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Title:
STUNNING DEVICE FOR AUTOMATICALLY STUNNING SLAUGHTER ANIMALS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/012092
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a stunning device (16) for automatically stunning slaughter animals (12), comprising: a slaughter pistol device (18), a positioning unit (20) for positioning the slaughter pistol device (18), at least one imaging device (24) for capturing a body part (34) of the slaughter animal (12), said part having an effective position (46) for the slaughter pistol device (18), and - a detection module for detecting the effective position (46) on the basis of the images generated by the imaging device (24) and a control unit (30) for actuating the positioning unit (20) and/or the slaughter pistol device (18) depending on the detected effective position (46). The detection module is designed as an object detection and object tracking module (32) for detecting and tracking said body part (34) and/or tracking the effective position (46) which moves together with the movement of the body part (34) of the slaughter animal (12) via the images of the imaging device (24). The invention additionally relates to a corresponding method for automatically positioning a slaughter pistol device (18) for stunning slaughter animals (12) and to a corresponding computer program product.

Inventors:
TÖNNIES, Robert (Burgweg 67, Rheda-Wiedenbrück, 33378, DE)
Application Number:
EP2018/069048
Publication Date:
January 17, 2019
Filing Date:
July 12, 2018
Export Citation:
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Assignee:
BERND-TÖNNIES-STIFTUNG (Am Speksel 10, Bielefeld, 33649, DE)
International Classes:
A22B3/02; A22B5/00
Foreign References:
DE10050560A12002-05-02
EP0380513A11990-08-08
DE4325441A11995-02-02
US6623348B12003-09-23
US6623348B12003-09-23
Other References:
ERIK RODER: "Bildverarbeitung und Objekterkennung: Computer Vision in Industrie und Medizin", 2014, SPRINGER-VERLAG
Attorney, Agent or Firm:
MICHALSKI HÜTTERMANN & PARTNER PATENTANWÄLTE MBB (Speditionstr. 21, Düsseldorf, 40221, DE)
Download PDF:
Claims:
P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Betäubungs Vorrichtung (16) zur automatisierten Betäubung von Schlachttieren (12), mit:

- einem Schlachtschussapparat (18),

einer Positioniereinheit (20) zum Positionieren des Schlachtschussapparats

(18),

zumindest eine bildgebende Einrichtung (24) zum Erfassen einer Körperpartie (34) des Schlachttiers (12), die eine Einwirkposition (46) für den

Schlachtschussapparat (18) aufweist,

einem Erkennungsmodul zum Erkennen der Einwirkposition (46) auf

Grundlage der von der bildgebenden Einrichtung (24) erstellten Bilder und

einer Steuereinheit (30) zur Ansteuerung der Positioniereinheit (20) und/oder des Schlachtschussapparats (18) in Abhängigkeit der erkannten Einwirkposition (46), dadurch gekennzeichnet, dass das Erkennungsmodul als Objekterkennungs- und

Objektverfolgungsmodul (32) zum Erkennen und Verfolgen besagter Körperpartie (34) und zum Nachverfolgen der sich mit einer Bewegung der Körperpartie (34) des Schlachttiers (12) mitbewegenden Einwirkposition (46) über die Bilder der bildgebenden Einrichtung (24) ausgebildet ist.

2. Betäubungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das

Objekterkennungs- und Objektverfolgungsmodul (32) zur Erkennung der Körperpartie (34) über charakteristische Merkmale (38, 40, 42, 44) eingerichtet ist, wobei das Modul weiterhin eingerichtet ist, die Bewegung der Einwirkposition über die

Bewegung einer ausgewählten Gruppe (38, 40) dieser charakteristischen Merkmalen zu verfolgen, die eine vorgegebene Relativposition zur Einwirkposition (46) aufweisen. Betäubungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachverfolgung der sich mit einer Bewegung der Körperpartie (34) des Schlachttiers (12) mitbewegenden Einwirkposition (46) in Echtzeit oder quasi-Echtzeit erfolgt.

Betäubungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekterkennungs- und Objektverfolgungsmodul (32) eingerichtet ist, die Einwirkposition (46) mittels Positionsvoraussagen künftiger Positionen der

Einwirkposition (34), die per zeitlichem Filter, insbesondere per Kaiman-Filter, abgeschätzt werden, zu bestimmen.

Betäubungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die bildgebende Einrichtung (24) mindestens eine Kamera (26) aufweist.

Betäubungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (26) oder zumindest eine der Kameras als Infrarotkamera oder 3D-Kamera, insbesondere Lichtlaufzeitkamera, ausgebildet ist.

Betäubungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniereinheit (20) einen Roboterarm (22) aufweist, über den der Schlachtschussapparat (18) positionierbar ist.

Betäubungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniereinheit (20) und/oder der Schlachtschussapparat (18) eine Teleskopstangenanordnung (52) mit mehreren in- und auseinander schiebbaren Elementen (54) aufweist.

Betäubungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Beleuchtungseinrichtung, insbesondere eine Beleuchtungseinrichtung deren Wellenlängenbereich auf den Wellenlängenbereich der bildgebenden Einrichtung (24) oder zumindest einer der bildgebenden Einrichtungen abgestimmt ist.

Betäubungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Betäubungsvorrichtung (16) als Halbautomat ausgebildet ist, dessen

Schlachtschussapparat nur manuell auslösbar ist.

Betäubungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Erkennungsmodul mehrere Bildverarbeitungs-Einheiten (56) zum Ermitteln von Koordinaten der Einwirkposition auf Grundlage der von der zumindest einen bildgebenden Einrichtung (24) erstellten Bilder unabhängig voneinander, sowie eine Kontrolleinheit (60) aufweist, die eingerichtet ist, die Koordinaten der über die Bildverarbeitungs-Einheiten (56) ermittelten Einwirkpositionen abzugleichen und diese nur bei Übereinstimmung mehrerer ermittelter Einwirkpositionen (46) als erkannte Einwirkposition (46) zu bestätigen.

12. Verfahren zur automatisierten Positionierung eines Schlachtschussapparats (18) zur Betäubung von Schlachttieren (12) mittels

einer Positioniereinheit (20) mittels derer der Schlachtschussapparat (18) positioniert wird,

zumindest einer bildgebenden Einrichtung (24) mittels derer eine Körperpartie (34) des Schlachttiers (12), die eine Einwirkposition (46) für den

Schlachtschussapparat (18) aufweist, erfasst wird,

einem Erkennungsmodul, über das die Einwirkposition (46) auf Grundlage der von der bildgebenden Einrichtung (24) erstellten Bilder erkannt wird und

einer Steuereinheit (30) mittels derer die Positioniereinheit (20) und/oder der Schlachtschussapparat (18) in Abhängigkeit der erkannten Einwirkposition (46) angesteuert wird,

dadurch gekennzeichnet, dass das Erkennungsmodul als Objekterkennungs- und Objektverfolgungsmodul (32) ausgebildet ist, welches zum Nachverfolgen der sich mit einer Bewegung der Körperpartie (34) des Schlachttiers (12) mitbewegenden Einwirkposition (46) über die Bilder der bildgebenden Einrichtung (24) die besagte Körperpartie (34) erkennt und verfolgt.

Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Objekterkennung durch das Objekterkennungs- und Objektverfolgungsmodul (32) über charakteristische Merkmale (38, 40, 42, 44) erfolgt, wobei das Modul (30) die Bewegung der

Einwirkposition (46) über die Bewegung einer ausgewählten Gruppe (38, 40) dieser charakteristischen Merkmale verfolgt, die eine vorgegebene Relativposition zur Einwirkposition (46) aufweisen.

14. Computerprogrammprodukt umfassend Programmteile, die in einem Prozessor eines Computers geladen zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 12 oder 13 eingerichtet sind.

Description:
Betäubungsvorrichtung zur automatisierten Betäubung von Schlachttieren

B e s c h r e i b u n g

Die Erfindung betrifft eine Betäubungsvorrichtung zur automatisierten Betäubung von Schlachttieren, mit (i) einem Schlachtschussapparat, (ii) einer Positioniereinheit zum

Positionieren des Schlachtschussapparats, (iii) zumindest einer bildgebenden Einrichtung zum Erfassen einer Körperpartie des Schlachttiers, die eine Einwirkposition für den

Schlachtschussapparat aufweist, (iv) einem Erkennungsmodul zum Erkennen der

Einwirkposition auf Grundlage der von der bildgebenden Einrichtung erstellten Bilder und (v) einer Steuereinheit zur Ansteuerung der Positioniereinheit und/oder des

Schlachtschussapparats in Abhängigkeit von der erkannten Einwirkposition.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der Druckschrift US 6,623,348 Bl bekannt. Diese zeigt diverse Anlagen und Verfahren zum Manipulieren von Tierkörpern, darunter eine Anlage und ein entsprechendes Verfahren zur automatisierten Betäubung von Schlachttieren mit einem Schlachtschussapparat, einer Positioniereinheit zum Positionieren des Schlachtschussapparats, einer Kamera, einem Controller und einem Softwaremodul zum Erkennen der

Einwirkposition auf Grundlage der von der Kamera erstellten Bilder, wobei der Controller die Positioniereinheit und/oder den Schlachtschussapparat in Abhängigkeit von der erkannten Einwirkposition ansteuert. Die in dieser Druckschrift beschriebenen Anlagen und Verfahren unterscheiden jedoch nicht zwischen Tierkörpern bereits getöteter oder zumindest betäubter Tiere und lebenden Tieren, die erst betäubt werden sollen. Letztere weisen eine erheblich höhere und komplexere eigene Dynamik auf. Es ergibt sich bei lebenden Tieren, die erst betäubt werden sollen, also die Notwendigkeit eines dynamischen Nachführens des Schlachtschussapparates.

Bei der im Zusammenhang mit der Erfindung verwendete Wendung„Betäubungsvorrichtung zur Betäubung von Schlachttieren" soll der Begriff„Schlachttier" lediglich angeben, dass mittels der Betäubungsvorrichtung eine solche Betäubung an einem Tier vorgenommen werden kann, wie sie für ein anschließendes Schlachten dieses Tieres notwendig ist. Gleiches gilt für den feststehenden Begriff„Schlachtschussapparat". Unter einem Schlachttier soll im Zusammenhang mit der Erfindung ein zur Schlachtung vorgesehenes oder dazu zumindest geeignetes Tier zu verstehen sein. Beispiele für Schlachttiere sind Rinder, Schweine, Schafe, Ziegen und andere Paarhufer, Pferde und andere Einhufer, Kaninchen, etc.

Es ist die Aufgabe der Erfindung entsprechende Maßnahmen anzugeben, die ein derartiges dynamisches Nachführen des Schlachtschussapparats ermöglichen. Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei der erfindungsgemäßen Betäubungsvorrichtung zur automatisierten Betäubung von Schlachttieren, mit (i) einem Schlachtschussapparat, (ii) einer Positioniereinheit zum

Positionieren des Schlachtschussapparats, (iii) zumindest einer bildgebenden Einrichtung zum Erfassen einer Körperpartie des Schlachttiers, die eine Einwirkposition für den

Schlachtschussapparat aufweist, (iv) einem Erkennungsmodul zum Erkennen der

Einwirkposition auf Grundlage der von der bildgebenden Einrichtung erstellten Bilder und (v) einer Steuereinheit zur Ansteuerung der Positioniereinheit und/oder des

Schlachtschussapparats in Abhängigkeit der erkannten Einwirkposition ist vorgesehen, dass das Erkennungsmodul als Objekterkennungs- und Objektverfolgungsmodul zum Erkennen und Verfolgen besagter Körperpartie und zum Nachverfolgen der sich mit einer Bewegung der Körperpartie des Schlachttiers mitbewegenden Einwirkposition über die Bilder der bildgebenden Einrichtung ausgebildet ist.

Derartige Objekterkennungs- und Objektverfolgungsmodule sind in der Regel

Softwaremodule, wie sie beispielsweise aus dem Automotiv-Bereich bekannt sind. Dort finden sie bei Fahrerassistenzsystemen Anwendung, wo sie beispielsweise beim autonomen Einparken genutzt werden.

Der Begriff Objekterkennung beschreibt in der Regel ein Verfahren zum Identifizieren eines oder mehrerer Objekte innerhalb eines Objektraums mittels optischer, akustischer oder anderer physikalischer Erkennungsverfahren. So wird zum Beispiel das Vorhandensein eines Objektes in einem Bild oder einem Bereich aber auch dessen Position und Lage bestimmt. Es handelt sich also um eine 3D-Erkennung. In der abstrakten Bildverarbeitung dienen

Objekterkennungsmethoden dazu, bestimmte Objekte beziehungsweise Muster von anderen Objekten zu unterscheiden. Dazu muss das eigentliche Objekt zunächst mathematisch beschrieben werden. Oft genutzte Verfahren der Bildverarbeitung sind die Kantenerkennung, Transformationen sowie Größen- und Farberkennung. Die bei diesen Verfahren erkannten charakteristischen Merkmale wie Kanten, Farbmerkmale, etc. werden dann den einzelnen Objekten zugeordnet. Objekterkennungs- und Objektverfolgungsmethoden kommen dann zum Einsatz, wenn sich schnell bewegende Objekte in einem Bild beziehungsweise einer Bilderserie verfolgt werden müssen. Dann kommen mathematische Korrektoren zum Einsatz, die sich an das Objekt anpassen können. Die einzelnen Merkmale besitzen Bewegungsprofile, die ebenfalls zu Zuordnung zu jeweiligen Objekten genutzt werden können. Bei einem lebenden Tier ergeben sich unterschiedliche Körperpartien, die von einem

Objekterkennungs- und Objektverfolgungsmodul aufgrund des Bewegungsprofils ihrer Merkmale als jeweilige Objekte in den Bildern erkannt und über die Zeit dynamisch verfolgt werden. Die entsprechenden Informationen können von der Steuereinheit zur Ansteuerung der Positioniereinheit und/oder des Schlachtschussapparats genutzt werden, den

Schlachtschussapparat dynamisch nachzuführen. Die für die Betäubungsvorrichtung mit Schlachtschussapparat relevante Körperpartie des Schlachttieres ist in der Regel der Kopf oder die Stirnpartie des Kopfes. Bei der Betäubung mittels Schlachtschussapparat wird dieser ab einem bestimmten Zeitpunkt zwangsläufig auch in den Bildbereich beziehungsweise Objektraum der bildgebenden Einrichtung geraten und ganz analog als weiteres Objekt erkannt.

Das Nachschlagewerk: Herbert Süße, Erik Roder:„Bildverarbeitung und Objekterkennung: Computer Vision in Industrie und Medizin"; Springer-Verlag 2014 (ISBN 978-3-8348-2606- 0) gibt einen Überblick über aktuelle Verfahren und Anwendungen der 2D- und SD- Bildanalyse sowie der Objekterkennung.

Der Schlachtschussapparat selbst ist ein Gerät, das bei der Schlachtung zum Betäuben von Schlachttieren verwendet wird. Der Schlachtschussapparat ist meist als Bolzenschussapparat ausgebildet und eher selten als Kugelschussapparat.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das

Objekterkennungs- und Objektverfolgungsmodul zur Erkennung der Körperpartie über charakteristische Merkmale eingerichtet ist, wobei das Modul weiterhin eingerichtet ist, die Bewegung der Einwirkposition über die Bewegung einer ausgewählten Gruppe dieser charakteristischen Merkmalen zu verfolgen, die eine vorgegebene Relativposition zur Einwirkposition aufweisen. Kommt es aus Sicht der bildgebenden Einrichtung zu einem Überlapp von

Schlachtschussapparat und Körperpartie mit der Einwirkposition, so können nur noch Merkmale mit einer bestimmten Relativposition zur Einwirkposition zur Verfolgung des Objekts„Körperpartie mit Einwirkposition" genutzt werden, da die anderen Merkmale ganz oder teilweise vom Schlachtschussapparat verdeckt werden oder durch dessen Schattenwurf schwer erkennbar sind.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt das

Nachverfolgen der sich mit einer Bewegung der Körperpartie des Schlachttiers

mitbewegenden Einwirkposition in Echtzeit oder quasi-Echtzeit. Dazu muss die Bildfrequenz und die Arbeitsgeschwindigkeit des Objekterkennungs- und Objektverfolgungsmoduls entsprechend hoch sein.

Mit Vorteil ist vorgesehen, dass das Objekterkennungs- und Objektverfolgungsmodul eingerichtet ist, die Einwirkposition mittels Positionsvoraussagen künftiger Positionen der Einwirkposition zu bestimmen, also einen bisherigen Positionsverlauf der Einwirkposition nachzuverfolgen und einen zukünftigen Positionsverlauf vorherzusagen. Dabei werden diese künftigen Positionen insbesondere per zeitlichem Filter, insbesondere per Kaiman-Filter, abgeschätzt. Gleichzeitig steuert die Steuereinheit die Positioniereinheit und/ oder den Schlachtschussapparat derart an, dass der Schlachtschussapparat bzw. dessen Schussbolzen zu entsprechender Zeit an der Einwirkposition ist.

Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die bildgebende optische Einrichtung mindestens eine Kamera auf oder ist als Kamera ausgebildet. Neben einer Einzelkamera kann also auch ein Kamerasystem mit mehreren Kameras vorgesehen sein. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass die Kamera oder zumindest eine der Kameras als Infrarotkamera und/oder 3D-Kamera, insbesondere Lichtlaufzeitkamera, ausgebildet ist. Beide Kameratypen haben Vorteile in Bezug auf die Betäubung von Schlachttieren. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die

Positioniereinheit einen Roboterarm aufweist, über den der Schlachtschussapparat positioniert wird. Eine solche Positioniereinheit mit Roboterarm ist grundsätzlich aus der eingangs erwähnten Druckschrift US 6,623,348 Bl bekannt. Für eine dynamische Nachführung des Schlachtschussapparats muss diese Positioniereinheit jedoch hinreichend schnell und präzise sein.

Dabei ist mit Vorteil vorgesehen, dass der Roboterarm mindestens vier Freiheitsgrade aufweist. Die Freiheitsgrade können rotatorischer wie translatorischer Natur sein. Über die vier Freiheitsgrade kann der Schlachtschussapparat der Einwirkposition bei einem sich bewegenden Schlachttier hinreichend gut nachgeführt werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Positioniereinheit und/oder der Schlachtschussapparat eine Teleskopstangenanordnung mit mehreren in- und auseinander schiebbaren Elementen auf. Bei der Positioniereinheit mit

Teleskopstangenanordnung wird der an der Spitze der Teleskopstangenanordnung befindliche Schlachtschussapparat verschoben, bei dem Schlachtschussapparat mit

Teleskopstangenanordnung wird der an der Spitze der Teleskopstangenanordnung befindliche Schussbolzen verschoben. Weist die Positioniereinheit einen Roboterarm auf, so ist die Teleskopstangenanordnung bevorzugt am freien Ende dieses Roboterarms angeordnet.

Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Betäubungsvorrichtung eine Beleuchtungseinrichtung, insbesondere eine

Beleuchtungseinrichtung deren Wellenlängenbereich auf den Wellenlängenbereich der bildgebenden Einrichtung oder zumindest einer der bildgebenden Einrichtungen abgestimmt ist, aufweist. Die Positionierung und Ausrichtung dieser Beleuchtungseinrichtung ist an das Setup angepasst.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Betäubungs Vorrichtung als Halbautomat ausgebildet, dessen Schlachtschussapparat nur manuell auslösbar ist.

Schließlich ist mit Vorteil vorgesehen, dass das Erkennungsmodul (a) mehrere

Bildverarbeitungs-Einheiten zum Ermitteln von Koordinaten der Einwirkposition auf Grundlage der von der zumindest einen bildgebenden Einrichtung erstellten Bilder unabhängig voneinander, sowie (b) eine Kontrolleinheit aufweist, die die Koordinaten der über die Bildverarbeitungs-Einheiten ermittelten Einwirkpositionen abgleicht und diese nur bei Übereinstimmung mehrerer, vorzugsweise aller, ermittelten Einwirkpositionen als erkannte Einwirkposition billigt. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur automatisierten Positionierung eines

Schlachtschussapparats zur Betäubung von Schlachttieren mittels (i) einer Positioniereinheit zum Positionieren des Schlachtschussapparats, (ii) zumindest einer bildgebenden Einrichtung zum Erfassen einer Körperpartie des Schlachttiers, die eine Einwirkposition für den

Schlachtschussapparat aufweist, (iii) einem Erkennungsmodul zum Erkennen der

Einwirkposition auf Grundlage der von der bildgebenden Einrichtung erstellten Bilder und (iv) einer Steuereinheit zur Ansteuerung der Positioniereinheit und/oder des

Schlachtschussapparats in Abhängigkeit der erkannten Einwirkposition. Es ist vorgesehen, dass das Erkennungsmodul als Objekterkennungs- und Objektverfolgungsmodul ausgebildet ist, welches zum Nachverfolgen der sich mit einer Bewegung der Körperpartie des

Schlachttiers mitbewegenden Einwirkposition über die Bilder der bildgebenden Einrichtung die besagte Körperpartie erkennt und verfolgt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Objekterkennung durch das Objekterkennungs- und Objektverfolgungsmodul über charakteristische Merkmale erfolgt, wobei das Modul die Bewegung der Einwirkposition über die Bewegung einer ausgewählten Gruppe dieser charakteristischen Merkmale verfolgt, die eine vorgegebene Relativposition zur

Einwirkposition aufweisen.

Die im Zusammenhang mit den Ausführungsformen der erfindungsgemäßen

Betäubungsvorrichtung genannten weiteren Maßnahmen sind analog auch bei entsprechenden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen. Die Erfindung betrifft ein Computerprogrammprodukt welches Programmteile umfasst, die in einem Prozessor eines Computers geladen zur Durchführung des vorstehend genannten Verfahrens eingerichtet sind.

Die Erfindung betrifft schließlich auch eine Verwendung eines Objekterkennungs- und Objektverfolgungsmoduls zum Nachverfolgen der sich mit einer Bewegung einer

Körperpartie eines Schlachttiers mitbewegenden Einwirkposition einer

Betäubungsvorrichtung, insbesondere einer vorstehend genannten Betäubungsvorrichtung, wobei das Modul über Bilder einer bildgebenden Einrichtung die besagte Körperpartie erkennt und verfolgt.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:

Fig. 1 einen Betäubungsplatz mit einem Schlachttier und einer Betäubungsvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 2 ein Bild des Kopfes des Schlachttiers mit diversen von einem Objekterkennungs- und Objektverfolgungsmodul der Betäubungsvorrichtung erkannten Merkmalen,

Fig. 3 einen Schlachtschussapparat mit einer Teleskopstangenanordnung für eine

Betäubungsvorrichtung,

Fig. 4 eine Positioniereinheit mit einer Teleskopstangenanordnung und einem

Schlachtschussapparat für eine Betäubungsvorrichtung und Fig. 5 den Kopf des Schlachttiers mit einem alternativ ausgestalteten Modul zur Vermessung der Kopfposition.

Die Fig. 1 zeigt einen Betäubungsplatz 10 mit einem Schlachttier 12 in einer von Gattern 14 begrenzten Box und einer Betäubungsvorrichtung 16 zum automatisierten Betäuben des in der Box befindlichen Schlachttiers. Das hier gezeigte Schlachttier 12 ist ein Rind. Andere Tiere, für die diese Betäubungsvorrichtung 16 genutzt werden kann sind zum Beispiel Schaf, Schwein, etc. Die Betäubungsvorrichtung 16 weist einen Schlachtschussapparat 18 und eine Positioniereinheit 20 zum Positionieren des Schlachtschussapparats 18 auf. Der hier gezeigte Schlachtschussapparat 18 ist ein Bolzenschussgerät. Die Positioniereinheit 20 ist im gezeigten Beispiel ein Roboterarm 22 der in einem Bereich oberhalb des Kopfendes der Box befestigt ist. Der Roboterarm 22 weist mehrere Gelenke auf und an einem beweglichen Ende des Arms 22 ist der Schlachtschussapparat 18 befestigt. Die Betäubungsvorrichtung 16 weist weiterhin eine bildgebende Einrichtung 24 zum visuellen Erfassen des Schlachttiers 12 auf. Die hier gezeigte bildgebende Einrichtung 24 ist eine Kamera 26. Diese Kamera 26 ist ebenfalls am Roboterarm 22 befestigt, genauer gesagt schräg hinter dem Schlachtschussapparat 18.

Alternativ oder zusätzlich kann zumindest eine weitere bildgebende Einrichtung vorgesehen sein (im Beispiel nicht gezeigt). Die Positioniereinheit 20 wie auch der Schlachtschussapparat 18 werden mittels eines Computers 28 - hier als eine Art PC mit Tower, Bildschirm, Tastatur und Maus dargestellt - angesteuert. Der Computer 28 bildet daher einerseits eine Steuereinheit 30 zur Ansteuerung dieser Komponenten 18, 20 der Betäubungsvorrichtung 16, andererseits bildet er ein

Objekterkennungs- und Objektverfolgungsmodul 32, welches eingerichtet ist die diversen Körperpartien des Schlachttiers 14 oder aber zumindest die Körperpartie 34 des Schlachttiers 12 auf die der Schlachtschussapparat 18 einwirken soll, im Sinne einer Objekterkennung zu erkennen. Unter dem Begriff Objekterkennung versteht man in der Regel das Identifizieren eines oder mehrerer Objekte innerhalb eines Objektraums mittels optischer oder anderer Erkennungsverfahren. So wird zum Beispiel das Vorhandensein eines Objektes in einem Bild oder einem Bereich aber auch dessen Position und Lage bestimmt. In der abstrakten

Bildverarbeitung dienen Objekterkennungsmethoden dazu, bestimmte Objekte

beziehungsweise Muster von anderen Objekten zu unterscheiden. Dazu muss das eigentliche Objekt zunächst mathematisch beschrieben werden. Oft genutzte Verfahren der

Bildverarbeitung sind die Kantenerkennung, Transformationen sowie Größen- und

Farberkennung. Die bei diesen Verfahren erkannten charakteristischen Merkmale wie Kanten, Farbmerkmale, etc. werden dann den einzelnen Objekten zugeordnet.

Die Steuereinheit 30 ist im gezeigten Beispiel eine softwarebasierte Steuereinheit 30 und das Objekterkennungs- und Objektverfolgungsmodul 32 ist ein Softwaremodul oder ein softwarebasiertes Modul. Der Computer 28 weist zumindest einen (nicht gezeigten) Prozessor und zumindest einen Datenspeicher auf.

Die Fig. 2 zeigt nun ein erkanntes Objekt eines Bildes. Das entsprechende Bild ist

beispielsweise ein Bild einer mittels der Kamera 26 aus Fig. 1 gemachten Bilderreihe. Das Bild zeigt neben dem hier gezeigten Objekt, nämlich dem Kopf 36 des Schlachttiers 12 noch andere Objekte wie z. B. andere Körperpartien des Schlachttiers 12, Teile der Box wie etwa dem Gatter 14, Teile des Roboterarms 22, Teile der Schlachtschussapparatur 18, Schatten, Reflexionen und Hintergrunddetails. Aus all diesen Bildkomponenten erkennt das Objekterkennungs- und Objektverfolgungsmodul 32 nun die Körperpartie 34 des Schlachttiers als Objekt und verfolgt dieses Objekt in der Bilderserie der Kamera 26 nach.

Die Erkennung des Objekts„Körperpartie" 34 erfolgt wie gesagt über charakteristische Merkmale. Das Objekt„Kopf 36 eines Rindes" weist zum Beispiel die Merkmale: zwei Augen 38, zwei Hörner 40, zwei Ohren 42 und ein Maul 44 auf, die im Objekt relativ zu einander auf ganz bestimmte Weise angeordnet sind. Diese Merkmale 38, 40, 42, 44 sind dabei ihrerseits mit den erwähnten charakteristischen Merkmalen verknüpft. So ist das Merkmal Auge 38 beispielsweise mit einem charakteristischen Helligkeitsmerkmal verbunden, die Merkmale Horn 40 und Ohr 42 mit charakteristischen Kanten und das Merkmal Maul 44 mit einem charakteristischen Farbmerkmal.

Durch das Erkennen und Zuordnen der Merkmale bestimmt das Objekterkennungs- und Objektverfolgungsmodul 32 die Position und die Dynamik des entsprechenden Objektes, hier also der Körperpartie 34„Kopf 36. Die Einwirkposition 46 für den Schlachtschussapparat bzw. den Bolzen oder die Kugel dieses Apparates 46 auf dem Objekt / der Körperpartie 34 lässt sich über die erkannten Merkmale des Objekts / der Körperpartie 34 bestimmen.

Das Objekterkennungs- und Objektverfolgungsmodul 32 ist zur Erkennung der Körperpartie 34 über charakteristische Merkmale 38, 40, 42, 44 eingerichtet, wobei das Modul 32 weiterhin eingerichtet ist, die Bewegung der Einwirkposition über die Bewegung einer ausgewählten Gruppe dieser charakteristischen Merkmalen 38, 40 zu verfolgen, die eine vorgegebene Relativposition zur Einwirkposition 46 aufweisen. Im gezeigten Beispiel ergibt sich die Einwirkposition 46 über einander kreuzende gedachte Verbindungslinien 48 zwischen je einem Horn 40 und einem Auge 38. Beim Kreuzungspunkt dieser gedachten Linien 48 befindet sich die Einwirkposition 46.

Kommt es aus Sicht der bildgebenden Einrichtung 24 (hier also der Kamera 26) zu einem Überlapp von Schlachtschussapparat 18 und Körperpartie 34 mit der Einwirkposition 46, was beim Aufsetzen des Schlachtschussapparates 18 auf die Körperpartie 34 an der Einwirkposition 46 natürlich immer passieren muss, so können nur noch Merkmale 38, 40, 42, 44 mit einer bestimmten Relativposition zur Einwirkposition 46 zur Verfolgung des Objekts„Körperpartie 34 mit Einwirkposition" genutzt werden, da die anderen Merkmale ganz oder teilweise vom Schlachtschussapparat 18 verdeckt werden oder durch dessen Schattenwurf schwer erkennbar sind.

Ist der Schlachtschussapparat 18 der Körperpartie 34 nachgeführt und schließlich aufgesetzt, so wird der Schlachtschussapparat 18 ausgelöst. Dies kann technisch (z.B. über die

Steuereinheit 30) sowohl automatisch oder aber auch„von Hand" über eine

Benutzerschnittstelle des Computers 28 erfolgen. Im zweiten Fall ist die

Betäubungsvorrichtung 16 also als Halbautomat ausgebildet, dessen Schlachtschussapparat 18 nur manuell auslösbar ist. Alternativ zu dem im Beispiel beschriebenen Objekterkennungs- und

Objektverfolgungsmodul 32 kann das Erkennen und Nachverfolgen der Einwirkposition 46 auf Grundlage der von der bildgebenden Einrichtung 24 erstellten Bilder auch auf Grundlage einer andersartigen Erkennungsmechanismus mittels eines dementsprechenden

Erkennungsmoduls erfolgen. Entscheidend ist, dass das Erkennen und Nachverfolgen derart schnell erfolgt, dass der Schlachtschussapparat 18 über die Positioniereinheit 20 schnell genug in Position gebracht werden kann.

Der Schlachtschussapparat 18 sollte möglichst mit einer schnellen, aber nicht ruckartigen Bewegung an den Kopf 36 des Tiers 12 herangeführt werden. Um dies zu erreichen, muss zu einem bestimmten Zeitpunkt die Bewegung der Positioniereinheit 20 (insbesondere des Roboterarms 22 der Positioniereinheit 20) mit dem Schlachtschussapparat 18 ausgelöst werden. Bis der Schlachtschussapparat 18 an seinem Ziel, der Einwirkposition 46 am Kopf 36, angekommen ist, vergeht allerdings noch eine gewisse Zeit zur Überwindung der Strecke. Eine zentrale Herausforderung für die Bildverarbeitungs-Software ist neben der Erkennung der idealen Einwirkposition 46 und des idealen Einwirkwinkels auf der Kopfoberfläche daher die Verfolgung dieser Einwirkposition 46, wenn das Tier 12 den Kopf 36 bewegt. Dabei müssen sowohl Translations- als auch Rotations-Bewegungen um die verschiedenen Achsen betrachtet werden.

Um die ideale Einwirkposition 46 zu verfolgen und in die Zukunft zu extrapolieren, wird hier der Einsatz von zeitlichen Filtern vorgeschlagen. Ein bekanntes und auch in der

Militärtechnik für ähnliche Probleme häufig eingesetztes Filter ist das Kaiman-Filter. Die Position und Bewegung des gesuchten Punktes wird dabei aus den bisher beobachteten Positionen berechnet (prädiziert) und mit der gerade tatsächlich gemessenen Position aktualisiert.

Diese Prädiktion erlaubt es, die Position der idealen Einwirkposition 46 für den Zeitpunkt vorherzuberechnen, an dem ein Schussbolzen 50 des Schlachtschussapparats 18 das Ziel erreicht haben wird. Weitere etwaige Messpunkte der Bildverarbeitungs-Software, die nach dem Start der Schlachtschussapparat-Bewegung gemessen wurden, können der Steuerung als Update übermittelt werden, um die Treff-Fehler weiter zu verringern. Ein als Bolzenschussgerät ausgestalteter Schlachtschussapparat 18 muss direkt auf die Kopfhaut des Tieres 12 aufgesetzt werden, um das Eindringen des Bolzens bis in die notwendige Tiefe des Schädels zu gewährleisten. Die Verwendung eines

Kugelschussapparates ermöglicht zwar die Erzielung einer Betäubungswirkung auch über eine gewisse Entfernung, allerdings sind damit auch die bei Schusswaffen üblichen Risiken wie zum Beispiel Abpraller verbunden.

Um eine mit einem Bolzenschussgerät vergleichbare Wirkung über eine Entfernung im Bereich von einigen Zentimetern bis zu einigen Dezimetern zu erzielen, weist die

Positioniereinheit 20 zum Positionieren des Schlachtschussapparats 18 und/oder der Schlachtschussapparat 18 zum Bewegen des Schussbolzens 50 eine Teleskopstangenanordnung 52 mit mehreren in- und auseinander schiebbaren Elementen 54 sowie einem (nicht gezeigten) Antrieb auf. Die Fig. 3 zeigt einen Schlachtschussapparat 18 mit Teleskopstangenanordnung 52. Diese weist im nicht-ausgelösten Zustand (linke Darstellung) mehreren ineinander geschobenen Elemente 54 auf, welche bei Auslösung des Schlachtschussapparates 18 schnell

auseinandergeschoben werden. Das vordere Element 54 ist der Schussbolzen 50, der dabei nach vorne katapultiert wird und so in den Tierschädel eindringt (rechte Darstellung). Das den Schussbolzen 50 bildende vorderste Element 54 kann zur Erhöhung der Einschlagenergie dabei massiv ausgeführt sein oder mit einem Zusatzgewicht ausgerüstet werden.

Der Antrieb der Teleskopstangenanordnung 52 kann beispielsweise durch eine Treibladung oder durch Druckluft erfolgen. Auch ein hydraulischer oder elektrischer Antrieb sind denkbar. Zwischen den einzelnen Elementen 54 der Teleskopanordnung können ähnlich wie bei einem konventionellen Bolzenschussgerät beispielsweise Gummiringe als Puffer eingelegt sein.

Die Fig. 4 zeigt eine Positioniereinheit 20 mit Teleskopstangenanordnung 52. Alternativ oder zusätzlich ist der Schlachtschussapparat 18 an der Spitze dieser Teleskopstangenanordnung 52 aufgehängt und kann zur Betäubung an den Kopf 36 des Tieres herangefahren werden und dort die Betäubung per Fernauslösung des Schlachtschussapparates 18 vorgenommen werden.

Der Treffpunkt kann beispielsweise durch einen Laser, der seitlich an der

Teleskopstangenanordnung 52 angebracht ist, beleuchtet werden. Die Bildverarbeitungs- Software kann dann durch Vergleich der Soll-Treffposition und der Position des projizierten Laserpunktes auf dem Kopf 36 des Schlachttiers die exakte Ausrichtung der

Teleskopstangenanordnung 52 vornehmen, diese dann schnell ausfahren und den

Schussapparat 18 auslösen. Wenn der abzudeckende Winkel- und Entfernungsbereich hinreichend klein ist, könnte das von einer zentralen Position in der Betäubungsbox erfolgen, sodass zur korrekten

Ansteuerung der Position nur eine Ausrichtung von zwei Winkeln nötig wäre. Der Schlachtschussapparat 18 darf nur dann ausgelöst werden, wenn ein sicherer

Betäubungsschuss erfolgen kann. Dies setzt voraus, dass sich der Kopf 36 des Tiers 12 nur hinreichend langsam bewegt, damit die ideale Einwirkposition 46 am Kopf 36 genau genug bestimmt und verfolgt werden kann. Außerdem setzt die maximale Geschwindigkeit und Beschleunigung des Roboterarms 22 Grenzen der erreichbaren Genauigkeit bei zu schnellen Kopfbewegungen.

Um zu verhindern, dass bei zu schnellen Kopfbewegungen ein möglicher Weise nicht hinreichend genauer Betäubungsschuss ausgelöst wird, können zusätzlich ein oder mehrere Sensoren an geeigneten Positionen angeordnet werden. Diese Sensoren haben lediglich die Aufgabe, die Bewegungen des Kopfes 36 zu erfassen. Überschreitet die Geschwindigkeit der Kopfbewegung einen vorgegebene Grenzwert, wird ein Auslösen des

Schlachtschussapparates 18 so lange blockiert, bis die Geschwindigkeit den Grenzwert unterschreitet und ein genauer Schuss damit wieder möglich ist. Diese Sensoren müssen sowohl Translations- als auch Rotations-Bewegungen um die verschiedenen Achsen detektieren können. Es kann sich dabei beispielsweise um Kameras 26 handeln, aus deren Bildfolgen mit Hilfe von Algorithmen die Verschiebung des Abbildes des Kopfes 36 gemessen und auf die Geschwindigkeit geschlossen werden kann. Auch die Auswertung einer reduzierten Bildschärfe bei schnellen Bewegungen ist möglich.

Darüber hinaus könnten beispielsweise auch Sensoren verwendet werden, die speziell Objektgeschwindigkeiten hintergrundfrei messen können. Es könnten etwa Doppler-Radar oder Laser- Sensoren eingesetzt werden. Die Fig. 5 zeigt in einer schematischen Darstellung den Kopf 36 des Schlachttiers mit einem alternativ ausgestalteten Erkennungsmodul zur Vermessung der Kopf- bzw. Einwirkposition.

Kerngedanke ist hier, dass der (in dieser Figur nicht gezeigte) Schlachtschussapparat 18 nur dann ausgelöst werden darf, wenn sichergestellt ist, dass der Betäubungsschuss an der absolut richtigen Stelle erfolgen kann. Dies setzt voraus, dass der ideale Treffpunkt auf dem Kopf 36 genau genug bestimmt und verfolgt werden kann.

Das Erkennungsmodul umfasst mehrere bildgebende Einrichtungen 24 und mehrere

Bildverarbeitungs-Einheiten 56, wobei jede der bildgebenden Einrichtungen 24 mit jeder der Bildverarbeitungs-Einheiten 56 signaltechnisch verknüpft ist (Pfeile 58). Jede der

Bildverarbeitungs-Einheiten 56 ermittelt unabhängig von den anderen Bildverarbeitungs- Einheiten 56 die Koordinaten der Einwirkposition 46. Zumindest eine der Bildverarbeitungs- Einheiten 56, insbesondere jede der Bildverarbeitungs-Einheiten 56, umfasst ein

Objekterkennungs- und Objektverfolgungsmodul 32. Jede der Bildverarbeitungs-Einheiten 56 ist ihrerseits signaltechnisch mit einer zentralen Kontroll-Einheit 60 verbunden (Pfeile 62), die in die Steuereinheit 30 integriert ist, oder der Steuereinheit 30 bezüglich der Auslösung des Schlachtschussapparates 18 als Kontrollinstanz übergeordnet. Es ergibt sich folgende Funktion:

Um zu verhindern, dass in unsicheren Situationen (z.B. bei zu geringem Kontrast zwischen Auge und Fell) ein möglicher Weise nicht hinreichend genauer Betäubungsschuss ausgelöst wird, sind mehrere bildgebende Einrichtungen 24 (Bildsensoren) an geeigneten Positionen angeordnet. Die Signale der bildgebenden Einrichtungen 24 werden dann über Datenleitungen (Pfeile 58) an die verschiedenen, eigenständigen Bildverarbeitungs-Einheiten 56 mit eigener Bildverarbeitungs-Hardware sowie unterschiedlichen Bildverarbeitungs-Algorithmen gesendet. Jede Bildverarbeitungs-Einheit 56 ermittelt auf diese Weise unabhängig von den anderen Bildverarbeitungs-Einheiten 56 die Koordinaten der Einwirkposition 46. Diese werden über Datenleitungen (Pfeile 62) an die zentrale Kontroll-Einheit 60 gesendet. Diese gibt ein Auslösen des Schlachtschussapparates 18 nur frei, wenn eine hinreichend hohe Übereinstimmung bei der ermittelten Einwirkposition 46 herrscht. Beispielsweise müssen durch die Bildverarbeitungs-Einheiten 56 zumindest zwei (oder alternativ sogar drei) Übereinstimmungen bei der ermittelten Einwirkposition 46 erreicht werden, um ein Auslösen des Schlachtschussapparates 18 an dieser Position 46 freizugeben.

Überschreiten die Differenzen zwischen den von den verschiedenen Bildverarbeitungs- Algorithmen ermittelten Koordinaten einen festgelegten Höchstwert, so ist die Qualität der errechneten Koordinaten offenbar unzureichend. Dann wird die Kommandierung des Schlachtschussapparats 18 und/oder der Positioniereinheit 20 so lange blockiert, bis hinreichend viele der Bildverarbeitungs-Einheiten 56 Koordinaten der Einwirkposition 46 liefern, deren Abweichungen voneinander unterhalb der festgelegten Grenzen liegen und ein genauer Schuss damit wieder möglich ist.

Um ein Erkennen der Einwirkposition 46 mittels mehrerer bildgebender Einrichtungen 24 auf diese Weise zu ermöglichen, müssen diese bildgebenden Einrichtungen 24 korrekt aufeinander abgestimmt sein. Bildgebende Einrichtungen 24 liefern im Allgemeinen einen Helligkeitswert für jedes Pixel, wobei ein Pixel jeweils ein definiertes Winkelelement der Umgebung abbildet. Dieser Winkelbereich hängt sowohl von den Eigenschaften eines bildgebenden Detektors und einer abbildenden Optik der bildgebenden Einrichtungen 24 als auch von der Ausrichtung und Positionierung dieser bildgebende Einrichtung 24 ab. Verschiedene bildgebende

Einrichtungen 24 bilden daher naturgemäß denselben, für alle bildgebenden Einrichtungen 24 sichtbaren Punkt im Raum auf unterschiedliche Pixel ab.

Um zu erreichen, dass die von den diversen bildgebenden Einrichtungen 24 gelieferten Winkel- bzw. Pixel-Koordinaten vergleichbar werden und Rückschlüsse auf die absoluten 3D-Koordinaten im Raum zulassen, müssen die bildgebenden Einrichtungen 24 genau vermessen oder zueinander kalibriert werden. Bei der Kalibrierung können beispielsweise für alle bildgebenden Einrichtungen 24 sichtbare, näherungsweise punktförmige Objekte (eine Art Kalibrierungsobjekte 64) jeweils an mehreren Stellen im Raum platziert und von allen bildgebende Einrichtungen 24 aufgenommen werden. Durch Triangulation können dann die Ausrichtungen der bildgebenden Einrichtungen 24 bestimmt werden.

Das jeweilige Kalibrierungsobjekt 64 ist dabei so zu gestalten, dass es für alle bildgebenden Einrichtungen 24 genügend Kontrast bietet. Es kann sich beispielsweise um eine Glühlampe handeln, die auch für eine Wärmebildkamera ein gut zu erkennendes Objekt darstellt. Wird dieses Kalibrierungsobjekt 64 am Roboterarm 22 befestigt, kann eine direkte Kalibrierung der -Koordinatensysteme der bildgebenden Einrichtungen 24 auf das Roboter-Koordinatensystem erreicht werden, was zur korrekten Platzierung des Schussapparates 18 unerlässlich ist. Diese Kalibrierung aller beteiligter Koordinatensysteme kann bei Bedarf nach jedem Schuss automatisch und schnell ausgeführt werden, um etwaige Fehljustagen der bildgebenden Einrichtungen 24 z.B. durch mechanische Belastungen zu erkennen und soweit möglich auszugleichen.

Bezugszeichen:

10 Betäubungsplatz

12 Schlachttier

14 Gatter

16 Betäubungsvorrichtung

18 Schlachtschussapparat

20 Positioniereinheit

22 Roboterarm

24 bildgebende Einrichtung

26 Kamera

28 Computer

30 Steuereinheit

32 Objekterkennungs- und Objektverfolgungsmodul

34 Körperpartie (Schlachttier)

36 Kopf (Schlachttier)

38 Auge (Merkmal)

40 Horn

42 Ohr

44 Maul

46 Einwirkposition

48 gedachte Verbindungslinie

50 Schussbolzen

52 Teleskopstangenanordnung

54 Element (Teleskopstangenanordnung)

56 Bildverarbeitungs-Einheit

58 Pfeil

60 Kontroll-Einheit

62 Pfeil Kalibrierungsobj ekt