ITVR20070104A1 - Metodo per valutare la qualita' di frutti - Google Patents

Description

D E S C R I Z I O N E

annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo:

METODO PER VALUTARE LA QUALITÀ DI FRUTTI

DESCRIZIONE

La presente invenzione ha per oggetto un metodo per valutare la qualità di frutti basato su un esame dell’aspetto della superficie esterna del frutto stesso.

Uno dei problemi più sentiti nel settore della raccolta e commercializzazione della frutta è quello di garantire degli standard qualitativi costanti nel tempo ed uniformi al’interno di ciascuna partita di frutta.

Di conseguenza, dopo il raccolto, la frutta deve essere selezionata in base alle dimensioni ed all’aspetto esteriore per essere suddivisa in frutta di prima o di seconda categoria, per la successiva vendita al consumatore finale, o di qualità inferiore per la vendita ad industrie conserviere o per lo scarto della stessa.

Normalmente, come detto, i parametri di selezione sono sostanzialmente due: la dimensione e l’aspetto.

La presente invenzione, in particolare, è destinata alla valutazione dell’aspetto della frutta che è il parametro direttamente legato alla qualità. L’esame esteriore, infatti, permette di verificare sia la presenza di eventuali difetti (ammaccature, crepe, ecc...), sia il grado di maturazione della frutta.

Infatti, quantomeno in molti frutti, il grado di maturazione è direttamente legato al colore del frutto ed in particolare all'insieme delle sfumature di colore che il frutto presenta sulla propria superficie esterna. Per semplicità, nel seguito, l’insieme delle sfumature di colore di un frutto o di una parte di esso verrà designato con il termine “tessitura”.

Si pensi ad esempio ad una mela Golden Delicius che si presenta normalmente gialla con delle zone tendenti all’arancio. A seconda dell’intensità del giallo e dell’estensione delle zone di color arancio si può facilmente indovinare quanto matura sia la mela e, quindi, quale sia il suo gusto.

Attualmente, la tecnologia più affidabile per l’esame della frutta è l’osservazione visiva da parte di un operatore. Tuttavia si tratta di un metodo che richiede molto tempo e che è quindi negativo per quanto riguarda i costi operativi.

Nel tempo, pertanto, sono state proposte delle soluzioni che hanno cercato di automatizzare tale processo valutativo.

In molte soluzioni realizzative sino ad oggi proposte, la valutazione della qualità del frutto è effettuata sulla base dell’esame del colore esterno del frutto stesso.

Nelle soluzioni realizzative più semplici, viene analizzato solo un lato del frutto. Di conseguenza, l'informazione che si ottiene è solo in parte attendibile, dato che, come noto, lo stesso frutto può presentare parti perfettamente mature e contemporaneamente parti ancora acerbe.

Per owiare a tale inconveniente, sono state quindi proposte delle apparecchiature nelle quali il frutto viene fatto avanzare lungo un percorso rotolando su se stesso, e nelle quali l'esame colorimetrico della superficie viene eseguito pressoché in continuazione sul frutto che rotola. A titolo di esempio, si segnalano a questo proposito i brevetti FR 2 402 048, EP 267790, EP 230583, EP 105 114 ed NL 9 000565.

Tuttavia, anche quest’ultima soluzione non è esente da inconvenienti. Infatti, nella pratica non è sostanzialmente possibile determinare con certezza quale posizione assumerà un certo frutto durante la rotazione. Di conseguenza, questa tipologia di apparecchiatura genera dei falsi risultati dato che, di ciascun frutto, è probabile che alcune zone vengano esaminate più volte a causa del fatto che durante la rotazione vengono più volte esposte verso il dispositivo di esame. Di conseguenza può capitare che un frutto maturo non venga riconosciuto come tale quando, durante la rotazione la parte acerba venga a trovarsi più volte rivolta verso il dispositivo di esame (o viceversa), o che di un frutto non venga rilevata la presenza di un difetto (ammaccatura o altro) se quest'ultimo non viene mai a trovarsi rivolto verso il dispositivo di esame.

In questa situazione il compito tecnico posto alla base della presente invenzione è di mettere a punto un metodo per valutare la qualità di frutti che rimedi agli inconvenienti citati.

È in particolare compito tecnico della presente invenzione mettere a punto un metodo per valutare la qualità di frutti che permetta di esaminare la maggior superficie possibile della frutta.

È ancora compito tecnico della presente invenzione mettere a punto un metodo per valutare la qualità di frutti che non risenta di eventuali esami multipli della stessa parte di un medesimo frutto.

Il compito tecnico specificato e gli scopi indicati sono sostanzialmente raggiunti da un metodo per valutare la qualità di frutti secondo quanto descritto nelle unite rivendicazioni.

Ulteriori caratteristiche ed i vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente dalla descrizione dettagliata che segue di alcune forme di esecuzione preferite, ma non esclusive, di un metodo per valutare la qualità di frutti in accordo con la presente invenzione.

Analogamente alle metodologie note, il metodo di valutazione della qualità della frutta oggetto della presente invenzione, si basa sul fatto di far avanzare della frutta lungo un percorso di movimentazione facendola inoltre ruotare su se stessa, sul fatto di rilevare la tessitura della superficie esterna della frutta durante l’avanzamento, e sul fatto di valutare la qualità della frutta mediante un’analisi colorimetrica delia tessitura rilevata.

Tuttavia, tale metodo presenta delie notevoli innovazioni rispetto a quelli noti.

Innanzitutto, infatti, è previsto che durante l’avanzamento di ogni frutto, venga eseguita una pluralità di rilevazioni distinte della tessitura delle porzioni di superficie esterna di tale frutto che, via via, si presentano davanti ad appositi mezzi di rilevazione. Inoltre, può essere previsto che il frutto venga fatto ruotare su se stesso in modo taie da ruotare contemporaneamente attorno a più assi di rotazione distinti e presentare così, durante l’avanzamento, pressoché la sua intera superficie ai mezzi di rilevazione della tessitura. In altri casi, invece, in presenza di rotazioni della frutta più semplici, possono essere previste strutture più complesse per quanto riguarda i mezzi di rilevazione, sempre allo scopo di riuscire a rilevare, se possibile, sostanzialmente l’intera superficie esterna del frutto. A seconda delle forme attuative, ciascuna tessitura rilevata può essere memorizzata in forme diverse. Ad esempio, essa può corrispondere o ad una vera e propria fotografia della superficie del frutto, oppure ad un insieme di dati in cui sono registrati la posizione (con riferimento all’area di azione bidimensionale dei mezzi di rilevazione) ed il colore di ciascun punto della porzione di superficie in quel momento esaminata.

Nella forma realizzativa preferita, comunque, per la rilevazione della tessitura di ciascuna porzione di un frutto, viene esaminata una pluralità di punti del frutto stesso (disposti, generalmente lungo una linea o secondo una matrice), per ciascuno dei quali la tessitura rilevata viene tradotta in termini di coordinate colorimetriche in un sistema di riferimento prestabilito (come si vedrà nel seguito tali coordinate possono essere utilizzate anche per altri scopi, o meno).

Ad esempio, infatti, può essere previsto l’utilizzo di un sistema di riferimento in scala di grigi (nel qual caso l’informazione relativa a ciascun punto è solamente monodimensionale) o un sistema di riferimento a tre colori base quale il sistema RGB (nel qual caso ogni punto è individuabile mediante delle coordinate colorimetriche tridimensionali).

In altre forme realizzative, invece, in cui la tessitura viene espressa da una sola coordinata, la fase di rilevazione della tessitura prevede l’illuminazione delia porzione del frutto con un raggio laser e la rilevazione dell'intensità del laser riflesso dal frutto. L'utilizzo del raggio laser può essere vantaggioso in particolare in alcune forme realizzative, descritte nel seguito, in cui il raggio laser può servire anche per ottenere informazioni dimensionali sul frutto.

Infatti, in accordo con la presente invenzione, durante la fase di rilevazione della tessitura di ciascuna porzione della superficie del frutto vengono rilevate inoltre, per una pluralità di punti della porzione di superficie esaminata, le coordinate di ciascun punto rispetto ad un sistema di riferimento predefinito.

A seconda delle forme realizzative il sistema di riferimento utilizzato può essere di vario tipo.

Sono infatti previste applicazioni in cui il sistema di riferimento è un sistema di riferimento colorimetrico (vantaggiosamente corrispondente a quello sopra descritto in relazione alla memorizzazione della tessitura), nel quale a ciascun punto vengono associate una o più coordinate colorimetriche che ne codificano la colorazione. A titolo di esempio può trattarsi di un sistema colorimetrico monodimensionale (rilevazione del livello di grigio) o pluridimensionale (quale il sistema tridimensionale RGB).

In altre forme attuative, invece, il sistema di riferimento è spaziale (quale un sistema di riferimento geometrico cartesiano) e può essere mono o pluridimensionale. Il sistema di riferimento spaziale può essere vantaggiosamente utilizzato quando i punti per i quali vengono rilevate le coordinate sono distinti da quelli per i quali viene rilevata la tessitura, o quando la tessitura viene rilevata come immagine fotografica complessiva.

Nelle forme realizzative più complete, infine, il sistema di riferimento è sia colorimetrico sia spaziale, cosicché per ogni punto sono note sia le coordinate nello spazio sia le coordinate colorimetriche.

Quest’ultimo caso trova vantaggiosa applicazione laddove venga abbinato un rilevatore a triangolazione laser ad una macchina calibratrice, Dopo la fase di rilevazione sin qui descritta e prima della fase di valutazione della tessitura, il metodo oggetto della presente invenzione prevede poi una fase di confronto delle coordinate (spaziali, colorimetriche o di altro tipo) dei punti di ciascuna porzione, con le coordinate dei punti delle altre porzioni, ed una conseguente fase di individuazione dei punti di ciascuna porzione in comune con altre porzioni. In questo modo è infatti possibile sapere, per ciascuna porzione di frutto rilevata, quali suoi punti siano stati rilevati anche da altre rilevazioni, cioè come e quanto ciascuna porzione sia sovrapposta alle altre.

Più in dettaglio, va sottolineato come ciascuna porzione del frutto rilevata abbia un orientamento pressoché casuale rispetto al frutto e, quindi, rispetto alle altre porzioni (infatti, mentre i mezzi di rilevazione sono generalmente fermi, il frutto si sposta e ruota su se stesso). Di conseguenza, in fase di effettuazione del confronto tra le diverse porzioni è necessario che le stesse vengano anche virtualmente ruotate e traslate una rispetto all’altra. In generale l'individuazione della corrispondenza si ha quando si riesce ad individuare in due distinte porzioni un insieme di punti che hanno la medesima distribuzione geometrica reciproca e le medesime coordinate. Quando le coordinate sono di tipo spaziale, tali due parametri coincidono, mentre quando le coordinate sono di tipo colorimetrico, la distribuzione geometrica può essere valutata anche rispetto al piano bidimensionale definito dalla loro immagine (soluzione utilizzabile in particolare in caso di parti di frutti pressoché piane).

Al fine di non rendere il sistema troppo sensibile ad eventuali imprecisioni di rilevazione, sarà inoltre possibile stabilire, a seconda dei casi, un margine di errore entro il quale due parti di due porzioni di frutto possono essere considerate come corrispondenti. A titolo di esempio, infatti, può capitare che a causa di difettosità superficiali del frutto (o della presenza del picciolo e del calice), non tutti i punti siano presenti e/o individuabili allo stesso modo in tutte le porzioni rilevate.

A questo punto, il metodo oggetto della presente invenzione prevede che, in base ai risultati della fase di individuazione, le singole tessiture rilevate per ogni singolo frutto vengano composte per ottenere una rappresentazione generale della tessitura di ciascun frutto. A seconda delle esigenze, comunque, questa fase di composizione potrà essere effettuata o in modo esplicito o in modo implicito (virtuale). Nel primo caso la rappresentazione generale della tessitura di ogni singolo frutto potrà essere utilizzata come un’unica informazione globale. Nel secondo caso, invece, l'uso delle informazioni potrà assumere diverse forme. A titolo di esempio sarà infatti possibile decidere, per ciascuna porzione o sottoporzione del frutto rilevata in due o più rilevazioni, a quale rilevazione fare esclusivo riferimento, o come combinare le informazioni a disposizione. L’insiemi di tali porzioni “esclusive” sarà pertanto considerabile, ai fini dei presente metodo, come la tessitura complessiva del frutto.

Inoltre, va notato che, nella forma realizzativa più generale, il metodo oggetto della presente invenzione prevede che la valutazione della qualità del frutto venga effettuata mediante un’analisi colorimetrica eseguita sulla rappresentazione generale della tessitura di ciascun frutto come sopra definita. Con tale definizione si intende quindi anche che l’analisi colorimetrica può essere eseguita sulle singole tessiture rilevate, prendendo però in considerazione le informazioni precedentemente ottenute al fine di analizzare ogni porzione del frutto una sola volta.

Per quanto riguarda le forme realizzative in cui vengono rilevate le coordinate spaziali dei vari punti della superficie del frutto, a tale scopo può essere utilizzata qualsiasi tecnica nota, o meno, adatta allo scopo (quale un dispositivo a triangolazione laser), sia utilizzando i medesimi mezzi di rilevazione utilizzati per la rilevazione della tessitura, sia utilizzandone di specifici.

La determinazione della posizione spaziale tridimensionale di ciascun punto, è inoltre utile quando la rilevazione della tessitura interessa zone del frutto sufficientemente ampie da coprire parti del frutto stesso in cui la superficie risulti relativamente troppo inclinata rispetto al punto di osservazione dei mezzi di rilevazione.

Una volta nota la posizione spaziale di ciascun punto, essa può infatti essere utilizzata per correggere le informazioni relative alla tessitura prendendo in considerazione, a tal fine, l'inclinazione della superficie esterna del frutto rispetto al punto di rilevazione.

In altre forme realizzative, invece, la posizione spaziale dei singoli punti può essere utilizzata per creare dei modelli geometrici tridimensionali delle varie parti del frutto.

Vantaggiosamente, inoltre, nelle forme realizzative preferite, ad ogni punto individuato dalle coordinate geometriche spaziali sono associate delle coordinate colorimetriche che ne definiscono la tessitura,

In questo modo, nella fase di individuazione dei punti in comune tra le varie tessiture rilevate si possono prendere in considerazione entrambi i sistemi di coordinate aumentando la precisione dei metodo anche per oggetti con tessiture sostanzialmente uniformi.

Di conseguenza, nella fase di composizione delle tessiture rilevate per ottenere la tessitura complessiva, si può anche ottenere un modello geometrico tridimensionale del frutto in cui ad ogni punto siano abbinate le relative coordinate colorimetriche, cioè un modello tridimensionale (in senso spaziale) della tessitura del frutto (che, come visto, può essere a sua volta tridimensionale).

La presente invenzione consegue importanti vantaggi.

Grazie al metodo qui descritto, infatti, è possibile rilevare in modo semplice tutta o la maggior parte dell’intera tessitura di un frutto ed utilizzarla per valutare in modo approfondito la qualità di tale frutto.

In secondo luogo, con il metodo oggetto della presente invenzione, è possibile evitare il verificarsi di falsi risultati, dato che eventuali rilevazioni doppie vengono scartate o combinate per ottenerne una unica su cui basare la valutazione.

Va inoltre rilevato che la presente invenzione risulta di relativamente facile realizzazione e che anche il costo connesso all’attuazione dell'invenzione non risulta molto elevato.

L’invenzione così concepita è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nel’ambito del concetto inventivo che la caratterizza.

Tutti i dettagli sono sostituibili da altri elementi tecnicamente equivalenti ed in pratica tutti i materiali impiegati, nonché le forme e le dimensioni dei vari componenti, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze.

Claims (14)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per valutare la qualità di frutti comprendente le fasi operative di: far avanzare dei frutti lungo un percorso di movimentazione facendoli inoltre ruotare su se stessi; rilevare la tessitura di una pluralità di porzioni delia superficie esterna dei frutti durante il loro avanzamento; e valutare la qualità dei frutti mediante un’analisi colorimetrica delle tessiture rilevate per dette porzioni; caratterizzato dal fatto che durante detta fase di rilevazione di ciascuna porzione della superficie del frutto vengono rilevate inoltre, per una pluralità di punti della porzione dì superficie esaminata, le coordinate di ciascun punto rispetto ad un sistema di riferimento predefinito; dal fatto che dopo la fase di rilevazione e prima della fase di valutazione sono previste inoltre: una fase di confronto delle coordinate dei punti di ciascuna porzione con le coordinate dei punti delle altre porzioni; una fase di individuazione dei punti di ciascuna porzione in comune con altre porzioni; e una fase di composizione almeno implicita delle tessiture delle varie porzioni rilevate per ottenere una rappresentazione generale della tessitura di ciascun frutto, detta fase di composizione essendo effettuata sulla base dei risultati di detta fase di individuazione; e dal fatto che detta analisi colorimetrica viene eseguita su detta rappresentazione generale della tessitura di ciascun frutto.
2. 2. Metodo di valutazione secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che durante detta fase di rilevazione di ciascuna porzione della superficie del frutto vengono rilevate, per detta pluralità di punti delia porzione di superficie esaminata, le coordinate di ciascun punto rispetto ad un sistema di riferimento coiorimetrico.
3. 3. Metodo di valutazione secondo la rivendicazione 2 caratterizzato dal fatto che detto sistema di riferimento è un sistema di riferimento colorimetrico mono o pluridimensionale.
4. 4. Metodo di valutazione secondo la rivendicazione 3 caratterizzato dal fatto che il sistema di riferimento usato è il sistema RGB.
5. 5. Metodo di valutazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 4 caratterizzato dal fatto che detta fase di rilevazione della tessitura e delle coordinate dei punti coincidono, la tessitura venendo individuata dalle coordinate colorimetriche.
6. 6. Metodo di valutazione secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che durante detta fase di rilevazione di ciascuna porzione della superfìcie del frutto vengono rilevate, per detta pluralità di punti della porzione di superficie esaminata, le coordinate di ciascun punto rispetto ad un sistema di riferimento spaziale mono o pluridimensionale.
7. 7. Metodo di valutazione secondo la rivendicazione 6 caratterizzato dal fatto che il sistema di riferimento è tridimensionale.
8. 8. Metodo di valutazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 7 caratterizzato dal fatto che detto sistema di riferimento è un sistema di riferimento sia spaziale sia coiorimetrico, per ciascun punto essendo determinate sia coordinate spaziali sia coordinate colorimetriche.
9. 9. Metodo di valutazione secondo la rivendicazione 8 caratterizzato dal fatto che ciascuna rilevazione della tessitura viene inoltre corretta sulla base delie coordinate spaziali rilevate per ciascun punto.
10. 10. Metodo di valutazione secondo la rivendicazione 9 caratterizzato dal fatto che ciascuna rilevazione viene corretta in modo tale da prendere in considerazione le distorsioni dovute all'inclinazione della superficie esterna del frutto in corrispondenza di ciascun punto rilevato.
11. 11. Metodo di valutazione secondo la rivendicazione 9 caratterizzato dal fatto che durante detta fase di composizione delie tessiture rilevate viene creato un modello geometrico tridimensionale della tessitura del frutto.
12. 12. Metodo di valutazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che ciascun frutto viene fatto ruotare in modo tale da ruotare contemporaneamente o in successione attorno a più assi di rotazione distinti.
13. 13. Metodo di valutazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detta fase di rilevazione della tessitura prevede l’illuminazione della porzione del frutto con un raggio laser e la rilevazione deil'intensità del laser riflesso dal frutto.
14. 14. Metodo di valutazione secondo la rivendicazione 13 caratterizzato dal fatto che detta fase di rilevazione dell’intensità viene compensata in base all’angolo di incidenza del laser sul frutto.