Nemaplot Hyperspektraldaten Analyse und PopulationsmodelleEvaluation reinvented

 

Agestructure of leafs in hyperspectal terms

Beispiele für hyperspektrale Signaturen

Mögliche Verläufe auf verschiedenen Gewebetypen und entsprechende Modellanpassung als Grundlage der wissenschaftlichen Analyse.


Mehrheitlich handelt es sich bei den Messungen um grüne Blätter, die wiederum ein charakteristisches, altersspezifisches Spektrum ergeben. Beispiel rechts einer Weinpflanze: die oberen, jungen Blätter haben eine andere Signatur als die unteren, älteren Blätter. Hinzu kommen alle möglichen Störungen, die das Signal beeinflussen. Der visuelle Vergleich mit den Modellanpassungen demonstriert die Güte und Flexibilität des Analyseansatzes für alle verfügbaren Spektren. Die spektrale Signatur wird in Parameter transformiert, die wiederum offen sind für statistische Analysen und Vergleiche.


Hyperspektrale Signatur eines Blattes
Klassisches Spektrum eines grünen Blattes mit allen Besonderheiten eines Zuckerrübenblattes (Kräuselung der Blattoberfläche, dicke Cutikula). Das Beispiel demonstriert die asymptotische Obergrenze eines gesunden Blattbestandes. Messung oberhalb des Bestandes.
Hyperspektrale Signatur
Kontaktmessung 'Plant Probe' Ebenfalls ein klassisches Beispiel für ein grünes Zuckerrübenblatt, aber mit einer Kontaktprobe direkt auf der Blattoberfläche aufgenommen. D.h. mit einer aktiven Eigenbeleuchtung und ohne Störgrößen. Diese Aufnahmen mit einem 'Plant Probe' Zusatz liefert die stabilsten und eventuell realitätsnächsten Spektren eines Gewebes, da a) eine stabile Beleuchtung vorliegt und b) Störgrößen, die das Ergebnis beeinflussen können, ausgeschlossen werden. Daten auf der Basis dieser Messmethode ermöglichen eine Auswertung hinsichtlich kleinster Unterschiede in den Schätzparametern und ist gerade für spezifische Versuchsfragen empfohlen, z.B. im Gewächshaus oder kleine Pflanzen in Pflanztöpfen, etc.
Hyperspektrale Signatur am Wein
Bespiel für ein gut versorgtes, gesundes Weinblatt im älteren Stadium
Hyperspektrale Signatur am Wein mit Peronospora
Weinblatt bei beginnender Seneszenz und leichter Störung im Spektrum. Über das Modell werden solche Störungen ausgeglichen. Ist notwendig, da sonstige Auswerteverfahren diesen Wellenlängenbereich als signifikant unterschiedlich definieren würden.
Hyperspektrale Signatur
Grünes Blatt mit dicker Kutikula und wachsigen Blättern, starke Lichtabsorption im Chlorophyllbereich
Hyperspektrale Signatur
Sonnenblume, auf der Spektralebene nicht vom Weinblatt zu unterscheiden, weiches Blatt, behaart.
Modell Phänotypisierungsanlage
Demonstrationsmodell einer Phänotypisierungsanlage mit direkter Spektralanalyse (Bildschirm im Hintergrund). Beispiele für Bestandsmessung, wo die Pflanzenmorphologie und die Behandlung (Düngung) das Ergebnis beeinflussen und die Spektren entsprechend stören.
Hyperspektrale Signatur
Beispiel: Bestandsmessungen im Topfversuch, Aufnahme von oben. Resultierende Abweichungen und Signalstörungen sind bedingt durch die Morphologie der Pflanze und Schwankungen in der Beleuchtung, was zu Oszillationen im Signal führt. Signalglättung durch Modellanpassung, Behandlung: Volldünger.
Hyperspektrale Signatur
Beispiel: Bestandsmessungen im Topfversuch, Aufnahme von oben. Resultierende Abweichungen und Signalstörungen sind bedingt durch die Morphologie der Pflanze. Versuch ohne Kalium.
Hyperspektrale Signatur
Beispiel: Bestandsmessungen im Topfversuch, Aufnahme von oben. Resultierende Abweichungen und Signalstörungen sind bedingt durch die Morphologie der Pflanze. Behandlung: ohne Stickstoff, d.h. lückiger Blattapparat, die Reflexion des Bodens überwiegt.
Hyperspektrale Signatur
Beispiel: Bestandsmessungen im Topfversuch, Aufnahme von oben. Resultierende Abweichungen und Signalstörungen sind bedingt durch die Morphologie der Pflanze. Behandlung: ohne Schwefel.
Hyperspektrale Signatur
Beispiel: Bestandsmessungen im Topfversuch, Aufnahme von oben. Resultierende Abweichungen und Signalstörungen sind bedingt durch die Morphologie der Pflanze. Behandlung: ohne Phosphat.
Hyperspektrale Signatur
Beispiel: Bestandsmessungen im Topfversuch, Aufnahme von oben. Resultierende Abweichungen und Signalstörungen sind bedingt durch die Morphologie der Pflanze. Behandlung: ohne Zink.
Hyperspektrale Signatur
Abgestorbenes, braunes Blattgewebe, jegliche Strukturen sind verloren gegangen.
Hyperspektrale Signatur
Beginnende Seneszenz, Chlorophyll bereits teilweise abgebaut, nekrotische Flecken auf der Blattfläche.
Hyperspektrale Signatur
Messungen an der Traube, Beispiel eines Düngerversuchs.
Hyperspektrale Signatur
Spektren an der Traube, mit Botrytisbefall, der Anpassungsprozess des Modells ist ungenügend.
Hyperspektrale Signatur
Spektrum an der Traube mit N Versorgung
Hyperspektrale Signatur
Traube mit verstärktem Botrytisbefall, bedingt durch die N Düngung. Die Pilz hat sämtliche Gewebestrukturen zerstört.
Hyperspektrale Signatur
Beispiel für Spektren aus einem abbildenden Sensor, das Spektrum ist im Mittel einer Fläche wie in den nichtabbildenden Verfahren, aber das Spektrum eines Pixels zeigt zahlreiche Störungen. Hier ist die Modellanpassung von besonderer Bedeutung, da die Signatur geglättet wird und Auswerteverfahren nicht fälschlicherweise auf die systembedingte Störungen in einzelnen Wellenlängenbereichen reagieren.
Hyperspektrale Signatur
Objekt wie oben mit der gleichen Problematik
Hyperspektrale Signatur
Messung an der grünen Frucht anstatt an den Blättern. Es handelt sich um ein anderes Pflanzenorgan mit anderer Gewebestruktur, gewachster Oberfläche und hohen Wassergehalten. Das Spektrum unterscheidet sich von den typischen Blattspektren. Über die Modellanpassung lassen sich solche Spektren ebenfalls auswerten.
Hyperspektrale Signatur
Messung an der roten Frucht. Hier sind die chlorophyllbedingten Wellenlängenbereiche durch den roten Farbstoff verändert. Anpassungen und Versuchsauswertung ebenfalls über die Modellanwendung.
Hyperspektrale Signaturen bis 2500  nm
Beispiel für Spektren bis 2500nm, Messung mit der Plant Probe, d.h. die üblichen Störungen der Wasserbänder fehlen. Modellanpassungen und Analyse auch mit Information aus den SWIR Bereichen.
Hyperspektrale Signatur
Freilandaufnahme mit Lichtkorrektur bis 1600nm. Es kann je nach Belichtungszeit zu Störungen oder Sprüngen im Spektrum kommen. Und gewisse (Wasser-) Bänder sind störanfällig.
Hyperspektrale Signatur
Aufnahme mit einer Kontakt Probe ohne Lichtstreuung. Modellanpassung über das ganze Spektrum.
Hyperspektrale Signatur
Spektrum eines NIRS Spektrometers im Intervall von 1200 bis 2400 nm, dient der Bestimmung von Inhaltsstoffen in aufbereiteten Proben, Beispiele um laboranalytische Prozesse zu beschleunigen oder Teile des Analyseprozesses durch NIRS Information zu ersetzen. Mit einem ausreichenden Stichprobenumfang lassen sich Kalibrierungsreihen erstellen, um empirische Korrelationen von Inhaltsstoffen zu Spektrum zu erstellen.
Hyperspektrale Signatur
Reflektion der Haut. Spektren variieren mit zahlreichen Faktoren wie Melaningehalten, Hautfeuchtigkeit, Alter etc. Alle diese Spektren können über das Modell angepasst werden, Klassifikation über eine große Stichprobenzahl möglich.
Hyperspektrale Signatur
Leberfleck auf der Haut wie oben
Hyperspektrale Signatur
Mundschleimhautgewebe mit hoher Feuchtigkeit.
Hyperspektrale Signatur
Verdorbenes Hackfleisch Stark verdorbenes Hackfleisch (rotes Quadrat) mit deutlicher Verfärbung und hoher Gesamtkeimzahl (GKZ)
Hyperspektrale Signatur
Frisches Hackfleisch und Plant Probe MessungFrisches Hackfleisch und sein  charakteristisches Spektrum, verstärkt durch die Rotfärbung der Schutzatmosphärenverpackung. Verfahren zur Qualitätssicherung und Produktionsüberwachung.
Hyperspektrale Signatur
Obiges Hackfleisch nach einer Woche Lagerung mit deutlicher Veränderung der Konsistenz und des Spektrums.
Hyperspektrale Signatur
Kotelettmessung mit Plant ProbeMessung am Kotelett mit der Plant Probe; Das Kotelett hat noch eine deutliche Rotfärbung, oxidative Verfärbungen sind noch nicht eingetreten. Die (log.) Gesamtkeimzahl (GKZ) liegt im Bereich von 4. Zum Vergleich das Spektrum eines stark verdorbenen Koteletts probe mit Keimzahlen  >8 bis 9.

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