Setor tecnológico da invenção

[1 ] A presente invenção refere-se a um sistema de visão instalado em um veículo pulverizador para efetuar a seleção das plantas a serem pulverizadas. Um conjunto eletrónico composto por câmeras, LEDs e uma central de processamento com controle das válvulas de aplicação de herbicida, que possa ser instalado em veículos agrícolas pulverizadores já existentes no mercado.

Estado da técnica da invenção

[2] Atualmente, o foco em avanços tecnológicos das mais diversas empresas de automação estão sendo voltados a automatização da área agrícola. Em poucas décadas, esses avanços mudaram o cenário agrícola do mundo, sendo que muitos desses avanços estão relacionados ao cultivo e a coleta. Entretanto, mesmo com esse avanço ainda é falha a disponibilização de opções automatizadas na área de cuidados e tratamento das plantas e solo para plantio.

[3] Para se ter uma plantação mais saudável, é necessária a remoção de plantas que podem prejudicar o plantio, plantas essas comumente conhecidas como ervas daninhas. Para efetuar a remoção dessas plantas, são utilizados herbicidas, ou seja, um tratamento químico. Esse tratamento químico, que geralmente é feito através da pulverização do composto, realiza um procedimento conhecido como dessecação, sendo uma prática para a eliminação de toda a vegetação existente antes da semeadura das culturas.

[4] Visando essa situação, muitas empresas focaram na automatização da pulverização das plantas, com diferentes métodos de selecionar e aplicar pesticidas, herbicidas e afins. O instrumento mais utilizado em grandes propriedades rurais para a aplicação de insumos agrícolas é conhecido como pulverizador autopropelido, que consiste em um veículo com tanque para o armazenamento do insumo, mais especificamente um reservatório de calda, e barras de tamanhos variáveis de 15 a 48 metros que podem estar localizadas na parte frontal, central ou traseira do veículo. As barras em questão possuem bicos de pulverização para distribuir o insumo na área desejada e, geralmente o espaçamento entre os bicos é 35cm ou 50cm.

[5] Contudo, os pulverizadores autopropelidos atualmente disponibilizados aos consumidores aplicam a pulverização sem selecionar as plantas que realmente necessitam a aplicação do produto químico. Com isso, a operação de pulverização desses equipamentos conhecidos e disponíveis no mercado são aplicadas em solo ou em plantas que não necessitariam de tratamento e/ou aplicação de um herbicida, desperdiçando o insumo, gerando perdas económicas e prejuízos e/ou impactos ao meio ambiente.

[6] Para poder identificar quais plantas devem ser pulverizadas ou tratadas, muitas invenções se utilizam de câmeras multiespectrais que, além de captar imagens, captam as ondas eletromagnéticas refletidas pelas plantas, ondas essas que depois são utilizadas para processar a imagem. Com isso, através da visualização do plantio por câmeras é possível identificar ou selecionar as plantas a serem tratadas. Outras invenções se utilizam de câmeras digitais acompanhadas de sensores para captar as ondas eletromagnéticas.

[7] Nesse contexto, buscando uma solução a esse problema, muitas empresas recorreram a sistemas de visão para identificar as plantas que necessitam de tratamento, com isso, foi apresentado ao mercado, diversos tipos de modelos e métodos. Os documentos CN104034710, CN103091296 e CN203178188 descrevem a construção de uma plataforma que, por meio de câmeras, sensores, filtros e LEDs, identificam a saúde de uma planta que foi colocada em sua base. Com isso, os documentos solucionam o problema de identificar quais as plantas necessitam de tratamento, mas não aplicam o tratamento. Ademais, a solução proposta não identifica as plantas no campo, e sim em uma plataforma.

[8] Para solucionar o problema dos documentos anteriores, o documento CN103636582 prevê um método de seleção de plantas, utilizando sensores que as identificam pela luz refletida das plantas em uma estufa. A partir desse documento, se torna desnecessário mover a planta para uma plataforma para análise, mas ainda não resolve o problema em um campo aberto, e sim somente em uma estufa, limitando o uso da invenção proposta.

[9] Para poder aplicar o tratamento em campo aberto, o documento CN106417234 utiliza sensores instalados em uma base móvel para identificar a planta e aplicar pesticida. Apesar de solucionar o problema dos documentos anteriores, o invento desse documento só aplica e identifica as plantas em uma determinada área, se limitando ao movimento da base. Ademais, tal invento não identifica qual planta, somente diferencia a planta de um corpo humano, assim, ainda pode aplicar a pulverização em plantas que não necessitam, o que causa desperdício e não soluciona o problema do estado da técnica.

[10] O documento CN206056578 descreve a construção de um drone compreendendo uma câmera multiespectral para uso agrícola. Mas, o documento não descreve para que propósito o drone capta as imagens. Com isso, o documento não resolve o problema de aplicação automática, mas prevê a identificação de plantas pelo uso de câmeras que captam, através de filtros, diferentes comprimentos de ondas para uma central poder processar as imagens.

[1 1 ] Para solucionar os problemas dos documentos descritos acima, o documento CN106564599 prevê o uso de câmera multiespectral instalada em um drone que capta imagens de plantas localizas em uma área previamente sobrevoada pelo mesmo drone, as imagens são enviadas para uma central instalada em uma base fixa que processa as imagens e define a vazão do insumo da pulverização aplicada por um segundo drone. Apesar de identificar e aplicar o pesticida, o invento do documento em questão é de alto custo e ainda necessita de uma base fixa para realizar o processamento. Ademais, para realizar a análise, o invento necessita que o drone calcule a área de voo e planeje qual a melhor rota, depois desse primeiro passo, é instalado, manualmente, uma câmera multiespectral, depois de processar as imagens se utiliza um segundo drone para aplicação de pesticida.

[12] Com isso, apesar do estado da técnica prever a utilização de LEDs, câmeras e processamento de imagens para o controle de aplicação de pesticidas, herbicida e afins, ainda não se conhece uma solução onde é possível o controle de pulverização simples e móvel. Ademais, ainda não foi apresentada no mercado uma solução que possa ser aplicada em veículos terrestres ou em barras de pulverização a partir de simples instalação em equipamentos e dispositivos já estabelecidos no mercado.

Sumário da Invenção

[13] A invenção prevê um dispositivo que faz uso de um método inovador para identificação de plantas, onde se utiliza de uma câmera multiespectral, acompanhada de LEDs azuis e de infravermelho instalados em equipamentos agrícolas para identificar a presença ou não de plantas na lavoura.

[14] Assim sendo, a presente invenção propõe, de modo geral, um dispositivo compacto e modular que realiza a captura e o processamento de imagens para o controle de aplicação de pesticidas, herbicida e afins. Ou seja, a partir da instalação do dispositivo objeto de proteção do presente relatório, é possível que o controle de pulverização seja realizado de forma simples e móvel. Assim sendo, uma barra de pulverização, para identificar a presença ou não de plantas e controlar as válvulas de pulverização independentemente. Ademais, o método apresenta uma construção totalmente móvel, podendo ser instalado em diferentes veículos agrícolas terrestres, apresentando um custo mais baixo e um processo mais simples. Com isso, as barras de pulverização automáticas que já são conhecidas no mercado atual, podem ser alteradas para poderem selecionar as plantas que necessitam de pulverização, evitando o desperdício.

[15] Assim sendo, a presente invenção possui a funcionalidade de analise do cultivo para detectar determinadas espécies de plantas e/ou ervas daninhas, pragas ou doenças. Através das imagens adquiridas pela câmera do sistema e da capacidade computacional da central de processamento, a presente invenção é capaz de identificar não apenas a planta e o solo, mas também classificar o que está sendo identificado para realizar pulverizações mais específicas e fornecer informações em tempo real sobre as condições atuais de plantio.

[16] Por fim, sabe-se que para remover as ervas daninhas resistentes aos herbicidas mais comuns é necessário utilizar produtos mais específicos e que frequentemente são mais caros e mais tóxicos, gerando assim impactos financeiro e ambientais. Nesse caso, a identificação da espécie fornecida pela presente invenção é importante para que a pulverização seja localizada evitando assim o desperdício e impacto ambiental pela deposição de químico desnecessária. Já em relação às pragas e doenças, a presente invenção permite que o produtor tenha domínio sobre o monitoramento do plantio de forma rotineira, levando em consideração a espécie, o nível de infestação e a região em que determinada planta ou doença está presente.

Descrição das figuras

[17] Figura 1 representa a vista em perspectiva frontal do dispositivo, conforme presente invenção.

[18] Figura 2 representa a vista em perspectiva traseira do dispositivo, conforme presente invenção.

[19] Figura 3 representa a vista em perspectiva explodida do sensor, de acordo com a presente invenção.

[20] Figura 4 representa, exemplificativamente, uma imagem capturada pela câmera, de acordo com a presente invenção.

[21 ] Figura 5 representa, exemplificativamente, uma imagem processada pelo sistema, de acordo com a presente invenção.

[22] Figura 6 representa, exemplificativamente, uma imagem binária, de acordo com a presente invenção.

Descrição detalhada das fiquras [23] De maneira geral, a presente invenção consiste em um dispositivo e sistema de visão e identificação instalado em equipamento agrícola, preferencialmente nas barras de pulverização de equipamentos agrícolas. A partir da instalação do equipamento proposto no presente relatório descritivo, mais especificamente em veículos de pulverização agrícola, o sistema é capaz detectar plantas e pulverizar somente onde é necessário. Assim sendo, através de uma câmera e algoritmos de visão computacional, a solução proposta diferencia as plantas e solo e apenas aciona a pulverização quando encontra uma planta.

[24] A presente invenção compreende basicamente pelo menos um sensor (1 ) fixado na barra seca (3) do veículo pulverizador por uma chapa (4), conforme representado nas figuras 1 e 2. Assim, a montagem do sensor (1 ) se dá no suporte (2) que é fixado na barra seca (3) do veículo pulverizador por pelo menos uma chapa (4). O sensor (1 ) se conecta em pelo menos uma válvula (5) por conector (6). A válvula (5) é conectada em ao menos um porta bico (10), onde é instalado um bico (11 ). O porta bico (10) é fixado na barra úmida (7) do veículo pulverizador por chapas em“U” (8) que são fixadas no suporte (2) do dispositivo sensor (1 ) por parafusos (9). Com isso, o dispositivo sensor (1 ) pode controlar a pulverização via válvula (5).

[25] A válvula (5) é energizada via conector (6) pelo dispositivo sensor (1 ), que é energizado via cabo de alimentação (13) e conector de alimentação (14), que compreende um barramento CAN, por onde é realizada a comunicação com uma interface homem-máquina localizada em uma central da cabine do equipamento agrícola. Com essa configuração mecânica, a instalação do dispositivo sensor (1 ) pode ser adaptável a diferentes veículos terrestres que são comuns no setor agrícola, pois o sensor (1 ) é fixado, preferencialmente, diretamente na barra seca (3) dos veículos pulverizadores.

[26] A montagem do dispositivo sensor (1 ) da presente invenção é melhor detalhada na FIG. 3. O dispositivo sensor (1 ) é composto por uma caixa (1.1 ) onde é fixada uma placa PCB (1.2), onde estão instalados ao menos uma câmera multiespectral (1.3) com pelo menos um filtro (1.4), preferencialmente um filtro azul, disposto entre a câmera multiespectral (1.3) e a caixa (1.1 ) sendo fixado por pressão. Abaixo da câmera multiespectral (1.3) estão instalados na placa PCB (1.2) LEDs azuis (1.5) e LEDs Infravermelho (1.6), ao menos um visor (1.7) é instalado entre os LEDs (1.5 e 1.6) e a caixa (1.1 ). Na parte inferior da caixa (1.1 ) são instalados passadores (1.8) para passar os cabos que vão para o conector (6) e um cabo de alimentação, enquanto na parte traseira está montada uma tampa (1.9) para fechar a caixa (1.1 ) e, assim, proteger os componentes do sensor (1 ) de poeira e outras impurezas e/ou intempéries.

[27] A câmera multiespectral (1.3) captura uma imagem, conforme representação da figura 4, e as ondas eletromagnéticas refletidas pelas plantas. As plantas absorvem os comprimentos de ondas relativos a cor azul, 450 a 495 nm, que são emitidas pelos LEDs azuis (1.5) e ainda é refletido o comprimento de onda relativo ao infravermelho, que é emitido pelos LEDs de infravermelho (1.6). As ondas eletromagnéticas são captadas pela câmera multiespectral (1.3) através do filtro (1.4) que é constituído por uma película de material translúcido azul, o que permite que a câmera multiespectral possa captar somente comprimentos de ondas na faixa de 450 a 495 nm e a faixa do infravermelho. As informações captadas pela câmera multiespectral (1.3) são enviadas para um microprocessador localizado na placa PCB (1.2) onde é feito o processamento das informações.

[28] As ondas eletromagnéticas são então processadas pelo microprocessador localizado na placa PCB (1.2) e o sistema gera um índice vegetativo que pode variar de 0 a 1. Com esse índice, a imagem (FIG. 4) é processada, identificando o que é planta e o que é solo pelo índice vegetativo. Após ser processada a imagem (FIG. 4), é gerada uma segunda imagem (FIG. 5), onde já está feito a separação por pixel do que é solo e do que é planta. Para ativar o sistema de pulverização, é gerada uma imagem binaria, conforme representação da figura 6 a partir da segunda imagem (FIG. 5) que considera somente os pixels que são maiores que 0,2, fazendo com que a imagem se torne preto (pixels abaixo de 0,2, ou seja, solo) e branco (pixels acima de 0,2, ou seja, planta). Essa imagem binária (FIG. 6) é utilizada para calcular a porcentagem de plantas presentes na imagem, e, caso a porcentagem calculada seja maior que a porcentagem mínima previamente definida pelo usuário via interface homem-máquina, o sensor (1 ), via conector (6), ativa a válvula (5) aplicando o insumo. Caso não seja maior que a porcentagem definida pelo usuário, a válvula (5) não vai ser ativada, evitando o desperdício do insumo.

[29] O invento apresenta uma central que está localizada na cabine do veículo e se comunica com o dispositivo sensor (1 ) através de um barramento CAN instalado no conector (14) para receber e enviar informações. A central também adquire a velocidade do veículo para que o sensor (1 ) possa ajustar o tempo de resposta de pulverização de acordo com a velocidade. A central compreende uma interface homem-máquina comercial adaptada para poder realizar o envio e recebimento das informações. Essa central tem capacidade para se conectar com mais de um dispositivo sensor (1 ) e, com isso, possibilita que todas as válvulas do veículo pulverizador tenham pelo menos um dispositivo sensor (1 ) instalado e todos se comunicando com a central instalada na cabine.

[30] A partir dessa construtividade, o dispositivo sensor (1 ) pode detectar pragas, ervas daninhas e determinados tipos de plantas. Para isso, o dispositivo sensor (1 ) compreende um banco de imagens classificadas conforme característica de cada praga, planta e ervas daninhas para treinar redes neurais localizadas no microprocessador do sensor (1 ). Com isso, é possível realizar uma comparação com as imagens captadas pela câmera multiespectral (1.3) podendo retornar o tipo de planta, o herbicida ideal e a quantidade a ser aplicada. As imagens capturadas são processadas no microprocessador da placa PCB (1.2) para que sejam extraídas as informações necessárias para a identificação, como formato e textura, via processo previamente descrito. Após realizada essa comparação, o sensor (1 ) o sistema realiza ou não a aplicação de herbicida conforme características encontradas nas imagens previamente processadas. Para isso, o usuário pode configurar, na cabine, o tipo de planta ou praga a ser detectado, para que seja definida o tipo de herbicida a ser aplicado.

[31 ] Desse modo, mais especificamente, o processo de detecção de uma espécie de planta, de uma praga ou doença, conforme a presente invenção, é feito através de um conjunto de algoritmos baseados em redes neurais localizados na unidade de processamento. Estas redes neurais foram desenvolvidas e treinadas de acordo com especificações de um banco de dados de imagens previamente classificadas. As imagens adquiridas pela câmera são, portanto, processadas para extrair informações de formato, textura e índice vegetativo e então essas informações são inseridas na rede neural que, por sua vez, retornará com a resposta mais adequada. O usuário poderá especificar o tipo de operação que irá realizar através da central de controle. Por exemplo, caso o usuário queira especificar a aplicação de um herbicida somente quando encontrar uma determinada espécie de planta, basta configurar essa espécie a ser pulverizada e, desse modo, o sistema através do algoritmo ativa a rede neural correspondente ao que o usuário definiu. Pragas e doenças também podem ser definidos e configurados dessa forma. Assim, defensivos químicos como herbicidas, fungicidas, inseticidas serão aplicados pelo sistema de forma otimizada no plantio.

[32] Ademais, para evitar desperdício e diminuir a dispersão no meio ambiente, a vazão de herbicida é controlada por outros dois fatores adquiridos via processamento de imagens. O primeiro fator a ser considerado é o índice de biomassa, por onde é calculado a massa verde que deverá receber o tratamento previamente definido, sendo obtido via contagem de pixels brancos no momento de processamento da imagem obtida via câmera multiespectral (1.3). Desse modo, é possível controlar a dose de químico que será aplicada, pois baixa biomassa necessita de menos insumo em comparação com alta biomassa detectada. Também é levado em consideração o índice de nitrogénio, obtido através da relação entre o índice vegetativo calculado e a concentração de nitrogénio foliar. Esta relação estabelece que quanto maior o índice vegetativo, maior a concentração de nitrogénio. Por outro lado, quanto menor o índice vegetativo, menor a concentração de nitrogénio, sugerindo uma deficiência deste componente e indicando a necessidade de uma dose maior deste insumo. Com isso, o sensor (1 ) pode definir com exatidão e precisão, o quanto de insumo será liberado pela válvula (5) e aplicada na planta em questão.

[33] Por fim, cabe destacar que esse controle de dose de aplicação é chamado de“aplicação em taxa variável”. Na presente invenção, a variação da dose é feita através de modulação de pulsos, que parte da unidade de processamento até a válvula de controle (5).

[34] É importante salientar que as figuras e descrição realizadas não possuem o condão de limitar as formas de execução do conceito inventivo ora proposto, mas sim de ilustrar e tornar compreensíveis as inovações conceituais reveladas nesta solução. Desse modo, as descrições e imagens devem ser interpretadas de forma ilustrativa e não limitativa, podendo existir outras formas equivalentes ou análogas de implementação do conceito inventivo ora revelado e que não fujam do espectro de proteção delineado na solução proposta.

[35] Tratou-se no presente relatório descritivo de um aperfeiçoamento aplicado em sistema de visão para aplicação agrícola, dotado de novidade, atividade inventiva, suficiência descritiva, aplicação industrial e, consequentemente, revestido de todos os requisitos essenciais para a concessão do privilégio pleiteado.