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Infodienst Weihenstephan

Ausgabe Mai 2009


LeafArea - Entwicklung einer Methode zur automatisierten Aufzeichnung des Wachstums von Euphorbia pulcherrima

Durch den Einsatz energiesparender Regelstrategien ist vor allem bei Terminkulturen wie Euphorbia pulcherrima das Pflanzenwachstum regelmäßig zu beobachten und bei Bedarf die Regelstrategie zu optimieren. Neben den konventionellen Methoden wie der Messung der Pflanzenhöhe bzw. des Pflanzendurchmessers könnte die Feststellung der Blatt- bzw. Brakteenfläche Hinweise auf den Kulturzustand geben. Eine zerstörungsfreie Bestimmung der Blattfläche wird bisher nicht unter Praxisbedingungen eingesetzt. Im Rahmen des Projektes ProdIS (Produktions-Informations-System), das sich unter anderem mit Möglichkeiten der automatischen Datenerfassung beschäftigt, wird untersucht, ob dies mit Hilfe bildgebender Verfahren realisiert werden kann.

Methode
Das RGB-Foto einer Pflanze wird nach einem eigens dafür implementierten Algorithmus derart bearbeitet, dass die  Blattfläche vom Hintergrund getrennt und die Draufsichtfläche der Gesamtpflanze sowie die Brakteenfläche berechnet werden kann (Abb. 1).

Abb. 1: Abfolge der Analyse

Software
In der Software können Parameter für die Farbseparation eingestellt werden, nach denen die Pflanze vom Hintergrund getrennt wird (Abb. 2). Dies kann durch manuelle Eingabe oder mit Hilfe spezieller Auswahlfenster geschehen (Abb. 3).

Abb. 2: Benutzeroberfläche der Software
Abb. 3: Auswahlfenster für die Parameter

Versuche
Die zugrundeliegenden ersten Daten wurden in einem Versuch erhoben, der von August bis Dezember 2008 am Institut für Gartenbau der Forschungsanstalt für Gartenbau Weihenstephan stattfand. Dabei wurden simultan 24 Weihnachtssterne in einem Intervall von 5 Minuten abgelichtet.

Abb. 4: Tisch im Versuch
Abb. 5: Eine der verwendeten WLAN-IP-Kameras
Abb. 6: Roh-Foto der Kamera

Ergebnisse
Es ist möglich, in beliebigen Zeitintervallen die Draufsichtfläche in Pixel sowohl der gesamten Pflanze als auch nur der Brakteen automatisch zu messen und grafisch darzustellen (Abb. 7).

Abb. 7: Automatisch ermittelte Wachstumskurve von Euphorbia pulcherrima

Als Detailfrage sollte untersucht werden, ob mit Hilfe von Fotos der Seiten- und Draufsicht die tatsächliche Gesamt- bzw. die Brakteenfläche geschätzt werden kann. Wie in Abb. 8 und 9 zu sehen korreliert das geometrische Mittel von Drauf- und Seitenansichtsfläche mit der tatsächlichen Blattfläche bzw. Brakteenfläche einigermaßen. D.h. für eine brauchbare Schätzung der tatsächlichen Flächen sind jeweils mehrere Messwerte zu verwenden, um die Fehler in den Einzelwerten auszugleichen.

Abb. 8: Draufsichtfläche aller Blätter
Abb. 9: Draufsichtfläche der Brakteen

Derzeit läuft ein Versuch mit Pelargonium zonale-Hybriden, es folgen weitere Versuche mit Euphorbia pulcherrima sowie anderen Kulturen. Dies ist die Voraussetzung, um eine breite Datenbasis für weitere Untersuchungen zu schaffen sowie die bereits bestehende Technik zu evaluieren.


Literatur
Walter A. et.al. (2007): Dynamics of seedling growth acclimation towards altered light conditions can be quantified via GROWSCREEN: a setup and procedure designed for rapid optical phenotyping of different plant species; New Phytologist, Vol.174, 2, 447-455
Gonzalez R., Woods R. (2002): Digital Image Processing; Prentice Hall Press , S. 295
Rath T. (2001): Computerbildanalyse im Gartenbau; KTBL-Arbeitsblatt 0701

Hinweis: Das Thema ist Gegenstand des Forschungsvorhabens "Erstellung eines Produktionsinformationssystems durch die Vernetzung von Klimasteuerung, Kulturentwicklung und Produktionsmitteleinsatz zur Optimierung des Betriebsergebnisses", das von der Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE) seit April 2008 für einen Zeitraum von 3 Jahren gefördert wird.

  Rainer Zierer, Dr. Michael Beck,
Dr. Georg Ohmayer
Institut für Gartenbau

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