ZierSens - CMOS-Bildsensor für die Bestimmung von Pflanzeninhaltsstoffen

09/2019 - 08/2023

• Ziel war die Entwicklung einer neuen Messmethode zur Bestimmung von Pflanzeninhaltsstoffen unter Nutzung eines CMOS-Chip mit OLED, der gleichzeitig als definierte Lichtquelle, Kamera und hochauflösender optischer Sensor fungiert.
• Entwicklung einer innovativen, zerstörungsfreien Methode zur Ermittlung des aktuellen Ernährungszustandes der Pflanze verbunden mit Empfehlungen für eine optimale Düngung
• Verbesserung der Kultursicherheit, Produktqualität und Wirtschaftlichkeit sowie der Umweltfreundlichkeit bei der Produktion von Zierpflanzen und anderen Pflanzen durch Wissenstransfer und Anwendung

• Am LfULG wurden Nährstoffsteigerungsversuche durchgeführt. Während der Versuche wurden Referenzdaten nach herkömmlichen Methoden erfasst (Substrat- und Trockensubstanzanalysen). Insgesamt wurden 2841 Trockensubstanzanalysen und 2169 Substratanalysen durchgeführt. Hierbei wurden der Nutzen bzw. die Grenzen der jeweiligen Methode deutlich. Es zeigte sich, dass Nährstoffüberschüsse besser anhand der Substratproben erfasst werden, Nährstoffmangel lässt sich dagegen besser in den Trockensubstanzanalysen erkennen.
• Parallel zur Referenzdatenerfassung wurden während der Versuche Messungen mit dem von Fraunhofer FEP entwickelten Sensorsystem durchgeführt, um den zeitlichen Verlauf der Entwicklung des Mangel- oder Überschusszustandes zu dokumentieren. Insgesamt wurden 212.275 Bilder aufgenommen und zusammen mit den Referenzdaten in einer Datenbank gespeichert.
• Die Datenbank bildete die Grundlage für die Entwicklung von Auswertealgorithmen. Es wurden mehrere neuronale Netze speziell trainiert. Hierzu zählten neben der Bestimmung der Pflanzenart auch das Blattalter sowie die Blattseite. Zusätzlich wurde ein neuronales Netz trainiert, welches die Segmentierung des Blattes in die Bereiche Blattfläche, Blattader, Blattmusterung und Fehlstellen vornehmen kann. Dieses war die Basis für die Auswertung oder den Ausschluss spezifischer Blattbereiche (z.B. Blattadern, Interkostalfelder).
• Es konnte eine große Datenbasis für weitere Forschungsprojekte geschaffen werden. Die dem Projekt zu Grunde liegende Annahme, dass sich der Ernährungszustand einer Pflanze anhand hochaufgelöster Bilder bzw. Scans ihrer Blätter mit unterschiedlichen Lichtfarben frühzeitig erkennen lässt, konnte weder bestätigt noch widerlegt werden. Im Projektverlauf wurden jedoch Ansatzpunkte für die Optimierung der Hardware und Auswertung identifiziert, die als mögliche Lösungsansätze für eine frühzeitige Bestimmung des Ernährungszustandes von Zierpflanzen geeignet sein können.