas. Será entendido por aqueles versados na técnica que o sistema 10 pode incluir software de análise de imagem para processar as imagens para obter a cor, média e variação em espectro, tamanho, forma, textura e informações de composição interna para as sementes para todas e quaisquer das modalidades individuais ou comprimentos de onda específicos nos dados hiperespectrais. Por exemplo, o software pode incorporar análise de aprendizado de máquina que facilita a produção de dados de imagem detalhados. Métodos de modelagem típicos incluem análise discriminada de Quadrados Mínimos Parciais (PLS-DA), redes neurais, Máquinas de Vetores de Suporte (SVM), regressão logística e outros métodos. Como o conjunto de imageamento e análise 14 adquire imagens usando múltiplas modalidades de imageamento, incluindo imageamento hiperespectral, imageamento 2D, imageamento 3D e imageamento de raios-X, e como as imagens são obtidas na parte superior e inferior das sementes, o conjunto pode adquirir uma imagem completa da condição das sementes em três dimensões. Essa imagem figuração inclui dados envolvendo o comprimento, a largura, a espessura (ou arredondamento), solidez, dimensões de suavidade e composição interna das sementes. As várias modalidades de imageamento produzem dados de imagem que são analisados pelo controlador 18. Dados extraídos das modalidades de imageamento incluem média e variância de espectros ópticos dos dados de imagem produzidos pelas câmeras hiperespectrais 30, 32 e características de atenuação nos dados de imagem obtidos pela câmera de raios-X 38. Essas características podem incluir características estruturais internas e rachaduras externas. Além disso, dados gerais de tamanho, forma e cor das câmeras 2D 34, 36 e da câmera 3D 40 são extraídos e analisados pelo controlador 18.[0036] The imaging and analysis assembly 14 is configured to determine circularity, solidity, and smoothness from the produced images. It will be understood by those skilled in the art that the system 10 may include image analysis software to process the images to obtain color, mean and variance in spectrum, size, shape, texture, and internal composition information for the seeds for any and all of the individual modalities or specific wavelengths in the hyperspectral data. For example, the software may incorporate machine learning analytics that facilitate the production of detailed image data. Typical modeling methods include Partial Least Squares discriminate analysis (PLS-DA), neural networks, Support Vector Machines (SVM), logistic regression, and other methods. Because the imaging and analysis assembly 14 acquires images using multiple imaging modalities, including hyperspectral imaging, 2D imaging, 3D imaging, and X-ray imaging, and because images are obtained from the top and bottom of the seeds, the assembly can acquire a complete picture of the condition of the seeds in three dimensions. This figurative image includes data involving the length, width, thickness (or roundness), solidity, smoothness dimensions, and internal composition of the seeds. The various imaging modalities produce image data that is analyzed by the controller 18. Data extracted from the imaging modalities include mean and variance of optical spectra from the image data produced by the hyperspectral cameras 30, 32 and attenuation characteristics in the image data obtained by the X-ray camera 38. These characteristics can include internal structural features and external cracks. In addition, general size, shape, and color data from the 2D cameras 34, 36 and the 3D camera 40 are extracted and analyzed by the controller 18.

[0037] Com base nos dados de medição das câmeras 30-40, o controlador 18 pode identificar e categorizar cada semente de acordo com sua aparência. Por exemplo, um escore de qualidade pode ser atribuído a cada semente com base nos dados do conjunto de imageamento e análise 14. O escore de qualidade pode ser usado como a variável de resposta para um modelo de predição usado para classificar outras sementes processadas no sistema 10. Além disso, ser capaz de adquirir dados de imagem de múltiplas modalidades de imageamento permite que o sistema adapte o processo de análise de imagem para um uso particular. Por exemplo, dados de imagem de cada modalidade de imageamento podem ser comparados entre si para determinar qual modalidade de imageamento fornece a indicação mais confiável da condição da semente. Além disso, correlações entre as diferentes modalidades de imageamento podem ser formadas. Assim, as características de uma semente determinadas por um modo de imageamento, incorporadas nos dados de imagem do modo de imageamento, podem ser comparadas com os dados de imagem de outro modo para encontrar correlações nos dois conjuntos de dados. Isso pode permitir que um modo de imageamento funcione como uma verificação dos dados de imagem adquiridos por outro modo de imageamento. Além disso, um modo de imageamento pode ser usado em vez de outro modo de imageamento se seus dados de imagem forem considerados terem uma correlação. Isso poderia servir como uma economia de custos no caso em que dados de imagem das câmeras 2D 34, 36 fossem considerados se correlacionarem com os dados de imagem da câmera de raios-X significativamente mais cara 38. Assim, a câmera 2D 34, 36 seria usada em vez da câmera de raios- X mais cara 38. Inversamente, os dados de imageamento das modalidades de imageamento separadas poderiam ser combinados para fornecer uma ferramenta de modelagem mais robusta. A combinação dos dados de imageamento pode intensificar o poder de predição global do sistema em comparação com o uso de cada modalidade de imageamento separadamente.[0037] Based on measurement data from cameras 30-40, controller 18 may identify and categorize each seed according to its appearance. For example, a quality score may be assigned to each seed based on data from imaging and analysis set 14. The quality score may be used as the response variable for a prediction model used to classify other seeds processed in system 10. Furthermore, being able to acquire image data from multiple imaging modalities allows the system to tailor the image analysis process for a particular use. For example, image data from each imaging modality may be compared with each other to determine which imaging modality provides the most reliable indication of the condition of the seed. Furthermore, correlations between the different imaging modalities may be formed. Thus, characteristics of a seed determined by one imaging mode, embodied in the image data from the imaging mode, may be compared with the image data from another mode to find correlations in the two data sets. This may allow one imaging mode to function as a check on the image data acquired by another imaging mode. Furthermore, one imaging mode may be used in place of another imaging mode if their image data are found to correlate. This could serve as a cost savings in the case where image data from the 2D cameras 34, 36 are found to correlate with the image data from the significantly more expensive X-ray camera 38. Thus, the 2D camera 34, 36 would be used instead of the more expensive X-ray camera 38. Conversely, the image data from the separate imaging modalities could be combined to provide a more robust modeling tool. Combining the image data may enhance the overall predictive power of the system compared to using each imaging modality separately.

[0038] De modo similar, categorias de aparência predeterminadas podem ser armazenadas no controlador 18. As categorias de aparência podem ser baseadas em limiares ou faixas de medição para cada um dos dados de cor, características espectrais, comprimento, largura, circularidade, solidez, suavidade e composição interna. Com base nesses limiares/faixas, pelo menos duas categorias podem ser definidas. Por exemplo, os dados de medição podem ser usados para fornecer limiares ou faixas que indicam a semente ou como saudável ou como defeituosa. Quando cada semente é analisada, a semente é associada a uma das categorias. Por exemplo, uma semente tendo uma ou mais dimensões que estão fora de uma faixa de valores ou acima/abaixo de um valor de limiar, é categorizada numa primeira categoria defeituosa; e sementes tendo uma ou mais dimensões que estão dentro de uma faixa de valores ou acima/abaixo de um valor de limiar são categorizadas numa segunda categoria saudável. Múltiplos valores de faixa/limiar podem ser estabelecidos para categorizar ainda mais as sementes em mais de duas categorias.[0038] Similarly, predetermined appearance categories may be stored in the controller 18. The appearance categories may be based on measurement thresholds or ranges for each of the color, spectral characteristics, length, width, roundness, solidity, smoothness, and internal composition data. Based on these thresholds/ranges, at least two categories may be defined. For example, the measurement data may be used to provide thresholds or ranges that indicate the seed as either healthy or defective. When each seed is analyzed, the seed is associated with one of the categories. For example, a seed having one or more dimensions that are outside a range of values or above/below a threshold value is categorized into a first defective category; and seeds having one or more dimensions that are within a range of values or above/below a threshold value are categorized into a second healthy category. Multiple range/threshold values may be established to further categorize the seeds into more than two categories.

[0039] Para manter precisão e repetibilidade de todos os modos de imageamento, disposições para verificar a funcionalidade adequada e a calibração das câmeras podem ser adicionadas ao sistema 10. Por exemplo, amostras de referência estáveis no tempo podem ser projetadas para incluir padrões de transmissão espectral, espacial e de raios-X. Esses padrões podem incluir alvos de refletância e fluorescência, alvos de calibração espacial (por exemplo, par de linhas ou padrões geométricos semelhantes), referências de altura e alvos de raios-X (por exemplo, máquinas de amostra de espessura variável de material sintético). Os padrões podem ser imageados em intervalos periódicos (por exemplo, início de cada batelada) e métodos de processamento de imageamento serão usados para verificar o estado do hardware de imageamento e realizar quaisquer recalibrações necessárias.[0039] To maintain accuracy and repeatability of all imaging modes, provisions for verifying proper functionality and calibration of the cameras may be added to the system 10. For example, time-stable reference samples may be designed to include spectral, spatial, and X-ray transmission standards. Such standards may include reflectance and fluorescence targets, spatial calibration targets (e.g., line pairs or similar geometric patterns), height references, and X-ray targets (e.g., sample machines of varying thickness of synthetic material). The standards may be imaged at periodic intervals (e.g., beginning of each batch), and image processing methods will be used to verify the state of the imaging hardware and perform any necessary recalibrations.

[0040] Com referência às Figs. 2, 3 e 5 a 7, o conjunto de pesagem 15 está localizado em uma extremidade de distribuição do transportador 26 para receber e pesar cada semente individualmente. Na modalidade ilustrada, o conjunto de pesagem 15 compreende um mecanismo de coleta 50 para receber as sementes conforme elas são expelidas do transportador 26, uma balança 52 em uma saída do mecanismo de coleta para pesar as sementes e um mecanismo de transporte 54 para transportar as sementes do conjunto de pesagem 15 para o conjunto de armazenamento 16. O mecanismo de coleta 50 compreende um funil que coleta as sementes da extremidade do transportador 26 e deixa cair as sementes na balança 52. A balança 52 compreende uma célula de carga estática configurada para medir o peso de cada semente individualmente. Uma vez que uma semente foi pesada, o mecanismo de transporte 54 distribui a semente para o conjunto de armazenamento 16. O mecanismo de transporte 54 compreende um tubo de transporte 56 e um vácuo 58 fixado ao tubo de transporte. O vácuo 58 transporta cada semente através do tubo de transporte 54 para um coletor de semente 60, onde cada semente é mantida antes de ser armazenada no conjunto de armazenamento 16.[0040] Referring to Figs. 2, 3, and 5-7, weighing assembly 15 is located at a dispensing end of conveyor 26 for receiving and weighing each seed individually. In the illustrated embodiment, weighing assembly 15 comprises a collection mechanism 50 for receiving seeds as they are expelled from conveyor 26, a scale 52 at an outlet of the collection mechanism for weighing the seeds, and a transport mechanism 54 for transporting seeds from weighing assembly 15 to storage assembly 16. Collection mechanism 50 comprises a hopper that collects seeds from the end of conveyor 26 and drops the seeds onto scale 52. Scale 52 comprises a static load cell configured to measure the weight of each seed individually. Once a seed has been weighed, the transport mechanism 54 delivers the seed to the storage assembly 16. The transport mechanism 54 comprises a transport tube 56 and a vacuum 58 attached to the transport tube. The vacuum 58 transports each seed through the transport tube 54 to a seed collector 60, where each seed is held before being stored in the storage assembly 16.

[0041] Com referência às Figs. 2, 3 e 5 a 7, o conjunto de armazenamento 16 compreende o coletor de semente 60 e um banco de coleta incluindo uma pluralidade de poços 62 dispostos em uma grade x-y e pré-carregado com microplacas 64. O coletor de sementes 60 deixa cair cada semente em uma posição de poço 64 de microplaca dedicada. As sementes podem ser deixadas crescer dentro das microplacas 64 e o crescimento das sementes é monitorado. Ter os dados de imageamento salvos para cada semente permite que correlações sejam feitas entre os dados de imageamento e a germinação de semente. Como resultado, o sistema 10 pode determinar quais modalidades de imageamento fornecem as melhores capacidades de predição para um dado lote de sementes. Em vez de cultivar as sementes nas microplacas, as sementes podem ser transferidas para outras técnicas de medição de qualidade de semente, desde que a identidade de semente seja mantida. Na modalidade ilustrada da Fig. 2, o conjunto de armazenamento 16 é mostrado em uma configuração dobrada que reduz a pegada geral do sistema 10. No entanto, o conjunto de armazenamento 16 poderia ser disposto em uma configuração geralmente colinear (Fig. 8) com o resto do sistema 10. A configuração colinear fornece maior acessibilidade aos componentes do sistema 10 para reparo e substituição.[0041] Referring to Figs. 2, 3 and 5-7, the storage assembly 16 comprises the seed collector 60 and a collection bank including a plurality of wells 62 arranged in an x-y grid and preloaded with microplates 64. The seed collector 60 drops each seed into a dedicated microplate well 64 position. The seeds may be allowed to grow within the microplates 64 and seed growth is monitored. Having the imaging data saved for each seed allows correlations to be made between the imaging data and seed germination. As a result, the system 10 can determine which imaging modalities provide the best predictive capabilities for a given batch of seeds. Rather than growing the seeds in the microplates, the seeds may be transferred to other seed quality measurement techniques, as long as seed identity is maintained. In the illustrated embodiment of Fig. 2, storage assembly 16 is shown in a folded configuration that reduces the overall footprint of system 10. However, storage assembly 16 could be arranged in a generally collinear configuration (Fig. 8) with the rest of system 10. The collinear configuration provides greater accessibility to components of system 10 for repair and replacement.

[0042] Na modalidade ilustrada, o conjunto de armazenamento 16 inclui armazenamento de microplaca. No entanto, outros métodos de armazenamento são previstos. Por exemplo, um método de armazenamento de formato à base de gel pode ser usado quando for desejável realizar teste de emergência de radícula. Adicionalmente ou alternativamente, um método de armazenamento de toalha úmida pode ser usado para ensaios de germinação. Adicionalmente ou alternativamente, um formato de armazenamento à base de solo pode ser usado para teste de efeito de estufa e/ou transplante de campo.[0042] In the illustrated embodiment, storage assembly 16 includes microplate storage. However, other storage methods are envisioned. For example, a gel-based format storage method may be used when it is desirable to perform radicle emergence testing. Additionally or alternatively, a wet towel storage method may be used for germination assays. Additionally or alternatively, a soil-based storage format may be used for greenhouse testing and/or field transplantation.

[0043] Na modalidade ilustrada, o transportador 26 é montado em uma parede de suporte 70. O conjunto de imageamento e análise 14 também poderia ser montado na parede de suporte. Entretanto, os componentes do sistema 10 poderiam estar localizados de uma maneira diferente sem afastamento do escopo da divulgação.[0043] In the illustrated embodiment, the conveyor 26 is mounted to a support wall 70. The imaging and analysis assembly 14 could also be mounted to the support wall. However, the components of the system 10 could be located in a different manner without departing from the scope of the disclosure.

[0044] Com referência às Figuras 2 a 6, sementes são primeiramente colocadas na tremonha 20 em preparação para serem transportadas pelo transportador 26 através do sistema 10. Quando as sementes deixam a saída 24 da tremonha 20, a alimentação vibratória 25 singulariza as sementes espaçando as sementes numa única fileira. A alimentação vibratória 25 fornece, então, a fileira de sementes ao transportador 26 que carrega as sementes para visualização das câmeras. O sensor de rastreamento 33 coincide com cada semente quando ela sai da alimentação vibratória 25. Devido às sementes viajarem ao longo do transportador plano claro 26, dados de imagem claros podem ser adquiridos de ambas as câmeras superior e inferior. Adicionalmente, as sementes permanecem numa localização conhecida e orientação fixa no transportador 26, o que permite que cada semente seja rastreada com um alto nível de precisão pelo codificador de precisão.[0044] Referring to Figures 2 through 6, seeds are first placed in hopper 20 in preparation for being transported by conveyor 26 through system 10. As the seeds leave outlet 24 of hopper 20, vibratory feed 25 singularizes the seeds by spacing the seeds into a single row. Vibratory feed 25 then delivers the row of seeds to conveyor 26 which carries the seeds for viewing by cameras. Tracking sensor 33 matches each seed as it exits vibratory feed 25. Because the seeds travel along clear flat conveyor 26, clear image data can be acquired from both the upper and lower cameras. Additionally, the seeds remain in a known location and fixed orientation on conveyor 26, which allows each seed to be tracked with a high level of accuracy by the precision encoder.

[0045] As sementes passam primeiro pela vista focal da primeira câmera de refletância hiperespectral 30, que adquire dados de imagem através do espectro de luz visível. Uma leitura de codificador também pode ser registrada quando a semente é imageada pela câmera de refletância hiperespectral 30 para rastrear a posição da semente no transportador 26. Em seguida, as sementes passam através da vista focal da segunda câmera de refletância hiperespectral 32 que adquire dados de imagem através do espectro de infravermelho próximo. Uma leitura de codificador também pode ser registrada à medida que a semente é imageada pela câmera de refletância hiperespectral 32 para rastrear a posição da semente no transportador 26.[0045] The seeds first pass through the focal view of the first hyperspectral reflectance camera 30, which acquires image data across the visible light spectrum. An encoder reading may also be recorded as the seed is imaged by the hyperspectral reflectance camera 30 to track the position of the seed on the conveyor 26. The seeds then pass through the focal view of the second hyperspectral reflectance camera 32, which acquires image data across the near-infrared spectrum. An encoder reading may also be recorded as the seed is imaged by the hyperspectral reflectance camera 32 to track the position of the seed on the conveyor 26.

[0046] Em seguida, as sementes passam pela visão focal da câmera 2D inferior 36. A câmera 2D inferior 36 adquire uma imagem bidimensional de cada semente que é processada pelo controlador 18 para produzir dados de comprimento e largura para cada semente. Numa modalidade, o valor associado a medições de comprimento e largura máximas é registrado como os valores de comprimento e largura para a semente. Uma leitura de codificador também pode ser registrada quando a semente é imageada pela câmera 2D inferior 36 para rastrear a posição da semente no transportador 26. Pouco depois disso, as sementes passam sob a visão focal da câmera 2D superior 34. A câmera 2D superior 34 adquire uma imagem bidimensional de cada semente que é processada pelo controlador 18 para produzir dados de comprimento e largura para cada semente. Numa modalidade, os valores associados a uma medição de comprimento e largura máxima são registrados como os valores de comprimento e largura para a semente. Uma leitura de codificador também pode ser registrada quando a semente é imageada pela câmera 2D superior 34 para rastrear a posição da semente no transportador 26. Como explicado acima, em uma modalidade preferida, as sementes podem passar através da vista focal de uma câmera 2D 34 antes de passarem pela vista focal das câmeras de refletância hiperespectral 30, 32.[0046] The seeds then pass under the focal view of the lower 2D camera 36. The lower 2D camera 36 acquires a two-dimensional image of each seed that is processed by the controller 18 to produce length and width data for each seed. In one embodiment, the value associated with maximum length and width measurements is recorded as the length and width values for the seed. An encoder reading may also be recorded when the seed is imaged by the lower 2D camera 36 to track the position of the seed on the conveyor 26. Shortly thereafter, the seeds pass under the focal view of the upper 2D camera 34. The upper 2D camera 34 acquires a two-dimensional image of each seed that is processed by the controller 18 to produce length and width data for each seed. In one embodiment, the values associated with a maximum length and width measurement are recorded as the length and width values for the seed. An encoder reading may also be recorded when the seed is imaged by the upper 2D camera 34 to track the position of the seed on the conveyor 26. As explained above, in a preferred embodiment, seeds may pass through the focal view of a 2D camera 34 before passing through the focal view of the hyperspectral reflectance cameras 30, 32.

[0047] Em seguida, as sementes passam através da passagem 41 na carcaça 39 e para a abertura 43 sob a visão da câmera de raios-X 38 que tira um raio-X das sementes. A câmera de raios-X 38 adquire uma imagem da construção interna de cada semente que é processada pelo controlador 18. Uma leitura de codificador também pode ser registrada quando a semente é imageada pela câmera de raios-X 38 para rastrear a posição da semente no transportador 26. Finalmente, as sementes passam sob a visão focal da câmera 3D 40. A câmera 3D 40 adquire uma imagem tridimensional de cada semente que é processada pelo controlador 18 para produzir dados de espessura para cada semente. Uma leitura de codificador também pode ser registrada quando a semente é imageada pela câmera 3D 40 para rastrear a posição da semente no transportador 26. Entende-se que a ordem dos instrumentos não está limitada às modalidades aqui descritas.[0047] The seeds then pass through passage 41 in housing 39 and into opening 43 under the view of X-ray camera 38 which takes an X-ray of the seeds. X-ray camera 38 acquires an image of the internal construction of each seed which is processed by controller 18. An encoder reading may also be recorded when the seed is imaged by X-ray camera 38 to track the position of the seed on conveyor 26. Finally, the seeds pass under the focal view of 3D camera 40. 3D camera 40 acquires a three-dimensional image of each seed which is processed by controller 18 to produce thickness data for each seed. An encoder reading may also be recorded when the seed is imaged by 3D camera 40 to track the position of the seed on conveyor 26. It is understood that the order of the instruments is not limited to the embodiments described herein.

[0048] Uma vez que uma semente atinge o transportador 26, as sementes são capturadas pelo mecanismo de coleta 50 do conjunto de pesagem 15 que, então, distribui as sementes individualmente para a balança 52 para pesagem. Depois que as sementes são pesadas, o mecanismo de transporte 54 pode transportar as sementes para o conjunto de armazenamento 16, onde o coletor de semente 60 coloca as sementes individualmente em uma microplaca 64. Dentro das microplacas 64, as sementes são deixadas crescer. Os dados adquiridos para cada semente estão ligados à microplaca 64 na qual a semente é armazenada. Assim, a semente pode ser analisada posteriormente, fazendo referência aos dados de imagem adquiridos pelo sistema 10 para fazer várias determinações e correlações entre a qualidade de semente e os dados de imagem de semente associados. Alternativamente, as sementes podem ser transferidas para outras bandejas, tubos, etc., para avaliação da qualidade, embora ainda mantendo a identidade de cada semente. Numa modalidade, o mecanismo de transporte 54 deposita as sementes diretamente no meio de crescimento.[0048] Once a seed reaches the conveyor 26, the seeds are captured by the collection mechanism 50 of the weighing assembly 15 which then delivers the seeds individually to the scale 52 for weighing. After the seeds are weighed, the transport mechanism 54 may transport the seeds to the storage assembly 16 where the seed collector 60 places the seeds individually into a microplate 64. Within the microplates 64, the seeds are allowed to grow. The data acquired for each seed is linked to the microplate 64 in which the seed is stored. Thus, the seed may be further analyzed by referencing the image data acquired by the system 10 to make various determinations and correlations between seed quality and the associated seed image data. Alternatively, the seeds may be transferred to other trays, tubes, etc. for quality assessment while still maintaining the identity of each seed. In one embodiment, the transport mechanism 54 deposits the seeds directly into the growth medium.

[0049] As informações obtidas usando o conjunto de imageamento e análise 14 podem ser úteis no processamento, na avaliação ou na análise subsequentes das sementes. Geralmente, é feita uma tentativa de correlacionar a cor, a média e a variação em espectro, tamanho, forma, textura e informações de composição interna para as sementes com atributos de qualidade, incluindo germinação. Essas correlações sugerem técnicas de imageamento preferidas em uma base específica de aplicação. Por exemplo, em plantas de produção de semente, os dados gerados pelo sistema 10 podem ser usados para predizer uma distribuição global de sementes defeituosas em um inventário de sementes e para determinar a distribuição de sementes defeituosas de uma subamostra de sementes que pode ser, então, extrapolada para predizer o estado geral do inventário de semente. Essas informações de distribuição também podem ser usadas para estimar quantidades de sementes por categorias de tamanho comercial e ajustar ligeiramente limiares de dimensionamento em casos em que quantidades de sementes são limitadas.[0049] Information obtained using imaging and analysis assembly 14 may be useful in subsequent processing, evaluation, or analysis of seeds. Generally, an attempt is made to correlate color, mean and variation in spectrum, size, shape, texture, and internal composition information for seeds with quality attributes, including germination. These correlations suggest preferred imaging techniques on an application-specific basis. For example, in seed production plants, data generated by system 10 may be used to predict an overall distribution of defective seeds in a seed inventory and to determine the distribution of defective seeds from a subsample of seeds that may then be extrapolated to predict the overall condition of the seed inventory. This distribution information may also be used to estimate seed quantities by commercial size categories and to slightly adjust sizing thresholds in cases where seed quantities are limited.

[0050] Além da descrição acima, outras modalidades podem incluir uma câmera hiperespectral NIR inferior e uma luz de fundo NIR usando luz polarizada. Além disso, a carcaça de raios-X também pode consistir em uma carcaça interna e externa, onde a carcaça interna se destina a bloquear a maioria de raios-X da fonte de raios-X e evitar interferência de raios-X ou danos a outro equipamento de imageamento, embora a carcaça de raios-X externa se destina a impedir que quaisquer raios-X restantes deixem a carcaça em conformidade com a presença de um operador humano. Exemplos:[0050] In addition to the above description, other embodiments may include a lower NIR hyperspectral camera and an NIR backlight using polarized light. Additionally, the X-ray housing may also consist of an inner and outer housing, where the inner housing is intended to block the majority of X-rays from the X-ray source and prevent X-ray interference or damage to other imaging equipment, while the outer X-ray housing is intended to prevent any remaining X-rays from leaving the housing pursuant to the presence of a human operator. Examples:

[0051] Exemplo 1: Uso do imageador de sementes mostrado na FIG. 10. Figura 11 mostra as imagens multimodais espacialmente alinhadas de quatro tipos de sementes de milho, incluindo sementes boas, descoloridas, danificadas e inertes, cada uma das quais é identificada por um inspetor humano treinado. Primeiro, a boa semente não apresenta nenhuma estrutura danificada, nenhuma cor anormal e nenhuma doença do ponto de vista de superfície externa. No entanto, o imageamento de raios-X capturou o dano de rachadura interna através do endosperma e do embrião, afetando o potencial fisiológico da semente. Segundo, a semente descolorida apresenta manchas escuras na superfície que podem ser vistas por várias câmeras ópticas, mas não raios-X. Terceiro e quarto, o dano e a inertidade podem ocorrer apenas em área local, significando que nada de anormal é mostrado na vista superior (ou inferior). Portanto, a combinação das câmeras superior e inferior é necessária para capturar defeitos de uma faixa de visualização de quase 360 graus. No geral, esta invenção de imageador multimodal permite capturar aparência externa, estrutura interna, geometria tridimensional e ampla faixa de informações de espectro. A necessidade dessa fusão de dados na medição de qualidade de semente pode ser daí demonstrada.[0051] Example 1: Using the seed imager shown in FIG. 10. Figure 11 shows spatially aligned multimodal images of four types of corn seeds, including good, discolored, damaged, and inert seeds, each of which is identified by a trained human inspector. First, the good seed does not exhibit any damaged structure, abnormal color, and disease from the external surface view. However, X-ray imaging captured internal crack damage through the endosperm and embryo, affecting the physiological potential of the seed. Second, the discolored seed exhibits dark spots on the surface that can be seen by multiple optical cameras but not X-rays. Third and fourth, the damage and inertness may only occur in a local area, meaning that nothing abnormal is shown in the top (or bottom) view. Therefore, the combination of the top and bottom cameras is necessary to capture defects from a nearly 360-degree viewing range. Overall, this multimodal imaging invention enables capturing external appearance, internal structure, three-dimensional geometry and wide range of spectral information. The necessity of such data fusion in seed quality measurement can be demonstrated from this.

[0052] Exemplo 2: Um método de usar modalidades da invenção com o propósito de fazer determinações de reprodução.[0052] Example 2: A method of using embodiments of the invention for the purpose of making breeding determinations.

[0053] Exemplo 3: Um método de usar os dados em direção a correlação de semente simples para dados de imageamento para métricas de qualidade, incluindo correlacionar pixel com classe de defeito.[0053] Example 3: A method of using data toward simple seed correlation for imaging data for quality metrics, including correlating pixel with defect class.

[0054] Exemplo 4: Um método de usar os dados de saída para grandes dados e potencialmente aprendizado de máquina.[0054] Example 4: A method of using the output data for big data and potentially machine learning.

[0055] Exemplo 5: Um método de usar modalidades da invenção em combinação com outros sistemas de categorização de sementes, por exemplo, genotipagem, identidade de semente simples entrando no sistema, por exemplo, bandejas de HD do picador de sementes e identidade mantida durante o processo.[0055] Example 5: A method of using embodiments of the invention in combination with other seed categorization systems, e.g., genotyping, single seed identity entering the system, e.g., seed chopper HD trays, and identity maintained during the process.

[0056] Exemplo 6: Modalidades em que cada um dos sistemas de imageamento é usado em parte, como quando eles não são usados em uma única máquina sequencial, mas são separados e o sistema fornece colocação das sementes de maneira que elas não se movam de sua localização para fins de imageamento. Além disso, isso também incluiria modalidades em que os sistemas de imageamento são usados em ordem sequencial diferente. Por exemplo, aplicativos particulares usam agrupamentos diferentes de opções de imageamento. Identidade/orientação de semente são mantidas.[0056] Example 6: Embodiments where each of the imaging systems is used in part, such as when they are not used on a single sequential machine, but are separate and the system provides placement of the seeds such that they do not move from their location for imaging purposes. Furthermore, this would also include embodiments where the imaging systems are used in different sequential order. For example, particular applications use different groupings of imaging options. Seed identity/orientation is maintained.

[0057] Tendo descrito a invenção em detalhes, ficará evidente que são possíveis modificações e variações sem afastamento do escopo da invenção definido nas reivindicações anexas.[0057] Having described the invention in detail, it will be evident that modifications and variations are possible without departing from the scope of the invention defined in the appended claims.

[0058] Ao apresentar elementos da presente invenção ou da(s) modalidade(s) preferida(s) da(s) mesma(s), os artigos “um”, “uma”, “o/a” e “referido(a)” se destinam a significar que há um ou mais dos elementos. Os termos “compreendendo”, “incluindo” e “tendo” se destinam a serem inclusivos e significam que pode haver elementos adicionais que não os elementos listados.[0058] When presenting elements of the present invention or preferred embodiment(s) thereof, the articles “a,” “an,” “the,” and “referred to” are intended to mean that there is one or more of the elements. The terms “comprising,” “including,” and “having” are intended to be inclusive and mean that there may be additional elements other than the elements listed.

[0059] Em vista do acima, será visto que os vários objetos da invenção são alcançados e outros resultados vantajosos alcançados. Como várias mudanças poderiam ser feitas nas construções e nos métodos acima sem afastamento do escopo da invenção, pretende-se que toda a matéria contida na descrição acima e mostrada nos desenhos anexos seja interpretada como ilustrativa e não num sentido limitante.[0059] In view of the above, it will be seen that the various objects of the invention are achieved and other advantageous results attained. As various changes could be made in the above constructions and methods without departing from the scope of the invention, it is intended that all matter contained in the above description and shown in the accompanying drawings be construed as illustrative and not in a limiting sense.

Claims (19)

1. Sistema de imageamento de semente para imagear sementes, caracterizado pelo fato de que compreende: uma estação de transferência de semente configurada para mover sementes através do sistema, a estação de transferência de sementes incluindo uma correia transportadora, em que a estação de transferência de sementes é configurada para fixar substancialmente pelo menos uma dentre a posição e a orientação de cada uma das sementes na correia transportadora à medida que as sementes se movem através do sistema; um sensor de rastreamento configurado para registrar pelo menos uma dentre a posição e a orientação de cada uma das sementes na correia transportadora; um conjunto de imageamento compreendendo: pelo menos uma primeira câmera montada em relação à correia transportadora da estação de transferência de semente e configurada para adquirir imagens 2D das sementes à medida que as sementes se movem através do sistema; pelo menos uma segunda câmera montada em relação à correia transportadora da estação de transferência de semente e configurada para adquirir imagens 3D das sementes à medida que as sementes se movem através do sistema; pelo menos uma terceira câmera montada em relação à correia transportadora da estação de transferência de semente e configurada para adquirir imagens de raios-X das sementes à medida que as sementes se movem através do sistema; e pelo menos uma quarta câmera montada em relação à correia transportadora da estação de transferência de semente e configurada para adquirir imagens hiperespectrais das sementes à medida que as sementes se movem através do sistema; em que as imagens 2D, as imagens 3D, as imagens de raios- X e as imagens hiperespectrais incluem imagens de cada uma das sementes em pelo menos uma dentre a posição e a orientação substancialmente fixa na correia transportadora; e um controlador configurado para: (i) alinhar as imagens 2D, as imagens 3D, as imagens de raios-X e as imagens hiperespectrais adquiridas para cada uma das sementes com base, pelo menos em parte, em pelo menos uma dentre a posição e a orientação substancialmente fixa de cada uma das sementes registradas pelo sensor de rastreamento e (ii) analisar as imagens alinhadas das sementes para uma ou mais características.1. A seed imaging system for imaging seeds, comprising: a seed transfer station configured to move seeds through the system, the seed transfer station including a conveyor belt, wherein the seed transfer station is configured to substantially fix at least one of the position and orientation of each of the seeds on the conveyor belt as the seeds move through the system; a tracking sensor configured to record at least one of the position and orientation of each of the seeds on the conveyor belt; an imaging assembly comprising: at least a first camera mounted relative to the conveyor belt of the seed transfer station and configured to acquire 2D images of the seeds as the seeds move through the system; at least a second camera mounted relative to the conveyor belt of the seed transfer station and configured to acquire 3D images of the seeds as the seeds move through the system; at least a third camera mounted relative to the conveyor belt of the seed transfer station and configured to acquire X-ray images of the seeds as the seeds move through the system; and at least a fourth camera mounted relative to the conveyor belt of the seed transfer station and configured to acquire hyperspectral images of the seeds as the seeds move through the system; wherein the 2D images, the 3D images, the X-ray images, and the hyperspectral images include images of each of the seeds in at least one of a substantially fixed position and orientation on the conveyor belt; and a controller configured to: (i) align the acquired 2D images, the 3D images, the X-ray images, and the hyperspectral images for each of the seeds based, at least in part, on at least one of a substantially fixed position and orientation of each of the seeds recorded by the tracking sensor, and (ii) analyze the aligned images of the seeds for one or more characteristics. 2. Sistema de imageamento de semente, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o transportador compreende uma correia que é transparente ou semitransparente.2. The seed imaging system of claim 1, wherein the conveyor comprises a belt that is transparent or semi-transparent. 3. Sistema de imageamento de semente, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um conjunto de pesagem localizado em uma extremidade da correia transportadora da estação de transferência de semente e configurado para pesar as sementes individualmente; em que o conjunto de pesagem inclui: um funil configurado para receber as sementes da extremidade da correia transportadora; uma balança disposta adjacente a uma saída do funil, em que a balança é configurada para receber uma semente individual do funil e pesar a semente individual; e um mecanismo de transporte configurado para mover a semente pesada para longe da balança.3. The seed imaging system of claim 1, further comprising a weighing assembly located at one end of the conveyor belt of the seed transfer station and configured to weigh individual seeds; wherein the weighing assembly includes: a hopper configured to receive seeds from the end of the conveyor belt; a scale disposed adjacent an outlet of the hopper, wherein the scale is configured to receive an individual seed from the hopper and weigh the individual seed; and a transport mechanism configured to move the weighed seed away from the scale. 4. Sistema de imageamento de semente, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um conjunto de armazenamento configurado para armazenar automaticamente as sementes em recipientes de armazenamento separados com base na análise das imagens das sementes pelo controlador.4. The seed imaging system of claim 1, further comprising a storage assembly configured to automatically store seeds in separate storage containers based on analysis of seed images by the controller. 5. Sistema de imageamento de semente, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a uma ou mais características incluem pelo menos uma característica entre cor, tamanho, forma, textura, composição interna, massa, volume, teor de umidade e composição química.5. Seed imaging system according to claim 1, characterized in that the one or more characteristics include at least one characteristic among color, size, shape, texture, internal composition, mass, volume, moisture content and chemical composition. 6. Sistema de imageamento de semente, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um coletor de semente configurado para receber as sementes da correia transportadora e posicionar as sementes em um ou mais recipientes de armazenamento; em que o controlador é configurado para associar a uma ou mais características das sementes com o um ou mais recipientes de armazenamento no qual as sementes são posicionadas.6. The seed imaging system of claim 1, further comprising a seed collector configured to receive seeds from the conveyor belt and position the seeds in one or more storage containers; wherein the controller is configured to associate one or more characteristics of the seeds with the one or more storage containers in which the seeds are positioned. 7. Sistema de imageamento de semente, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda múltiplos recipientes de armazenamento, cada um deles configurado para receber pelo menos uma das sementes.7. Seed imaging system according to claim 1, characterized in that it further comprises multiple storage containers, each configured to receive at least one of the seeds. 8. Sistema de imageamento de semente, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que cada um dos múltiplos recipientes de armazenamento inclui um meio de crescimento configurado para facilitar o crescimento de pelo menos uma das sementes recebida no referido recipiente de armazenamento.8. The seed imaging system of claim 7, wherein each of the multiple storage containers includes a growth medium configured to facilitate growth of at least one of the seeds received in said storage container. 9. Método para imagear sementes, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: alinhar sementes individuais na pelo menos uma fileira em um conjunto de carga de semente; transferir as sementes individuais, na pelo menos uma fileira, do conjunto de carga de semente para uma correia transportadora de uma estação de transferência de sementes; registrar, através de um sensor de rastreamento, pelo menos uma dentre a posição e a orientação de cada uma das sementes individuais transferida para a correia transportadora; mover as sementes através de um sistema de imageamento de semente, na pelo menos uma fileira, usando a correia transportadora da estação de transferência de sementes, em que pelo menos uma dentre a posição e a orientação de cada uma das sementes é substancialmente fixa na correia transportadora à medida que as sementes se movem além da primeira câmera e da segunda câmera do sistema de imageamento de semente; adquirir, usando a primeira câmera montada em relação à correia transportadora da estação de transferência de sementes, um segundo grupo de imagens das sementes à medida que as sementes se movem através do sistema através da correia transportadora adquirir, usando a segunda câmera montada em relação à correia transportadora da estação de transferência de sementes, um segundo grupo de imagens das sementes à medida que as sementes se movem através do sistema via correia transportadora, em que uma tecnologia de imageamento da segunda câmera é diferente de uma tecnologia de imageamento da primeira câmera; e alinhar, por um controlador, o primeiro grupo de imagens das sementes da primeira câmera e o segundo grupo de imagens das sementes da segunda câmera com base, pelo menos em parte, em pelo menos uma dentre a posição e a orientação registrada de cada uma das sementes.9. A method for imaging seeds, comprising the steps of: aligning individual seeds in at least one row in a seed loading assembly; transferring the individual seeds in at least one row from the seed loading assembly to a conveyor belt of a seed transfer station; recording, via a tracking sensor, at least one of the position and orientation of each of the individual seeds transferred to the conveyor belt; moving the seeds through a seed imaging system in at least one row using the conveyor belt of the seed transfer station, wherein at least one of the position and orientation of each of the seeds is substantially fixed on the conveyor belt as the seeds move past the first camera and the second camera of the seed imaging system; acquiring, using the first camera mounted relative to the conveyor belt of the seed transfer station, a second group of images of the seeds as the seeds move through the system via the conveyor belt acquiring, using the second camera mounted relative to the conveyor belt of the seed transfer station, a second group of images of the seeds as the seeds move through the system via the conveyor belt, wherein an imaging technology of the second camera is different from an imaging technology of the first camera; and aligning, by a controller, the first group of images of the seeds from the first camera and the second group of images of the seeds from the second camera based, at least in part, on at least one of the recorded position and orientation of each of the seeds. 10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda analisar as imagens alinhadas usando o controlador.10. The method of claim 9, further comprising analyzing the aligned images using the controller. 11. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda adquirir, usando uma terceira câmera montada em relação à correia transportadora da estação de transferência de semente, um terceiro grupo de imagens das sementes à medida que as sementes se movem através do sistema via correia transportadora, em que uma tecnologia de imageamento da terceira câmera é diferente da tecnologia de imageamento da primeira e da segunda câmeras.11. The method of claim 9, further comprising acquiring, using a third camera mounted relative to the conveyor belt of the seed transfer station, a third group of images of the seeds as the seeds move through the system via the conveyor belt, wherein an imaging technology of the third camera is different from the imaging technology of the first and second cameras. 12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende ainda adquirir, usando uma quarta câmera montada em relação à correia transportadora da estação de transferência de semente, um quarto grupo de imagens das sementes à medida que as sementes se movem através da correia transportadora, em que uma tecnologia de imageamento da quarta câmera é diferente da tecnologia de imageamento da primeira, da segunda e da terceira câmeras.12. The method of claim 11, further comprising acquiring, using a fourth camera mounted relative to the conveyor belt of the seed transfer station, a fourth group of images of the seeds as the seeds move across the conveyor belt, wherein an imaging technology of the fourth camera is different from the imaging technology of the first, second, and third cameras. 13. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a tecnologia de imageamento da primeira e da segunda câmeras é uma entre imageamento 2D, imageamento 3D, imageamento de raios-X e imageamento hiperespectral; e em que a tecnologia de imageamento da segunda câmera é outra diferente de imageamento 2D, imageamento 3D, imageamento de raios-X e imageamento hiperespectral.13. The method of claim 9, wherein the imaging technology of the first and second cameras is one of 2D imaging, 3D imaging, X-ray imaging, and hyperspectral imaging; and wherein the imaging technology of the second camera is one of 2D imaging, 3D imaging, X-ray imaging, and hyperspectral imaging. 14. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: receber as sementes individuais, da correia transportadora da estação de transferência de sementes, na balança de um conjunto de pesagem pesar as sementes individuais recebidas na balança usando o conjunto de pesagem e em seguida transportar as sementes individuais pesadas da balança para um conjunto de armazenamento.14. The method of claim 9, further comprising: receiving individual seeds from the conveyor belt of the seed transfer station onto the scale of a weighing assembly, weighing the individual seeds received onto the scale using the weighing assembly, and then transporting the weighed individual seeds from the scale to a storage assembly. 15. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda armazenar as sementes usando um conjunto de armazenamento.15. The method of claim 9, further comprising storing the seeds using a storage assembly. 16. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que armazenar as sementes compreende armazenar as sementes individualmente em microplacas.16. The method of claim 15, wherein storing the seeds comprises storing the seeds individually in microplates. 17. Sistema de imageamento de semente para imagear sementes, caracterizado pelo fato de que compreende: uma estação de transferência de semente configurada para mover sementes através do sistema; uma estação de carga de semente configurada para transferir as sementes para a estação de transferência de sementes; um sensor de rastreamento disposto na estação de carga de semente, em que o sensor de rastreamento é configurado para registrar em pelo menos uma dentre a posição e a orientação de cada uma das sementes transferida para a estação de transferência de sementes; e um conjunto de imageamento compreendendo uma primeira câmera montada acima da estação de transferência de semente e configurada para adquirir um primeiro grupo de imagens das sementes à medida que as sementes se movem através do sistema e uma segunda câmera montada abaixo da estação de transferência de semente e configurada para adquirir um segundo grupo de imagens das sementes à medida que as sementes se movem através do sistema; em que a estação de transferência é configurada para fixar substancialmente em pelo menos uma dentre a posição e a orientação das sementes na estação de transferência de sementes à medida que as sementes se movem pelo menos além da primeira e da segunda câmeras.17. A seed imaging system for imaging seeds, comprising: a seed transfer station configured to move seeds through the system; a seed loading station configured to transfer seeds to the seed transfer station; a tracking sensor disposed at the seed loading station, wherein the tracking sensor is configured to record in at least one of the position and orientation of each of the seeds transferred to the seed transfer station; and an imaging assembly comprising a first camera mounted above the seed transfer station and configured to acquire a first group of images of the seeds as the seeds move through the system and a second camera mounted below the seed transfer station and configured to acquire a second group of images of the seeds as the seeds move through the system; wherein the transfer station is configured to substantially fix in at least one of the position and orientation of the seeds in the seed transfer station as the seeds move at least past the first and second cameras. 18. Sistema de imageamento de semente, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a primeira e a segunda câmeras têm a mesma tecnologia de imageamento.18. The seed imaging system of claim 17, wherein the first and second cameras have the same imaging technology. 19. Sistema de imageamento de semente, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a tecnologia de imageamento da primeira e da segunda câmeras é uma tecnologia entre imageamento 2D, imageamento 3D, imageamento de raios-X e imageamento hiperespectral.19. Seed imaging system according to claim 17, characterized by the fact that the imaging technology of the first and second cameras is a technology between 2D imaging, 3D imaging, X-ray imaging and hyperspectral imaging.
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